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08 复合材料桨叶“黑线”问题研究-李成(5)

08 复合材料桨叶“黑线”问题研究-李成(5)
08 复合材料桨叶“黑线”问题研究-李成(5)

第二十八届(2012)全国直升机年会论文

复合材料桨叶“黑线”问题研究

李成1李永远2吴宝昌2杨库1

(1.中航工业哈飞;2.空军驻哈尔滨地区军事代表室,哈尔滨,150066)

摘要:复合材料桨叶是直升机的关键件,其质量直接影响直升机飞行安全问题。桨叶主要是由复合材料构成,但是在模压桨叶生产过程中,经过无损X光检测,发现复合材料桨叶中出现了“黑线”等质量缺陷,经过对“黑线”的分析论证,对产生原因有初步的认识:缠绕张力不足、不均匀,造型不佳,泡沫压力不均匀。因此提出对桨叶的部件结构和工艺方法的改进,严格控制泡沫质量和造型形态,最终达到消除模压桨叶根部黑线问题的目的。

关键词:桨叶; 聚胶; 泡沫压力

1 概述

桨叶是直升机的升力系统,提供升力、推进力等,其中桨叶主要是由复合材料制造,桨叶在制造过程中,要适应各种环境和温度变化,难免会出现各种质量问题和故障,其中桨叶的黑线(通过无损X光检测,桨叶内部材料密度不同,在加温成型后,通过与标准底片进行对比,而界定质量缺陷)。通过对比发现桨叶“黑线”在国内外制造的复合材料桨叶中都是存在的,一般而言,桨叶可以视为无限寿命零件使用,在疲劳试验中通过在实验台上加载的方式模拟桨叶在飞行中的状态,通过疲劳试验的次数来确定其使用寿命,进而确定模压桨叶的生产质量,标准的桨叶实验次数一般都在百万次以上,由于桨叶“黑线”存在会降低桨叶的疲劳寿命。

2 主桨叶结构简介

直九主桨叶是复合材料桨叶,主要使用材料及零件有玻璃纤维预浸料、碳纤维预浸料、聚氨酯保护带、聚醚硬泡沫、金属配重、钢连接衬套、前缘金属包片等等,如图1所示,图中位号9所指为主桨叶大梁带(玻璃纤维预浸带);位号16所指为聚氨酯泡沫。

1)不锈钢前缘包片 2)黄铜整体配重 3)桨根堵盖 4)钢连接衬套 5)根部填块 6)桨根加强层 7)后Z形梁 8)前Z形梁 9)主桨叶大梁 10)调整片 11)后掠桨尖罩 12)静平衡配重固定螺栓 13)动平衡配重固定螺栓 14)桨尖整流罩安装支架 15)前缘蒙皮 16)聚氨酯硬泡沫填块 17)后缘蒙皮 18)后缘条

图1 主桨叶结构示意图

3 桨叶出现黑线产生原因

3.1 黑线的形成机理

无损X光检测的机理为:在X射线透射所要拍摄的基体时,X射线在透过的材质之后其能量的衰减量会因为材质密度的不同而产生变化,基体的材质的密度越小,X射线的衰减量越小,在X光片上反映的现象则越黑,最终在X光底片接受到的X光的强度即底片之上成像的明暗程度来判断所透射材料内部的情况,图为X光底片中的黑线表征。

图2 X光底片黑线图示

复合材料桨叶由于粗纱纤维的密度远大于树脂的密度,在旋翼进行X光检测时,在X光底片上的明暗程度就反映旋翼内部各层复合材料的层间粘接情况。若中间出现线状黑色条纹,则表明此处复合材料聚合时层间存有聚胶。

3.2 无纬带缠绕过程

复合材料桨叶在无纬带缠绕和浸胶过程中,胶液粘度较大,不能够很好的浸润玻璃纤维,如图2所示为玻璃纤维在浸胶时的胶液状态。

图3 玻璃纤维浸胶情况

浸胶机的棍子与各个导轮与缠绕梭子之间的直线度不够好,导致在大梁带在缠绕过程中所受到的张力不均匀导致在缠绕过程中大梁带有倾斜现象从而使得各层之间偏差较大。再加上梭子提供的张力不足,各层不能很好的粘接。图3为大梁带缠绕后的状态。

图4 为大梁带缠绕后的状态

3.3 桨叶成型过程

在桨叶的整个固化过程中,随着温度的升高,胶液会从常态转变为粘流态,继而进入熔融态,粘度也随着温度的升高不断地下降,最后树脂分子经过聚合分子链的交联最后形成不溶的热固性树脂。在这一系列的变化过程中,大梁带的形态和其所承受到的温度、压力是影响最后固化结果的最重要影响因素,如图4所示为大梁带在桨叶铺层时的状态。

图5 大梁带的铺层状态

从图中可以看到在大梁带在铺层时,其形态不理想,各层之间黏结不紧密,这很有可能时造成桨叶出现黑线的原因之一。

另外从相关数据可以发现,桨叶在出现黑线并伴有旋翼后缘收缩的概率为80%以上。旋翼后缘收缩的最主要原因即为泡沫厚度超标即为泡沫提供给桨叶局部的支撑力过大,当泡沫提供给旋翼的支撑力在局部部位可能很大,而在某些部位较小,从而造成桨叶内部受力不均匀,当桨叶在固化过程中,由于胶液的粘度很小,在不均匀力的作用下胶液集中流向压力较小的区域,造成桨叶出现“黑线”问题。

3.4 无纬带的铺放过程

桨叶材料主要复合材料,出现黑线位置主要集中衬套周围,接头填块、无纬带等位置,现对这些位置图纸和工艺上进行改进,桨叶的示意图,如图5所示:

图6 无纬带的缠绕

从无纬带在桨叶成型中缠绕形式分析,无纬带要从接头填块绕过,然后从根部堵盖的位置端部绕出来,由于根部堵盖是缠绕完无纬带后,用机械推进的方法从桨叶的根部挤压进入到模压桨叶。对已铺放好的无纬带,由于无纬带的柔软性和层叠顺序,从根部堵盖绕出方向会挤出部分无纬带,此时无纬带没有约束,必将产生无纬带胶与丝之间产生一定的分层现象,造成密度的不均匀性和褶皱,出现在X光上就为黑线现象,如图7所示:

图7 无纬带在根部堵盖缠绕方向示意图

4 桨叶改进措施

4.1 设计上改进措施

由于根部堵盖、接头填块附近的X光检查问题出现的最多,几乎占了复合材料桨叶“黑线”的50%以上,从根部堵盖的形式上看,无纬带的缠绕方向与根部堵盖的结合要光滑过度,不要产生收的太紧的情况,使无纬带光滑过度,尽量避免无纬带打弯、打折现象,见图8所示:

图8 根部堵盖结构形式

针对根部堵盖的产生无纬带打弯、打折部位,要在设计上对此的圆角进行必要的改进(如设计的圆角尽可能圆滑过渡,增加曲率半径等形式),使无纬带以渐开线的方式绕出,这样就能有效的降低1-2区的黑线产生。

4.2 工艺上的改进措施

对缠绕机,浸胶机进行了准确的校准,使大梁带在缠绕的过程中所承受的足够均匀的张力,以保证大梁带在缠绕过程中能够使各层之间黏结紧密,层与层之间无偏差;

严格控制浸胶时的温度、二氧化碳的流量,梭子的旋转速率,使纤维的浸胶效果得到改善,并严格控制无纬带的存放形态。

最后,在泡沫组装成型时严格控制合模间隙,在旋翼成型铺放大梁带时严格控制铺放形态,并用相应的工具对大梁带进行梳理

加强无纬带的加工质量,除确保粗纱纤维的质量以外,提高无纬带的根部走向精度,尽量减少打弯的现象出现,也可以提高桨叶的疲劳寿命。

加强工艺方法的控制,尽量减少包铁阶差、后缘缩布、表面质量、楔块位移等问题出现,可以进一步提高产品的合格率。

在接头填块与无纬带模压时涂少许环氧树脂胶,使无纬带与小鱼进行紧密贴合;

在必要的情况下对根部堵盖的设计工装进行改进,这要进行几个批次的跟踪调研。

5 结论

对将近一年来的主桨叶生产情况进行了现场的调研,对桨叶的生产中出现的问题提出了很多合理化的建议,对桨叶黑线问题认真分析,详细说明了桨叶在1~2区产生黑线的可能性原因,并给出了改进措施和具体的建议,但由于桨叶材料主要是复合材料,在模具中进行的模压,具有很多不确定因素,所以完全避免黑线的产生是比较困难的,在生产桨叶中只能采取事先预防的措施,但是桨叶的黑线在合理的区间是对桨叶寿命影响是不大的,通过疲劳试验、飞行试验数据上得到验证。

Research on the “black line” of the composite blade

Li Cheng1 Li Yongyuan2Wu Baochang2Yang ku1

(1.Avic Harbin Aircraft Industry Group Co., Ltd., https://www.sodocs.net/doc/084428623.html,itary Representative Office of the Airman Aviation Department for the

Headquarters of the PLA General Staff in Harbin Region, Harbin,150066)

Abstract: The composite blade is the important component of the helicopter. Its quality directly affect flight safety. The blade is mainly composed of composite materials. Through the detection of X-ray we found some quality problems of “black line”. In this paper, it analyzed the reason: winding tension is insufficient an uneven;

foam pressure is uneven. It improved the part structure and process method of the blade, strictly controlled the quality of foam toeliminate the problem.

Key words: blade; accumulative glue; foam pressure

复合材料工艺大全

复合材料工艺大全 复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽,复合材料工业得到迅速发展,老的成型工艺日臻完善,新的成型方法不断涌现,目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种,并成功地用于工业生产。如: (1)手糊成型工艺--湿法铺层成型法; (2)喷射成型工艺; (3)树脂传递模塑成型技术(RTM技术); (4)袋压法(压力袋法)成型; (5)真空袋压成型; (6)热压罐成型技术; (7)液压釜法成型技术; (8)热膨胀模塑法成型技术; (9)夹层结构成型技术; (10)模压料生产工艺; (11)ZMC模压料注射技术; (12)模压成型工艺; (13)层合板生产技术; (14)卷制管成型技术; (15)纤维缠绕制品成型技术; (16)连续制板生产工艺; (17)浇铸成型技术; (18)拉挤成型工艺; (19)连续缠绕制管工艺; (20)编织复合材料制造技术; (21)热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺; (22)注射成型工艺; (23)挤出成型工艺; (24)离心浇铸制管成型工艺; (25)其它成型技术。 视所选用的树脂基体材料的不同,上述方法分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产,有些工艺两者都适用。

复合材料制品成型工艺特点:与其它材料加工工艺相比,复合材料成型工艺具有如下特点: (1)材料制造与制品成型同时完成 一般情况下,复合材料的生产过程,也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计,因此在选择材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时,都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。 (2)制品成型比较简便 一般热固性复合材料的树脂基体,成型前是流动液体,增强材料是柔软纤维或织物,因此用这些材料生产复合材料制品,所需工序及设备要比其它材料简单的多,对于某些制品仅需一套模具便能生产。 ◇成型工艺层压及卷管成型工艺 1、层压成型工艺 层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后,放入两个抛光的金属模具之间,加温加压成型复合材料制品的生产工艺。它是复合材料成型工艺中发展较早、也较成熟的一种成型方法。该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。现在,印刷电路板材已广泛应用于各类收音机、电视机、电话机和移动电话机、电脑产品、各类控制电路等所有需要平面集成电路的产品中。 层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材,具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点,但一次性投资较大,适用于批量生产,并且只能生产板材,且规格受到设备的限制。 层压工艺过程大致包括:预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序。 2、卷管成型工艺 卷管成型工是用预浸胶布在卷管机上热卷成型的一种复合材料制品成型方法,其原理是借助卷管机上的热辊,将胶布软化,使胶布上的树脂熔融。在一定的张力作用下,辊筒在运转过程中,借助辊筒与芯模之间的摩擦力,将胶布连续卷到芯管上,直到要求的厚度,然后经冷辊冷却定型,从卷管机上取下,送入固化炉中固化。管材固化后,脱去芯模,即得复合材料卷管。

金属基复合材料基体材料

金属基复合材料基体材料 姓名:xx 班级:xx 学号:xx 学院:xx

金属基复合材料基体材料 金属基复合材料是上世纪60年代发展起来的一门相对较新的材料科学,是复合材料的一个分支。随着航天、航空、电子、汽车以及先进武器系统的迅速发展对材料提出了日益增高的性能要求,除了要求材料具有一些特殊的性能外,还要具有优良的综合性能,这些都有力地促进了先进复合材料的迅速发展。电子、汽车等民用工业的迅速发展又为金属基复合材料的应用提供了广泛的前景。特别是近年来,由于复合材料成本的降低,制备工艺逐步完善,在21世纪金属基复合材料将会得到大规模的生产和应用。 本文主要介绍金属基复合材料的基体材料。 一、金属机体的作用: 固结增强体,与增强体一道构成复合材料整体,保护纤维使之不受环境侵蚀;传递和承受载荷,在颗粒增强金属基复合材料中基体是主要承载相,在纤维增强金属基复合材料中,基体对力学性能的贡献也远大于在聚合物基体和陶瓷基体在复合材料中的贡献;赋予复合材料一定形状,保证复合材料具有一定的可加工性;复合材料的强度、刚度、耐高温、耐介质、导电、导热等性能均与基体的相应性质密切相关。 二、金属基体占得比重: 基体在复合材料中占有很大的体积百分数。在连续纤维增强金属基复合材料中基体约占50%一70%的体积,一般占60%左右最佳。颗粒增强金属基复合材料中根据不同的性能要求,基体含量可在90%一25%范围内变化,多数额粒增强金属基复合材料的基体约占80%一90%。而晶须、短纤维增强金属基复合材料基体含量在70%以上,一般在80一90%。 三、金属基体的优势: 金属是最古老、最通用的工程材料之一,它们有许多成熟的成型、加工、连接方法可供金属基复合材料借鉴。在使用寿命、性能测试等方面有丰富的技术资料;对金属基体自身的性能积累有丰富的数据,对它们在使用中的优缺点拥有丰富的经验。弹性模量和耐热性高;强度高,还可以通过各种工程途径来进行强化;塑性、韧性好,是强而韧(strong and tough)的材料; 电、磁、光、热、弹等性能好,有应用于多功能复合材料的发展潜力。 四、金属基体的种类 金属与合金的品种繁多,目前用作金属基体材料的主要有铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、钢与铜合金、锌合金、铅、钛铝金属间化合物等。 五、金属基体选取的原则 基体材料成分的正确选择,对能否充分组合和发挥基体金属和增强物的性能特点,获得预期的优异综合性能满足使用要求十分重要。所以,在选择基体金属时应考虑以下几方面:

复合材料损伤研究现状

复合材料损伤研究现状 复合材料是一种新型材料,由于其具有比强度、比模量高等优点,使其在众多领域都具有潜在的应用可能性。然而复合材料是由纤维、基体、界面等组成,其细观构造是一个复杂的多相体系,而且是不均匀和多向异性的,这使其结构内部的损伤与普通材料结构不同,在结构表面可能完全看不出损伤迹象,甚至用X 光和超声分层扫描也探测不到。现有的各种无损检测方法很难对复合材料结构损伤进行准确的探测与损伤程度评估,更无法对使用中的复合材料结构实现在线实时监测。将智能传感器敏感网络埋入复合材料内部,并配合适当的现代信号处理技术,构成智能复合材料结构系统,从而实现对复合材料内部状态的在线实时监测,及时发现并确定材料结构内部损伤的位置和程度,监视损伤区域的扩展,从而为材料结构的损伤检测、维修及自我修复提供准确信息,避免因复合材料结构损伤而带来巨大的损失。由于智能复合材料内部传感网络信号具有高度非线形、大数量、并行等特点,故使用传统的分析方法进行处理往往十分耗时、困难,甚至完全不可能。而现代模式识别方法(包括人工神经网络)、小波分析技术、时间有限元模型理论以及光时域反射计检测技术等就成为实现实时、在线、智能化处理分布式信号的理想工具。 结构损伤诊断,即对结构进行检测与评估,确定结构是否有损伤存在,进而判别结构损伤的程度和方位,一级结构目前的状况、使用功能和结构损伤的变化趋势等。 结构损伤诊断是近40年来发展起来的一门新学科,是一门适应工程实际需要而形成的交叉学科。结构损伤诊断概念的提出和发展,机械故障诊断问题开始引起各国政府的重视。美国国家宇航局(NASA)成立了机械故障预防小组(MFPG),英国成立了机器保健中心(MHMC),这些机构专门从事故障机理、检测、诊断和预报的技术研究,以及可靠性分析及耐久性评价,至此大型旋转机械的状态监测与故障诊断技术开始进入实用化阶段。20世纪80年代,以微型计算机为核心的现代故障诊断技术得到了迅速发展,涌现出许多商业化得计算机辅助监测和故障诊断系统,如美国SCIENTIFIC公司的PM系统、我国研制的大型旋转机械计算机状态检测与故障诊断系统等。在这一阶段,由于传感技术的飞速发展,使得诊断可以利用振动、噪声、温度、力、电、磁、光、射线等多种信号作为信息源,从而发展了振动诊断技术、声发射诊断技术、光谱诊断技术和热成像监测诊断技术等。与此同时,信号处理技术和模式识别、模糊数学、灰色系统理论等新的信息处理方法迅速发展,并在故障诊断技术中得到应用。 结构损伤诊断技术方面的工作在国外大体分为三个发展阶段: (1)20世纪40年代到50年代为探索阶段,注重对建筑结构缺陷原因的分析和补修方法的研究,检测工作大多数以目测方法为主。

复合材料工艺与设备复习材料

复合材料工艺与设备 增强纤维(CF,GF)的生产工艺与设备(表面处理工艺与设备) 玻璃纤维在生产过程中辅助材料的作用:浸润剂的种类,作用 种类:增强型浸润剂和纺织型浸润剂; 作用:1、润滑-保护作用;2、粘结-集束作用; 3、防止玻璃纤维表面静电荷的积累;4、为玻璃纤维提供进一步加工和应用所需要的特性;5、使玻璃纤维获得与基材有良好的相容性及界面化学结合或化学吸附等性能 C纤维生产工艺中,惰性气体和张力的作用 惰性气体作用:①保护新生产的纤维不受氧化②作为传热介质③排除裂解产物(非C元素)。张力的作用:①使分子取向②使分子结构规整③产生轴向拉伸应力 增强纤维在表面处理工艺中的影响因素 玻璃纤维表面处理的影响因素:①处理剂的种类;②偶联剂的用量1~%;③处理方法(前处理法、后处理法、迁移法);④烘焙温度与时间(偶联剂与GF的硅层结构的最佳结合程度); ⑤偶联剂溶液的配制(PH值的调节,一般用5%的氨水)。 手糊成型工艺与设备 手糊工艺的特点:优点:1、守护成型不受产品尺寸和形状的限制,适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产;2、设备简单、投资少、设备折旧费低;3、工艺简单;4、易于满足产品设计要求,可以在产品不同部位任意增补增强材料;5、制品树脂含量高,耐腐蚀性好;缺点:1、生产效率低,劳动强度大,劳动卫生条件差;2、产品质量不易控制,性能稳定性不高;3、产品力学性能较低。 原材料选择原则:1、产品设计的性能要求;2、手糊成型工艺要求;3、价格便宜,材料容易取得。聚合物基体的选择原则:1、能在室温下凝胶、固化。并在固化过程中无低分子物得产生。2、能配制成粘度适当的胶液,适宜手糊成型的胶液粘度为。3、无毒或低毒;4、价格便宜。增强纤维的选择原则:以玻璃纤维为例,工艺特点:1、很好的疏松性;2、铺覆的变形性;3、纤维的均匀性。 先进手糊法的种类:喷射成型、热压釜、树脂传递模塑与反应注射模塑。 RTM(树脂传递模塑)基本工艺过程:将液态热固性树脂及固化剂,由计量设备分别从储桶

纤维增强复合材料层合结构冲击损伤

复合材料定义: 复合材料通常由基体材料和增强材料两大组分构成,它不仅保持了组分材料自身的优良性能,而且通过材料互补改善或突出某些特殊性能。改变组分材料品种或比例,可以得到不同品种和性能的复合材料。 复合材料分类: 复合材料可分为金属基复合材料与非金属基复合材料,非金属基复合材料可分为树脂基复合材料与陶瓷基复合材料,树脂基复合材料具有质量轻、易于加工和改型等优点。 复合材料特点: 1.具有较高的比强度和比刚度 2.具有良好的抗疲劳性能 3.具有良好的减振性能 4.具有良好的可设计性 复合材料中的主要缺陷: 先进复合材料中的缺陷类型一般包括: 孔隙、夹杂、裂纹、疏松、纤维分层与断裂、纤维与基体界面开裂、纤维卷曲、富胶或贫胶、纤维体积百分比超差、纤维基体界面结合不好、铺层或纤维方向误差、缺层、铺层搭接过多、厚度偏离、磨损、划伤等。其中孔隙、分层与夹杂是最主要的缺陷。材料中的缺陷可能只是一种类型, 也可能是好几种类型的缺陷同时存在。 缺陷对复合材料性能的影响: 复合材料在成型、固化、使用过程中产生各种缺陷,不同的缺陷对复合材料性能都有着或多或少的影响。孔隙是复合材料中常见的缺陷之一,过多的孔隙可降低复合材料层间剪切强度约30 %。当受冲击及长期疲劳时,富脂及贫脂区首先开裂,这也标志着这些区域的力学性能不同程度降低。纤维束的断裂也可使碳纤维复合材料拉伸强度下降约25 %,压缩强度损失约11 %。加工过程中直径10mm 纸屑的进入零度层(0°/ ±45°)碳纤维蜂窝结构导致压缩强度降低约25 %。热塑性复合材料碳纤维/ PEEK纤维弯曲导致压缩强度降低约20 %。 总之,复合材料中的各种缺陷对性能有着不同的影响,总体而言倾向于性能降低。下面重点介绍孔隙、杂质对性能的影响。 复合材料在冲击载荷下的损伤形式:

复合材料制造工艺

复合材料制造工艺 第一章概述 材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代人们把材料、信息、能源作为社会文明的支柱;80年代以高技术群为代表的新技术革命,又把新材料与信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。这主要是因为材料是国民经济建设、国防建设与人民生活所不可须臾缺少的重要组成部分。复合材料作为材料科学中一枝独立的新的科学分支,已经得到了广泛的重视,正日益发展并在许多工业部门中得到广泛运用,成为当今高科技发展中新材料开发的一个重要方面。 鉴于材料的重要的基础地位和作用,每一次科学技术的突飞猛进,都对材料的性能提出了越来越高、越来越严和越来越多的要求。现如今在许多方面,传统的单一材料已经不能满足实际需要,在这种情况下,人们以其充满智慧的头脑将材料的新的发展方向伸向一个更加广阔的领域——复合材料。 本文就将对复合材料的基本概念、加工中的理论问题、制备工艺与方法和典型的应用加以阐述,希望能够比较全面的对复合材料做一个介绍。 首先我们来给复合材料下一个明确的定义。根据国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)为复合材料下的定义,复合材料(Compose Material)是由两种或者两种以上物理和

化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料的组份材料虽然保持其相对独立性,但是复合材料的性能却不是组份材料性能的简单加和,而是有着重要的改进。在复合材料中通常有一相为连续相(称为基体),而另一相为分散相(增强材料)。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的。两相之间存在着相界面,分散相可以是增强纤维,也可以是颗粒状或弥散的填料。 复合材料的出现和发展,是现代科学技术不断进步的结果,也是材料设计方面的一个突破。它综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等的优点,按照需要设计,复合成为综合性能优异的新型材料。可以预见,如果用材料作为历史分期的依据,那么,继石器、青铜、铁器、钢铁时代之后,在21世纪,将是复合材料的时代。 在概述的余下一些篇幅中,我们来大致了解一下关于复合材料的一些基本内容。 一、复合材料的命名和分类 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。将增强材料的名称放在前面,基体材料的名称放在后面,再加上“复合材料”即为材料名。为书写简便,也可仅写增强材料和基体材料的缩写名称,中间加一条斜线隔开,后面再加“复合材料”。有时为了突出增强材料或者基体材料,视强调的组份不同也可将不需强调的部分加以省略或简写。 复合材料的分类方法很多,常见的分类方法有以下几种:

复合材料成型工艺大全及说明

复合材料成型工艺大全及说明 复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽,复合材料工业得到迅速发展,老的成型工艺日臻完善,新的成型方法不断涌现,目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种,并成功地用于工业 生产。 视所选用的树脂基体材料的不同,各方法适用于热固性和热塑性复合材料的生产,有些工艺两者都适用。复合材料制品成型工艺特点:与其它材料加工工艺相比,复合材料成型工艺具有如下特点: (1)材料制造与制品成型同时完成一般情况下,复合材料的生产过程,也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计,因此在选择材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时,都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。(2)制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体,成型前是流动液体,增强材料是柔软纤维或织物,因此用这些材料生产复合材料制品,所需工序及设备要比其它材料简单的多,对于某些制品仅 需一套模具便能生产。 ◇ 层压及卷管成型工艺1、层压成型工艺层压 成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后,

放入两个抛光的金属模具之间,加温加压成型复合材料制品的生产工艺。它是复合材料成型工艺中发展较早、也较成熟的一种成型方法。该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。现在,印刷电路板材已广泛应用于各类收音机、电视机、电话机和移动电话机、电脑产品、各类控制电路等所有需要平面集成电路的产品中。层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材,具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点,但一次性投资较大,适用于批量生产,并且只能生产板材,且规格受到设备的限制。层压工艺过程大致包括:预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序。2、卷管成型工艺卷管成型工是用预浸胶布在卷管机上热卷成型的一种复合材料制品 成型方法,其原理是借助卷管机上的热辊,将胶布软化,使胶布上的树脂熔融。在一定的张力作用下,辊筒在运转过程中,借助辊筒与芯模之间的摩擦力,将胶布连续卷到芯管上,直到要求的厚度,然后经冷辊冷却定型,从卷管机上取下,送入固化炉中固化。管材固化后,脱去芯模,即得复合材料卷管。卷管成型按其上布方法的不同而可分为手工上布法和连续机械法两种。其基本过程是:首先清理各辊筒,然后将热辊加热到设定温度,调整好胶布张力。在压辊不施加压力的情况下,将引头布先在涂有脱模剂的管芯模上缠上约1圈,然后放下压辊,将引头布贴在热辊上,同时将胶布拉上,盖

复合材料的分层缺陷

复合材料的分层缺陷 引言 目前被广泛用于飞机承力构件的纤维增强树脂基复合材料(CFRP)主要是层合板与层合结构。在层合板的制造过程中,常由于许多不确定的因素,使复合材料结构发生分层、孔隙、气孔等等不同形式的缺陷;同时,复合材料层合板在装配与服役过程中所受到低能冲击很容易引发各种形式的损伤。由于增强纤维铺设方向的不一致常导致铺层间刚度的不匹配,引发较高的层间应力,而层间应力的主要传递介质是较弱的树脂基体,因此对于复合材料层合板,分层是其主要的损伤形式。有报导统计,复合材料层合板在加工、装配和使用过程中产生的分层损伤,占缺陷件的50%以上[1]。 分层常存在于结构内部,无法根据表面状态检测出来,并且分层的存在极大地降低了结构的刚度,特别在压缩载荷作用下,由于发生局部屈曲而导致分层扩展,使结构在低于其压缩强度时发生破坏。在飞机研制与制造过程中,复合材料层合板的分层损伤问题一直是难以解决的结构问题之一,也是影响CFRP 在结构组分中应用的主要限制因素。因此,如何充分地结合试验测试,利用数值模拟的方法评估分层的许和容限,成为决定飞机结构综合性能的亟待解决的关键问题。 1.1分层产生的原因 Pagano 和Schoeppner [2] 根据复合材料构件的形状,将分层产生的原因分为两类。第一类为曲率构件,工程中常见的曲率构件包括扇形体、管状结构、圆柱形结构、球形结构和压力容器等;第二类为变厚度截面,工程中常见于薄层板与补强件连接区域、自由边界处、粘合连接处及螺栓接合处等。在上述结构件中,

临近的两铺层极易在法向和剪切向应力作用下发生脱胶和形成层间裂纹。 以外,温湿效应、层板制备和服役状态等亦是分层产生的原因。由于纤维与树脂的热膨胀系数以及吸湿率均存在差异,因此,不同铺层易在固化过程产生不同程度的收缩并在吸收湿气后产生不同程度的膨胀,不同程度的收缩与膨胀所产生的剩余压力是导致分层的源头之一[3,4] 。在层合板的制备过程中,由于手工铺设质量具有分散性,极易形成富树脂区,进而引发树脂固化时铺层间的收缩程度差异,使层间具有较低的力学特性,极易形成分层[5,6] 。在服役过程中,低速冲击所产生的横向集中力是层合板结构形成分层的重要原因之一。冲击引发的临近铺层间的内部损伤、层合板制造过程中工具的掉落、复合材料部件的组装及维修以及军用飞机及结构的弹道冲击等均会引发层间分层。 1.2 分层的种类 Bolotin [5,6] 将分层分为内部分层(Internal delaminations)和浅表分层(Near-surface delaminations)两类。其中,内部分层源自层合板的内部铺层,由于树脂裂纹和铺层界面间相互作用而形成,它的存在会降低结构件的承载能力。特别是在压缩载荷作用下,层合板的弯曲行为受到严重影响(如图1)。虽然分层将层合板分为两个部分,但是由于两个子层板变形间的相互作用,层合板呈现相似的偏转状态,发生整体屈曲。

冲击损伤下航空复合材料修复技术研究进展

冲击损伤下航空复合材料修复技术研究进展 发表时间:2019-01-02T14:25:47.017Z 来源:《信息技术时代》2018年3期作者:李伟栋董少兵郝伟[导读] 随着科学技术的不断发展,越来越多的新型材料被制造并且应用在各行各业的发展中。尤其是先进复合材料的出现并且在航天领域中的广泛应用,推动了中国航天事业的进一步发展 (河南省新乡市飞机场,河南新乡 453000) 摘要:随着科学技术的不断发展,越来越多的新型材料被制造并且应用在各行各业的发展中。尤其是先进复合材料的出现并且在航天领域中的广泛应用,推动了中国航天事业的进一步发展,同时,航天事业也对复合材料的应用提出了新的要求。在航天器材建造中,所使用的复合材料具有各向异性和非均质性的特点,这种特点使得其对于分层损伤和层间断裂十分敏感,为了减少这种损伤对于航天器材的作用发挥的影响,研究人员开始对于冲击损伤下航空复合材料修复技术进行了研究。 关键词:冲击损伤;航空复合材料;修复技术 一、冲击损伤评估 (一)冲击损伤 航天设备在进行使用的过程中,一般所处的环境都是外太空中,这样的外界环境使得在航天器材发挥作用的过程中,可能会出现众多的不可测因素,这些因素的存在会对航天器作用的正常发挥造成一定的影响,为了减少材料的因素对于航天器材的影响,航天器材制作人员在进行材料选择的过程中,一般都会选择高强度、高刚性的复合材料[1]。但是复合材料在使用的过程中,难免会在制造、服役、维修的过程中不可避免的出现缺陷或者损伤,因此复合材料修理的难题就受到了业界的广泛关注。 航空复合材料结构损伤产生的原因或是由制造缺陷引起或是由机械载荷引起,或是由于外界环境引起,在结构损伤中,冲击损伤是对航天器材造成影响最大的。复合材料在进行作用的发挥过程中,由于其各向异性和非均质性对于冲击及其敏感[2]。并且复合材料冲击损伤的机理较为复杂,因此国内外专家针对复合材料的冲击损伤提出了不同的损伤机理计算模型。这些模型的出现有助于研究人员对于航空复合材料修复的进一步研究,推动航天事业的发展与进步。 (二)损伤评估 在对复合材料进行修复时应当提前进行损伤评估,在对复合材料进行损伤评估的过程中,需要进行多方面内容的评估,但是确定修理容限是损伤评估中最为重要的核心工程。在材料修复行业中,所讲的修理容限是指在材料发生故障时观察材料的整体性能是否发生了变化,判断材料是否还存在修理的价值。世界上的航天部门在对复合材料进行修理的过程中一般都会采用冲击后压缩性能来对复合材料的抗冲击和冲击损伤性能进行表征。并且将这种冲击后压缩性能作为复合材料修理容限的一种测量值,通过这种测量值对于复合材料的修理价值做出具体的评价,但是在这种评估方法的使用过程中,也有研究人员提出不应当将这种方法作为唯一的评价标准,因为损伤阻抗与损伤容限是两个不同的概念,在进行研究的过程中,不应当将这两种概念进行混淆,在这种概念的影响下,作者提出用典型铺层试样在规定的冲击条件下得到的冲击损伤破坏曲线的门槛值作为表征复合材料体系损伤容限的物理量[3]。 二、修复技术 (一)机械连接修理 机械连接修理主要是指在复合材料发生损伤时将补板材料与母体材料利用专用的铆钉或螺栓进行联合,这样的修理方法在复合材料的修理过程中由于成本较低,因此在修理过程中较为常见。但是这种修理技术由于在材料修理过程中所使用的铆钉或螺栓密度较高,在修理处易形成二次损伤,导致材料的整体性能下降。随着中国科技技术的不断发展,在机械连接技术的发展中也在不断融入新型制造技术,使机械连接技术向着高智能化方向进行发展[4]。在进行修理的过程中,为了能够较为清晰的观察到复合材料的修理状况,一般会采用数据模型与实验数据相结合的方式。飞机结构在进行连接的过程中一般都是单搭接,所以在进行修理检测的过程中会采用单相静拉伸的方法。并且在近些年对于修复检测的实验中开始考虑到了螺钉载荷分配问题,因而将智能螺栓测试引用到了机械连接之中。智能螺栓在进行检测的过程中,应用其内变形片的变形量输出所形成的电信号来确定在变形片上所形成的具体载荷。 (二)胶结修复技术 在航天材料的修理过程中,除了机械修理外,胶接修复技术也是较为常见的一种修复技术。这种技术在进行应用的过程中,是通过足量的胶粘剂将复合材料补板与母体进行必要的连接,使复合材料的损伤得到修复。胶接修复技术与机械连接修复技术相比,具有更高的实用价值,胶接技术在使用中所形成的胶接区域受力更加均匀,表面更加光滑,受到二次损伤的可能性较小。在胶接修复技术中较为常见的就是贴补法,贴补法在进行应用的过程中,将补板贴于复合材料的损伤处,通过粘贴剂使得材料之间能够进行充分的联合,使用这种技术进行修复的航天材料,在进行使用的过程中,性能比例能够得到相应提高。但是贴补材料在进行使用的过程中易造成修复表面不平滑现象,因此在进行使用的过程中,一般仅仅是在对气动外形要求不高的结构中进行应用。同时这种贴补技术进行的贴补会因为受到外力的影响,发生贴补脱落的情况,因此在贴补过程中,为了避免这种情况的发生,一般都会采用贴板外张扬的方法。除了贴补法外,挖补法也是一种修复技术,在进行挖补修复的过程中,会将复合材料的损伤处打磨成锥形再将修补材料连接到损伤区域,但是这种修复技术在使用的过程中需要高温作用以满足性能和外部结构的需求[5]。 结语: 冲击损伤下航空复合材料修复技术随着航空事业的发展,被越来越多的国家所重视,在进行修复技术的研究过程中投入了大量的资金和技术资源。我国在航天事业的发展上已经取得了重大的成就,但是对于损伤修复技术额研发中依旧存在众多的不足,因此在航天事业的发展过程中,国家航天部应当加大对修复技术的研究力度。 参考文献 [1]韩志杰,刘振宇.航空复合材料薄壁壳体高速冲击损伤特性仿真研究[J].科技与创新,2018(09):19-21. [2]王长越,邢素丽.冲击损伤下航空复合材料修复技术研究进展[J].玻璃钢/复合材料,2017(12):91-98.

复合材料工艺与设备复习资料

《复合材料工艺与设备》简答与论述(▲为重点内容) 1原材料 (1)GF生产工艺中,浸润剂分为哪几种类型?它们的作用是什么?(概念题里有详解) (2)▲根据CF原丝的选择原则,生产CF常用的原丝种类有哪些?(聚丙烯睛纤维,沥青纤维,粘胶纤维) 2、手糊成型工艺 (1)▲根据手糊成型的工艺特点,说明对增强纤维和基体树脂的选择原则及常 用GF制品和树脂的种类?P12-14 (2)GFR高级模具的基本要求?如何制备GFRP高级模具?P17-19 (3)▲手糊成型工艺对外脱模剂的基本要求?并举例说明外脱模剂的主要类型 及应用特点?P20-21 (4)▲分析手糊成型工艺GFR制品常见缺陷的原因如:表面发粘、气泡、流胶、胶衣层起皱、分层、固化不完全等。P29-31 3、RTM喷射、热压釜工艺 (1)喷射成型有哪几种形式?P32 (2)喷射成型中垂流与浸渍不良原因是什么?如何防治?P35 (3)热压釜主要结构及装置有哪些?P41 (4)▲与其他工艺相比,RTM t哪些特点?P49 (5)何为RIM RRIM SRIM工艺?(分别是反应注射模塑、增强型反应注射模塑、结构反应注射模塑)P51-54 4、夹层结构工艺 (1)GFR夹层结构的特点及应用。P56-57 (2)聚氨酯泡沫塑料夹芯材料的生产原理。P66-68 (3)金属蜂窝夹芯材料的生产流程。P61 (4)蜂窝夹层结构生产中常见问题和解决方法。P64 (5)泡沫夹层结构通常有哪几种制造方法。P66 5、模压成型工艺 (1)▲ SM(树脂糊包括哪些基本组分?P83 (2)SMC中内脱模剂种类有哪些?作用机理如何?P91 (3)▲ SMC常用增稠剂的化学增稠机理如何?P86 (4)▲ SMC中低收缩添加剂的作用机理如何?P87 6、层压成型工艺 (1)层压板的主要类型?P135 (2)▲胶布生产的工艺参数?质量指标?以及相互关系?P136-139

复合材料的分层缺陷演示教学

复合材料的分层缺陷

复合材料的分层缺陷 引言 目前被广泛用于飞机承力构件的纤维增强树脂基复合材料(CFRP)主要是层合板与层合结构。在层合板的制造过程中,常由于许多不确定的因素,使复合材料结构发生分层、孔隙、气孔等等不同形式的缺陷;同时,复合材料层合板在装配与服役过程中所受到低能冲击很容易引发各种形式的损伤。由于增强纤维铺设方向的不一致常导致铺层间刚度的不匹配,引发较高的层间应力,而层间应力的主要传递介质是较弱的树脂基体,因此对于复合材料层合板,分层是其主要的损伤形式。有报导统计,复合材料层合板在加工、装配和使用过程中产生的分层损伤,占缺陷件的 50%以上[1]。 分层常存在于结构内部,无法根据表面状态检测出来,并且分层的存在极大地降低了结构的刚度,特别在压缩载荷作用下,由于发生局部屈曲而导致分层扩展,使结构在低于其压缩强度时发生破坏。在飞机研制与制造过程中,复合材料层合板的分层损伤问题一直是难以解决的结构问题之一,也是影响CFRP 在结构组分中应用的主要限制因素。因此,如何充分地结合试验测试,利用数值模拟的方法评估分层的许和容限,成为决定飞机结构综合性能的亟待解决的关键问题。 1.1分层产生的原因 Pagano 和 Schoeppner [2] 根据复合材料构件的形状,将分层产生的原因分为两类。第一类为曲率构件,工程中常见的曲率构件包括扇形体、管状结构、圆柱形结构、球形结构和压力容器等;第二类为变厚度截面,工程中常见于薄层板与补强件连接区域、自由边界处、粘合连接处及螺栓接合处等。在上述结构件中,临近的两铺层极易在法向和剪切向应力作用下发生脱胶和形成层间裂纹。 以外,温湿效应、层板制备和服役状态等亦是分层产生的原因。由于纤维与树脂的热膨胀系数以及吸湿率均存在差异,因此,不同铺层易在固化过程产生不同程度的收缩并在吸收湿气后产生不同程度的膨胀,不同程度的收缩与膨

复合材料成型工艺

树脂基复合材料成型工艺介绍(1):模压成型工艺 模压成型工艺是复合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内,经加热、加压固化成型的方法。模压成型工艺的主要优点:①生产效率高,便于实现专业化和自动化生产;②产品尺寸精度高,重复性好;③表面光洁,无需二次修饰;④能一次成型结构复杂的制品;⑤因为批量生产,价格相对低廉。 模压成型的不足之处在于模具制造复杂,投资较大,加上受压机限制,最适合于批量生产中小型复合材料制品。随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展,压机吨位和台面尺寸不断增大,模压料的成型温度和压力也相对降低,使得模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展,目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。 模压成型工艺按增强材料物态和模压料品种可分为如下几种:①纤维料模压法是将经预混或预浸的纤维状模压料,投入到金属模具内,在一定的温度和压力下成型复合材料制品的方法。该方法简便易行,用途广泛。根据具体操作上的不同,有预混料模压和预浸料模压法。 ②碎布料模压法将浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物,如麻布、有机纤维布、石棉布或棉布等的边角料切成碎块,然后在金属模具中加温加压成型复合材料制品。③织物模压法将预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂胶液,然后放入金属模具中加热加压成型为复合材料制品。④层压模压法将预浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物,裁剪成所需的形状,然后在金属模具中经加温或加压成型复合材料制品。⑤缠绕模压法将预浸过树脂胶液的连续纤维或布(带),通过专用缠绕机提供一定的张力和温度,缠在芯模上,再放入模具中进行加温加压成型复合材料制品。⑥片状塑料(SMC)模压法将SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求裁剪下料,然后将多层片材叠合后放入金属模具中加热加压成型制品。⑦预成型坯料模压法先将短切纤维制成品形状和尺寸相似的预成型坯料,将其放入金属模具中,然后向模具中注入配制好的粘结剂(树脂混合物),在一定的温度和压力下成型。 模压料的品种有很多,可以是预浸物料、预混物料,也可以是坯料。当前所用的模压料品种主要有:预浸胶布、纤维预混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC及ZMC等品种。 1、原材料 (1)合成树脂复合材料模压制品所用的模压料要求合成树脂具有:①对增强材料有良好的浸润性能,以便在合成树脂和增强材料界面上形成良好的粘结;②有适当的粘度和良好的流动性,在压制条件下能够和增强材料一道均匀地充满整个模腔;③在压制条件下具有适宜的固化速度,并且固化过程中不产生副产物或副产物少,体积收缩率小;④能够满足模压制品特定的性能要求。按以上的选材要求,常用的合成树脂有:不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、聚丁二烯树脂、烯丙基酯、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。为使模压制品达到特定的性能指标,在选定树脂品种和牌号后,还应选择相应的辅助材料、填料和颜料。 (2)增强材料模压料中常用的增强材料主要有玻璃纤维开刀丝、无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等,也有少量特种制品选用石棉毡、石棉织物(布)和石棉纸以及高硅氧纤维、碳纤维、有机纤维(如芳纶纤维、尼龙纤维等)和天然纤维(如亚麻布、棉布、煮炼布、不煮炼布等)等品种。有时也采用两种或两种以上纤维混杂料作增

复合材料模压工艺

复合材料模压工艺 复合材料由于其众所周知的优异性能及各种工艺的日益成熟、原材料来源丰富、成本下降、可靠性提高,使其受到用户与生产者双方的青睐,越来越多地取代传统金属材料,我们的时代已进入了复合材料时代。据美国塑料工业协会复合材料所(Society of the Plastics Industry's Instit ute)1997年元月27日发表的年度统计报告表明:1996年美国复合材料的销售量为161万吨,比1995年的158.5万吨增长约1.6%,是复合材料的销售量连续第五年增长。据预测,1997年以及以后五年内复合材料销售量仍会连续增长。 聚合物基复合材料模压成形工艺在各种成形工艺方法中占有重要地位,主要用于异型制品的成形,因而所用的成形压力高于其它工艺方法。 由于模压成形工艺所需设备简单,又能对纤维料、碎布、毡料、层压制品、缠绕制品、编织物进行模压成形,因而被各种规模的复合材料生产企业所普遍采用,复合材料模压工艺也几乎为各生产单位家喻户晓。因此,本文并不打算对模压复合材料制品工艺进行系统介绍,仅就影响复合材料制品质量的一些重要环节谈谈体会,因为就复合材料复杂结构异型件而言,保证质量、提高合格率比一般制件更为重要,难度也更大。 一、对复合材料模压制品质量产生影响的因素 模压成形工艺的基本过程是将一定量的经过一定预处理的模压料放入预热的压模内,施加较高的压力使模压料充满模腔。在预定的温度条件下,模压料在模腔内逐渐固化,然后将制品从压模内取出,再进行必要的辅助加工即得到最终制品。 从上述过程看,完成最终制品涉及的因素有模压料本身、压模模具、加压加温的热压机等;最重要的当是压制工艺,本文将单列一节予以重点讲述;还有工作环境和辅助加工等。 1.模压料 任何形式的模压料(碎布料、毡料、长、短纤维),在装模前均应使其按预定比例与树脂均匀浸渍。对经溶剂稀释的树脂溶液,在浸渍纤维后应充分晾置使溶剂挥发。晾置时间与环境温度湿度有关。 2.压制模具 制品用的模具除应保证在工作压力下的强度、刚度条件以外,主要应考虑能给制品的各部位、各方向较均匀地加上压力。一定的拔模斜度既能保证制品顺利出模,又能起到侧向加压的作用。模具设计尽量使制品整体成形,既可保证制品的强度、刚度,又可减少辅助加工工序和工装模具数量。 在模具上应开有流胶槽使多余的胶料顺利排出。 压模的成型表面应至少进行抛光或镀铬,使光洁度在Δ9以上,以保证顺利脱模。 应在模具靠近型腔部位开设测温孔。 模具本身,必要时考虑设计一定的附件以保证较方便地实现脱模。

复合材料损伤机理整理_final

一、立项依据与研究内容: 1.立项依据: 1.1 研究意义与目的 近几十年以来,随着科学技术的迅速发展,对材料的性能提出了更高的要求。当前高技术材料一般分为:高技术陶瓷、高技术聚合物和复合材料三种类型。由于复合材料可以根据工程结构对性能的要求来进行设计,其发展速度和规模在近几年尤为迅猛。一些先进的复合材料己经在航空、航天、机电、化工、能源、交通运输以及生物、医疗器械等领域中得到了广泛的应用。可以说复合材料已经深入到了我们生活的方方面面。 在航空领域,由于飞机结构设计和材料性能要求的不断提高,复合材料在飞机上的比例不断增加。目前,波音B 787代表了当前飞机技术发展的最高水平,其基本特点之一为采用复合材料主结构,其中复合材料的用量为50%(如图1所示)。[陈绍杰, 复合材料技术与大型飞机. 航空学报, 2008. 29(3): p. 605-610]先进战斗机上复合材料用量基本上在飞机机体结构重量的30%左右,图2为国外新一代军用飞机上复合材料的用量。在航天方面,复合材料也被广泛用于火箭发动机壳体、航天飞机的构件、卫星构件等。固体火箭发动机喷管的工作温度高达3000~3500℃,为了提高效率还要在推进剂中掺入固体粒子,发动机喷管的工作环境是高温、复合材料能承受这种工作环境:化学腐蚀、固体粒子高速冲刷,因此固体火箭目前只要碳/碳人造卫星每减轻Ikg,运载火箭可以减轻1000kg,因此用复合材料制造的卫星有很大的优势。此外,复合材料还被广泛用于化学工业、电气工业、建筑工业、机械工业、体育用品等多个方面。我国从上世纪七十年代就开始了先进复合材料方面的研究工作,到八十年代时,我国已将复合材料应用技术列入重点发展领域,通过三十多年的发展,我国航空复合材料技术应用水平己有了大幅度的提高。目前我国军用飞机上复合材料用量已达到6%以上,已基本实现从次承力构件(如垂直安定面、水平尾翼、方向舵、前机身等)到主承力构件(如机翼、直升机旋翼等)的转变[王慧杰等.我国航空复合材料技术发展展望.第九界全国复合材料学术会议论文集,1996:l-6]。

复合材料的基体材料

复合材料的基体材料 热塑性基体的缺点: ?、是热塑性基体的熔体或溶液粘度很高,纤维浸渍困难,预浸料制备及制品成型需要在高温高压下进行, ?、聚碳酸酯或尼龙这样一些工程塑料,因耐热性、抗蠕变性或耐药品性等方面问题而使应用受到限制。二、热固性基体热固性基体主要是不饱合聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂一直在连续纤维增强树脂基复合材料中占统治地位。不饱合聚酯树脂、酚醛树脂主要用于玻璃增强塑料,其中聚酯树脂用量最大,约占总量的80,,而环氧树脂则一般用作耐腐蚀性或先进复合材料基体。 (一) 热固性树脂下表为一些常用的热固性树脂其它物理性能 1(不饱和聚酯树脂 1 不饱和聚酯树脂及其特点不饱和聚酯树脂是指有线型结构的,主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的一类聚合物。不饱和聚酯的种类很多,按化学结构分类可分为顺酐型、丙烯酸型、和丙烯酸环氧酯型聚酯树脂。不饱和聚酯树脂在热固性树指中是工业化较早,产量较多的一类,它主要应用于玻璃纤维复合材料。由于树脂的收缩率高且力学性能较低,因此很少用它与碳纤维制造复合材料。但近年来由于汽车工业发展的需耍,用玻璃纤维部分取代碳纤维的混杂复合材料得以发展,价格低廉的聚酯树脂可能扩大应用。不饱和聚酯的主要优点是: ,、工艺性能良好, 如室温下粘度低,可以在室温下固化,在常压下成型,颜色浅,可以制作彩色制品,有多种措施来调节其工艺性能等; ,、固化后树脂的综合性能良好,并有多种专用树脂适应不同用途的需要; ,、价格低廉,其价格远低于环氧树脂,略高于酚醛树脂。不饱和聚酯的主要缺点是: 固化时体积收缩率较大,成型时气味和毒性较大,耐热性、强度和模量都较低,易变形,因此很少用于受力较强的制品中。 2 交联剂、引发剂和促进剂 a 交联剂不饱和聚酯分子链中含有不饱和双键,因而在热的作用下通过这些双键,大分子链之间可以交联起来,变成体型结构。但是

复合材料工艺及设备考点

绪论1. 复合材料是指由两种或两种以上的不同材料,通过一定的工艺复合而成的,性能优于原单一材料的多相固体材料。按基体材料不同可分为:金属基复合材料,无机非金属复合材料,树脂基复合材料。 2. 复合材料的主要性能特点:轻质高强,可设计性好,工艺性能好,热性能好,耐腐蚀性能好,电性能好,其它特点:耐候性、耐疲劳性、耐冲击性、耐蠕变性,透光性等。第一章1. 手糊成型:用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型,室温或加热、无压或低压条件下固化,脱模成制品的工艺方法。 2. 手糊成型工艺的优点:1、不受尺寸、形状的限制;2、设备简单、投资少;3、工艺简单;4、可在任意部位增补增强材料,易满足产品设计要求;5、产品树脂含量高,耐腐蚀性能好。 3. 手糊成型工艺的缺点1、生产效率低,劳动强度大,卫生条件差;2、产品性能稳定性差;3、产品力学性能较低。 4. 选用的原材料必须满足3 点要求1、产品设计的性能要求2、手糊成型工艺要求3、价格便宜、材料容易取得 5. 聚合物基体的选择选用原则:1.能在室温下凝胶、固化。并在固化过程中无低分子物产生。2.能配制成粘度适当的胶液、适宜手糊成型的胶液粘度为0.2Pa·S~0.5Pa·S。 3.无毒或低毒。4.价格便宜。 6. 不饱和聚酯树脂的固化原理:固化是通过引发剂引发聚酯分子中的双键,与可聚合的乙烯类单体(如苯乙烯)进行游离基共聚反应,使线型的聚酯分子交联成三维网状的体形大分子结构。 7.不饱和聚酯树脂的固化过程即它与乙烯类单体共聚的过程,共聚反应过程的三个主要阶段:链引发、链增长、链终止。 8.不饱和聚酯树脂的辅助剂包括交联剂、引发剂、促进剂、阻聚剂、光敏剂等。 9. 交联剂要求:高沸点,低粘度,能溶解树脂、引发剂、促进剂、染料等,反应活性大,能使共聚反应在室温或较低温度下进行,能与树脂共聚形成均相共聚物。常用交联剂:苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲苯、邻苯二甲酸二丙烯酯、邻苯二甲酸二丁酯。最常用的是苯乙烯。 10. 苯乙烯的优缺点:优点:粘度低;与树脂有良好的共混性,能很好的溶解引发剂、促进剂;苯乙烯双键活泼,易于进行共聚反应;价格便宜,材料来源广。缺点:沸点较低(145℃),易挥发,有一定毒性,对人体有害。 11. 引发剂:引发剂可以产生自由基,引发树脂体系进行固化反应。引发剂一般为过氧化物, 其通式为ROOR`。引发剂的主要类型有:氢过氧化物、酸过氧化物、酮过氧化物、酯过氧化物、二酰基过氧化物。最常用的有:过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮(混合物)、过氧化甲乙酮(混合物) 12. 过氧化物的特性指标:以活性氧含量;临界温度;半衰期来评价 13. 促进剂:这种能使引发剂降低分解活化能,降低引发温度的物质称为促进剂。 14. 阻聚剂:为了增加不饱和聚酯树脂的贮存稳定性,调节适用期,常在聚酯树脂中加入阻聚剂。最常用的阻聚剂有:对苯二酚、叔丁基对苯二酚、硝基苯、亚硫酸盐等 15.手糊制品为什么要在表面覆盖聚酯薄膜?自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2 的反应速度慢104 倍,一般聚酯树脂制品固化时,表面应覆盖聚酯薄膜。若不用薄膜覆盖,也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类,否则自由基与周围空气中的O2 、H2O 反应,耗去大部分自由基,造成表面固化不完全而发粘。 16. 环氧树脂的性能及特点:在树脂基复合材料中,用量仅次于不饱和树脂.其综合性能明显优于不饱和树脂。在受力构件、耐碱、电性能要求较高的场合一般使用环氧树脂。主要类型

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