树脂基复合材料共35页
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树脂基复合材料课件(三)
相对湿度 (%)
干燥下的初始数据 55 97
拉伸强度 (MPa)
316 264 219
纤维与树脂牢固粘结，长度为 l，温差为 △T
R , f —— 树脂与纤维的热膨胀系数 R f
ER , E f —— 树脂与纤维的弹性模量
l
VR ,V f —— 树脂与纤维的体积系数 VR V f 1
S —— 复合材料截面积
Matrix
Fiber
求热应力？
3.6 界面力学性质
lR l l f
Matrix Fiber
3.6 界面力学性质
2. 残余热应力与热应力计算
物理方程 (2) 根据胡克定律建立物理方程
△ lR △ lf △l
变形中树脂受压应力： R
l
l R l ER l
l l f l
变形中纤维受拉应力： f
Ef
Matrix
树脂层脱粘破坏
3.7 树脂基复合材料界面的破坏机理
2. 介质引起界面破坏的机理
在聚合物基复合材料中，由于介质引起的破坏现象，其机理比较清楚的
是由水引起玻璃纤维增强树脂基复合材料的破坏。 清洁的玻璃表面暴露在大气中立刻 就会吸附一层水分子。表面的引力可以 通过连续的水膜传递，因此，玻璃表面 经多层吸附而形成厚的水膜，其厚度约 为水分子的100倍，并且湿度愈大，吸附 水层越厚。同时，吸附过程异常迅速， 在相对湿度为60％-70％时，仅需2-3s， 即可完成吸附。
R
1/E
R
R
f
T
凝胶
-T环
VR / E f 1 VR S
R
f
树脂基复合材料
树脂基复合材料随着科学技术的不断发展，材料科学领域也在不断取得突破性进展。
树脂基复合材料作为一种重要的功能材料，在航空航天、汽车制造、建筑等领域得到了广泛的应用。
它具有重量轻、强度高、耐腐蚀、设计自由度大等优点，因此备受青睐。
本文将就树脂基复合材料的概念、分类、制备方法、性能及应用进行介绍。
一、概念。
树脂基复合材料是由树脂作为基体，再加入填料、增强材料等组成的一种复合材料。
树脂通常选择环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等，而填料和增强材料则有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
树脂基复合材料具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。
二、分类。
树脂基复合材料可以根据树脂的种类、增强材料的种类、制备工艺等进行分类。
按照树脂的种类，可以分为环氧树脂基复合材料、酚醛树脂基复合材料、不饱和聚酯树脂基复合材料等。
按照增强材料的种类，可以分为玻璃纤维增强树脂基复合材料、碳纤维增强树脂基复合材料、芳纶纤维增强树脂基复合材料等。
根据制备工艺的不同，可以分为手工层叠法、预浸法、注射成型法等。
三、制备方法。
树脂基复合材料的制备方法多种多样，常见的包括手工层叠法、预浸法、注射成型法等。
手工层叠法是最早的制备方法，其工艺简单，成本低，但生产效率低，质量不稳定。
预浸法是将增强材料浸泡在树脂中，然后烘干成型，工艺复杂，但成型速度快，质量稳定。
注射成型法是将树脂和增强材料混合后通过模具注射成型，工艺复杂，但成型速度快，适用于大批量生产。
四、性能。
树脂基复合材料具有优异的力学性能和耐腐蚀性能。
其强度和刚度远高于金属材料，比重却只有金属的三分之一至四分之一。
同时，树脂基复合材料具有优异的耐腐蚀性能，不易受到化学物质的侵蚀。
此外，树脂基复合材料还具有设计自由度大、成型工艺灵活等优点。
五、应用。
树脂基复合材料在航空航天、汽车制造、建筑等领域得到了广泛的应用。
在航空航天领域，树脂基复合材料被用于制造飞机机身、飞机翼、航天器外壳等部件，以减轻重量、提高飞行性能。
复合材料结构设计基础共35页文档
复合材料结构设计基础
材料科学与工程学院
复合材料结构设计基础
李顺林 王兴业 主编 刘锡礼 刘德安 主审
武汉理工大学出版社
主讲教师：葛曷一，任保胜
从材料力学基础出发，介绍复合材料 力学、复合材料结构力学和复合材料构件 设计的基本知识。具体：复合材料经典层 合板理论、刚度和强度的计算方法、复合 材料结构元件的分析和典型产品结构设计 的基本步骤和方法等内容。
在《复合材料结构设计基础》讲授中，我们同样指 出学习必须遵循的三原则：第一，你一定有前提条件， 学生在听讲课时，必须需要具备其他知识；第二，你一 定给学生出难题，动脑筋的事儿特别多；第三你应该像 迎接丘比特一样喜爱阐述、假设、讨论、推理、计算或 其他方法。
1、绪论
1.1 复合材料(Composite Materials)定义、分类与命名
(1) 由两种或两种以上具有不同的化学或物理性 质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的 新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。
(2) 两种或两种以上不同化学性质或不 同组织相的物体，以微观形式或宏观 形式组合而成的材料。
（3）有连续相的基体(如聚合物－树脂、金属、 陶瓷等)与分散相的增强体材料(如各种纤维、织 物及粉末填料等)组成的多相体系。
课程先修 力学基础
材料力学和弹性力学
在《娱乐至死》节目中，美国学者尼尔·波兹曼提到 了娱乐遵循的三原则：第一，你不能有前提条件，观众 在观看你的节目时，不需要具备其他知识；第二，你不 能给观众出难题，动脑筋的事儿别涉及；第三你应该像 躲避瘟神一样避开阐述、争论、假设、讨论、说理、辩 驳或其他传统演说方法。
颗粒强化 复合材料
弥散强化 连续纤维 复合材料由纤维复在合三材维料多
方向编织而成
材料科学与工程学院
复合材料结构设计基础
李顺林 王兴业 主编 刘锡礼 刘德安 主审
武汉理工大学出版社
主讲教师：葛曷一，任保胜
从材料力学基础出发，介绍复合材料 力学、复合材料结构力学和复合材料构件 设计的基本知识。具体：复合材料经典层 合板理论、刚度和强度的计算方法、复合 材料结构元件的分析和典型产品结构设计 的基本步骤和方法等内容。
在《复合材料结构设计基础》讲授中，我们同样指 出学习必须遵循的三原则：第一，你一定有前提条件， 学生在听讲课时，必须需要具备其他知识；第二，你一 定给学生出难题，动脑筋的事儿特别多；第三你应该像 迎接丘比特一样喜爱阐述、假设、讨论、推理、计算或 其他方法。
1、绪论
1.1 复合材料(Composite Materials)定义、分类与命名
(1) 由两种或两种以上具有不同的化学或物理性 质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的 新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。
(2) 两种或两种以上不同化学性质或不 同组织相的物体，以微观形式或宏观 形式组合而成的材料。
（3）有连续相的基体(如聚合物－树脂、金属、 陶瓷等)与分散相的增强体材料(如各种纤维、织 物及粉末填料等)组成的多相体系。
课程先修 力学基础
材料力学和弹性力学
在《娱乐至死》节目中，美国学者尼尔·波兹曼提到 了娱乐遵循的三原则：第一，你不能有前提条件，观众 在观看你的节目时，不需要具备其他知识；第二，你不 能给观众出难题，动脑筋的事儿别涉及；第三你应该像 躲避瘟神一样避开阐述、争论、假设、讨论、说理、辩 驳或其他传统演说方法。
颗粒强化 复合材料
弥散强化 连续纤维 复合材料由纤维复在合三材维料多
方向编织而成
树脂基复合材料
用于制作临时性冠、桥、嵌体等，通常为双组分化学 固化。
(四)根据临床修复过程
1.直接修复复合树脂
用于直接充填修复，目前的大多数复合树脂。
2.间接修复复合树脂
固化过程在体外，力学性能更好。
（五）根据固化方式
1.化学固化复合树脂（chemical cure）
又称自凝复合树脂，一组分含引发剂，另一组分含促进剂，混合后 室温2~5分钟固化。
可将无机填料含量提高到50%，可提高力学性能，降 低聚合收缩和吸水率。
2、 混合填料（hybrid filler）型
大颗粒填料（0.1~10μm）和少量超微填料混合组成。 粒子的表面积小，增稠作用小。 无机填料含量大，力学性能好，聚合收缩小。
根据填料粒度大小可分为：
细混合填料复合树脂（10μm） 超细混合填料复合树脂（5.0μm） 微混合填料复合树脂（不超3.0μm） 粒度越小，抛光性能越好。 前两者具有良好力学性能和抛光性能，称为通用型复合
而获得足够的有效贮存期。常用的阻聚剂是一些酚类 化合物，如对苯二酚。
2、颜料 为获得复合树脂与天然牙颜色相匹配
二、 固化反应
以甲基丙烯酸酯类为树脂基质的复合材料的固化反 应是活性自由基引发的聚合反应；
自凝复合树脂的聚合是引发剂和促进剂的氧化还原 反应产生的自由基引发的聚合反应；
光固化复合树脂通过可见蓝光引发聚合； 双重固化复合树脂用氧化还原反应引发和光引发相
化学固化型复合树脂在两组分调和时易夹裹空气形 成微小气泡，使表面变得粗糙，易粘附色素，使修 复体变色。
光固化复合树脂不易粘附色素，因此不易变色。
通常填料粒度越小，磨改抛光效果越好，表面光洁 度和审美性能佳。
纳米陶瓷修复材料
...之后
(四)根据临床修复过程
1.直接修复复合树脂
用于直接充填修复，目前的大多数复合树脂。
2.间接修复复合树脂
固化过程在体外，力学性能更好。
（五）根据固化方式
1.化学固化复合树脂（chemical cure）
又称自凝复合树脂，一组分含引发剂，另一组分含促进剂，混合后 室温2~5分钟固化。
可将无机填料含量提高到50%，可提高力学性能，降 低聚合收缩和吸水率。
2、 混合填料（hybrid filler）型
大颗粒填料（0.1~10μm）和少量超微填料混合组成。 粒子的表面积小，增稠作用小。 无机填料含量大，力学性能好，聚合收缩小。
根据填料粒度大小可分为：
细混合填料复合树脂（10μm） 超细混合填料复合树脂（5.0μm） 微混合填料复合树脂（不超3.0μm） 粒度越小，抛光性能越好。 前两者具有良好力学性能和抛光性能，称为通用型复合
而获得足够的有效贮存期。常用的阻聚剂是一些酚类 化合物，如对苯二酚。
2、颜料 为获得复合树脂与天然牙颜色相匹配
二、 固化反应
以甲基丙烯酸酯类为树脂基质的复合材料的固化反 应是活性自由基引发的聚合反应；
自凝复合树脂的聚合是引发剂和促进剂的氧化还原 反应产生的自由基引发的聚合反应；
光固化复合树脂通过可见蓝光引发聚合； 双重固化复合树脂用氧化还原反应引发和光引发相
化学固化型复合树脂在两组分调和时易夹裹空气形 成微小气泡，使表面变得粗糙，易粘附色素，使修 复体变色。
光固化复合树脂不易粘附色素，因此不易变色。
通常填料粒度越小，磨改抛光效果越好，表面光洁 度和审美性能佳。
纳米陶瓷修复材料
...之后
聚酰亚胺树脂复合材料(共32张PPT)
BTDE：MDA：NE=2.087：3.087：2，所得到的预聚 体相对分子量为1500。改变单体摩尔比可获得其
他不同预聚体相对分子质量的PMR聚酰亚胺。
PMR-15型聚酰亚胺预浸料制备的具体操 作
1）分别将BTDA、MDA、NA三种单体加入到 甲醇或乙醇溶剂中加热回流几个小时，形 成三种单体的溶液。
体积电阻率为1017Ωmm。
7）阻燃性 聚酰亚胺为自熄性聚合物，发 烟率低。
聚酰亚胺的这些性能特点，以及
可以根据性能要求选择不同的合成 途径，使其获得了广泛的应用，而 且在每一个应用方面聚酰亚胺都显 示了极为突出的性能，成为很有发 展前途的高分子材料。
PMR聚酰亚胺树脂及其复合材料
热固性聚酰亚胺 依据其活性封端基的 不同主要分为三种类
PMR-15型聚酰亚胺的特点
PMR-15聚酰亚胺性能优良，容易加 工，且原料便宜，但贮藏时间短，使用 了有致癌作用的MDA，尚不能满足更高的 耐热氧化要求，从而限制了PMR-15聚酰 亚胺更广泛的应用。
第二代PMR聚酰亚胺/PMR-Ⅱ
PMR-Ⅱ聚酰亚胺是美国NASA研制的第二代PMR聚酰 亚胺树脂，它是以4，4ˊ-六氟代异丙撑二邻苯基二甲 酯（6FDE）、对苯二胺（p-PDA）和NE为原料制得。与 PMR-15相比，该法提高了PMR型聚酰亚胺的抗热氧化稳 定性，将使用温度提高到了317℃。在PMR-Ⅱ聚酰亚胺体 系中提高n值可以增加预聚物的相对分子量，从而改 善交联树脂的热稳定性，但预聚体相对分子质量的 选择还必须考虑复合材料的可加工性，当时，预聚 物的相对分子质量达5000，即通常使用的所谓PMRⅡ-50，其Tg可达371~385℃。
聚酰亚胺（PI/Polyimide）
聚酰亚胺是主链中含有酰亚胺基团的杂环 聚合物的总称,包括体型的热固性聚酰亚胺和
他不同预聚体相对分子质量的PMR聚酰亚胺。
PMR-15型聚酰亚胺预浸料制备的具体操 作
1）分别将BTDA、MDA、NA三种单体加入到 甲醇或乙醇溶剂中加热回流几个小时，形 成三种单体的溶液。
体积电阻率为1017Ωmm。
7）阻燃性 聚酰亚胺为自熄性聚合物，发 烟率低。
聚酰亚胺的这些性能特点，以及
可以根据性能要求选择不同的合成 途径，使其获得了广泛的应用，而 且在每一个应用方面聚酰亚胺都显 示了极为突出的性能，成为很有发 展前途的高分子材料。
PMR聚酰亚胺树脂及其复合材料
热固性聚酰亚胺 依据其活性封端基的 不同主要分为三种类
PMR-15型聚酰亚胺的特点
PMR-15聚酰亚胺性能优良，容易加 工，且原料便宜，但贮藏时间短，使用 了有致癌作用的MDA，尚不能满足更高的 耐热氧化要求，从而限制了PMR-15聚酰 亚胺更广泛的应用。
第二代PMR聚酰亚胺/PMR-Ⅱ
PMR-Ⅱ聚酰亚胺是美国NASA研制的第二代PMR聚酰 亚胺树脂，它是以4，4ˊ-六氟代异丙撑二邻苯基二甲 酯（6FDE）、对苯二胺（p-PDA）和NE为原料制得。与 PMR-15相比，该法提高了PMR型聚酰亚胺的抗热氧化稳 定性，将使用温度提高到了317℃。在PMR-Ⅱ聚酰亚胺体 系中提高n值可以增加预聚物的相对分子量，从而改 善交联树脂的热稳定性，但预聚体相对分子质量的 选择还必须考虑复合材料的可加工性，当时，预聚 物的相对分子质量达5000，即通常使用的所谓PMRⅡ-50，其Tg可达371~385℃。
聚酰亚胺（PI/Polyimide）
聚酰亚胺是主链中含有酰亚胺基团的杂环 聚合物的总称,包括体型的热固性聚酰亚胺和
树脂基复合材料
缺点：只能生产线型制品。
第5页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
注塑成型 注塑成型是树脂基复合材料生产中的——种重要成型方法材料，它适用 于热塑性和热固性树脂基复合材料，但以热塑性树脂基复合材料应用为 广。 注射成型是将粒状或粉状的纤维-树脂混合料从注射机的料斗送入机 筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度较低的闭合 模内，经过冷却定型后，脱模得制品。 特点：成型周期短，热耗量少，闭模成型，可使形状复杂的产品一次成型 ，生产效率高、本钱低。但是它不适于长纤维增强的产品，模具质量要求高 。
〔4〕纤维混合。热塑性聚合物纺成多根长丝纤维，使得 开发增强纤维和热塑性聚合物长丝混合形成特有预浸料成 为可能。根据纤维混合方式的不同，该种方法又可分为共
第10页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
〔A〕共混纤维：连续增强纤维和热塑性聚合物纤维(长丝或短纤维)通过 特有的纺纱技术形成连续增强纤维／热塑性聚合物纤维混合纱。混合纱 可以机织、针织、编织加工，形成机织物、针织物和编织物预浸料。也 可进展单向缠绕加工单向复合材料板。混合纱的混合程度越好，在成型 加工中熔融基体的浸渍性越好。理想的混合纱是每根增强纤维与热塑性 聚合物纤维相邻，但由于两种纤维直径、刚度等方面存在着差异，在实 际中不可能到达这种理想纱线构造。
纤维和树脂无规混合。
长纤维粒料生产的制品力学性能较高，短纤维粒料那么用于 生产形状复杂的薄壁制品。
第4页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
优点：能加工绝大多数热塑性复合材料及局部热固性复合材料时 ，生产过程连续，自动化程度高，工艺易掌握及产品质量稳定 等。
第5页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
注塑成型 注塑成型是树脂基复合材料生产中的——种重要成型方法材料，它适用 于热塑性和热固性树脂基复合材料，但以热塑性树脂基复合材料应用为 广。 注射成型是将粒状或粉状的纤维-树脂混合料从注射机的料斗送入机 筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度较低的闭合 模内，经过冷却定型后，脱模得制品。 特点：成型周期短，热耗量少，闭模成型，可使形状复杂的产品一次成型 ，生产效率高、本钱低。但是它不适于长纤维增强的产品，模具质量要求高 。
〔4〕纤维混合。热塑性聚合物纺成多根长丝纤维，使得 开发增强纤维和热塑性聚合物长丝混合形成特有预浸料成 为可能。根据纤维混合方式的不同，该种方法又可分为共
第10页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
〔A〕共混纤维：连续增强纤维和热塑性聚合物纤维(长丝或短纤维)通过 特有的纺纱技术形成连续增强纤维／热塑性聚合物纤维混合纱。混合纱 可以机织、针织、编织加工，形成机织物、针织物和编织物预浸料。也 可进展单向缠绕加工单向复合材料板。混合纱的混合程度越好，在成型 加工中熔融基体的浸渍性越好。理想的混合纱是每根增强纤维与热塑性 聚合物纤维相邻，但由于两种纤维直径、刚度等方面存在着差异，在实 际中不可能到达这种理想纱线构造。
纤维和树脂无规混合。
长纤维粒料生产的制品力学性能较高，短纤维粒料那么用于 生产形状复杂的薄壁制品。
第4页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
优点：能加工绝大多数热塑性复合材料及局部热固性复合材料时 ，生产过程连续，自动化程度高，工艺易掌握及产品质量稳定 等。
树脂基复合材料简介
整修 E
预浸料 预混料
二步法：降低孔隙 率，提高均匀性 B 预成型
D 脱模
成型工艺主要方法
手糊成型
喷射成型
袋压成型
缠绕成型
拉挤成型
树脂传递模成型
四·树脂基复合材料的应用举例
20世纪60年代美国空军材料研究所将B纤维增强环氧树脂复 合材料命名为先进复合材料
先进树先进树脂基复合材料在军用飞机上的应用20多年来 走过了一条由小到大由弱到强，由少到多，由结构受力到增 加功能的道路。第三代歼击机如法国的Raflae、瑞典的JAs一 39，树脂基复合材料用量分别达40％和30％，第四代歼击机 如美国的F．22和F一35，树脂基复合材料用量分别达24％和 30％以上。F一22飞机主要应用耐热150℃以上IM7中模量碳纤 维增强韧性BMI复合材料，应用的主要部位包括前、中机身， 机翼蒙皮，框，梁，壁板等，成型工艺技术主要为热压罐和 RTM成型。
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·树脂基复合材料特点和分类
A
B
C
D
E
缺点： 1）部分原材料（基体和纤维）昂贵： 由于技 术含量高，生产费用高，发 达国家技术垄断。 2）老化现象
2）经过加热或固化剂的作用，小分子发生交联反应，形 成不溶不熔的具有三维网状高分子结构的固 化树脂，加 工过程不可逆。
3）聚集状态为非晶态。
热固性高聚物模量与温度 关系 Tg:玻璃化转变温度， Td:分解温度
传统的聚合物基体是热固性的，
优点：良好的工艺性 由于固化前，热固性树脂粘度很低，因而宜于在常温常压 下浸渍纤维，并在较低的温度和压力下固化成型； 固化后具有良好的耐蚀性和抗蠕变性；
预浸料 预混料
二步法：降低孔隙 率，提高均匀性 B 预成型
D 脱模
成型工艺主要方法
手糊成型
喷射成型
袋压成型
缠绕成型
拉挤成型
树脂传递模成型
四·树脂基复合材料的应用举例
20世纪60年代美国空军材料研究所将B纤维增强环氧树脂复 合材料命名为先进复合材料
先进树先进树脂基复合材料在军用飞机上的应用20多年来 走过了一条由小到大由弱到强，由少到多，由结构受力到增 加功能的道路。第三代歼击机如法国的Raflae、瑞典的JAs一 39，树脂基复合材料用量分别达40％和30％，第四代歼击机 如美国的F．22和F一35，树脂基复合材料用量分别达24％和 30％以上。F一22飞机主要应用耐热150℃以上IM7中模量碳纤 维增强韧性BMI复合材料，应用的主要部位包括前、中机身， 机翼蒙皮，框，梁，壁板等，成型工艺技术主要为热压罐和 RTM成型。
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·树脂基复合材料特点和分类
A
B
C
D
E
缺点： 1）部分原材料（基体和纤维）昂贵： 由于技 术含量高，生产费用高，发 达国家技术垄断。 2）老化现象
2）经过加热或固化剂的作用，小分子发生交联反应，形 成不溶不熔的具有三维网状高分子结构的固 化树脂，加 工过程不可逆。
3）聚集状态为非晶态。
热固性高聚物模量与温度 关系 Tg:玻璃化转变温度， Td:分解温度
传统的聚合物基体是热固性的，
优点：良好的工艺性 由于固化前，热固性树脂粘度很低，因而宜于在常温常压 下浸渍纤维，并在较低的温度和压力下固化成型； 固化后具有良好的耐蚀性和抗蠕变性；
树脂基复合材料ppt课件
3、SRIM
1）树脂（粘度10~100CP） 2）增强体
2CH2 CH R C O R' OH+ OCN R'' NCO
CH2 CH R C O R' O C N R" N C O R' O C R CH CH2
O
H HO
R (OH)n + 2 OCN R'' NCO
O R O C N R' N C
缠绕成型的特点：
1）由于可以按照承力要求确定纤维的方向、层次、数量，可实现 强度的设计
2）纤维伸直和按规律排列的整齐性和精确度高于任何其它成型方 法，制品能充分发挥纤维的强度，因此比强度和比刚度均高。
3）玻璃钢压力容器比钢质减重40~60%。 4）生产效率高可成型各种尺寸的制品； 5）设备投资大； 6）不能生产凹形制品；
4、模具
由于压力低，故RIM工艺所使用的模具的价格也比较 低，一般采用高质量工具钢、铝合金以及环氧树脂 （温度低于65℃)等
四、制品缺陷
1、由工艺过程造成的缺陷 1）原料污染； 2）温度控制； 3）混合计量控制； 4）模具是否清洁； 5）模具温度； 6）脱模时间；
第二节：树脂转移成型
树脂转移成型具有开发高性能、大体积低成本复合材料的能力
模压成型、注射成型相和反应注射成型的 温度和压力对比
成型工艺 温 度（℃） 模腔压力（bar)
RIM
60-120
5-15
IM CM RTM
120-350 130-175 20-120
20-140 70-2000
4-10
RIM的几种不同形式：
1、SRIM：结构反应注射成型（Structural RIM) 2、RRIM：增强反应注射成型 (Reinforced RIM) 3、MMRIM:(Mat Molding RIM)
复合材料工艺详解(共35页)
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；2.9k[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；0.345②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。
树脂基复合材料(课件二)
3.2 表面及界面化学基础
1. 表面张力、表面自由能及比表面能
表面现象是自然界最普遍的现象之一。在复合材料中所表现出来的表面 现象就更为复杂，但从物理化学的基本理论看，产生这些表面现象与物质的 表面能有直接关系，也就是说，物质表面具有的性质是由于表面分子所处状 态与相内分子所处状态不同所引起的。
从物理化学中可知，物质体表面(或界面)层上的分子能量比相内分子要高。 相内分子的移动不消耗功，而将相内分子迁移到表面时，要反抗分子间的吸 引力而做功W。而物质表面张力可以表达为两种形式：
– 弥散增强 – 粒子增强 – 纤维增强
①连续纤维增强可用混合定律来解释，载荷和模量主要由 纤维起作用。由于纤维强度和模量远高于基体，大于纤维临 界体积分数，故起到增强作用，界面结合要适中。②短纤维 和晶须增强复合材料中纤维长度应大于临界长度，或长径比 应大于临界值。纤维是强度和模量的主要贡献者，由于纤维 强度和模量远高于基体，界面结合要适中。
树脂基复合材料
主要学习的内容：
• 第一章 导论 • 第二章 复合材料的增强原理 • 第三章 树脂基复合材料界面 • 第四章 复合材料的复合效应 • 第五章 树脂基复合材料成型方法
第二章 复合材料的增强原理
• 2.1 概述
1. 复合材料组分相作用
作用：将基体的应力传递到增强体上 要求：基体和增强体通过界面发生结合
σf + d σf 结论 L = Lc 仅纤维中点达到纤维强度，又称低效长度
L > Lc 可充分发挥纤维强度
dl
纤维增强原理
2. 复合材料强度
短纤维单向增强
短纤维单向增强复合材料
由于短纤维应力沿长度方向分布不均， 可取其平均应力 f
当 L > Lc
树脂基复合材料共35页
Thank you
Байду номын сангаас
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
树脂基复合材料
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
Байду номын сангаас
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
树脂基复合材料
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料PPT课件
缺点
1） 不宜制作较小产品 2） 因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用的模具要重和复杂，价位也高一些
典型产品
小型飞机和汽车零部件、客车座椅、仪表壳
（四）、预浸料(高压釜)成型
1、概要
预先在加热、加压或使用溶剂的条件下，将织物和(或)纤维预先用 预催化树脂预浸渍。固化剂大多能在环境温度下，让预浸材料贮存几周 或几个月，仍能保质使用。当要延长保持期，材料须在冷冻条件下贮存。 树脂通常在环境温度下呈临界固态。故触摸预浸材料时有轻微的黏附感， 象胶带似的。制作单向预浸渍材料的纤维直接由纱架下来，与树脂结合。 预浸渍材料用手或机械铺于模具表面，通过真空袋抽真空，并通常加热 到120-180ºC。使树脂重新流动，并最终固化。盛开附加压力通常藉 助高压釜(实际上是一座压力加热罐)提供，它能对铺层施加达5个大气压 的压力。
优点
1） 制品纤维含量可较高，未被树脂浸的部分非常少； 2） 闭模成型，生产环境好； 3） 劳动强度较低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低； 4） 制品两面光，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高； 5） 成型周期较短； 6） 产品可大型化； 7） 强度可按设计要求具有方向性； 8） 可与芯材、嵌件一体成型 9） 相对注射设备与模具成本较低。
1）、制品表面发粘
原因1：空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用 解决办法： （1）在树脂中加入0.02％左右的液体石蜡；
（2）在树脂中掺加5％的异腈酸酯 ； （3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气；
原因2： 引发剂、促进剂的比例弄错或失效，更换引 发剂、促进剂。
2）、制品内气泡太脂用量过多 解决办法： 2、注意拌合方式
弯曲强度
GF/EPR(玻纤含量80wt%) 2.08 551.6Mpa 27.58GPa 1.6%
1） 不宜制作较小产品 2） 因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用的模具要重和复杂，价位也高一些
典型产品
小型飞机和汽车零部件、客车座椅、仪表壳
（四）、预浸料(高压釜)成型
1、概要
预先在加热、加压或使用溶剂的条件下，将织物和(或)纤维预先用 预催化树脂预浸渍。固化剂大多能在环境温度下，让预浸材料贮存几周 或几个月，仍能保质使用。当要延长保持期，材料须在冷冻条件下贮存。 树脂通常在环境温度下呈临界固态。故触摸预浸材料时有轻微的黏附感， 象胶带似的。制作单向预浸渍材料的纤维直接由纱架下来，与树脂结合。 预浸渍材料用手或机械铺于模具表面，通过真空袋抽真空，并通常加热 到120-180ºC。使树脂重新流动，并最终固化。盛开附加压力通常藉 助高压釜(实际上是一座压力加热罐)提供，它能对铺层施加达5个大气压 的压力。
优点
1） 制品纤维含量可较高，未被树脂浸的部分非常少； 2） 闭模成型，生产环境好； 3） 劳动强度较低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低； 4） 制品两面光，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高； 5） 成型周期较短； 6） 产品可大型化； 7） 强度可按设计要求具有方向性； 8） 可与芯材、嵌件一体成型 9） 相对注射设备与模具成本较低。
1）、制品表面发粘
原因1：空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用 解决办法： （1）在树脂中加入0.02％左右的液体石蜡；
（2）在树脂中掺加5％的异腈酸酯 ； （3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气；
原因2： 引发剂、促进剂的比例弄错或失效，更换引 发剂、促进剂。
2）、制品内气泡太脂用量过多 解决办法： 2、注意拌合方式
弯曲强度
GF/EPR(玻纤含量80wt%) 2.08 551.6Mpa 27.58GPa 1.6%
第三章 树脂基复合材料
基体的选用原则：
1）能够满足产品的性能要求。 使用温度、强度、刚度、耐药品性、耐腐蚀性等。 高拉伸(或剪切)模量、高拉伸强度、高断裂韧性的 基体有利于提高FRP力学性能。 2) 对纤维具有良好的浸润性和粘接力。 3) 容易操作，如要求胶液具有足够长的适用期、预浸 料 具有足够长的贮存期、固化收缩小等。 4) 低毒性、低刺激性。 5) 价格合理。
传统的聚合物基体是热固性的， 优点：良好的工艺性 由于固化前，热固性树脂粘度很低，因而宜于 在常温常压下浸渍纤维，并在较低的温度和压力下 固化成型； 固化后具有良好的耐蚀性和抗蠕变性； 缺点是预浸料需低温冷藏且贮存期有限，成 型周期长和材料韧性差。
热塑性树脂：
1）具有线形或支链结构的有机高分子化合物。特点是 预热软化或熔融而处于可塑性状态，冷却后又变坚 硬。 2）成型利用树脂的熔化、流动，冷却、固化的物理过 程变化来实现的，过程具有可逆性，能够再次加工。 3）聚集状态为晶态和非晶态的混合，结晶度在（20%85%）。
热塑性聚合物基复合材料的成型
• 热塑性树脂的熔融需要在其熔点或粘流温度，且 熔体的粘度大，流动性差。成型过程需要高温高 压，成型周期短于热固性树脂。 • 从原理上讲，用于热固性树脂的的成型技术大多 数也适用于热塑性树脂，但是所需辅助材料和加 工过程则有较大的区别。
45
热塑性聚合物基复合材料的成型
非晶
热塑性高聚物模量 与温度关系
半结晶
Tg:玻璃化转变温度， Tf:流动温度 Tm:粘流温度（熔点）
热塑性基体的最重要优点是其高断裂韧性(高断 裂应变和高冲击强度)，这使得FRP具有更高的损伤 容限。 还具有预浸料不需冷藏且贮存期无限、成型 周期短、可再成型、易于修补、废品及边角料可 再生利用等优点。
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