纺织复合材料课件.ppt

1、Textile-reinforced Composite Materails纺织复合材料纺织复合材料中国聚氨酯中国聚氨酯870 万吨万吨( 2013 年年)中国聚氨酯工业协会中国聚氨酯工业协会( CPUIA) 近日宣布，中国已经成为世界最大的聚氨酯产近日宣布，中国已经成为世界最大的聚氨酯产品生产地。品生产地。CPUIA 指出，指出， 2013 年中国聚氨酯产品产量达到年中国聚氨酯产品产量达到870 万吨，产量占万吨，产量占到全球总产量的到全球总产量的40% 以上，相比以上，相比2012 年攀升了年攀升了12%。隔热材料领域、汽车和。隔热材料领域、汽车和水基聚氨酯材料领域的使用有大幅增长。该协会

2、估计，水基聚氨酯材料领域的使用有大幅增长。该协会估计，2014 年年2015 年，隔年，隔热板行业将为中国硬质聚氨酯泡沫再添热板行业将为中国硬质聚氨酯泡沫再添31 万万38 万吨的需求。万吨的需求。中国玻璃纤维中国玻璃纤维119 万吨万吨( 2013 年年)2013 年，我国出口玻璃纤维及其制品共年，我国出口玻璃纤维及其制品共119 万吨，与去年同期相比仅下降了万吨，与去年同期相比仅下降了1. 6%，出口金额为，出口金额为19. 2 亿美元，与去年同期相比下降了亿美元，与去年同期相比下降了1. 31%。进口玻璃纤维。进口玻璃纤维及制品及制品23. 3 万吨，与去年同期相比增长了万吨，与去年同期

3、相比增长了14. 52%，进口金额，进口金额9. 47 亿美元，亿美元，增长了增长了3. 84%。全行业实现贸易顺差。全行业实现贸易顺差8. 94 亿美元。亿美元。2013 年中国玻璃纤维行业年中国玻璃纤维行业境外建厂已取得实质效果，巴西、埃及等地产能释放投产。境外建厂已取得实质效果，巴西、埃及等地产能释放投产。中国复合材料，行业资讯中国复合材料，行业资讯2013年，北美地区在年，北美地区在900万吨的全球复合材料总产量中占据了万吨的全球复合材料总产量中占据了三三北美总消费量为北美总消费量为250万吨，低于中国的万吨，低于中国的290万吨。欧洲和亚洲万吨。欧洲和亚洲（不包括中国）的消费量总计为

4、（不包括中国）的消费量总计为150万吨。万吨。JEC（Joint Economic Committee （美国国会）联合经济委员会（美国国会）联合经济委员会）预计，从）预计，从2013年到年到2018年，全球复合材料销量年增长将达年，全球复合材料销量年增长将达6%，销售额，销售额年增幅将为年增幅将为7%.中国将占到这一五年期增长中的中国将占到这一五年期增长中的45%，Contents复合材料复合材料发展历程发展历程1复合材料复合材料分类情况分类情况2 纺织复合材料纺织复合材料3纺织复合材料应用领域纺织复合材料应用领域4内容内容Development Process发展进程发展进程复合材料的定义

5、复合材料的定义国际标准化组织国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）将复合材料的定义为：复合材料是由两种和两种以上将复合材料的定义为：复合材料是由两种和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。材料。 陈宇飞陈宇飞. 聚合物基复合材料聚合物基复合材料M/ 化学工业出版社化学工业出版社, 2010.Development Process发展进程发展进程复合材料的技术进步可分为复合材料的技术进步可分为4 个阶段：个阶段：第一代（第一代（19401960）：玻

6、璃钢）：玻璃钢(GFRP) ，具有轻质、高强等特性；，具有轻质、高强等特性； 第二次世界大战前的美国(1940 年左右), 用玻璃纤维增强的酚醛树脂来代替制造飞机金属零件的金属模具, 飞机的排气管用玻璃纤维和室温固化型不饱和聚酯树脂来手糊成型, 这就是GFRP 的开始.GFRP 可以成型为任意形状、透过电波、具有耐飞行中空气阻力的刚性和强度, 即使在海上飞行, 也不会劣化。1940 年左右开始, 美国和英国共同开发先进的飞机用雷达罩, 其应用已被广泛确认.第二代（第二代（19601980）：碳纤维增强塑料（）：碳纤维增强塑料（CFRP）和金属纤维增强塑料）和金属纤维增强塑料 （MFRP），具有

7、强度、刚度、韧性等特性；），具有强度、刚度、韧性等特性； 60 年代开始开发高模量、高强度纤维, 开始了碳纤维(1964 年UCC 、考托儿、罗尔斯路伊、摩尔加奈伊公司)及芳香族聚酰胺纤维(1970 年的杜邦)的工业生产.碳纤维增强环氧树脂复合材料(CFRP)由于质量轻、刚度高、强度高而成为候选材料, 主要应用于战斗机Development Process发展进程发展进程第三代（第三代（19802000） ： 纤维增强金属（纤维增强金属（FRM），多功能，基体是金属，），多功能，基体是金属， 就非一般所称的高分子复合材料了；就非一般所称的高分子复合材料了； 金属基体复合材料其最大的特点是横向弹

8、性模数很大, 同时又能制成很薄的材料。使用极限温度为4 5 0 ,它与纤维增强塑料( F R P ) 相比要高的多. 由此也可见, 它是制作宇宙飞船的重要材料。同时也可以用于机械零部件的制造和喷气发动机的油塞。第四代（第四代（2000 ）：纳米复合材料。）：纳米复合材料。 纳米复合材料，是指分散相尺度至少有一维小于100nm的复合材料。 纳米粒子具有：体积效应，表面效应，宏观量子隧道效应 陈博陈博. 复合材料发展现状要略复合材料发展现状要略J. 高科技纤维与应用高科技纤维与应用, 2012, 06期期:53-56. 松井醇一松井醇一. 复合材料产业的历史与展望复合材料产业的历史与展望J. 纤维

9、复合材料纤维复合材料, 2001, 第第3期期:56-57. 方成节方成节. 纤维增强金属纤维增强金属J. 机械工程材料机械工程材料, 1980, 06期期.Classification分类情况分类情况复合材料复合材料水泥基复合材料水泥基复合材料碳基复合材料碳基复合材料聚合物基复合材料聚合物基复合材料金属基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料常用复合材料按基体类型分类常用复合材料按基体类型分类【热固性树脂基【热固性树脂基 热塑性树脂基热塑性树脂基 橡胶基橡胶基 】【高温陶瓷基【高温陶瓷基 玻璃陶瓷基玻璃陶瓷基 】【轻金属基【轻金属基 高熔点金属基高熔点金属基 金属间化合物基金属间

10、化合物基 】Classification分类情况分类情况复合材料复合材料层叠式复合材料层叠式复合材料纤维增强复合材料纤维增强复合材料片材增强复合材料片材增强复合材料颗粒增强复合材料颗粒增强复合材料复合材料按增强体形式分类复合材料按增强体形式分类【连续纤维【连续纤维 （单向（单向 纤维、二维织物、三维织物）、纤维、二维织物、三维织物）、 不连续纤维不连续纤维 （短纤维、晶须）】（短纤维、晶须）】【微米颗粒【微米颗粒 纳米颗粒纳米颗粒 】【人工晶片【人工晶片 天然片状物天然片状物 】Textile-reinforced Composite Materials纺织复合材料纺织复合材料纺织复合材料纺织

11、复合材料 指复合材料组成成分中含指复合材料组成成分中含有纤维、纱线或织物有纤维、纱线或织物的材料，其不仅的材料，其不仅具有具有比强度高、比刚度大和重量轻比强度高、比刚度大和重量轻等独特优点，而且还具有能和机等独特优点，而且还具有能和机械、电子等多学科进行交叉，开发出可设计性材料结构的潜力，其械、电子等多学科进行交叉，开发出可设计性材料结构的潜力，其应用领域不断扩大，已由早期单一的军事领域拓展到民用、交通、应用领域不断扩大，已由早期单一的军事领域拓展到民用、交通、工业装置、航空航天、体育和娱乐等多个领域，并在各个领域中扩工业装置、航空航天、体育和娱乐等多个领域，并在各个领域中扩展更深。展更深。

12、李少敏李少敏, 楼丽琴楼丽琴. 现代纺织复合材料应用与未来发展现代纺织复合材料应用与未来发展J. 轻纺工业与技术轻纺工业与技术, 2012, 第第5期期:45-47. 二维层合板结构由人工铺叠二维层合板结构由人工铺叠, 劳动强度大劳动强度大, 费用高。由预浸料制造层合板还费用高。由预浸料制造层合板还需冷藏保存需冷藏保存, 生产周期长。对于复杂几何形状构件生产周期长。对于复杂几何形状构件, 要加工成零件要加工成零件, 通过胶结或机通过胶结或机械连接组械连接组 。二维层合板结构。二维层合板结构, 它的冲击损伤抗力和穿过厚度的力学性能低于铝它的冲击损伤抗力和穿过厚度的力学性能低于铝合金和钢材，在航空

13、和汽车工业的某些关键构件的使用亦受到限制。低的穿过合金和钢材，在航空和汽车工业的某些关键构件的使用亦受到限制。低的穿过厚度的刚度、强度和疲劳破坏抗力厚度的刚度、强度和疲劳破坏抗力, 使二维层合板不宜用在承受横向和层间剪切使二维层合板不宜用在承受横向和层间剪切的厚构件。二维层合板层间断裂韧性低的厚构件。二维层合板层间断裂韧性低, 在冲击载荷作用下很易脱层在冲击载荷作用下很易脱层, 使冲击后使冲击后的压缩强度、疲劳强度明显降低。的压缩强度、疲劳强度明显降低。 三维机织预型件具有良好的抗冲击能力，层间剪切强力和抗弯曲疲劳三维机织预型件具有良好的抗冲击能力，层间剪切强力和抗弯曲疲劳性能，其综合力学性能

14、也是优于二维层合复合材料的特性和三维复合材料性能，其综合力学性能也是优于二维层合复合材料的特性和三维复合材料可以制造比较复杂的几何结构整体，减少同一整体各部件之间的再次组合可以制造比较复杂的几何结构整体，减少同一整体各部件之间的再次组合加工、连接和材料再加工损耗的特点，而且三维立体织物也能避免二维层加工、连接和材料再加工损耗的特点，而且三维立体织物也能避免二维层合材料的分层现象。合材料的分层现象。Textile-reinforced Composite Materials纺织复合材料纺织复合材料Textile-reinforced Composite Materials纺织复合材料纺织复合材料

15、成型工艺示意图成型工艺示意图Application Fields应用领域应用领域航空航天工业航空航天工业纺织复合材料在飞机上的使用部位大致包括：雷达罩、舱门、翼尖、减速板、纺织复合材料在飞机上的使用部位大致包括：雷达罩、舱门、翼尖、减速板、尾翼结构、油箱、副油箱、螺旋桨、高压气体容器、天线罩、鼻锥、舱内壁板、尾翼结构、油箱、副油箱、螺旋桨、高压气体容器、天线罩、鼻锥、舱内壁板、地板、整流板、直升机旋翼桨叶、起落架门、发动机叶片、发动机外壳、外涵地板、整流板、直升机旋翼桨叶、起落架门、发动机叶片、发动机外壳、外涵道、座位与通道板等。道、座位与通道板等。1、在、在“飞行者飞行者”号飞机上，采用了纺

16、织复合材料，飞机自重降低到号飞机上，采用了纺织复合材料，飞机自重降低到425kg，可，可携带燃油携带燃油3175kg，在，在1986 年的一次飞行中，创造了年的一次飞行中，创造了216h 不加油的连续飞行记不加油的连续飞行记录。录。2、F22 型战机的雷达罩采用了高性能的透波复合材料，纤维为型战机的雷达罩采用了高性能的透波复合材料，纤维为S2 玻璃纤玻璃纤维；维；3、美国、美国“侏儒侏儒”小型地对地洲际导弹三级发动机燃烧室壳体由小型地对地洲际导弹三级发动机燃烧室壳体由IM7 碳纤维碳纤维/HBRF55A 环氧树脂复合材料缠绕制作；环氧树脂复合材料缠绕制作；4、美国陆军负责开发的小型动能导弹（、

17、美国陆军负责开发的小型动能导弹（CKEM），其壳体采用了），其壳体采用了T1000 碳纤维碳纤维/环氧复合材料，使发动机的质量比达到环氧复合材料，使发动机的质量比达到082。Application Fields应用领域应用领域Application Fields应用领域应用领域汽车工业汽车工业复合材料分为两种：柔性和刚性纺织复合材料。柔性的纺织复合材料主要用于复合材料分为两种：柔性和刚性纺织复合材料。柔性的纺织复合材料主要用于内、外装饰及车用管材、带材，而刚性纺织复合材料制作车身和部件。目前在内、外装饰及车用管材、带材，而刚性纺织复合材料制作车身和部件。目前在汽车工业中应用复合材料的有：驱动轴

18、，车门，车身，横梁，油箱，悬臂梁，汽车工业中应用复合材料的有：驱动轴，车门，车身，横梁，油箱，悬臂梁，减速器，钢板弹簧，变速器支架，座位架，行李箱板减速器，钢板弹簧，变速器支架，座位架，行李箱板3和方向盘等等和方向盘等等1、德国汽车的车用量在、德国汽车的车用量在20 世纪世纪70 年代为年代为76kg，占整车的，占整车的46，20 世纪世纪80 年代为年代为158kg，占，占95，20 世纪世纪90 年代初达年代初达260kg，占，占156。2、汽车内饰用纺织复合材料有：针织面料聚烯烃泡沫复合材料、聚丙烯玻璃纤、汽车内饰用纺织复合材料有：针织面料聚烯烃泡沫复合材料、聚丙烯玻璃纤维针刺毡型材料、

19、可循环再生型等密度汽车隔音垫。维针刺毡型材料、可循环再生型等密度汽车隔音垫。Application Fields应用领域应用领域大众研发的这款包含碳纤维材大众研发的这款包含碳纤维材质轮圈采用混合工艺。相比较质轮圈采用混合工艺。相比较同样款式的高性能锻造铝制轮同样款式的高性能锻造铝制轮圈，其重量只有圈，其重量只有40%。而未来。而未来将有更多车型应用这款轮圈技将有更多车型应用这款轮圈技术。术。Application Fields应用领域应用领域建筑工业建筑工业建筑用纺织增强复合材料与传统建筑材料相比，具有重量轻、施工简便、使用建筑用纺织增强复合材料与传统建筑材料相比，具有重量轻、施工简便、使用寿

20、命长、强度高、整体性强、抗震和耐腐蚀等特点，经济效益、社会效益十分寿命长、强度高、整体性强、抗震和耐腐蚀等特点，经济效益、社会效益十分显著。目前一维、二维和三维纺织结构的复合材料都应用于建筑业。显著。目前一维、二维和三维纺织结构的复合材料都应用于建筑业。一维的如绳索建造桥梁。一维的如绳索建造桥梁。二维的织物增强复合材料作展览馆、机场、体育馆和购物中心等的房顶结构。二维的织物增强复合材料作展览馆、机场、体育馆和购物中心等的房顶结构。三维结构用于旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、楼房加高、球形屋盖、屋顶三维结构用于旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、楼房加高、球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池、隔音板、隔墙

21、、广告牌、和广告物等等花园、屋顶游泳池、隔音板、隔墙、广告牌、和广告物等等1、德国莱比锡材料研究中心采用微囊相变材料来增强膜材料的蓄热性及保温性，、德国莱比锡材料研究中心采用微囊相变材料来增强膜材料的蓄热性及保温性，使保温性随时间和环境温度而变化，以达到保温的效果；音乐大厅采用夹层复使保温性随时间和环境温度而变化，以达到保温的效果；音乐大厅采用夹层复合材料音质会更清晰、自然，阻止了杂音和噪音。合材料音质会更清晰、自然，阻止了杂音和噪音。2、组合碳纤维外壁材料，可达到波屏蔽的效果，防止电磁波进入建筑物、组合碳纤维外壁材料，可达到波屏蔽的效果，防止电磁波进入建筑物Application Field

22、s应用领域应用领域其他行业其他行业能源方面，纺织复合材料用于风力发电，如复合材料叶片，其质量轻、强度高、能源方面，纺织复合材料用于风力发电，如复合材料叶片，其质量轻、强度高、刚度好，成型工艺简单且抗震性好，自振频率可自行设计等等；刚度好，成型工艺简单且抗震性好，自振频率可自行设计等等；石油工业方面，如修复损坏油气井套管的内衬和油田设备部件抽油杆等；石油工业方面，如修复损坏油气井套管的内衬和油田设备部件抽油杆等；娱乐设施方面，如碳纤维复合材料的钓鱼竿，其强度高、重量强、可收缩、携娱乐设施方面，如碳纤维复合材料的钓鱼竿，其强度高、重量强、可收缩、携带方便、造型美观，此外还有乐器、笔记本电脑、游乐船和水上滑梯等；带方便、造型美观，此外还有乐器、笔记本电脑、游乐船和水上滑梯等；船舶方面，船舶方面，FERRARI公司推出的公司推出的Stamoid誖船系列产品，利用复合材料织物经誖船系列产品，利用复合材料织物经过处理，具有耐久性、抗紫外线和防水等性质，可制作顶篷，防雨蓬和防护罩过处理，具有耐久性、抗紫外线和防水等性质，可制作顶篷，防雨蓬和防护罩李少敏李少敏, 楼丽琴楼丽琴,等等. 现代纺织复合材料应用与未来发展现代纺织复合材料应用与未来发展J. 轻纺工业与技术轻纺工业与技术, 2012, 第第5期期:45-47.