第四章第四节 混杂纤维复合材料
混杂复合材料
2.基体的影响
基体的混杂效应的关系尚没有定量的认 识。其实，复合材料很多性能与树脂基 体的性能有关，而有些性能又是由基体 的性能决定的。
3.混杂结构因素的影响
混杂复合材料的断裂应变并不恒定，它和纤 维的位置分布有关，一般可用混杂比和分散 度这两个结构参数表示两种纤维的位置分布。 在许多场合，断裂应变值随混杂体系的分散 度增加而增加，也随着混杂比变化而明显变 化。
混杂复合材料
混杂复合材料概述
混杂复合材料概念
混杂复合材料是指将两种或两种以上的增强 体增强同一基体或多种基体而制成的复合材 料。 混杂复合材料可以看成是两种或多种纤维或 颗粒增强复合材料的相互复合。
混杂复合材料分类
• 按照基体分，混杂复合材料可分为金属基 混杂复合材料、陶瓷基混杂复合材料、树 脂基混杂复合材料和多种基体复合的混杂 复合材料。 • 按照增强体分，可以分为混杂纤维复合材 料，混杂颗粒复合材料以及纤维和颗粒混 杂复合材料。 • 当增强体和基体都多于一种的混杂复合材 料称为超混杂复合材料。
混杂方式对材料的力学性能影响
混杂复合材料 的弯曲强度
混杂材料的层 间剪切强度
混杂效应
混杂纤维复合材料由于采用两种纤维混杂， 复合材料的性能出现综合效果。某些性能， 在一定条件下符合混合律关系，而另一些性 能则与混合律关系出现正的（偏高）或负的 （偏低）偏差。人们普遍地将此偏离混合律 关系的现象称为“混杂效应”。
引起混杂效应的因素
• • • • 1.制造工艺的热收缩 2.基体的影响 3.混杂结构因素的影响 4.界面状态的影响
1.制造工艺的热收缩
混杂纤维复合材料体系中两种纤维的热膨胀 系数存在差异，这两种纤维在复合材料固化 后，由于不同的热收缩造成零载时两种纤维 所处的受力状态不同。 例：碳纤维（CF）/玻璃纤维（GF）混杂复合 后，由于热收缩造成零载时，CF受压，GF受 拉。当复合材料受力时，就会出现混杂效应。 如CF/GF混杂复合材料，达到CF断裂应力时， 其断裂应变提高，而使GF的破坏应变降低。
复合材料概论 复习 重点
第一章总论一．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。
★二．复合材料的命名和分类★1．按增强材料形态分类(1)连续纤维复合材料:作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位于复合材料的边界处;(2)短纤维复合材料:短纤维无规则地分散在基体材料中制成的复合材料;(3)粒状填料复合材料:微小颗粒状增强材料分散在基体中制成的复合材料;(4)编织复合材料:以平面二维或立体三维纤维编织物为增强材料与基体复合而成的复合材料。
2. 按增强纤维种类分类(1)玻璃纤维复合材料;(2)碳纤维复合材料;(3)有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料;(4)金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料;(5)陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等)复合材料。
如果用两种或两种以上纤维增强同一基体制成的复合材料称为混杂复合材料3．按基体材料分类(1)聚合物基复合材料:以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制成的复合材料;(2)金属基复合材料:以金属为基体制成的复合材料，如铝基复合材料、钛基复合材料等;(3)无机非金属基复合材料:以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。
4.按材料作用分类(1)结构复合材料:用于制造受力构件的复合材料;(2)功能复合材料:具有各种特殊性能(如阻尼、导电、导磁、换能、摩擦、屏蔽等)的复合材料。
三．复合材料是由多相材料复合而成，其共同的特点是:★(1)可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。
例如，针对方向性材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。
(3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。
四．影响复合材料性能的因素很多，主要取决于①增强材料的性能、含量及分布状况，②基体材料的性能、含量，以及③增强材料和基体材料之间的界面结合情况，作为产品还与④成型工艺和结构设计有关。
混杂纤维复合材料性能研究
混杂纤维复合材料性能研究乌云其其格;隋成国;马如飞;张宝艳;杜宇【摘要】对碳纤维织物、玻璃纤维织物和芳纶织物的性能进行测试,采用热熔法分别制备了一种增韧中温固化环氧碳纤维织物预浸料、玻璃纤维织物预浸料和芳纶织物预浸料.预浸料以单种预浸料铺层和不同纤维织物预浸料混合铺层方式铺贴组合,通过模压法成型复合材料层合板,进行性能测试并对比.结果表明,增韧中温固化环氧树脂的不同纤维织物预浸料混合铺层成型的层压板力学性能可以根据铺层设计优化,并不损失不同纤维铺层之间的界面性能.【期刊名称】《高科技纤维与应用》【年(卷),期】2018(043)004【总页数】7页(P25-31)【关键词】增韧中温固化环氧树脂;碳纤维织物;玻璃纤维织物;芳纶织物;混合复合材料;性能【作者】乌云其其格;隋成国;马如飞;张宝艳;杜宇【作者单位】中航复合材料有限责任公司,北京 101300;中航工业成都飞机设计研究所,成都610091;中航工业成都飞机设计研究所,成都610091;中航复合材料有限责任公司,北京 101300;中航复合材料有限责任公司,北京 101300【正文语种】中文【中图分类】TQ342+.7前言复合材料是由两种或两种以上不同材料通过某种方式结合而成的新材料，其中各组分材料仍保持其原有特性，但是组成新材料的性能优于各单独组分材料。
与一般材料的简单混合有本质区别。
航空用复合材料分为树脂基复合材料(PMC)、金属基复合材料(MMC)、陶瓷基复合材料(CMC)和碳-碳复合材料(C/C)等。
由于树脂基复合材料具有现代飞机所需的重要特性，如高的比强度、比模量、尺寸稳定性、优异的耐腐蚀性能、耐磨性、介电性能、电绝缘性能和综合力学性能以及性能的可设计和成形工艺多样性等，因而在航空工业上获得了广泛的应用。
树脂基复合材料也称为纤维增强塑料。
按树脂类型的不同，树脂基复合材料分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料。
热固性树脂基复合材料是最早应用在航空工业，目前在航空工业应用量最大的复合材料。
玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料的拉伸及低速冲击性能研究
玻璃纤维与碳纤维混杂复合材料的拉伸及低速冲击性能研究王海雷1，段跃新2，王维维3，蒋金隆1(1.中国航空制造技术研究院，北京100024； 2.北京航空航天大学，北京100191； 3.中航复合材料有限责任公司，北京101300)摘要：本文采用真空辅助树脂渗透成型(VARI)工艺成型了0°/90°玻璃纤维经编织物和0°/90°碳纤维经编织物不同混杂比的复合材料板，并探讨了混杂比、混杂方式等因素对碳-玻纤混杂纤维复合材料的拉伸性能及低速冲击性能的影响。
研究结果表明:少量碳纤维的加入便可很好地改善纯玻璃纤维材料的拉伸和冲击性能；同种混杂比下，玻璃纤维铺覆表面的层间混杂结构拥有最好的拉伸性能；对于低速冲击性能来说，随着试样中碳纤维含量的增加，冲击能降低，扩展能降低，韧性指数降低,冲击后剩余压缩强度增大；碳纤维、玻璃纤维含量相接近时，玻璃纤维铺覆表面的层间混杂结构表现出较好的抗低速冲击性能；碳纤维、玻璃纤维含量相差较大时，玻璃纤维铺覆表面的夹芯结构的抗低速冲击性能较好。
关键词：混杂复合材料；混杂方式；拉伸性能；低速冲击性能；冲击后压缩测试中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：2096-8000(2021)02-0102-08近年来,复合材料应用领域不断拓展,对树脂基复合材料的生产成本、重量、耐疲劳性能、抗冲击性能等提出了更多更高的要求。
许多高强度、高模量的复合材料抗低速冲击性能较差,而制造、使用和维护过程中低速冲击又很难避免。
低速冲击不仅会造成复合材料层板的凹陷和分层等可见损伤，还会导致层板微裂纹，复合材料夹芯结构的板芯脱黏、芯子凹陷和屈曲等不可见损伤。
不可见损伤从结构外表不易察觉，但会使结构的承载能力受到严重影响，容易发生突然事故［1，2］。
所以，树脂基复合材料的深入研究仍然任重而道远。
基于高分子材料“共混与改性”的理念,人们提出了混杂纤维复合材料的概念。
混杂纤维复合材料性能研究
（１．ＡＶＩＣ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ＬＴＤ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０１３００； ２． ｃｈｅｎｇｄｕ ａｉｒｃｒａｆｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，６１００９１）
等，因而在航空工业上获得 了广泛 的应用 。树脂
基复合 材料 也 称 为 纤维 增 强 塑 料 。按 树 脂 类 型 的
不同，树脂基复合材料分为热固性树脂基复合材
料和 热塑性 树 脂 基 复 合材 料 。热 固性 树 脂 基 复 合
材料 是最早 应 用 在 航 空工 业 ， 目前 在 航 空 工 业 应
关键词 ：增韧 中温 固化环氧树脂 ；碳纤维织物；玻璃纤维织物 ；芳纶织物 ；混合复合材料 ；性能 中 图分 类 号 ：ＴＱ３４２＋．７ 文献 标识 码 ：Ａ 文 章编 号 ：１００７—９８１５（２０１８）０４—００２５—０７
Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｈ ｙｂｒｉｄ Ｆｉｂｅｒ Ｃ ｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ
作者简介 ：乌云其其格 （１９６８一 ），女 ，内蒙古赤峰 人 ，研究员 ，主要从事 树脂基 、复合 材料等 方面 的研 究 ，电子 信箱 ：ｗｕｙｕｎｑｉｑｉｇｅ２００６
＠ １２６．ｔｏｍ 。
胁 一
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高科技纤维与应用 ２５
实验报告／ 如 一ｍ ，ｔ
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复合材 料是 由两 种 或 两 种 以上 不 同材 料 通 过
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｆａｂｒｉｃｓ，ｇｌａｓｓ ｆａｂｒｉｃｓ ａｎｄ ａｒａｍ ｉｄ ｆａｂｒｉｃｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ｔｅｓｔｅｄ． Ａ ｔｏｕｇｈｅｎｅｄ ｍｉｄｄｌｅ ｔｅｍ ｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｕｒｅｄ ｅｐｏｘｙ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｆａｂｒｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ，ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ ｆａｂｒｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ ａｎｄ ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ ｆａｂｒｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｈｏｔ ｍｅｌｔ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｐｒｅｐｒｅｇ ｉｓ ｐａｖｅｄ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｐｒｅｐｒｅｇ ｐｌｉｅｓ ａｎｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆａｂｒ ｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ ｍｉｘｉｎｇ ｐｌｉｅｓ． Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｌａｍｉｎａｔｅｓ ｗｅｒｅ ｍｏｌｄｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｔｅｓｔｅｄ ｆｏｒ ｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒ ｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｌａｍｉｎａｔｅｓ ｌａｍ ｉｎａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｂｅｒ ｆａｂｒｉｃ ｐｒｅｐｒｅｇ ａｎｄ ｔｏｕｇｈｅｎｅｄ ｍｅｄｉｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｕｒｉｎｇ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ｌａｍ ｉｎａｔｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｍ ｉｎａｔｉｏｎ ｄｅ－ ｓｉｇｎ，ｗｉｔｈｏｕｔ ｌｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｂｅｒ ｌａｍｉｎａｔｅｓ．
混杂纤维复合材料轴向剪切模量的预测
的综 合 性 能… ． 是 ， 杂 复 合材 料 由多 种 材 料 构 但 混 成 ， 影 响性 能 的 因素很 多 ， 其 给其 力学 性 能 分析 带
来 相 当 的 困 难 ． 别 是 剪 切 特 性 ， 验 技 术 难 度 特 试 大 ， 及参数多 ， 涉 不但 花 费 巨 大 ， 由于 复 合 材 料 还 性 能不 稳 定 ， 实验 结果 比较 分散 。 ． 使 。 细 观 力学 方 法 已经 被 用 于从 理论 上 预 测 复合 材 料 的 有 效 模 量 ． ｉｔ Ｄｌ ｅ近 似 。 ｕ 自洽 法 ， 分 法 ， 微
数 与 复合 材料 纤 维 的 总体 积 分数 相 同 ． 是有 ： 于
、 、
ｎ１ １
ｎ１ ２
＾ ２
■
■
如 图 １ 示 ， 长 轴建 立 直 角 坐 标 系 Ｏ ｙ 设 所 沿 ｘ， 轴 与 轴 的夹 角 为 ． 了研 究 轴 向剪 切 模 量 ， 为 考 虑所 建 立 的模 型 的反 平 面 问题 ， 以 表示 反 平
２ 细 观单 元 外 （ 外 ） 匀 化 了 的 复 合 材 料 可 Ｒ． Ｌ 均 以看 作横 观 各 向 同 性介 质 ． 两 相 纤 维 的体 积 分 设 数分 别 设 为 ， ， 设 每 个 细 观 单 元 的 体 积 分 并
能在 夹杂 体 积 分数 趋 于 １ 完 全 填 充 ） 给 出 正 确 （ 时
Ｍｏ ．ａ ａａ 和 广 义 自洽 法 是 最 常 用 的 细 观 力 学 ｒ Ｔｎ ｋ 法 ｉ
出 的模 型 是 ： 相 纤维 分 别 构 成纤 维 ／ 体组 合 柱 两 基
体 的代 表性 细 观单 元 ， 嵌 在 同一 复 合材 料 “ 续 镶 连 介质” ． 中 图 １ 为模 型示 意 图 ． 围线 ， （ Ｌ ｋ＝１ ２对 ， 应两 相 纤 维 ） 所包 围 的椭 圆域 ｎ 与 椭 圆 环域 ｎ
混杂纤维复合材料双频副反射器的研制
高建军 ， 混杂纤维复台材料双频副反射器 的研制 等：
２ ７
混 杂 纤 维 复 合 材 料 双 频 副 反 射 器 的 研 制
高建 军 靳 武 刚
（ 信息产业部电子第 ３ 研究所 ， ９ 西安 ７ ０ ６ １０５
摘要
针对双频副反射 器的蛄构特 点和技术要 求， 究 了混杂纤维复合材料 的性能和 成型工艺。主要讨论 混杂 研
关键 嚣
应用
双频 段 天线 系统 的双频 副反 射器 是双频 天线 的 重 要部 件 。它要求 在一 个微 波频 段上 对 电磁 波 完全 反射， 而在 另 外 一个 频 段 上 几 乎完 全 传 输 。双 频 副 反 射器是 一个 在 结构 强 度 、 度 、 面精 度 、 电损 刚 型 介
纤维蜂 窝夹层结构材料 的力学性能 、 电气性能 、 曲面表 面振子 阵列 的成型工 艺厦双 曲面成型技术等 ， 双 解决了双曲面
金属 阵列成型和表 面精度 等技 术难题 。研制 出的双频 副反射 器在 ｓ频段 的反射 损耗为０ ３ｄ 在 ｓ频段 的传输损 耗 Ｂ，
为 ０ ３ｄ ， 面 精 度 连 到 ０ ２ ６Ⅲ Ｂ 型 ２ ｍ。
得 综 合性 能优 良的结 构材 料 。
２ ２ 振 子 阵 列 的 成 型 工 艺 ．
双频 酉 反射 器 为旋 转 双 曲面 结 构 ， 曲 面上规 双
双频副反射器的反射电磁波功能依靠其 曲面上 的谐振偶极子阵列来实现 谐振偶极子规则 、 精确 地排 列在 双 曲面 上 成 为 “ ” 形 。将 谐 振 偶 极 子 十 字 阵列制作在双曲面上是十分复杂和困难的。采用图 形 电镀 法直 接在 双 曲 面上 制 造振 子 阵列 ， 不能 保 证 振子阵列的位置精度和尺寸精度。通过工艺技术研 究 ， 定了先 用 图形 电镀 法 在 平 面 载体 上 制 造振 子 确
聚合物基复合材料(PMC)
粘着理论
对一个简单系统来说，界面的粘结是由纤维与基 体间的粘着力引起的。然而，纤维上常涂有一层涂料， 这层涂料形成纤维与基体之间的结合层，对粘着可以 认为主要是发生在界面上的五种机理，即吸附和浸润、 相互扩散、静电吸引、化学键结合、机械粘着所造成 的。它们或者独立作用或者联合作用产生界面的粘结。
PMC界面粘接强度测定源自预浸料及预混料制造工艺（续）
SMC的生产一般是在专用SMC机组上进行。生产 上，一般先把除增强纤维以外的其它组分配成树脂糊， 再在SMC机组上与增强纤维复合成SMC。
成型固化工艺
复合材料及其制件的成型方法，是根据产品 的外形、结构与使用要求并结合材料的工艺 性来确定的。 已在生产中采用的成型方法有：1）接触成型 类：手糊成型、湿法铺层成型、注射成型；2） 压力成型类：真空袋压法成型、压力袋成型、 热压罐成型、模压成型、层压或卷制成型；3） 其他成型：纤维缠绕成型、拉挤成型、连续 板材成型、热塑性片状模塑料热冲压成型、 树脂注射和树脂传递成型、喷射成型、真空 辅助树脂注射成型、夹层结构成型、挤出成 型、离心浇铸成型等。
成型固化工艺（续）
模压成型工艺简介
模压成型是一种对热固性树脂和热 塑性树脂都适用的纤维复合材料成 型方法。 具体方法是：将定量的模塑料或颗 粒状树脂与短纤维的混合物放入敞 开的金属对模中、闭模后加热使其 熔化，并在压力作用下充满模腔， 形成与模腔相同形状的模制品，再 经加热使树脂进一步发生交联反应 而固化，或者冷却使热塑性树脂硬 化，脱模后得到复合材料制品。
预浸料/预混料的制造。预浸料或预混料是一类PMC的半成品形
式，它们是其它一些制品制造工艺(如压力成型)的原材料。
成型。就是将预浸料根据产品的要求，铺置成一定的形状，一般就是
纤维增强复合材料
纤维增强复合材料引言。
纤维增强复合材料是一种由纤维和基体组成的材料，具有高强度、高刚度和轻质的特点。
它在航空航天、汽车制造、建筑和体育器材等领域具有广泛的应用。
本文将介绍纤维增强复合材料的基本原理、制备工艺和应用领域。
一、纤维增强复合材料的基本原理。
纤维增强复合材料是由纤维和基体两部分组成的。
纤维通常是玻璃纤维、碳纤维或者有机纤维，它们具有高强度和高模量的特点。
基体通常是树脂或者金属，用来固定纤维并传递载荷。
纤维增强复合材料通过将纤维和基体结合在一起，使得材料具有比单一材料更好的性能。
纤维增强复合材料的性能取决于纤维的类型、纤维的含量、纤维的取向以及基体的性质。
二、纤维增强复合材料的制备工艺。
纤维增强复合材料的制备工艺通常包括纤维预处理、预浸料制备、层压成型和固化等步骤。
首先，纤维需要进行预处理，包括去除油污、表面处理和干燥等。
然后，将预处理好的纤维与树脂混合，形成预浸料。
接下来，将预浸料铺放在模具中，按照设计要求进行层压成型。
最后，通过加热或者化学固化的方式，使得基体固化，纤维与基体结合成型。
纤维增强复合材料的制备工艺对最终产品的性能具有重要影响，因此需要严格控制每一个步骤。
三、纤维增强复合材料的应用领域。
纤维增强复合材料具有优异的性能，因此在许多领域得到广泛的应用。
在航空航天领域，纤维增强复合材料被用于制造飞机机身、翼面和动力装置等部件，以降低飞机的重量和提高飞行性能。
在汽车制造领域，纤维增强复合材料被用于制造车身和零部件，以提高汽车的安全性和燃油经济性。
在建筑领域，纤维增强复合材料被用于制造桥梁、楼梯和装饰材料，以提高建筑结构的强度和美观度。
此外，纤维增强复合材料还被广泛应用于体育器材、船舶制造、风力发电等领域。
结论。
纤维增强复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景。
随着材料科学和制造技术的不断进步，纤维增强复合材料将在更多领域得到应用，并为人类社会的发展做出更大的贡献。
希望本文能够对读者对纤维增强复合材料有更深入的了解，并为相关领域的研究和应用提供参考。
纤维复合材料
纤维复合材料纤维复合材料是一种由纤维和基体材料组成的复合材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优良性能，因此在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域得到广泛应用。
首先，纤维复合材料的种类繁多，常见的有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料等。
其中，碳纤维复合材料以其高强度、高模量、耐高温等特点，在航空航天领域得到广泛应用；玻璃纤维复合材料则因其价格低廉、耐腐蚀、绝缘性能好，被广泛应用于建筑工程和汽车制造等领域；芳纶纤维复合材料具有耐高温、耐化学腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、军工等领域。
其次，纤维复合材料的制备工艺包括预浸料成型、手工层叠成型、自动层叠成型等。
预浸料成型是将纤维预先浸渍于树脂基体中，形成预浸料，然后通过模具成型，经过固化、热处理等工艺制备成型件；手工层叠成型是将预先浸渍的纤维层叠在模具中，通过手工操作形成所需形状，然后进行固化、热处理等工艺；自动层叠成型则是通过自动化设备将预浸料纤维进行层叠，然后经过固化、热处理等工艺制备成型件。
不同的制备工艺适用于不同的纤维复合材料，能够满足不同领域的需求。
再者，纤维复合材料具有优异的性能，如高比强度、高比模量、耐疲劳、耐腐蚀等。
其中，高比强度和高比模量使得纤维复合材料在轻量化设计领域具有巨大优势，能够减轻结构重量，提高机械性能；耐疲劳和耐腐蚀性能使得纤维复合材料在恶劣环境下具有较好的稳定性和耐久性，能够满足特定领域的使用要求。
最后，纤维复合材料在未来的发展中有着广阔的应用前景。
随着科技的不断进步和材料工艺的不断完善，纤维复合材料将会在航空航天、汽车制造、建筑工程等领域得到更广泛的应用。
同时，随着环保意识的提高，生物基纤维复合材料、再生纤维复合材料等新型材料也将逐渐成为发展的热点，为纤维复合材料的发展开辟新的领域。
综上所述，纤维复合材料因其种类繁多、制备工艺多样、优异的性能以及广阔的应用前景，成为当今材料领域的热点之一，对于推动工业结构升级、促进科技创新具有重要意义。
第4章纤维复合材料及其制备方法
图表 2008年1-8月中国玻璃纤维增强塑料制品制造企业数量及占全国比例对比表
地区
全国 江苏省 河南省 山东省 广东省 辽宁省 其他省市
企业数量
417 95 52 35 30 28 177
企业数量 占全国比 例（%） 100.00% 22.78% 12.47%
8.39% 7.19% 6.71% 42.45%
第4章 纤维复合材料及其制备方法
• SMC（Sheet Molding Compound ）
• 聚酯树脂、惰性填料、纤维类增强材料、催化剂、颜料 和稳定剂、脱模剂及增稠剂等组成的混合物。片状模塑 料的生产是一种连续的在线生产工艺。
• 为防止片料间相互粘合在一起，生产中将会在片料的上 下两面各覆盖一层塑料薄膜。这种薄膜是聚苯乙烯薄膜 或聚苯乙烯/尼龙复合膜。生产时浆料被均匀地涂覆在底 层薄膜上，然后短切玻璃纤维均匀撒落在浆料上并随机 排布；最后在上面覆以顶层薄膜形成一个预定厚度的夹 芯结构。片料在经过 48 小时熟化后可用于模压成型。
就是复合材料制品的生产过程。材料的性能必须根据制品的使用 要求进行设计，因此在造反材料、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。 ➢ 复合材料的成型比较方便。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，故用这些材料生 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。
第4章 纤维复合材料及其制备方法
第4章 纤维复合材料及其制备方法
我国FRP多年以来价格偏低（一般产品仅为国际均价 的1/4），严重影响了我行业向高端健康发展。但国内 玻纤平均出厂价格从2007 年开始呈现单边快速上涨的 趋势。
混合纤维材料的技术与应用
的。
Comfil®
丹麦Comfil公司生产的一种热塑性树 脂混杂纤维膨体纱 采用纤维膨化 / 并合装置，后 道浸渍效果好，周期短
能够使增强纤维在工艺过程 中保持连续状态，并且做到 纤维不脆
机器设计灵活，可以按照用 户要求的支数和混合比例制 造混合纤维膨体纱
包芯编带纱
玻纤为增强芯纱不被加捻、 不弯曲、不变形、不受损伤 玻纤包芯编带纱属于包芯纱的一种 PP 纤维为包缠纱，对芯纱包 缠紧密、牢固、均匀
基础建设
医疗卫生
能源环保
玻璃纤维和其它纤维混合
构成的材料，通常作为复
概念
合材料的增强基材应用于 众多领域。
混合其它纤维后，可结合 各组分的优点，在性能上
优势
互补，提高产品的总体性 能，为进一步增强复合材 料创造良好的条件
玻纤与不同类的纤维混合
混合纤维 分类
多种纤维以不同的成形方式混合
多种纤维直接混杂增强复合材料
其复合材料制品可获得 30%~70%的纤维含量
Keytex®
Keytex®是意大利Europlants公司生产 Keytex 纱可以直接出售，也 可制成机织物或编织物
的复合纱
工艺：
玻璃纤维在流化床中被聚合物粉
末浸渍，浸渍后的每根纤维再用 同种聚合物包覆，这种包覆过程 是采用熔融聚合物挤涂工艺完成
由于纤维完全受到外包层的 保护，不会断头，所以特别 利于织造
属纤维
玻纤/不锈钢纤维 • 加捻复合法 • 膨化复合法
混合纤维
与特殊纤维混合
永久性阻燃窗帘面料
以35%~45%的玻璃纤维纱与65%~55%的阻燃腈氯纶纤维，经涡流 纺制成包芯线，再通过圆机、经编织机、织布机加工成坯布，再整 理印花制成永久性阻燃窗帘面料。
复合材料力学沈观林编着清华大学出版社
第一章复合材料概论1.1复合材料及其种类1'复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。
2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。
功能复合材料主要具有特殊的功能。
3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。
其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。
基体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维。
根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为三大类：颗粒复合材米斗、纤维土曾强复合材料（fiber-reinforced composite）、层禾□复合材料。
（1）颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶，瓷O（2）层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。
（3）纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。
按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。
按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。
还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。
如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。
5、常用纤维（性能表见P7表1-1 ）玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温）硼纤维（早期用于飞行器，价高）碳纤维（主要以聚丙烯睛PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成为石墨纤维（经石墨化2500〜3000。
C）；密度比玻璃纤维小、弹性模量比其高；应力一应变尖系为一直线，纤维断裂前是弹性体；高模量碳纤维的最大延伸率为0.35%,高强度的延伸率为1.5%;纤维直径6〜10卩m；各向异性，沿纤维方向热膨胀系数 a i=-0.7X 10-6〜-0.9X 10-6,垂直于纤维方向a 2=22X10 6~32X 10'6）芳纶纤维（Kevlar，聚芳酰胺，K-29绳索电缆、K-49复合材料制造、K- 149航天容器；单丝强度比玻璃纤维高45%，弹性模量为碳纤维一半， a 与碳纤维接近）碳化硅纤维与氧化铝纤维（同属于陶瓷纤维，碳化硅有抗氧化、耐腐蚀、耐高温优点，与金属相容性好；氧化铝纤维有多重制法）6、常用基体树脂基体（分为热固性树脂和热塑性，热固性有环氧、酚醛、不饱和聚酯树脂等；其中环氧应用最广，粘结力强、表面浸润性好、固化收缩T生较高、耐热性固化方便；酚醛耐高温、吸水性小，电绝缘性好、便宜；聚酯工艺性好，室温固化，固化后均不能软化；热塑性有聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺/尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯等，加热转变温度会重新软化，制成模压复合材料）金属基体（耐高温、抗侵蚀、导电导热、不透气，应用较多的是铝）陶瓷基体（耐高温、化学稳定性好、高模量、高抗压强度、耐冲击性差）碳素基体（主要用于碳纤维增强碳基体复合材料，又称为碳 /碳复合材料，C-CA、C-CE分别用聚丙烯睛氧化法和催化法生产）1 2复合材料的构造及制法1、纤维增强复合材料几种构造形式：（1 ）单层复合材料（单层板），纤维按一个方向整齐排列或由双向交织纤维平面排列。
混杂复合材料课件
结构设计原则
功能性原则
根据材料的使用环境、使用要 求和功能目标，确定材料的结
构形式和尺寸。
稳定性原则
确保材料在各种环境条件下具 有稳定的性能表现，包括力学 性能、热性能、电磁性能等。
轻量化原则
在满足使用要求的前提下，尽 量减轻材料的重量，提高其比 强度和比刚度。
经济性原则
考虑材料的制造成本和使用成 本，寻求最优化的设计方案。
06
混杂复合材料的发展趋 势与挑战
发展趋势
高性能化
提高材料的力学性能、耐热性、耐腐 蚀性等，以满足高端领域的需求。
轻量化
发展轻质、高强度的材料，以适应节 能减排和新能源汽车等领域的需要。
智能化
引入智能材料和智能结构设计，实现 材料性能的自适应和调控。
环保化
发展绿色环保的材料，减少对环境的 污染和资源的浪费。
耐热性
03
表示材料在高温下保持其物理、化学性能的能力，通常采用热
重分析法测定。
电学性能表征
电导率
表示材料传导电流的能力，通常采用电桥法测定。
介电常数
反映了材料在电场作用下的极化程度，通常采用电容器法测定。
介质损耗角正切值
表示材料在交变电场作用下的能量损耗，通常采用电桥法测定。
04
混杂复合材料的结构设 计
真空袋法优缺点
真空袋法可以获得高强度、高密度的复合材料，但需要使 用大量树脂，成本较高，且工艺周期较长。同时，该方法 还需要使用真空泵和密封胶等设备材料。
注射法制备颗粒增强金属基复合材料
01
颗粒增强金属基复合材料的特性
颗粒增强金属基复合材料是一种金属基复合材料，具有高强度、高刚度
、耐磨、耐高温等优点，广泛应用于航空航天、汽车等领域。
复合材料的定义和分类
复合材料的定义和分类复合材料是指由两种或两种以上的不同物质组合而成的材料。
它的主要特点是各种组成材料保持一定的独立性，在组合中能够发挥各自的特点和优势，以达到综合性能的提升。
复合材料在材料科学与工程领域中得到广泛应用，为各个行业的发展提供了良好的支持。
根据复合材料的组分以及结构，可以将其分为三类：混合型复合材料、增强型复合材料和复杂结构复合材料。
1.混合型复合材料：混合型复合材料是由两种或两种以上物质在宏观上均匀的混合而成的。
这些物质在复合材料中没有形成明显的界面，且没有化学反应发生。
混合型复合材料中的相互作用主要是物理性质的相互作用。
例如，橡胶填料混合物、混凝土等都属于混合型复合材料。
2.增强型复合材料：增强型复合材料是由增强体和基体组成的。
增强体通常是纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维等，它们具有很高的强度和刚度。
而基体则起到固定和支撑作用，常用的基体材料有树脂、金属等。
增强型复合材料的优点是具有重量轻、强度高、刚度大等特点，可以广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。
3.复杂结构复合材料：复杂结构复合材料是由多种不同的材料通过复杂的结构组合而成的。
它们通常包含了两类或两类以上的复合材料，并通过各种连接方式将它们组合在一起。
复杂结构复合材料广泛应用于航空航天、船舶、建筑等领域，能够满足各个行业对材料性能的要求。
除了以上的分类方式外，根据增强体的形态，复合材料还可以分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和薄片增强复合材料。
1.颗粒增强复合材料：颗粒增强复合材料是以颗粒形式的增强材料为主体，并将其分散均匀地分布在基体中。
典型的颗粒增强复合材料有金属基复合材料和陶瓷基复合材料等。
这种类型的复合材料具有较高的韧性、良好的耐磨性和较低的成本，适用于一些特殊工况下的使用。
2.纤维增强复合材料：纤维增强复合材料是通过将纤维型的增强材料以一定的方式组合起来得到的。
纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、有机纤维等。
纤维增强复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。
三维编织混杂复合材料的制备方法
三维编织混杂复合材料的制备方法
三维编织混杂复合材料的制备方法主要包括以下步骤：
1、利用编织技术，将经向、纬向及法向的纤维束（或纱线）编织成一个整体，形成预成型结构件（简称“预制体”）。
在这个过程中，编织纱和轴向纱相互交织在一起，且编织纱贯穿编织预成型体的长度和厚度方向，形成自锁机构。
2、将预制体作为增强材料进行树脂浸渍固化，形成复合材料结构。
这个过程大多采用液体成型工艺进行浸胶固化，如树脂传递模塑工艺（RTM）、树脂膜渗透工艺（RFI）及真空辅助树脂渗透工艺（VARI）等。
通过这样的制备方法，三维编织混杂复合材料能够具有整体且不会分层的网状结构，同时展现出良好的性能可设计性和结构可设计性。
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2 混杂纤维复合材料的结构形式
a. 层内混杂复合材料——A型 由两种纤维按一定的 混杂比均匀地分散在同一基体中而构成的复合材料。
b．层间混杂复合材料——B型 由两种不同的单纤维 复合材料层以不同的比例及方式交替地铺迭在一起所 构成的复合材料。
c. 夹芯结构——c型 通常是由一种普通纤维增强复合材料 作为芯层(core)，另一种高性能纤维增强复合材料作为表 层(shell)所构成的复合材料。在力学分析中可以看成是一 种结构。
零膨胀系数 高精度设备 避免热应力影 响 预定材料
1 定义
•
杂纤维复 维 杂 强
重要意义：
两种 种 构 复
两种
纤
①节约成本，通过采用便宜的玻璃纤维取代昂贵的碳纤 维来降低成本； ②通过对所用纤维及其体积含量的优化选择，从而达到 较宽范围的物理和机械性能 ③可以得到独特的单项或组合的性质，这是只用单一类 型纤维所不易得到的。
d．层内／层间混杂复合材料——AB型 由A型和B型两种结构 形式迭加而成。
e．超混杂复合材料——D型 由金属材料、各种单一复合 材料(包括蜂窝夹芯、泡沫塑料夹芯等)所组成的复合材料。
3 混杂纤维复合材料的特性
• a． 击强
断
韧
显
高
b．相对于高级单纤维复合材料 混杂纤维增强 复合材料的成本明显降低 c. 提高疲劳强度 d. 改善刚度性能 e. 特殊的热膨胀性能