先进复合材料分析软件-Laminate tools

先进的复合材料分析软件—Laminate Tools

CAEDA编译

一、前言

复合材料拥有轻质高强、性能各向异性和结构可设计性等特点，在航空航天、汽车、船舶等领域的应用已越来越广泛。但复合材料铺层结构设计较为复杂，性能分散性大，工艺质量不够稳定，这些问题和缺陷使复合材料的进一步推广应用遇到了阻碍。为解决上述问题，多种结构、力学分析软件及工艺模拟仿真软件被开发、运用于复合材料的设计和制造中，英国Anaglyph软件公司推出的Laminate Tools（简称LT）就是其中独具特色的一款。

作为一款在Windows操作系统环境下运行的复合材料分析软件，Laminate Tools的革命性在于它集复合材料结构设计、分析和制造于一身，专注复合材料从设计、分析、检查到制造的整个结构设计流程，由此关联了不同学科，并吸收了从1991年以来被全世界复合材料专家所证实的核心技术，从而超越了现有许多产品只关注一个特定领域的特性。与此同时，极低的性价比又使它成为一款大多数用户都买得起的软件。因此，从2002年1月推出第一个版本起，随着版本的不断提高、功能的不断增强，Laminate Tools越来越成为一款设计师和分析师都不能忘记的优秀产品。

二、Laminate Tools功能介绍

Laminate Tools由显示、设计、分析、检查以及制造工艺5个功能模块组成，分别涵盖了三维模型可视化显示、材料铺层等信息建立与编辑、层合板性能生成、商业化有限元软件结果可视化检查以及制造工艺信息及下料图形的输出。以下分别对上述各功能模块进行介绍：

1、显示模块

该模块是Laminate Tools的核心，其他模块要想发挥功能必须借助该模块。显示模块的界面如图1所示，其功能如下：

（1） 读取各种各式的文件，包括：行业标准*.Layup文件，NASTRAN的*.nas 、*.bdf 及* .fem等输入文件，Ansys的*.cdb文件，FiberSIM的 *.fml数据文

件，以及CAD的STL格式文件；

（2） 显示模型特征的分级视图，并立即显示树形节点的相互关系；

（3） 以多种模式和多视角显示模型网格，有透视图、剪切视图、拾取视图、印刷视图等；

（4） 显示材料特征，覆盖和量化使用方法；

（5） 显示单层覆盖、纤维取向、铺覆图案、平面样板图、边界、材料、物理和铺覆特征和源于每层的铺层；

（6） 显示偏移定义；

（7） 显示从层建立的铺层特性；

（8） 显示每个有限元层合特性细节；

（9） 显示厚度分布；

（10） 观看、输出和打印细部信息，下到每个单元。

图1 显示模块界面

2、设计模块

设计模块的界面如图2(a)、(b)所示，该模块功能如下：

（1） 创建和修改材料、单层、偏置和铺层，处理结构中所有与复合材料相关的问题；

（2） 使用子层，以隔开结构部件；

（3） 通过被测试验证过的铺覆模拟算法来进行单层的创建和修改，通过

Simulayt铺层技术来使用从1991年来全世界数以万计的复合材料专家所

证明了的核心技术；

（4） 铺覆选择，包括开口、同一单层中不同部分铺覆顺序、织物尺寸限制和种子曲线限制等，以跟随特定结构特征；

（5） 导入FiberSIM的 *.fmd (*.fml 目录)文件，以便能读入单层信息到已存在的网格，从而创建整个结构层；

（6） 导入PlyMaster的电子表格数据，以便自动创建已有网格的铺层；

（7） 可以保存成行业标准文件格式。

(a) 铺层创建

(b) 铺层数据导入与修改

图2 设计模块界面

3、检查模块

该模块是Laminate Tools的一个强大的部分，能提供快速和便捷的有限元分析结果后处理。该模块功能如下：

（1） 读取NASTRAN软件的结果格式文件(*.op2, *.f06)进行后处理；

（2） 读取ANSYS结果文件(*.rst)进行后处理；

（3） 输出每层每个工况的应力曲线，或者多层组成一组/或者多种工况和处理最差值（包线）；

（4） 输出每层或者层界面的NASTRAN失效指数结果；

（5） 使用大量的失效理论（包括用户自定义的），基于导入的有限元应力结果，创建失效指数、安全裕度或者预留因子，可以基于应力或者应变来

进行计算；

（6） 在不需要有限元重新求解的前提下对整个铺层结构进行小的修正和交互显示重分配层的应力和失效计算；

（7） 通过逐层的单元厚度、输出应力和失效指数等的曲线，清楚标识出重要应力分量和问题点；

（8） 输出原始全局层的任意结果曲线，让载荷路径显得清晰和正确的解释优化策略；

（9） 导出层合板和每个单元的载荷信息到LAP，为在进行一个新的有限元分析之前进行额外的检查和实验，改善铺层顺序；

（10） 交互计算和输出类似上面的应变结果。

简言之，检查模块能够使设计师立即领会任何工况（或多工况）对层合复合材料结构的影响，能够快速圈定危险点范围，识别问题，快速评估校正方法，并且采取正确行动。同样的，过度的保守特征也能被快速识别并采取优化措施。检查模块节省了团队时间和帮助避免设计失误。图3与图4即为检查模块应用的两个实例。

图3 F1赛车一个部件的有限元分析结果检查

图4 舰艇项目的过载区域检查

4、分析模块

分析模块界面如图5所示，该模块功能如下：

（1） 基于设计模块创建的铺层信息，或者从*.Layup文件直接读取，或者通过FiberSIM的文件（设计模块）导入，创建层合板特性数据进行有限元分

析；

（2） 写入包括所有层合板信息的NASTRAN或者ANSYS格式的输入文件，也即转换铺层信息到有限元特性，为分析做准备（PCOMP卡片或者

SECTION或者Real Constants）；

（3） 内嵌支持NASTRAN的文件格式，联系网格特征到原始全局单层。

图5 分析模块界面

5、制造模块

制造模块界面如图6所示，该模块功能如下：

（1） 输出DXF或者IGES格式的平面样板图或者铺覆样板图用来嵌套剪裁或者CAD系统；

（2） 导出表格格式的完整或者部分单层信息表，以及单层铺覆的图表和特征，可以输出到标准HTML格式（网页浏览格式），以达到最大兼容性，或

者针对公司的特定定制导出到微软WORD（可选）格式；

（3） 自动扩展DXF格式平面样板图的外边界轮廓线，以备后期剪裁；

（4） 导出激光数据到激光投影系统，进行无缝制造；

（5） 导出到模具表面以用于CAD；

（6） 处理多种已存在的平面样板图铺覆在模具上，支持有限宽度重叠窄条的创建并导出到CAD系统。

图6 制造模块界面

三、Laminate Tools操作流程及典型应用

Laminate Tools典型的操作流程如下：

（1） 利用CAD软件定义几何模型曲面后，利用预定的有限元前处理器在曲面上创建网格；

（2） 利用Laminate Tools工具，用复合材料织物对曲面进行铺覆，并建立整个结构的铺层；

（3） 将Laminate Tools所建铺层的单层信息转换为层状材料特性；

（4） 用专业有限元分析软件对Laminate Tools所建层合材料进行有限元求解；（5） 利用Laminate Tools对有限元分析结果进行后处理，并显示后处理结果；（6） 用Laminate Tools输出单层裁切图形样板。

通过以上流程，Laminate Tools即可集成设计、分析和制造的相关软件，形成简易的复合材料分析、设计环境，进行以下的典型应用：

（1） 材料铺覆模拟，如图7、图8所示；

（2） 用Laminate Tools建立的铺层，可以用来转换单层信息到适合进行有限元分析的层状材料特性，然后在所选用的有限元软件中使用该信息；（3） 以适用于复合材料的特定方式对有限元分析结果进行后处理，包括审查单独全部全局层的能力，如图9所示；

（4） 使用层的信息进行制造，包括嵌入和切削，平面样板图的输出，或者使用激光工具把层的轮廓投影在模具表面上，如图10所示；

（5） 简单观看、审查和批准设计中的结构特征，在部门间或者转包商之间进行数字信息交流，获得最优结构和最小化误差，并且在部件性能上让可

信度最大化。

图7 模拟铺覆高曲率曲面

图8 试验结构的铺覆模拟结果

图9 显示高应力单元逐层应力分布的独特视图

图10 作为制造项目一部分的平面样板图

四、总结

总的来说，聚焦于层合复合材料的Laminate Tools桥接了复合材料设计、分析和制造的整个流程，强大的可视化功能使其在审核设计和查明材料特性需要审查的问题区域时极具使用价值，创建复杂层合板的功能使其在处理大量铺层信息时极其有用，创建并输出单层信息表的功能使其在逐层检查和铺层可视化上极具优势。Laminate Tools使用至今，已被证明是在分析和设计师之间分享信息的高效工具，它的推广必将推动复合材料在更多领域、更广范围内的应用。

复合材料总思考题及参考答案

复合材料概论总思考题 一．复合材料总论 1.什么是复合材料？复合材料的主要特点是什么？ ①复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。 ②1）组元之间存在着明显的界面；2）优良特殊性能；3）可设计性；4)材料和结构的统一 2.复合材料的基本性能（优点）是什么？——请简答6个要点 （1）比强度，比模量高（2）良好的高温性能（3）良好的尺寸稳定性（4）良好的化学稳定性（5）良好的抗疲劳、蠕变、冲击和断裂韧性（6）良好的功能性能 3.复合材料是如何命名的？如何表述？举例说明。4种命名途径 ①根据增强材料和基体材料的名称来命名，如碳纤维环氧树脂复合材料 ②(1) 强调基体：酚醛树脂基复合材料（2）强调增强体：碳纤维复合材料 （3）基体与增强体并用：碳纤维增强环氧树脂复合材料（4）俗称：玻璃钢 4.常用不同种类的复合材料(PMC，MMC，CMC)各有何主要性能特点？ PMC MMC CMC（陶瓷基） 使用温度60~250℃400~600℃1000~1500℃ 材料硬度低高最高 强度较高较高较高 耐老化性能差中优 导热性能差好一般 耐化学腐蚀性能好差好 生产工艺难易程度成熟居中最复杂 生产成本最低居中最高 5.复合材料在结构设计过程中的结构层次分几类，各表示什么？在结构设计过程中的设计层次如何，各包括哪些内容？3个层次 答：1、一次结构：由集体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能； 二次结构：由单层材料层复合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何三次结构：指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。 2、①单层材料设计：包括正确选择增强材料、基体材料及其配比，该层次决定单层板的性能； ②铺层设计：包括对铺层材料的铺层方案作出合理安排，该层次决定层合板的性能； ③结构设计：最后确定产品结构的形状和尺寸。 6.试分析复合材料的应用及发展。 答：①20世纪40年代，玻璃纤维和合成树脂大量商品化生产以后，纤维复合材料发展成为具有工程意义的材料。至60年代，在技术上臻于成熟，在许多领域开始取代金属材料。 ②随着航空航天技术发展，对结构材料要求比强度、比模量、韧性、耐热、抗环境能力和加工性能都好。针对不同需求，出现了高性能树脂基先进复合材料，标志在性能上区别于一般低性能的常用树脂基复合材料。以后又陆续出现金属基和陶瓷基先进复合材料。 ③经过60年代末期使用，树脂基高性能复合材料已用于制造军用飞机的承力结构，今年来又逐步进入其他工业领域。

复合材料的发展和应用

复合材料的发展和应用 复合材料的发展和应用 具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候 论文格式论文范文毕业论文 全球复合发展概况复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电气、、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。树脂基复合材料的增强材料树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道

的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。 2、碳纤维 3、芳纶纤维 20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。 4、超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。 5、热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料、连

铝基复合材料及应用

3铝基复合材料及应用 Aluminum matrix composites and applications 在材料体系设计、制备技术、界面研究、改性处理、性能表征、塑性变形和应用研究等方面开展了系统的研究工作，攻克了高致密制备技术、复合材料稳定性设计、稳定化处理技术、超声波辅助钎焊技术和材料稳定性评价方法等关键技术。研制出的系列颗粒、晶须和纤维增强铝基复合材料，已经应用于卫星、飞机、载人航天等领域。2008年获得国家技术发明二等奖。 The fabrication technology,interface structure,surface modification,property characterization,and plastic deformation have been investigated.A series of key technological problems have been broken through,such as high-density composite fabrication,design of dimensional stability,stabilizing treatment,ultrasonic assisted brazing and evaluation of materials stability.The composites have been successfully applied for industries. SiCp/Al 复合材料样件 SiCp/Al composites samples SiCw/Al 复合材料卫星天线展开机构丝杠 Satellite antenna screw rods of SiCw/Al composite SiC p /Al 相机框架焊接件Brazed camera carriages of SiCp/Al composite

高中化学 4.3 复合材料的制造先进复合材料主要生产工艺介绍素材1 苏教版选修2

先进复合材料主要生产工艺介绍 先进复合材料，具有轻质、高强、高模量、良好的抗疲劳性、耐腐蚀性、可设计性突出、成型工艺性好和成本低等特点，是理想的航空航天及工业结构材料，在航空产品上得到了广泛应用，已成为新一代飞机机体的主体结构材料。复合材料先进技术的成熟使其性能最优和低成本成为可能，从而大大推动了复合材料在飞机上的应用。一些大的飞机制造商在飞机设计制造中，正逐步减少传统金属加工的比例，优先发展复合材料制造。本文着重介绍复合材料制造过程中所涉及到的主要工艺。 复合材料的性能在纤维与树脂体系确定后，主要取决于成型固化工艺。所谓成型固化工艺包括两方面内容，一是成型，这就是将预浸料根据产品的要求，铺制成一定的形状，一般就是产品的形状。二是进行固化，这就是使已经铺制成一定形状的叠层预浸料，在温度、时间和压力等因素下使形状固定下来，并能达到预计的使用性能要求。 复合材料及其制件的成型方法，是根据产品的外形、结构与使用要求，结合材料的工艺性来确定的。目前，已在生产中采用的成型方法有： 1、手糊成型--湿法铺层成型 2 、真空袋压法成型 3、压力袋成型 4、树脂注射和树脂传递成型 5、喷射成型 6、真空辅助树脂注射成型 7、夹层结构成型 8、模压成型 9、注射成型 10、挤出成型 11、纤维缠绕成形 12、拉挤成型 13、连续板材成型 14、层压或卷制成型 15热塑性片状模塑料热冲压成型 16离心浇注成型 本文主要介绍几种常用的工艺方法 1、手糊成型 手糊成型是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单的方法。其工艺过程是先在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物，再在其上贴一层按要求剪裁好的纤维织物，用刷子挤压织物，使其均匀浸胶并排出气泡后，再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度。然后在一定压力和温度下加热固化成型，或者利用树脂体系固化时放出的热量固化成型，最后脱模得到复合材料制品。 手工铺贴方法的优点是可使蒙皮厚度有大的变化，进行局部加强，嵌入接头用的金属加强片，形成加强筋和蜂窝夹芯区等。手工铺层的缺点是生产效率低、成本高，不适应大批量生产和大型复杂复合材料制件的生产要求。 目前，手工铺层使用了许多专用设备来控制和保证铺层的质量，如复合材料预浸料自动剪裁下料系统和铺层激光定位系统等，即采用专门的数控切割设备来进行预浸料和辅助材料的平面切割，从而将依赖于样板的制造过程转变为可根据复合材料设计软件产生的数据文件进行全面运作的制造过程。 2、挤出成型 挤出成型又称为挤塑，在加工中利用液压机压力在模具本身的挤出称压出。是指物料通

航空航天复合材料技术发展现状

航空航天复合材料技术发展现状 2008-11-25 中国复合材料在线［收藏该文章］ 材料的水平决定着一个领域乃至一个国家的科技发展的整体水平；航空、航天、空天三大领域都 对材料提出了极高的要求；材料科技制约着宇航事业的发展。 固体火箭发动机以其结构简单，机动、可靠、易于维护等一系列优点，广泛应用于武器系统及航 天领域。而先进复合材料的应用情况是衡量固体火箭发动机总体水平的重要指标之 一。在固体发动机研制及生产中尽量使用高性能复合材料已成为世界各国的重要发展目标， 目前已拓展到液体动力领域。科技发达国家在新材料研制中坚持需求牵引和技术创新相结合，做到了需求牵引带动材料技术发展，同时材料技术创新又推动了发动机水平提高的良性发展。 目前，航天动力领域先进复合材料技术总的发展方向是高性能、多功能、高可靠及低成本。 作为我国固体动力技术领域专业材料研究所，四十三所在固体火箭发动机各类结构、功能复合材料研究及成型技术方面具有雄厚的技术实力和研究水平，突破了我国固体火箭发动 机用复合材料壳体和喷管等部件研制生产中大量的应用基础技术和工艺技术难关，为我国的 固体火箭发动机事业作出了重要的贡献，同时牵引我国相关复合材料与工程专业总体水平的 提高。建所以来，先后承担并完成了通讯卫星东方红二号远地点发动机，气象卫星风云二号 远地点发动机，多种战略、战术导弹复合材料部件的研制及生产任务。目前，四十三所正在 研制多种航天动力先进复合材料部件，研制和生产了载人航天工程的逃逸系统发动机部件。 二、国内外技术发展现状分析 1、国外技术发展现状分析 1.1结构复合材料 国外发动机壳体材料采用先进的复合材料，主要方向是采用炭纤维缠绕壳体，使发动机质量比有较大提高。如美国“侏儒”小型地地洲际弹道导弹三级发动机（SICBM-1 、-2、- 3 ）燃烧室壳体由IM-7炭纤维/HBRF-55A 环氧树脂缠绕制作，IM-7炭纤维拉伸强度为 5 300MPa , HBRF-55A 环氧树脂拉伸强度为84.6MPa，壳体容器特性系数（PV/Wc ）＞3 9KM ;美国的潜射导弹“三叉戟II （D5 ）”第一级采用炭纤维壳体，质量比达0.944，壳 体特性系数43KM，其性能较凯芙拉/环氧提高30% 国外炭纤维的开发自八十年代以来，品种、性能有了较大幅度改观，主要体现在以下两个方 面：①性能不断提高，七、八十年代主要以3000MPa的炭纤维为主，九十年代初普遍使用 的IM7、IM8纤维强度达到5300MPa,九十年代末T1000纤维强度达到7000MPa,并已开始工程应用；②品种不断增多，以东丽公司为例，1983年产的炭纤维品种只有4种，至U 1995 年炭纤维品种达21种之多。不同种类、不同性能的炭纤维满足了不同的需要，为炭纤维复合材料的广泛应用提供了坚实的基础。 芳纶纤维是芳族有机纤维的总称，典型的有美国的Kevlar、俄罗斯的APMOC,均已在多 个型号上得到应用，如前苏联的SS24、SS25洲际导弹。俄罗斯的APMOC纤维生产及其应 用技术相当成熟，APMOC纤维强度比Kevlar高38%、模量高20%，纤维强度转化率已达到75%以上。PBO纤维是美国空军1970年开始作为飞机结构材料而着手研究的产品，具有刚

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航空航天先进复合材料现状 2014-08-10 Lb23742 摘要:回顾了树脂基复合材料的发展史;综述了先进复合材料工业上通常使用环氧树脂的品种、性能和特性;复合材料使用的增强纤维;国防、军工及航空航天用树脂基复合材料;用于固体发动机壳体的树脂基体;用于固体发动机喷管的耐热树脂基体;火箭发动机壳体用韧性环氧树脂基体;树脂基结构复合材料;防弹结构复合材料;先进战斗机用复合材料;树脂基体;航天器用外热防护涂层材料;飞机结构受力构件用的高性能环氧树脂复合材料;碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天中的其它应用;民用大飞机复合材料;国产大飞机的软肋还是技术问题;复合材料之惑。 关键词:树脂基体;复合材料;国防;军工;航空航天;结构复合材料 0 前言 复合材料与金属、高聚物、陶瓷并称为四大材料。今天，一个国家或地区的复合材料工业水平，已成为衡量其科技与经济实力的标志之一。先进复合材料是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。到2020年，只有复合材料才有潜力获得20-25%的性能提升。 环氧树脂是优良的反应固化型性树脂。在纤维增强复合材料领域中，环氧树脂大显身手。它与高性能纤维:PAN基碳纤维、芳纶纤维、聚乙烯纤维、玄武岩纤维、S或E玻璃纤维复合，便成为不可替代的重要的基体材料和结构材料，广泛运用在电子电力、航天航空、运动器材、建筑补强、压力管雄、化工防腐等六个领域。本文重点论述航空航天先进树脂基体复合材料的国内外现状及中国的技术软肋问题 1 树脂基复合材料的发展史 树脂基复合材料(Resin Matrix Composite)也称纤维增强塑料(Fiber Reinforced Plastics)，是技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国不科学地俗称为玻璃钢。 树脂基复合材料于1932年在美国出现，1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩，其后不久，美国莱特空军发展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼的飞机，并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试飞成功。1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。在此期间，玻璃纤维-聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。1961年片状模塑料(Sheet Molding Compound, 简称SMC)在法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、

现代大飞机复合材料应用与制造技术浅析

现代大飞机复合材料应用与制造技术浅析 发表时间：2019-05-05T15:40:13.587Z 来源：《基层建设》2019年第4期作者：宋慧[导读] 摘要：由于复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强及良好的抗疲劳损伤性能和耐腐蚀性能的优点，大批飞机零、部件相继采用复合材料，并且采用复合材料的部位、面积和重量也日趋增加。 沈阳飞机工业（集团）有限公司辽宁沈阳 110850 摘要：由于复合材料具有比强度高、比刚度大、可设计性强及良好的抗疲劳损伤性能和耐腐蚀性能的优点，大批飞机零、部件相继采用复合材料，并且采用复合材料的部位、面积和重量也日趋增加。将先进复合材料应用于飞机结构中可相应减重20％～30％，这是其他先进技术很难实现的效果。复合材料已成为铝、钢、钛之后，迅速发展的四大航空材料之一，所占比例也越来越高，在民用飞机上获得了大 量应用。基于此，本文主要对现代大飞机复合材料应用与制造技术进行分析探讨。 关键词：现代大飞机；复合材料应用；制造技术前言 复合材料工艺技术的发展为实现民用飞机大部件的整体设计与整体制造提供了可能，使得飞机结构零部件的数量大大减少，提高了飞机的生产效率和可靠性。目前采用复合材料取代金属和非金属等常规材料制造结构件已经成为世界民机制造业的主流趋势，这对中国自主研制的大型民用飞机的市场竞争力提出了严峻的考验。 1复合材料在大型民用飞机中的应用复合材料呈多层次结构，其复杂程度远高于金属材料，大型结构件的整体成型和集成制造使得问题更加复杂化，因此其在大型民用飞机上的应用历经坎坷。波音B757和波音B767中复合材料占总质量的4％；波音B777和空客A340中复合材料的质量分数上升到11％和14％；对于空客A380，复合材料的质量分数为25％；对于代表当今世界民用飞机制造技术最高水平的波音B787和空客A350，复合材料的质量分数高达50％和52％。 可以说，先进复合材料质量占飞机结构总质量的多少，在某种程度上已经成为评价该飞机技术先进程度和市场竞争力的重要指标。从国外的情况来看，复合材料在大型民用飞机结构中的应用主要表现为如下发展趋势。 1.1复合材料在大型民用飞机中所占质量分数越来越大 以空中客车公司为例，复合材料占飞机结构的质量分数从A310—300机型的5wt％，上升到A380的25wt％，再到A400M的35wt％，在A350飞机上这一质量分数高达52wt％，第一次实现了复合材料的用量超过了金属材料的用量，被称为“塑料飞机”。 1.2复合材料被大量应用于主承力结构 复合材料最初应用于飞机的舱门、整流罩、安定面等次承力结构，随着材料性能的不断提高，目前复合材料已经被广泛应用于机身机翼等主承力结构。空中客车A380的中央翼盒、翼肋、机身上蒙皮壁板、机身后段、机身尾段、地板梁、后承压框、垂尾等大量主承力结构都采用碳纤维复合材料。 1.3由复合材料制造的复杂曲面结构件越来越多 复合材料在复杂曲面结构件上的应用存在一定的挑战性：（1）受制于制造变形的问题；（2）在铺层设计方面也具有较大的难度。大量先进制造工艺的出现使得由复合材料制造的复杂曲面结构件越来越多，如A380机身19段和球面后压力框等具有复杂曲面的大尺寸受力部件，分别采用复合材料纤维自动铺丝技术和树脂膜渗透（RFI）工艺制造。 1.4飞机结构件的制造向整体成型和共固化方向发展 复合材料之所以在大型民用飞机中所占质量分数不断提高，甚至能够取代金属材料大量应用于飞机结构件的制造，不仅仅是因为其轻质高强的特点，更重要的是因为复合材料易于集成制造，从而可实现大型构件的整体成型。复合材料结构件的共固化和整体成型技术能够显著减少零件和紧固件的数量，缩短生产周期，减少制造和装配工时，大幅度降低生产成本。 2大型飞机复合材料制造技术（1）复合材料成本过高仍是制约飞机结构大量应用复合材料的主要障碍，造成成本下不来、用量上不去的状况。复合材料成本的70％以上来自制造工艺，因此，低成本的制造技术仍是复合材料发展中亟待解决的关键问题。目前，国外复合材料最新的制造理念是整体制造（即尽量将复合材料设计成整体结构），采用诸如像自动铺放、共固化或共胶接等技术实现整体制造。在满足结构总体性能要求的前提下，复合材料整体成型技术的意义在于可以通过减少零件数目、紧固件数量和协调／连接装配工作量进一步减轻结构重量，降低成本（尤其是制造成本）。同时，由于相应钉孔数量下降，可改善结构的承载能力，采用整体成型技术还可以减少分段、对接、间隙和台阶，使机体表面光滑，降低RCS值，提高隐身性能。 （3）采用自动铺放技术可显著降低具有复杂形状复合材料构件的制造成本。最早的自动铺放技术研究始于复合材料机身的制造，由于采用缠绕技术制造机身时缠绕张力使凹面产生缝隙，并使纤维滑移而偏离原来位置，且传统的缠绕工艺无法有效改变厚度，纤维铺放技术解决了上述问题，在大型复杂型面上铺放和压实连续预浸纤维，使得纤维在芯模上的铺放完全在无压力状态下进行；铺放预浸带时可按要求调整其宽度，还能通过加热或冷却调节其粘度，自动铺放精度可达0．005ram。自动铺放（ATL／AFP）自动化制造技术可以提高制件质量和工艺效率，减少零件数量，降低制造及装配成本，目前该技术已得到广泛应用。 （4）自动铺带适用于尺寸较大，曲率相对较小的零件，如整体壁板类零件、大梁、长桁等，而纤维自动铺放适用于尺寸较大，形状相对较复杂的零件，如机身段、进气道等。目前哈飞集团已经引进了自动铺带设备，下面以自动铺带为例，简要介绍机翼整体壁板的制造流程。大型飞机机翼整体壁板结构尺寸较大，不适于手工制造，只能采用自动铺带制造技术。整体壁板分为包括横、纵向加强筋的格栅式整体壁板和只包括横向加强筋的整体壁板。加强筋还分为工字形、T形等结构形式，带有工字形加强筋的格栅式整体壁板成型最为复杂，而只带有横向T形加强筋的整体壁板相对较易制造，但无论采用何种形式，其制造流程基本是一致的。 3结语 （1）波音和空客公司在波音787和空客A350上大量使用复合材料的事实表明，复合材料结构不仅减轻了飞机的结构质量，而且改善了飞机的耐腐蚀性能和抗疲劳性能，降低了飞机的维护费用，大幅度提高了民用飞机的经济性、舒适性和环保性，成为现代大型客机先进性和市场竞争力的标志。

SMC复合材料的应用和特点

SMC复合材料是Sheet molding compound的缩写，即片状模塑料。主要原料由GF (专用纱)、UP (不饱和树脂)、低收缩添加剂，MD (填料)及各种助剂组成。它在二十世纪六十年代初首先出现在欧洲，在1965年左右，美、日相继发展了这种工艺。 我国于80年代末，引进了国外先进的SMC生产线和生产工艺。SMC复合材料及其SMC模压制品，具有优异的电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学防腐性。所以SMC制品的应用范围相当广泛。现在发展趋势是SMC复合材料最终取代BMC材料。 材料中以纤维增强材料应用广、用里大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500C时仍能保持足够的强度。

材料成型工艺灵活，其结构和性能具有很强的可设计性。用模具一次成型法制造各种构件，可提高结构强度，通过纤维种类和不同排布的设计，可提高构件不同部位的性能。通过调节复合材料各组分的成分、构成及排列方式，既可使构件在不同位置承受不同的作用力，还可制成兼有刚性、韧性和塑性等矛盾性能的复合材料多功能产品，这些都是传统材料所不具备明显海洋气候的地下环境时其腐蚀危害更为明显，再加上地铁工程的杂散电流腐蚀，大大降低了金属材料的使用年限。的优点。复合材料疏散平台与电缆支架的应用技术中，复合材料性能的“可设计性”起到很大作用。 杭州金盟道路设施有限公司是一家专注于复合材料检查井盖以及复合材料整体技术解决方案的国家高新技术企业。在SMC复合材料的应用中我们也有丰富的经验，如果想了解更多复合材料产品，可以登录我们官网咨询。

复合材料的发展前景,发展与应用

复合材料的发展及应用 随着科学技术迅速发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高,越来越严和越来越多的要求。在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要。这时候复合材料就出现在了这百家争鸣的舞台上。 基本概论 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。此定义来自ISO。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。从上述定义中可以看出，复合材料是两个或多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。所以我们可根据增强材料与基体材料的名称来给复合材料命名，增强基体复合材料。如：玻璃钎维环氧树脂复合材料，可写作玻璃/环氧复合材 料。 分类与性能 按增强材料形态分类可分为（1）连续纤维复合材料；（2）短纤维复合材料；（3）粒状填料复合材料；（4）编织复合材料。按增强纤维种类分类可分为（1)玻璃纤维复合材料；（2）碳纤维复合材料；（3）有机，金属，陶瓷纤维复合材料。在此篇文章中主要讨论以基体材料分类的几种复合材料。1.聚合物基复合材料——比强度，比模量大；耐疲劳性好；减震性好；过载时安全性好；具有多种功能性；

有很好的加工工艺性。2金属基复合材料——高比强度，高比模量；导热，导电性能；热膨胀系数小，尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的疲劳性能和断裂韧性；不吸潮，不老化，气密性好。此外还有陶瓷，水泥基复合材料，都有与上类似的特点。 基体材料 一：金属材料 选择基体的原则：使用要求，组成特点，基体金属与增强物的相 容性。 结构复合材料的基体：450℃以下的轻金属基体（“铝基和镁基”用于航天飞机，人造卫星，空间站，汽车发动机零件，刹车盘等）；450-700℃的复合材料的金属基体（“钛合金”用于航天发动机）；1000℃以上的高温复合材料的金属基体（“镍基，铁基耐热合金和金属间化合物”用于燃气轮机）。 二：陶瓷材料 陶瓷是金属和非金属元素的固体化合物，其键合为共价键或离子键，与金属不同，它们不含有大量的电子。一般而言，陶瓷具有比金属更高的熔点和硬度，化学性质非常稳定，耐热性，抗老化性皆佳。常用的陶瓷基体主要包括玻璃（无机材料高温烧结），玻璃陶瓷，氧化物陶瓷（MgO，Al2O3，SiO2，莫来石等），非氧化物陶瓷（氮化物，碳化物，硼化物和硅化物等）。 三：聚合物材料

复合材料技术

航空预浸料- 热压罐工艺复合材料技术应用概况 发布时间：2011-11-23 15:34:27 先进复合材料自问世以来，由于其轻质、高强、耐疲劳、耐腐蚀等诸多优势，一直在航空材料领域得到重视。随着近几十年来的发展，尤其是最近10年在大型飞机上井喷式的应用，先进复材料已经证明了其在未来航空领域的重要地位，它在飞机上的用量和应用部位也已经成为衡量飞结构先进性的重要标志之一[1] 如目前代表世界最先进战机的美国F-22 和F-35，其复合材料占机结构重量达到了26%（F-22 机身、机翼、襟翼、垂尾、副翼、口盖、起落架舱门；F-35 机身翼进气道、操纵面、副翼、垂尾），欧洲EF-2000 战机更是达到了35%~40%（机翼、垂尾、方向舵[2] ；民机领域的两大巨头波音和空客，在其最新型的大型客机波音787、A350XWB 机型中，大幅使用复合材料，分别达到50% 和52%[3],在机身主承力结构中，除一些特殊需要外，基本上实现了全复合材料化。 从当前的复合材料应用来看，航空复合材料具备以下几个方面的特点：在材料方面，飞主承力结构应用高韧性复合材料；在工艺方面，呈现出以预浸料- 热压罐工艺为主，积极开发液体成型工艺及其他低成本成型工艺的态势，对复合材料构件的制造综合考虑性能/ 成本因机[4]设计理念的广泛认知，复合材料已逐渐在主承力结构上站稳了脚跟，而且，为了进一步将复合材料的优点充分发挥，飞机结构设计越来越趋向于整体化和大型化。复合材料在主承力结构上的应用技术是体现航空复合材料水平及应用程度的重要标志。目前复合材料主承力构件仍是以预浸料- 热压罐工艺为主。基于此，本文旨在介绍目前与航空预浸料- 热压罐工艺相关的复合材料技术。 主承力结构用预浸料 1 高性能复合材料体系 “计是主导，材料是基础，工艺是关键”[5]复合材料的制造技术与材料的发展息息相关。航空预浸料-热压罐工艺高性能复合材料到目前已经历了3个阶段。 第一阶段的复合材料采用通用T300 级碳纤维和未增韧热固性树脂，具有明显的脆性材料特征，主要用于飞机承力较小的结构件。第二善，应用范围扩大到垂尾、方向舵和平尾等部件。第三阶段的复合材料为高韧性复合材料，其应用扩大到机材料应用于飞机主承力结构，波音公司首先提出了高韧性复合材料预浸料标准BMS8-276，概述了主承力结构复合材料性能目标，并提出采用冲击后压缩强度

中航西飞公开世界最先进复合材料生产技术

中航西飞公开世界最先进复合材料生产技术 聚焦阎良航空城——中航工业第五届媒体日活动侧记 参加中航工业第五届媒体日的很多记者是“跑航空口”的资深记者，但走进飞机生产科研试验一线的机会却是少之又少，因此大家都十分珍惜这次难能可贵的机会。在不到两天的时间里，他们先后参观了中航工业试飞中心、西飞、一飞院和强度所4家单位，内容丰富而充实，记者们都纷纷表示不虚此行。 本次媒体日活动由试飞中心、一飞院和西飞共同承办。为了便于管理，组织者们将来自全国20个省市近150名记者分成3个小组活动，每个小组都有志愿者全程陪同，这些志愿者和各单位的组织者们给媒体朋友留下了深刻印象。 由于当天一些航班的延误，在注册台服务的志愿者们一直等到深夜。在参观科研生产试验一线时，组织者为每个小组配备一台可移动的无线扩音器，志愿者全程拉着这台重达20公斤的扩音器跟在记者团的身后，让记者们能够清晰地听到讲解。媒体日活动现场到处可见志愿者忙碌的身影，保障了活动的顺利开展。 从飞机设计、生产、试验到试飞，都是极其专业的科技或工艺，但讲解员们都尽量用浅显易懂的语言来描述，用形象生动的比喻让大家更容易理解，耐心细致地解答记者们提出的问题。记者们最后交流时笑着说：“这次媒体日我们是上课来了。” 参加本次媒体日活动的记者们也并不清闲，无论走到哪里，专家、院士、总师的身旁都会围绕一群记者。走进实验室和生产一线时，记者们认真听着工作人员的讲解，有的还拿着笔记本做笔记，时不时提出疑问。一位厂长在活动结束后表示，记者们提出的问题往往都“正中要害”，十分专业。 在本届媒体日活动中，记者们来到西飞公司参观了数控厂房、数控喷丸生产线、复材厂房等，这些生产线代表了我国、甚至是世界最先进的生产技术。来自《国际航空》杂志的记者告诉我，从前一直报道复合材料的消息，但这次在西飞的厂房看到复材的蜂窝、碳纤维等原材料以及加工合成后的复合材料时，才真正明白复材工艺，这比看多少资料都要明了。 很多记者都是军事迷，看到歼15舰载机、歼10战斗机和直10武装直升机就在眼前时，他们兴奋的围着这些重量级选手360度无死角拍照，生怕错过任何一个好的角度。各位专家、总师、院士也成了各位记者追逐的主角。在参观一飞院见到唐长红院士时，一位来自中央电视台的记者在采访之余拉着唐院士要求合影，并强调唐院士是她的偶像。 在11月5日晚，组织者为参加活动的记者们准备了一台小型文艺演出。无论是职工艺术家的美声演唱还是年轻职工组创的乐队，演出的水准完全可以用专业级来评价，尽兴时记者也跑上舞台和职工合唱一段。后来了解到，这些职工艺术家都是工作在一线的员工，工作之余大家聚在一起排练节目，节假日时表演给广大职工。同行的记者说，别看阎良小，还真是卧虎藏龙，不仅造飞机，更出艺术家。

植物纤维的现状及其发展前景

植物纤维的现状及其发展前景 植物纤维的现状及其发展前景 植物纤维用于复合材料的潜在优势越来越引起人们的注意,它价格低廉,密度小,具有较高的弹性模量,与无机纤维相近,而它的生物 降解性和可再生性是最突出的优点,是其它任何增强材料无法比拟的;另一方面,植物纤维与通用塑料共混制得的塑料是不完全生物降解的,即在微生物作用下,合成高分子仅能被分解为散乱碎片,这种材料使 用后仍会对环境带来负面影响,因而植物纤维在全生物降解、复合材料中得到了重视并迅速发展。国外采用植物纤维改性的复合材料,已经在汽车内部装饰、室内外装修饰材、建筑结构部件等一些领域有 广泛的应用。但国内的研究发展相对较落后,近年来对植物纤维复合材料的研究有了较大的进展,特别是对生物降解材料的复合已成为研究开发的热点。本文综述了植物纤维改性高分子材料的一些性能变化，影响植物纤维复合材料综合性能的因素以及植物纤维的发展前景。 1.不同种类的植物纤维复合材料 植物纤维与高分子材料制备的复合材料中,采用的天然植物纤维主要有麻蕉、黄麻、xx、亚麻、剑麻等麻类材料及木材、竹材、棉 纤维、纸浆纤维等。材料形态主要是纤维态和粉态。麻纤维由于强 度好、可再生等优点,用来增强聚烯烃塑料用于汽车内饰及部件,在 欧洲汽车工业已广泛应用。随着各行各业对环保的关注,用天然麻类纤维与高分子材料制备复合材料的研究较多,而使用木纤维或木粉与高分子材料制备复合材料的研究相对较少。就生物降解材料而言目 前研究较多的是PLA。PLA结晶温度介于170~180℃之间,其力学性 能接近于聚丙烯和聚酯树脂,所以其复合材料具有较高强度,某些性 能接近于天然植物纤维/聚丙烯复合材料。椰纤维和竹纤维同样具有非常好的力学性能,具有较高的韧性,也比较适合作增强材料。

先进复合材料在航空航天领域的应用

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/594212453.html, 先进复合材料在航空航天领域的应用 作者：周庆庆 来源：《科技风》2017年第17期 摘要：复合材料是在随着科技发展所衍生出的一种新型材料，尤其是先进复合材料目前 已经被广泛应用到了航空航天领域，并发挥着至关重要的作用价值。本文简要介绍了先进复合材料的特性，而后重点就先进复合材料在航空发动机、无人机等航空领域，以及导弹结构、运载火箭结构、卫星和宇航器结构等航天领域中的具体应用展开了深入的探究工作。 关键词：先进复合材料；航空航天；应用 伴随着当前科技水平的不断提高，尤其是航空航天领域的快速发展，材料的应用环境愈发恶劣，对于材料本身也提出了更为严苛的要求。新型材料的研发是为了更好的满足于高新技术发展的需求，其中复合材料是目前在材料科学领域中的一个主要发展方向，同时也是新材料发展最好的一个分支，随着复合材料的快速发展，其目前已经成为了与高分子材料金属材料、无机非金属材料所并列的四大材料体系之一。 一、复合材料的特性 先进复合材料有着十分明显的优势特性，具体可概括为结构整体化、经济效益最大化、可设计性以及功能多样性，现具体分析如下： （1）结构整体化。先进复合材料能够被加工为整体部件，也就是应用先进复合材料部件来取代金属部件。在一些较为特殊的轮廓及表层比较复杂的部件当中，利用金属制造往往可行性相对较差，而应用先进复合材料往往便可有效满足于实际的工作需求。 （2）经济效益最大化。将先进复合材料应用于航空航天领域内，可实现对产品数量的大幅度精减。因对复杂部件的连接往往无需采取焊接、铆接等方式，因而对于连接部件的需求量也便可以大大减少，进而使得材料的装配成本与时间也能够有效降低，从而实现经济效益的最大化。 （3）可设计性。应用纤维、树脂、复合结构等方式可得到多种性能、形状存在明显差异化的复合材料，选取出适当的材料及铺层次序便可加工出没有膨胀系数的复合材料，同时其尺寸稳定性也要明显优于一般的金属材料。 （4）功能多样性。随着先进复合材料材料的不断发展，其不断融合了许多优异的物理性能、化学性能、生物性能、力学性能等。如先进复合材料所具备的阻燃性能、吸波性能、防热性能、屏蔽性能、半导性能及超导性能，而且各类先进复合材料其本身的构成也不尽相同，在功能方面也会产生出一定的差异性，目前综合性及多功能性现已成为先进复合材料发展的一项主流趋势。

复合材料大作业

先进复合材料制造技术复合材料表面的金属化 姓名丁志兵

班级05021104 学号2011301263 复合材料表面的金属化 材料作为社会进步的物质基础和先导，在人类历史发展的过程中一直都是人类进步的里程碑。每一种新材料的发现和利用都会为社会生产力的提高以及人类生活品质的提升带来巨大的变化。同时，材料制造的水平也是衡量一个国家科学技术和经济发展的重要因素之一。 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的发展具有悠久的历史，自20 世界40 年代因航空工业发展的需要而发展出的玻璃纤维增强复合材料（也称玻璃钢），复合材料这一新材料的名称因此而进入人们的视线。复合材料的出现，使得材料科学的内容产生了极大的丰富，并且因其自身的广泛而优异的性能而得到快速的发展，人们将复合材料的出现视为人类进步发展的里程碑。科学家预言：“复合材料在21 世纪中将支撑着科学技术的进步和挑起经济实力的脊梁”，“21 世纪将是复合材料的时代”，“先进复合材料在21世纪中将在航空航天技术领域中发挥越来越重要的作用”。随着时代的进步和科技的发展，复合材料结构已经广泛应用于航空航天、船舶、车辆、建筑工程等多个领域，的确，21 世纪将是复合材料的时代，复合材料必将肩负着重要的责任。 树脂基复合材料以其质轻、高比强度、高比模量、热膨胀系数小、性能可设计性等一系列优点,已经成为国内外航天器结构部件的首选材料,广泛应用于各类卫星天线、相机结构组件、裕架、太阳能电池板等。在航天器中,用复合材料代替金属材料,在保持原有力学性能,甚至更高的同时,可有效减轻航天器的重量,节约发射成本。但是,由于特殊的空间使用环境和航天技术新的发展需求,树脂基复合材料面临以下的问题,严重影响了该类材料的进一步应用。 1)空间防护能力不足,制约航天器向长寿命方向发展。 航天器在空间运行过程中要经受严酷的空间环境考验。近地轨道以大量的原子氧、紫外环境为主。原子氧是一种很强的氧化剂,对树脂基体具有很强的腐蚀作用,当航天器以极高的速度在其中运行时,相当于将航天器浸泡于高温的氧原子气体中,裸露在外的树脂基复合材料结构件表面与其作用形成挥发性的氧化物;在地球同步轨道,空间辐射环境以带电高能粒子如电子,质子和紫外线等为主,带电粒子对卫星结构件的辐射损伤主要是通过以下两个作用方式:一是电离作用,即入射粒子的能量通过被照物质的原子电离而被吸收,另外一种是原子的位移作用,即被高能粒子中的原子位置移动而脱离原来所处的晶格位置,造成晶格缺陷。高能的质子和重粒子既能产生电离作用,又能产生位移作用。所有这些作用都会导致树脂基

常用复合材料介绍

非金属材料及复合材料 学习目标：了解非金属材料和复合材料的种类、性能特点及应用，特别是塑料、橡胶、陶瓷、复合材料的性能特点及应用。 本章导读：塑料与橡胶为有机高分子材料，与金属相比质量轻，具有金属材料不可比拟的特殊性能，使用极为广泛；陶瓷为无机非金属材料，具有高硬度、耐蚀的性能，除日用陶瓷外，工业上使用的特种陶瓷更具有其独特的性能，在机械加工、航空航天、化学工业等领域都有应用；复合材料是由两种或多种材料组成的多相材料，具有较好的综合性能，其应用越来越受到广泛的重视，大家熟悉的玻璃钢、塑钢门窗、羽毛球拍等，都是用复合材料制造的。 第一节塑料与橡胶 塑料与橡胶属高分子材料，目前，全世界合成高分子材料的年产量按体积计已超过钢铁材料，并正以每年14%的速度增长，其使用领域广泛，涉及工业制造及日常生活。 高分子材料是由若干原子按一定规律重复地连接而成的长链分子，长链分子的最大伸直长度可达毫米级，其分子量一般大于5000。高分子材料按来源可分为天然高分子（天然橡胶、蚕丝、皮革、木材等）和合成高分子化合物（塑料、橡胶等）。 合成高分子化合物是由一种或几种单体（简单结构的低分子化合物）聚合而成的，因此高分子化合物又称高聚物或聚合物。如聚乙烯分子就是由单体乙烯经聚合反应连接而成： n（CH2=CH2）—— --[ CH2—CH2 ]-- n 乙烯聚乙烯 高分子化合物的化学组成一般并不复杂，是由重复连接的结构单元组成的，这种重复连接的结构单元称为“链节”，如聚乙烯中的 --[ CH-2—CH2 ]--。大分子链之间存在的相互作用力使链节连接起来，其连接方式决定了高分子化合物的性能。 一、塑料 1．塑料的组成 塑料的主要组成是合成树脂和添加剂。合成树酯是具有可塑性的高分子化合物的统称，它是塑料的基本组成物，它决定了塑料的基本性能，塑料中合成树酯含量一般为30%~100%。树酯在塑料中还起粘结剂的作用，许多塑料的名称是以树酯来命名的，如聚苯乙烯塑料的树酯就是聚苯乙烯；添加剂的作用主要是改善塑料的某些性能或降低成本，常用的添加剂有填充剂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、固化剂、着色剂等。

复合材料的发展和应用的论文

复合材料的发展和应用的论文 全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商ppg公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国gdp增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达万吨，汽车等领域的用量仅为万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。 另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。 树脂基复合材料的增强材料 树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维 目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃