先进复合材料讲义（七）：铺层工艺介绍铺层工艺是一种技术，它可以用来生产复合材料的结构元件。在铺层工艺中，基体和料层位于内部由一定厚度的压力固定。当料层与基体相接触时，压力将使材料在两个表面之间形成一个良好的连接，从而使复合材料有较高的强度、刚度和耐热性。
铺层工艺有以下几种：蒸镀铺层工艺、焊接铺层工艺、汽化铺层工艺、化学铺层工艺等。蒸镀铺层工艺最常用，它利用了金属的热固性，将料层与基体结合在一起，以形成高强度的结构铺层并具有优异的抗热性能，广泛用于航空、航天、汽车和防弹材料的制造。焊接铺层则是一种焊接铺层工艺，由于焊接铺层过程中产生高温，此过程常用于超强度及超高温材料的复合制造，比如金属-金属复合材料，已用于航空、航天等高要求领域。汽化铺层工艺通过将粉末或液体形式的料层压实，并用激光热源进行热处理，以形成均匀的铺层。最后，化学铺层工艺是一种将涂料均匀地镀在基体表面的工艺，通过化学反应从而获得较强的粘度，也用于复合材料的制备。
总之，铺层工艺是复合材料制备的重要手段，它有助于产生具有良好性能的复合材料。由于复合材料应用广泛，日益深入，铺层工艺将受到越来越多的关注，成为一种重要的技术手段。
1前言 复合材料因其高比强度、高比刚度、良好的抗疲劳性和材料铺层可设计性等优异特性，广泛应用于航天航空领域。在使用中，复合材料往往要同复合材料或金属材料连接起来。机械连接是最常见的连接方法。螺栓连接因传递载荷大在承力结构中得到广泛应用，但连接处往往是结构的薄弱环节，承载时最先破坏。因此，对螺栓连接的失效模式及连接强度进行研究很有意义。 纤维复合材料机械连接强度及破坏模式与接头的几何参数、纤维种类及铺层方向等多种因素有关，很多专家和学者对此进行了广泛的实验研究和理论分析[1~8]，得出了很多指导性的结论。普遍认为连接强度随W/D和E/D的增大而增大，但当W/D 和E/D增大到某一临界值后，其破坏模式由拉伸破坏或剪切破坏转变为挤压破坏时，再增加W/D和E/D对连接强度的提高没有明显作用。 现有的研究大多针对纤维复合材料，而对织物复合材料研究的较少。织物复合材料与纤维铺层复合材料结构及性能不同，连接设计的最佳参数也不相同。Bülent[9]研究了玻璃织物和铝箔混杂铺层复合材料销钉连接挤压强度；刘建超[10]等人实验研究了碳纤维织物复合材料销钉连接接头几何参数对连接性能的影响；Buket[11]等人对销钉连接玻璃纤维织物／环氧层合板的破坏强度进行了研究。本工作针对玻璃纤维织物复合材料螺栓连
接结构，研究了W/D及E/D对螺栓连接强度的影响，并分析了螺栓连接的破坏模式，找出使连接强度最佳的W／D和E/D临界值，为织物复合材料的结构设计及后续研究奠定了一定基础。2实验 2.1原材料 实验采用原材料为增强材料，2×2斜纹高强玻璃纤维布，面密度230g／m2，厚度0.22mm，南京玻纤院生产；树脂基体，环氧树脂体系。 2.2试样制备 复合材料层合板制作采用织物预浸布模压成型。玻璃布通过多功能浸胶机预浸胶，制作成预浸玻璃布，裁剪后在压制平板上铺设，铺设时各层织物经／纬向严格排布，铺设到要求厚度后，在热压机上热压成型。固化制度为RT70℃/3h 100℃/3h 120℃／3h 160℃/6h自然降温，成型压力为4~5MPa。固化后的层板厚度为4mm，树脂含量为38%（质量分数）。板形件脱模后按相关标准进行机加，制作试样。玻璃布层合板的力学性能见表1。
复合材料纤维铺放技术及其应用 摘要：先进复合材料比传统材料具有诸多优点，例如轻质量、高强度、低密度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、设计制造一体化等等。复合材料对减轻结构重量、提 高经济性和可靠性具有不可替代的作用。复合材料已经广泛应用于制造领域，尤 其是航空航天领域，在航空航天设备上的用量和应用部位已经成为衡量航空航天 器结构先进性的重要标志之一。 关键词：复合材料；纤维铺放技术；应用 一、纤维铺放技术的成型原理和特点 纤维铺放技术是树脂基复合材料制造技术中的一种，其工作原理是将连续的 纤维丝束或纤维带通过预浸胶或树脂之后，按照设定好的路径铺放到芯模上，最 后在一定温度下固化，制成所需形状的制品。复合材料纤维铺放成型技术（Fiber placementFP）是自动窄带铺放成型技术（Automanted tep placement, ATP）和自 动铺丝束成型技术（Automated tow placement, ATP）的总称。纤维铺放技术的成 型工艺是在纤维铺放机上将平行的纤维丝束或纤维带预浸处理，通过铺放头装置 将预浸过的纤维束压到需要加工的工件或芯模表面。纤维铺放与纤维缠绕和带铺 放不同，它不是按照测地线在芯模或模具上布纱；纤维铺放可精确控制丝束宽度，且各丝束可单独铺放，通过切断、重续等工序控制铺放厚度的增减。此外，纤维 丝束是通过纤维铺放机上的铺放头压在模具上的，能保证铺放每一层紧密贴合避 免出现分层现象。总结纤维铺放技术的优点有:（1）通过铺丝头剪断丝束、重新 开始等，可以对铺放厚度进行精确控制；（2）工艺过程中铺丝头可调节施加力，实时加压密实；（3）铺放精度高，不易出现孔隙；（4）纤维铺放角度可以调节，不受限制；（5）铺放材料利用率高，浪费少。 二、复合材料纤维铺放技术应用 1.加热工艺研究。在自动纤维铺放过程中，为提高铺放效率，通常设置预加 热及主加热2 个加热环节。在这2 个环节中，都会涉及到选择热源、建立加热模 型及确定加热温度三方面的问题。目前，应用在自动纤维铺放中的热源主要有激 光热源、红外线热源和高温气体热源3 种。选择热源时，针对不同的加工原料及 结合具体的应用场合，需对所选热源的加热温度（或加热功率），可连续加热时间，加热温度是否可控及热源自身的价格、质量、体积、热利用率等方面进行综 合考虑。首先，设置预加热区，可显著缩短主加热所需时间，提高纤维铺放速率，同时，可避免铺层啮合点处温度梯度变化过大而引起过多的残余应力。预加热时，为保持基体材料原有的物理化学性质及最大限度提高铺放速率，预加热温度通常 应略低于基体材料玻璃转化温度，因此，预加热热源的加热温度选择应略高于基 体材料玻璃转化温度。在主加热区，基体材料的安全加热温度通常应低于基体材 料的退化温度，为使基体材料充分熔融，主加热区的温度又应高于基体材料的玻 璃转化温度，同时，考虑铺放效率，选择主加热区热源的加热温度略高于基体材 料退化温度是较为合理的。其次，热源使用场所空间的大小及安装的难易程度， 在热源选择过程中也需要充分的考虑。根据热源的不同，铺放设备及周围的实际 环境，确定相应的热传递方式，建立热传递模型的边界条件。鉴于热传递模型及 其边界条件的复杂性，多数情况采用有限元的方式对模型进行数值求解，来研究 不同时刻、温度在纤维束中不同位置的分布情况以及时间、温度、位置三者之间 的关系，然后与试验数据进行对比，分析所建模型的合理性，同时对所建模型进
复合材料的成型工艺 图1：热固性复合材料最基本的制备方法是手糊，通常包括将干层或半固化片层用手铺设到 模具上， 形成一个积层。图中展示的是自由宇航公司的技术员（佛罗里达州墨尔本）正在通过手糊工 艺 加工一个碳/环氧预浸料，将用于制造通用航空飞机部件。资料来源：自由宇航公司 在复合材料的加工成型过程中会使用一系列模具，用来给未成形的树脂及其纤维增强材料提供一个成型的平台。手糊（hand layup）成型是热固性复合材料最基本的制备方法，即通过人工将干层或半固化片层铺设到模具上，形成一个积层。铺层方式分为两种：一种称为干法铺层，是先铺层后将树脂浸润（例如，通过树脂渗透方式）到干铺层上的方式，另一种方式是湿法铺层，即先浸润树脂后铺层的顺序。 现在普遍使用的固化方式可以分为以下几种：最基本的是室温固化。不过，如果提高固化温度的话，固化进程也会相应加快。比如通过烤箱固化，或使用真空袋（vacuum bag）通过高压釜固化。如果采用高压釜固化的话，真空袋内通常会包含透气膜，被放置在经手糊的半成型制品上，再连接到高压釜上，等最终固化完成后再将真空袋撤去。在固化过程中，真空袋的作用是将产品密封在模具和真空袋之间，通过抽真空对产品均匀加压，将产品中汇总的气体排出，从而使产品更加密实、力学性能更好。
图2：热压釜独有的高温和高压条件使其成为完成热固性树脂零部件的固化的重要工具。控制软件的改进则能够帮助经营者提高35-40%的生产量。同时，一些新的树脂配方正在开发当中，将通过低压固化处理。图中是Helicomb国际公司（俄克拉荷马州塔尔萨）的一名操作人员正在使用高压釜进行固化处理。来源：Helicomb国际公司 许多高性能热固性零件都需要在高热高压的条件下完成固化。但是高压釜（Autoclave s）的设备成本和操作成本都较昂贵。采购高压釜设备的制造商通常会一次性固化一定数量的部件。对于高压釜的温度，压力，真空和惰性气体（inert atmosphere）等一系列参数，计算机系统能帮助实现远程甚至无人监控和检测，并最大限度地提高该技术的利用效率。 在加温固化的时候，温度首先由局部升起，再逐渐达到整体均匀的效果，然后按照设定值保持一定的时间直至初步固化完成。但是，不能忽视的一步是冷却，温度必须缓缓下降至室温，这是为了避免由于不均匀的热胀冷缩而导致部件的失真或变形。当固化完成之后，部件要进行脱模处理，另外还有一些部件还要经过二级独立后固化（postcure）处理，在此期间的温度通常比初始固化的温度高，目的是为了提高树脂材料的交联密度（crosslink density），从而获得更好的材料性能。 电子束（Electron-beam）固化是一种适用于薄层板的有效的固化技术。电子束固化是通过电子流对手糊成型的复合材料产生电离辐射，在辐射敏感型树脂中产生聚合和交联反应（crosslinking reaction）。 X射线和微波固化技术的工作方式与此类似。此外，还有紫外线（UV）固化，该程序是利用紫外线辐射来激活热固性树脂中的光引发剂（photoinitia tor），从而引发交联反应。紫外线固化需要光渗透树脂和增强材料。紫外线（UV）或电子束（E-beam）是辐射固化的一种先进手段，能够引发具有化学活性的液体配方，在基体表面实现快速反应的固化过程，这正是区别于传统热固化技术的最大特点。紫外线与电子束虽然
复合材料(fù hé cái liào)工艺详解——热固与热塑树脂(shùzhī) 热固性树脂(shùzhī)成型工艺 手糊成型(chéngxíng)工艺（手糊类） 手糊成型：用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺覆成型，室温（或加热）、无压（或低压）条件下固化，脱模制成品的工艺方法。 1.原料： ①树脂：不饱和聚酯树脂，环氧树脂； ②纤维增强材料：玻纤制品（无捻粗纱、短切纤维毡、无捻粗纱布、玻纤细布、单向织物），碳纤维，Kevlar纤维； ③辅助材料：稀释剂，填料，色料。 2.工艺过程： 2.1 原材料准备 2.1.1胶液准备 胶液的工艺性主要指胶液粘度和凝胶时间。 ①手糊成型的胶液粘度控制在0.2Pa·s～0.8Pa·s之间为宜。环氧树脂可加入5%～15%（质量比）的邻苯二甲酸二丁酯或环氧丙烷丁基醚等稀释剂进行调控。 ②凝胶时间：在一定温度条件下，树脂中加入定量的引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，变成软胶状态的凝胶所需的时间。手糊作业前必须做凝胶试验。但是胶液的凝胶时间不等于制品的凝胶时间，制品的凝胶时间不仅与引发剂、促进剂或固化剂有关，还与胶液体积、环境温度与湿度、制品厚度与表面积大小、交联剂蒸发损失、胶液中杂质的混入、填料加入量等有关。 2.1.2增强材料的准备 手糊成型所适用增强材料主要是布和毡。 需要注意布的排向，同一铺层的拼接，布的剪裁。 2.1.3胶衣糊准备 胶衣树脂的性能指标： 外观：颜色均匀，无杂质，粘稠状流体；
酸值：10mgKOH/g～15mgKOH/g（树脂）； 凝胶时间：10min ～15min； 触变指数(zhǐshù)：5.5～6.5； 贮存(zhùcún)时间：25℃ 6个月 2.1.4手糊制品厚度(hòudù)与层数计算 ①手糊制品(zhìpǐn)厚度 t:制品（铺层）的厚度；m：材料质量，Kg/m2；k：厚度常数，mm/(Kg·m-2) 材料厚度常数k表 材料性能 玻璃纤维 E型 S型 C型 聚酯树脂环氧树脂填料-碳酸钙 密度 （Kg/m3） 2.56；2.49；2.45 1.1；1.2；1.3；1.4 1.1；1.3 2.3；2.5；2.9 k [mm/(Kg·m-2)] 0.391；0.402；0.408 0.909；0.837；0.769；0.714 0.909；0.769 0.435；0.400；0.345 ②铺层层数计算 A：手糊制品总厚度，mm； m f：增强纤维单位面积质量，Kg/m2； kf：增强纤维的厚度常数，mm/(Kg·m-2)； kr：树脂基体的厚度常数，mm/(Kg·m-2)； c：树脂与增强材料的质量比； n：增强材料铺层层数。 2.2 糊制 2.2.1表面层（俗称胶衣层） 涂刷刷两遍，方向正交；喷涂距离保持在400-600mm之间。 注意杜绝胶衣层内混入气泡和带入水，喷涂过程中尽量减少苯乙烯的挥发，防 止固化不良。 2.2.2铺层控制
复合材料常见的铺层角度 复合材料是由两种或更多种不同材料组合而成的材料，在现代工程领 域中得到广泛应用。其中，铺层角度是在制作复合材料时需要考虑的 重要因素之一。不同的铺层角度可以影响复合材料的性能和力学行为。本文将深入探讨复合材料常见的铺层角度，并分析其对材料性能的影响。 一、铺层角度的基本概念 铺层角度指的是复合材料中纤维层的相对排列角度。在制作复合材料时，可以选择纤维层与基材平行（0°角）或垂直（90°角）排列，也可以选择其他角度。不同的铺层角度会影响复合材料的力学性能和性质。 二、常见的铺层角度 1. 0°角：0°角是指纤维层与基材平行排列。这种铺层角度可以使材料 在拉伸方向上具有很高的强度和刚度，但在横向上的强度和韧性相对 较低。0°角的复合材料适用于需要高强度和刚度的应用，例如航空航 天领域的部件制造。 2. 90°角：90°角是指纤维层与基材垂直排列。这种铺层角度可以使材 料在横向上具有较高的强度和韧性，但在拉伸方向上的强度和刚度相 对较低。90°角的复合材料适用于需要高韧性和抗冲击性能的应用，例如汽车制造中的车身部件。
3. 45°角：45°角是指纤维层与基材成45°角排列。这种铺层角度可以在拉伸和横向受力情况下都具有较好的强度和韧性。45°角的复合材料适用于需要兼顾强度和韧性的应用，例如体育用品的制造。 4. 其他角度：除了0°角、90°角和45°角外，还可以选择其他角度来铺设纤维层。通过选择不同的铺层角度，可以调整复合材料的性能，以满足特定的工程要求。 三、铺层角度对性能的影响 铺层角度的选择会对复合材料的性能产生重要影响。不同的铺层角度会改变复合材料的强度、刚度、韧性和疲劳寿命等性能。具体来说：1. 0°角的复合材料在拉伸方向上具有很高的强度和刚度，但在横向上的性能较差。适合承受拉伸应力的结构。 2. 90°角的复合材料在横向上具有较高的强度和韧性，适合承受弯曲和剪切等横向应力的结构。 3. 45°角的复合材料能够在拉伸和横向受力情况下都具有较好的性能，适合多种综合应力情况下的结构。 四、个人观点和理解 铺层角度的选择在复合材料的设计和制造中非常重要。通过合理选择铺层角度，可以使复合材料具有更好的力学性能和综合性能。不同的应用领域和工程需求需要考虑不同的铺层角度，以实现最佳的性能匹配。在实际工程中，需要综合考虑各种因素，如强度、刚度、韧性、成本等，来选择最合适的铺层角度。
复合材料铺层 复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有优异的综合性能。而复合材料铺层则是指将不同种类的材料按照一定的顺序和规则进行堆叠组合，以满足特定的工程需求。在实际工程应用中，复合材料铺层技术被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑领域等，其优异的性能使其成为众多领域的热门选择。 首先，复合材料铺层的设计需要考虑到材料的性能和应用环境。不同的工程应 用对复合材料的性能要求各不相同，因此在进行铺层设计时需要充分考虑到材料的强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等特性。同时，应用环境的温度、湿度、压力等因素也需要被纳入考虑范围，以确保复合材料在实际工程中能够稳定可靠地发挥作用。 其次，复合材料铺层的工艺技术也是至关重要的。在进行铺层过程中，需要严 格控制材料的堆叠顺序、层数、厚度等参数，以确保复合材料的性能和稳定性。同时，还需要注意铺层过程中的气泡、裂纹、层间粘接等质量问题，通过合理的工艺技术和设备手段来保证铺层质量。 此外，复合材料铺层的质量检测也是不可或缺的环节。通过对铺层后的复合材 料进行非破坏性检测、力学性能测试、热性能测试等手段，可以全面了解复合材料的质量状况，及时发现并解决潜在的质量问题，以确保复合材料在工程应用中能够发挥预期的效果。 总的来说，复合材料铺层是一项复杂而又重要的工程技术，其设计、工艺和质 量检测都需要高度重视。只有通过科学合理的设计、精湛的工艺技术和严格的质量管理，才能够制备出性能优异、稳定可靠的复合材料铺层制品，为各个领域的工程应用提供有力支撑。 在实际工程中，我们需要充分认识到复合材料铺层的重要性，加强对其设计、 工艺和质量检测等方面的研究和探索，不断提高复合材料铺层技术水平，为我国工
复合材料的成型工艺 复合材料的成型工艺主要包括以下几种： 1. 手糊成型工艺：是一种湿法铺层成型法，通过涂刷胶液和铺设纤维织物，在模具上形成一定厚度的层片，然后进行固化。 2. 喷射成型工艺：是将树脂和纤维混合后，通过喷射的方式在模具表面形成一定厚度的层片，再进行固化。 3. 树脂传递模塑技术（RTM技术）：将纤维织物放入模具中，然后注入树脂，经过一定的温度和压力条件进行固化，形成复合材料制品。 4. 袋压法成型：是将纤维织物放入密封的袋子里，然后通过压力使纤维织物紧密结合在一起，再经过固化得到复合材料制品。 5. 真空袋压成型：是在袋压法的基础上，通过抽真空的方式排除纤维织物内的空气和水分，提高制品的密实度和质量。 6. 热压罐成型技术：是将预浸料放入金属模具中，通过热压罐的高温高压作用，使预浸料粘结成复合材料制品。 7. 液压釜法成型技术：是将预浸料放入密封的液压釜中，通过液体介质的压力使预浸料紧密结合在一起，再经过固化得到复合材料制品。 8. 热膨胀模塑法成型技术：是将纤维织物放入模具中，利用热膨胀原理使纤维织物紧密结合在一起，再经过固化得到复合材料
制品。 9. 夹层结构成型技术：是将两层或更多层预浸料之间夹入一层泡沫材料或其他材料，通过加热加压或抽真空的方式使其粘结成复合材料制品。 10. 模压料生产工艺：是将纤维织物和树脂混合后，经过一定温度和压力条件进行固化，形成模压料，然后将其加工成制品。11. ZMC模压料注射技术：是将ZMC模压料加热后注入模具中，经过一定的温度和压力条件进行固化，形成复合材料制品。12. 层合板生产技术：是将多层预浸料按照一定的顺序叠放在一起，然后经过热压或冷压的方式使其粘结成复合材料层合板。13. 卷制管成型技术：是将纤维织物和树脂混合后，通过卷制机卷制成管状制品。 14. 纤维缠绕制品成型技术：是将纤维织物缠绕在芯模上，然后注入树脂或进行热处理，形成复合材料制品。 15. 连续制板生产工艺：是将预浸料连续通过加热和加压装置，使其连续地粘结成复合材料板材。 16. 浇铸成型技术：是将液态树脂注入模具中，加入纤维织物或预浸料等增强材料，经固化后得到复合材料制品。 17. 其他成型技术：如热塑性片状模塑料制造技术、冷模冲压成型工艺等。 这些成型工艺各有特点和适用范围，可以根据具体的制品要求选
拉挤成型铺层方案 一、材料参数 玻璃纤维无捻粗纱：4800tex； 玻璃纤维毡：450g/m2； 玻璃纤维双/多轴向轴布：450g/m2或750g/m2。 二、铺层方案 我司铺层方案：参考现有的铺层设计方法，综合考虑增强塑钢底板的横向性能与腹板的支撑能力，其铺层方案设计为：塑钢底板上表面（平面）最外层铺设一层纤维毡，再铺设玻璃纤维无捻粗纱，然后在距离上表面1.5mm处铺放450g/m2的纤维毡，再铺设无捻粗纱，而后在距离上表面3.5mm处铺放450g/m2的玻纤双轴布，再铺设无捻粗纱；塑钢底板的另一面（各个腹板）的最外层为玻璃纤维毡，其中该层玻璃纤维毡由若干块组成，其组成数目由腹板数量决定，而后是玻纤无捻粗纱，最中间（据腹板两侧约为2.5mm处）铺放玻璃纤维双轴布。表1给出了本方案的实际排纱根数，图1为塑钢底板的局部铺层图。 表1 实际排纱根数 图中表示铺放玻璃纤维毡 图1 塑钢底板局部铺层图
广恒设计的铺层方案：塑钢底板上表面（平面）最外层铺设一层纤维毡，再铺设玻璃纤维无捻粗纱，然后在距离上表面3.5mm处铺放750g/m2的玻纤双轴布，再铺设无捻粗纱；塑钢底板的另一面（各个腹板）的最外层为玻璃纤维毡，其中该层玻璃纤维毡由若干块组成，其组成数目由腹板数量决定，其中间铺设玻纤无捻粗纱。这里以一层较高面密度的玻纤多轴向布代替原来的两层缝编毡或玻纤布，表2给出了本方案的实际排纱根数，图2为塑钢底板的局部铺层图。 表2 实际排纱根数 图中表示铺放玻璃纤维毡 图2 塑钢底板局部铺层图 广恒报价中的铺层方案：塑钢底板上表面（平面）最外层铺设一层纤维毡，再铺设玻璃纤维无捻粗纱，然后在距离上表面3.5mm处铺放450g/m2的玻纤双轴布，再铺设无捻粗纱；塑钢底板的另一面各个腹板（地钉位置处腹板除外）的最外层为玻璃纤维毡，其中该层玻璃纤维毡由若干块组成，其组成数目由腹板数量决定，而后是玻纤无捻粗纱，最中间（据腹板两侧约为2.5mm处）铺放玻璃纤维双轴布。表3给出了本方案的实际排纱根数，图3为塑钢底板的局部铺层图。（注意这里的纱线支数为9600Tex）
复合材料铺属谡计 复金材料制件最基本的单元是铺层。铺层是复合材料制件中的一层单向带戎织杨形成的复合材料单向层。由两层或多层同种或不同种材抖铺层层合庄制而成的复合材料板材称为层合板。复合材料层庄结构件的基本单元正是这种按各种不同铺层役计要素纽成的层今核。 本章主要介绍由壽性能连续纤维与树脂基体材料构成的层仝结构和夾层结构设计的基本原理和方比，也介绍复合材抖结构在导弹结构中的应用。 一＞层合核及其表示方法 ⑴轴层及其方向的表示 铺层是层合板的基本结构单元，其厚度很萍，通帝约为0」〜0.3mmo铺层中增强纤维的方向或织杨彳至向纤维方向为材抖的主方向（1向：即纵向丿；垂直于增强纤维方向或织场的纬向纤维方向为材抖的另一个主方向（2向：印橫向丿。1—2 坐标糸为材料的主坐标糸，又称正轴坐标糸’x・y坐标糸为设计参考坐标糸，如图10.1.1所示。
12 图10.1.1 层材料正轴与偏轴坐标系和应力 铺层是有方向性的。铺层的方向用纤维的揣向角(铺屋角丿e表示。所谓铺向角 (铺尾角)就是铺层的纵向与层合板参考坐标X铀之间的爽角，由X铀到纤维纵向送肘针淡转为正。参考坐标糸X-Y与材抖主方向重合则为正轴坐标糸。X-Y 方向与材料主方向不重合则称偏轴坐标糸，如图10.1.1 (bj所示。铺层的正抽应力与偏軸应力也在图10.1.1中标朗。 (2) $合核的表示方法 为了满足役计.制凌和力学性能分析的需要，必须简朗地表示出层合板中各铺层的方向和层合顺序，故对层合板规定了朗确的表示方法，如表10」」所示。
二.单层复合材料的力学性能 单层的力学性能是复合材抖的基本力学性能，即材抖工程常数。由于单层很薄， 一般仅考虑单层的面力学性能，故假设为平面应力状态。单层点材料主軸坐标糸常是正交各向异性材料，A其主方向上芷一点处的正应支$只与该点处的
先进复合材料主要生产工艺介绍 先进复合材料主要生产工艺介绍 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 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。
复合材料生产工艺的基本步骤（西工大）6(5 复合材料生产工艺的基本步骤 复合材料制件生产包括四个基本步骤:润湿/浸渍、铺层、叠层和固化。尽管复合材料可以用不同的方法生产，但是复合材料的生产工艺都包括这四步。 6(5(1 浸渍 在这步中，纤维和树脂混合形成薄层。例如，在纤维缠绕成型工艺中，纤维经过胶槽浸渍。在手糊成型工艺中，使用的预浸料已经由材料供应商在控制的环境下浸渍。在湿法手糊成型工艺中，用压榨滚筒使适量的树脂胶液润湿每个纤维层。该步的目的是使树脂完全浸润纤维。黏度、表面张力和毛细管作用是影响浸渍过程的主要参数。热固性塑料的黏度范围是10e1~10e4厘泊，很容易浸湿。热塑性塑料的黏度范围是10e4~10e8厘泊，需要较大的压力才能达到良好的浸渍。 6(5(2 铺层 在这步中，复合材料层是通过在需要的角度和位置铺层纤维和树脂的混合物或预浸料形成的。复合材料的厚度是通过涂刷不同层数的纤维和树脂混合物来实现的。在纤维缠绕成型工艺中，纤维分布是通过控制心轴和滑动架单元的相对运动来实现的。在预浸料铺层工艺中，通过手工或机器，将预浸料放置在特定的纤维方向上。在RTM成型工艺中，预成型品通过编织或者其他机器获得纤维结构，然后树脂注入形成薄层。 该步的目的是为了获得设计的纤维结构。复合材料的结构性能强烈的依赖于纤维取向和铺层顺序。 6(5(3 叠层
这个步骤是使每层预浸料或薄层之间紧密结合。该步可排出在成型工艺中层间包埋的空气。叠层是得到高质量制件的重要步骤。未完全叠层的制件有空洞和干燥点。连续纤维复 ，23合材料的叠层包括两个重要的过程:树脂流过多孔介质和弹性纤维变形。虽然，最初压力只作用在树脂上(纤维零弹性变形)。在叠层过程中，压力同时作用在树脂和纤维结构上。当压力增加，纤维经历弹性变形，树脂向边缘流动。现有各种各样忽略纤维变形和只考虑树 ，45脂流动的叠层模型。 6(5(4 固化 最后一步是固化，对于热塑性塑料仅需要不到一分钟的时间，对于热固性塑料则需要120分钟。该步可以在真空或压力下进行。固化时间越短，工艺的生产速率越高。对于热固性复合材料，固化速率取决于树脂配方和固化动力学。在固化过程中，供给热量以加快树脂的固化速率。对于热固性树脂，通常固化温度越高，交联过程越快。对于热塑性塑料，固化过程中没有化学变化，因此只需要很短的时间。在热塑性塑料成型过程中，固化速率取决于冷却速率。对于热固性复合材料，升温可加速固化;而热塑性塑料成型过程中，降低温度以得到硬的制件。 对于热固性塑料和热塑性塑料成型工艺，以上四步都是相同的。对于不同的生产方法，供热和供压方法、纤维分布的设计都是不同的;这将在6.8节和6.9节中讨论。6.6节中讨论了热固性和热塑性复合材料成型工艺的优点和缺点。 6.6 热固性和热塑性复合材料成型工艺的优点和缺点 6(6(1 热固性复合材料成型工艺的优点 常用的热固性树脂是环氧树脂、聚酯和不饱和聚酯。这些材料可以是一个组分或者两个组分的系统，且在室温下为液态。这些树脂系统升温固化或在室温下得到最终形状。热固性复合材料的生产方法具有以下优点:
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
复合材料铺层设计 复合材料制件最基本的单元是铺层。铺层是复合材料制件中的一层单向带或织物形成的复合材料单向层。由两层或多层同种或不同种材料铺层层合压制而成的复合材料板材称为层合板。复合材料层压结构件的基本单元正是这种按各种不同铺层设计要素组成的层合板。 本章主要介绍由高性能连续纤维与树脂基体材料构成的层合结构和夹层结构设计的基本原理和方法，也介绍复合材料结构在导弹结构中的应用。 一、层合板及其表示方法 (1) 铺层及其方向的表示 铺层是层合板的基本结构单元，其厚度很薄，通常约为0.1～0.3mm。铺层中增强纤维的方向或织物径向纤维方向为材料的主方向（1向：即纵向）；垂直于增强纤维方向或织物的纬向纤维方向为材料的另一个主方向（2向：即横向）。1—2坐标系为材料的主坐标系，又称正轴坐标系， x-y坐标系为设计参考坐标系，如图10.1.1所示。
铺层是有方向性的。铺层的方向用纤维的铺向角（铺层角）θ表示。所谓铺向角（铺层角）就是铺层的纵向与层合板参考坐标X轴之间的夹角，由X轴到纤维纵向逆时针旋转为正。参考坐标系X-Y与材料主方向重合则为正轴坐标系。X-Y 方向与材料主方向不重合则称偏轴坐标系，如图10.1.1（b）所示。铺层的正轴应力与偏轴应力也在图10.1.1中标明。 （2）层合板的表示方法 为了满足设计、制造和力学性能分析的需要，必须简明地表示出层合板中各铺层的方向和层合顺序，故对层合板规定了明确的表示方法，如表10.1.1所示。
二、单层复合材料的力学性能 单层的力学性能是复合材料的基本力学性能，即材料工程常数。由于单层很薄，一般仅考虑单层的面内力学性能，故假设为平面应力状态。单层在材料主轴坐标系中通常是正交各向异性材料，在其主方向上某一点处的正应变ε1、ε2只与该
复合材料工艺大全 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】
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