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第7章 复合材料成形 复合材料:两种或两种以上不同性质的物质组合在一起的新材料。 7.1 复合材料成形基础 复合是一种包括物理、化学、力学，甚至生物学相互作用的复杂过程。 7.1.1 影响复合材料性能的因素 复合材料的性能取决于基体材料性能、增强体特征、组成物比例、界面性质、成形方法和工艺参数等因素 。 组成物 基体材料：形成几何形状并起粘接作用，如：金属、树 脂、陶瓷 增强材料：主要用来承受载荷，起提高强度或韧性等作 用，如：一维的纤维、二维的片材、三维的颗粒。 基体材料性能： 强度、弹性模量、化学稳定性 增强体特征：包括增强体的类型、粗细、强度和 弹性模量等。增强纤维越细，复合材 料的强度越高，刚度越大；增强体颗粒  细些，增强效果就会好些，颗粒直径  一般为0.01～0.1mm时增强效果最好。 组成物比例及分布等： 增强体在复合材料中的含量、 排列方式和方向以及和基体间的界面 粘结状况等都直接影响到复合材料的　　　　　　性能，应进行适当控制 。 成形方法和工艺参数：不同的复合材料应选择合适的成 形方法和工艺参数（压力、固化温）。 7.1.2 复合材料的复合原则 为获得最佳的强度、刚度和韧性，纤维增强复合材料的生产应遵循下述原则： 1．纤维的性能： 应具有高强度和高刚度。有时还要  求纤维的密度小，耐热性好。 应用较多的纤维有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维等 （2）基体对纤维应有一定的粘结性能，并能保护纤维表面不受损伤。 2．基体的性能 （1）基体应有一定的塑性和韧性，以防纤维断裂时裂纹扩展。 聚合物和金属能较好地满足上述要求。 3．纤维与基体间应有合适的结合强度，以利于载荷由基体向纤维传递，充分发挥纤维的增强作用 4．纤维必须有合理的含量、尺寸和分布(1)纤维的含量：通常纤维的体积容量越大，增强效果越好。 (2)纤维的尺寸：纤维的直径越小、越长，增强效果越好。 (3)纤维的分布：纤维的排列可采用不同方向交叉层叠方式， 以达到多方向的增强效果。 1．材料制备与制品成形同时完成 形状复杂的大型制品往往能一次整体成形，工艺简单、生产周期短、成本低。由于减少甚至取消了接头，应力集中小、制品质量轻、刚度和耐疲劳性高。 2．材料性能的可设计性 通过对产品的分析选择相应的基体材料和增强材料和合适的比例；并设计合理的排列方向和层数，选用合适的复合工艺和参数，可使制品结构合理、安全可靠，且有较好的经济性，从而为材料和结构实现最优化设计。 7.1.3 复合材料成形的工艺特点 原材料到形成制品一般都要经过原材料制取、生产准备、制品 成形、固化、脱模和修整、检验等阶段。 7.2 复合材料成形方法 7.2.1 树脂基复合材料的成形方法 树脂基复合材料是以树脂为基体、纤维为增强体复合而成的。 1．手糊法 铺一层增强材料刷一次树脂，直至所需层数，最后进行固化、脱模、修整和检验得到所需制品。 特点： 设备简单，不受制品尺寸限制，劳动条件差，制品质量不稳定、强度较低。 适用于大型制品的小批量、多品种生产。 一般用来成形船体、浴盆、波纹瓦、汽车壳体、风机叶片等，是使用最早和目前仍广泛应用的一种成形方法 1-模具 2-脱模剂 3-胶衣层 4-玻璃纤维 5-手动压辊 6-树脂 2．喷射法  将手糊法成形操作中的糊制工序改由喷枪完成，将纤维和树脂液同时喷到模具上，再经压实、固化得到制品。 通常喷射速率为2～10kg/min。 优点：喷射法成形为半机械化操作，生产率高；制品的飞边少，无搭缝；整体性好。 缺点：树脂含量高；制品强度低；且操作现场粉尘大；工作环境差。 1—模具 2、5—喷嘴 3—纤维 4—切割器 6—手动压辊 7—制品 3．袋压法 将手糊法成形的制品或预浸料（预浸树脂的纤维或织物）放到模具内，并在制品上覆盖橡胶袋或塑料袋，将气体压力施加到尚未固化的制品表面使其成形的工艺方法 。 制品两面都比较平滑，质量好；成形周期短、适应的树脂类型广且制品的形状可较复杂。成本较高，制品尺寸也受到设备的限制。