碳纤维复合材料和成型工艺课件.pptx

1、LOGO 碳纤维复合材料和成型工艺碳纤维复合材料和成型工艺n班级：车辆班级：车辆1203班班n学生：曹喻学生：曹喻n学号：学号：0121203920622编辑pptn 背景：碳纤维在航天、军工、电子等背景：碳纤维在航天、军工、电子等等诸多领域都有着很广泛的应用等诸多领域都有着很广泛的应用n意义：通过对碳纤维复合材料施工工意义：通过对碳纤维复合材料施工工艺的介绍让大家对碳纤维复合材料有艺的介绍让大家对碳纤维复合材料有更深刻的认识更深刻的认识背景及意义背景及意义编辑编辑ppt主要内容主要内容u第一部分：碳纤维复合材料第一部分：碳纤维复合材料u第二部分：成型关键技术第二部分：成型关键技术编辑编辑pp

2、t碳纤维复合材料编辑编辑ppt碳纤维复合材料碳纤维复合材料u1 碳纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料u2 碳纤维金属复合材料碳纤维金属复合材料u3 碳纤维陶瓷复合材料碳纤维陶瓷复合材料编辑编辑ppt碳纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料编辑编辑ppt碳纤维树脂复合材料碳纤维树脂复合材料u 环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯是目前被最多应用于基环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯是目前被最多应用于基体的树脂材料。体的树脂材料。u 优点：这类复合材料的比重比铝轻，强度还很高，其弹优点：这类复合材料的比重比铝轻，强度还很高，其弹 性性模量要大于铝合金和钢，并且疲劳强度高，冲击韧性好。模量要大于铝合金和钢，并且疲

3、劳强度高，冲击韧性好。同时抗水和湿气，化学稳定性高，摩擦系数小，导热性好同时抗水和湿气，化学稳定性高，摩擦系数小，导热性好，还具有受，还具有受X光线辐射时强度和模量不变化等特点。总之其光线辐射时强度和模量不变化等特点。总之其性能要高于玻璃钢，所以被广泛应用于航天工程。性能要高于玻璃钢，所以被广泛应用于航天工程。u 缺点：但这类材料也有很大的不足，做为复合材料，碳纤缺点：但这类材料也有很大的不足，做为复合材料，碳纤维与环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯等材质的粘结力不维与环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙烯等材质的粘结力不够大，而且各向异性强度高，在高温环境下不稳定。够大，而且各向异性强度高，在高温环境下

4、不稳定。编辑编辑ppt碳纤维金属复合材料碳纤维金属复合材料u 碳元素不容易在常温条件下和金属发生反应，只有在高温碳元素不容易在常温条件下和金属发生反应，只有在高温 情况下才会生成金属碳化物，所以碳纤维金属复合材料比情况下才会生成金属碳化物，所以碳纤维金属复合材料比较不容易制作。目前使用的碳金属都是熔点低或者合金材较不容易制作。目前使用的碳金属都是熔点低或者合金材料。但是其自身良好的强度和弹性也要高于普通金属，最料。但是其自身良好的强度和弹性也要高于普通金属，最显著的事例就是碳纤维和铝锡合金形成的复合材料，这种显著的事例就是碳纤维和铝锡合金形成的复合材料，这种材料的抗磨性十分优越，主要被应用于高

5、级轴承材料。材料的抗磨性十分优越，主要被应用于高级轴承材料。u 例如这种材料最先在法国的高速铁路中被应用于高速列车例如这种材料最先在法国的高速铁路中被应用于高速列车的制动装置，由于其较强的抗磨和抗损性，使得法国高速的制动装置，由于其较强的抗磨和抗损性，使得法国高速列车的制动装置处于世界先进行列。列车的制动装置处于世界先进行列。编辑编辑ppt碳纤维陶瓷复合材料编辑编辑pptu与石英玻璃相比，碳纤维陶瓷复合材料有着超高与石英玻璃相比，碳纤维陶瓷复合材料有着超高的抗弯性和冲击性，其抗弯强度是石英玻璃的的抗弯性和冲击性，其抗弯强度是石英玻璃的12倍，抗冲击性是石英玻璃的倍，抗冲击性是石英玻璃的40倍，

6、而且还拥有很倍，而且还拥有很强的热稳性。碳纤维强的热稳性。碳纤维陶瓷复合材料陶瓷复合材料克服了传统玻克服了传统玻璃脆性强的特点，使其强度大大增加，形成了一璃脆性强的特点，使其强度大大增加，形成了一种新型的陶瓷材料。在玻璃中混入种新型的陶瓷材料。在玻璃中混入60%的碳纤维的碳纤维细粉就可以将强度提高很多倍，而且在抗机械的细粉就可以将强度提高很多倍，而且在抗机械的冲击性和抗热方面都有明显的提高，这在很大程冲击性和抗热方面都有明显的提高，这在很大程度上克服陶瓷的脆性，同时保持陶瓷原有很多优度上克服陶瓷的脆性，同时保持陶瓷原有很多优异性能，以防碎陶瓷目前发展情况来说防碎陶瓷异性能，以防碎陶瓷目前发展情

7、况来说防碎陶瓷有着十分广阔的发展前景。有着十分广阔的发展前景。碳纤维陶瓷复合材料碳纤维陶瓷复合材料编辑编辑ppt成型关键技术成型关键技术u铺层设计铺层设计u表面质量分析表面质量分析u热缩工艺热缩工艺u预吸胶工艺预吸胶工艺编辑编辑ppt包括铺层角度、包括铺层角度、铺层顺序、铺层的层数的设计，而且铺层设计是直铺层顺序、铺层的层数的设计，而且铺层设计是直接决定材料性能和强度的主要工序。所以在构件的设计中要优先考接决定材料性能和强度的主要工序。所以在构件的设计中要优先考虑支撑杆轴向的膨胀系数的要求，还要考虑其强度，并且要针对材虑支撑杆轴向的膨胀系数的要求，还要考虑其强度，并且要针对材料的实际实用性和加

8、工方式，所以一般的铺层方向都分为轴向和沿料的实际实用性和加工方式，所以一般的铺层方向都分为轴向和沿管周铺设两种形式。尤其复合材料的各向异性十分突出，这就决定管周铺设两种形式。尤其复合材料的各向异性十分突出，这就决定了物理性和力学性都要集中在碳纤维轴向，碳纤维轴向与径向的线了物理性和力学性都要集中在碳纤维轴向，碳纤维轴向与径向的线膨胀系数为膨胀系数为-0.310K和和1210K，所以通过不同的铺层比例设，所以通过不同的铺层比例设计就可以得到膨胀系数。在计算中因基体树脂为同性材料，所以就计就可以得到膨胀系数。在计算中因基体树脂为同性材料，所以就会忽略基体树脂的膨胀变形。当轴向纤维和径向纤维的层数比

9、为会忽略基体树脂的膨胀变形。当轴向纤维和径向纤维的层数比为3：2就可以使复合材料在轴向达到膨胀系数要求，最后在根据复合材料就可以使复合材料在轴向达到膨胀系数要求，最后在根据复合材料杆的强度和铺层工艺性能要求来最后决定铺层的先后顺序。杆的强度和铺层工艺性能要求来最后决定铺层的先后顺序。铺层设计编辑编辑ppt表面质量分析表面质量分析 应用袋压工艺成型的管件经常会出现皱折、富胶等现象，应用袋压工艺成型的管件经常会出现皱折、富胶等现象，所以在进行复合材料铺层的同时必须对预浸料叠层块施加所以在进行复合材料铺层的同时必须对预浸料叠层块施加足够的力，以保证避免出现复合材料松散和结构尺寸加厚足够的力，以保证避

10、免出现复合材料松散和结构尺寸加厚的问题。在工序中要注意在成型时期对各层复合材料进行的问题。在工序中要注意在成型时期对各层复合材料进行加压，保证树脂的排出。碳纤维复合材料的质量问题都出加压，保证树脂的排出。碳纤维复合材料的质量问题都出现在加压的工序中，所以在操作时我们必须注意。在复合现在加压的工序中，所以在操作时我们必须注意。在复合材料叠层块压紧的过程中壁厚将减小，其周长也会相应的材料叠层块压紧的过程中壁厚将减小，其周长也会相应的减小，这时就会出现松弛纤维被压弯打折的情况，在加上减小，这时就会出现松弛纤维被压弯打折的情况，在加上成型的预浸料叠层块原料本身就带有一定的皱折和条纹，成型的预浸料叠层块

11、原料本身就带有一定的皱折和条纹，所以固化后自然会出现问题。所以在铺层工艺时一定要最所以固化后自然会出现问题。所以在铺层工艺时一定要最大限度的压实复合材料层，避免出现外观质量问题。在对大限度的压实复合材料层，避免出现外观质量问题。在对辅助材料的选择上一定要控制皱折率，其主要控制方法有辅助材料的选择上一定要控制皱折率，其主要控制方法有热缩工艺和预吸胶工艺。热缩工艺和预吸胶工艺。编辑编辑ppt热缩工艺热缩工艺u 采用热缩管并利用其自身特性对复合材料进行压实就是热采用热缩管并利用其自身特性对复合材料进行压实就是热 缩工艺，热缩工艺主要使树脂进行软化，当热缩管达到收缩工艺，热缩工艺主要使树脂进行软化，当

12、热缩管达到收缩温缩温 度的同时就会出现收缩变形的现象，并且口径发生缩度的同时就会出现收缩变形的现象，并且口径发生缩小并被压实。所以在高温固化的状态下热缩材料可以很好小并被压实。所以在高温固化的状态下热缩材料可以很好的将热压力进的将热压力进 行传递，并可以消除皱折对复合辅助材料的行传递，并可以消除皱折对复合辅助材料的影响。热缩工艺需影响。热缩工艺需 要一定的温度环境，以保证收缩和压实要一定的温度环境，以保证收缩和压实的质量。热缩工艺中最的质量。热缩工艺中最 重要的质量参数是加热时间和对温重要的质量参数是加热时间和对温度的控制。在确定热缩工艺度的控制。在确定热缩工艺 时以热缩材料的收缩性能为根时以

13、热缩材料的收缩性能为根据，并充分考虑模具的热容滞后据，并充分考虑模具的热容滞后 因素，对具体的复合材料因素，对具体的复合材料制件灵活运用。热缩材料的主要方式制件灵活运用。热缩材料的主要方式 为外加热，使用设备为外加热，使用设备如酒精喷灯和热电吹风，如果条件允许可如酒精喷灯和热电吹风，如果条件允许可 以使用烤箱，所以使用烤箱，所以针对复合材料这一特点就要求在加热的时候以针对复合材料这一特点就要求在加热的时候 对温度严格对温度严格控制，保证低温和短时问加热，避免对热缩材料的控制，保证低温和短时问加热，避免对热缩材料的 热缩方热缩方式对树脂体系凝胶性能的影响。式对树脂体系凝胶性能的影响。编辑编辑pp

14、t预吸胶工艺预吸胶工艺u预吸胶工艺就是将预压实工艺与热缩工艺预吸胶工艺就是将预压实工艺与热缩工艺相互配合使用。相互配合使用。我们在进行固化前都在适我们在进行固化前都在适当的温度压力下对复合材料的叠层当的温度压力下对复合材料的叠层 进行吸进行吸取树脂的工序，这样做的主要取树脂的工序，这样做的主要 目的是对复目的是对复合材料中的树合材料中的树 脂含量进行控制脂含量进行控制。编辑编辑pptu本道工序要达成俩个目的：在压紧预浸料本道工序要达成俩个目的：在压紧预浸料 叠层叠层的同时起到消除固化热是缩管和预浸料叠层之间的同时起到消除固化热是缩管和预浸料叠层之间中的吸中的吸 胶材料，造成热缩管和预浸料叠层紧

15、密相胶材料，造成热缩管和预浸料叠层紧密相接。接。整个工序使热整个工序使热 缩管内壁和外壁效果相同，缩管内壁和外壁效果相同，这样就保证了材料表面的光滑和平这样就保证了材料表面的光滑和平 整。预吸胶工整。预吸胶工艺的主要控制参数都集中在温度，压力和恒温时艺的主要控制参数都集中在温度，压力和恒温时间几个方面，所以在整个工艺的制定过程中要保间几个方面，所以在整个工艺的制定过程中要保证工艺的合理证工艺的合理 性，在完成吸胶工序的同时，还要性，在完成吸胶工序的同时，还要达到压实的目的，同时更要减达到压实的目的，同时更要减 少对复合材料凝胶少对复合材料凝胶性的影响。性的影响。编辑编辑ppt综述综述通过对碳纤维复合材料的介绍和碳纤维复合材料成通过对碳纤维复合材料的介绍和碳纤维复合材料成型技术的分析，让大家对碳纤维复合材料有更深刻型技术的分析，让大家对碳纤维复合材料有更深刻的认识，也了解到手工铺层、的认识，也了解到手工铺层、热压罐固化工艺是进热压罐固化工艺是进行碳纤维复合材料成型加工的最好方式，能保证材行碳纤维复合材料成型加工的最好方式，能保证材料在固化后表面光滑，五皱折，更好的提高材料质料在固化后表面光滑，五皱折，更好的提高材料质量。量。编辑编辑ppt 谢谢观看！谢谢观看！编辑编辑ppt