复合材料论文范文

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第1篇

家具设计应在物质技术条件的基础上，与材料、结构、工艺密切结合，尽量做到材料多样化，产品标准化，零部件通用化，使所设计的产品与现有的技术装备及工艺水平相适应，避免设计与生产实际脱节。同时，物质技术条件是实现使用功能要求和造型艺术的重要保证。

2木塑复合材料的设计属性

2.1外观属性

材料的外观属性通常包括形态、色彩、肌理等方面。木塑复合材料大部分是挤出成型的，因此可以制造出凹凸的肌理，使其富有特殊的装饰效果（图4），但大多数情况下只能呈现直线状态[4]。木塑型材的通孔设计（图5）一方面可以丰富木塑复合材料的形态特征，使其呈现多变的断面形态，同时可以减轻重量，从而节约成本。在木塑复合材料中加入着色剂[5]，不仅能使木塑制品显示出各种各样的色彩外观（图6），而且也可以改善其耐候性。随着对木塑复合材料的深入探究以及技术的突破，木塑产品表面还可以制成类似木材的纹理和色泽，营造温暖亲近的感觉。此外，木塑复合材料还可以覆盖塑料表层[6]，增加材料颜色的多样性和耐潮湿性。

2.2加工性能

目前，木塑复合材料的成型工艺主要有三种：挤出、热压和模压。挤出成型凭着工艺简单，而且加工周期短、效率高，与其他加工方法相比，更广泛地应用于工业化生产中。木塑复合材料采用的主要连接方式有以下三种：胶接、焊接和机械连接。机械连接有连接件连接、钢钉连接和复合材料专用螺钉连接，相关实验表明，螺钉连接的木塑构件可以进行多达十次的拆装[7]。

2.3其它性能

木塑复合材料同时具有耐磨、耐腐蚀、防水和尺寸稳定性好等优点。在制造过程中加入阻燃剂，可使木塑复合材料具有一定的阻燃性，因此，可将其应用在具防火要求的公共家具设计中。此外，木塑制品本身同时具有可回收性、良好的经济性和环保性。比如在北京奥运会的工程建设中[8]，就大量利用了这种环保的木塑复合材料（图7）。

3木塑公共家具设计实践

3.1木塑露天桌椅

在加工过程中添加了阻燃剂的木塑复合材料具有优良的阻燃性能，适用于公共场所。这里把木塑复合材料设计成长短不一的条状板，以点、线、面的概念，构成木塑露天桌椅（图8）。整套桌椅统一采用金属作为底架，条状木塑板作为面板材料，营造出空间环境的整体感。在材料上，木塑复合材料的凹凸肌理与金属的精致肌理形成对比，木塑复合材料的温暖感与金属的冷峻感形成视觉感受上的对比。同时，不同色彩的金属与木塑复合材料的组合也可呈现出不同的视觉效果（图9），为人们的公共场所营造出温暖、清新、自然的现代感。在结构上，零件之间采用可拆装的螺钉连接，既方便安装，又可以降低运输成本。另外，玻璃下层可置菜单或广告单（图10），便于现代商业化宣传。

3.2木塑书架

这款供图书馆使用的六层双柱双面木塑书架（图11），在外观造型上，立柱部分处理成深色，旁板和层板处理成浅色，进行深浅色彩搭配，以塑造书架的平衡感。立柱设计成四面均带凹槽的结构，用于旁板的嵌入，既方便使用时的安装，同时使凹凸肌理成为一种装饰。立柱顶部的装饰件采用模压技术制成，可标准化批量生产。在加工工艺上，书架的立柱、旁板和层板均采用挤出成型工艺进行生产，利用木塑复合材料的凹凸肌理完成立柱与旁板、旁板与搁板的搭接（图12），减少了五金连接件的使用。在功能上，结合人体工效学原理，考虑到旁板横向凹凸肌理的需要和挤出成型工艺中幅面的限制，将旁板设计成多段拼搭结构，根据书籍的尺寸大小，其凹凸肌理按照比例进行合理设计，利于层板的高度调节，方便图书馆中不同尺寸大小的图书摆放。此外，旁板的双面凹凸肌理设计，使相邻两书柜柜体共用同一块旁板，一方面可根据室内空间的大小对书架数量进行调整，满足其在功能上的延伸，同时可充分利用空间资源，有效降低生产成本。

3.3等候椅与花坛

据调查，生活中等候场所（如火车站候车厅）的候车椅大部分为金属材质，这种材质虽强度较高，但因候车场所一般人流量比较大，对家具的耐久性自然要求比较高，金属表面掉漆以及生锈等后期维护工作并不易进行。并且金属制等候椅常给人冰冷的视觉感受，其舒适性也有待提高。相比较而言，木塑复合材料继承了木材和塑料的双重性质，具有温和自然的视觉和触觉感受，且它的强度并不逊于金属。因此可将其运用于人流量比较大的公共场所，进行如下设计。这款木塑休息椅（图13）删繁就简，没有多余的装饰，造型简洁。等候椅底部为金属支架，椅面为木塑材料组成的等腰梯形。等腰梯形的座面设计是为了便于使用者根据空间大小来调节休息椅的长度（图14），利用等腰梯形的特性，休息椅的长度延伸可以更显自然。在色彩上，木塑复合材料在生产过程中通过增加着色剂可以造出各种色彩的产品，这款公共场所的休息椅正是运用这一特性，设计出彩虹般色彩的椅子，为等候场所增添几分色彩和乐趣。结构上采用螺钉连接。此外，设计的配套花坛（图15），既可以给等候场所带来几分自然的气息，还保护了座椅的端面。花坛的数量可根据场所需要自由调整（图16）。

4结语

第2篇

毕业设计是高职复合材料专业教学计划的组成部分，是实践教学的重要环节之一，是学生在校期间对所学复合材料专业知识的综合应用，是提升学生专业技能、分析解决问题以及对科技论文撰写能力的一次有效锻炼，同时其也是毕业生们从学校走向社会，对所学基础课程知识、专业课程知识和各种综合能力接受全面检验的一个重要阶段。毕业设计的质量是衡量高职院校人才培养质量以及教育教学水平的一个重要指标，特别是在目前高职院校教学评估和巡视诊断工作中，毕业设计更是检查评估的重点。

2高职复合材料专业毕业设计存在的问题

2.1学校方面

①毕业设计时间短，与就业实习时间有冲突。高职复合材料专业按人才培养方案将毕业设计安排在第五学期，共八周时间。但这段时间也正是毕业生找工作，签订就业协议的时间。很多学生一旦找到了合适的岗位后，便立即与用人单位签订合同，出去顶岗实习，例如12级专业就有20名左右学生与菲舍尔航空部件公司签订就业协议，提前进厂顶岗实习。学生不在学校，这给毕业设计指导带来了很多的阻碍，指导教师只能通过电话、短信、邮件等方式和学生进行联系，无法进行面对面指导与交流，论文指导效果非常不好。有些学生离校后更换手机号码，不主动和指导教师联系，造成教师根本无法联系上指导学生，更不要谈就论文进行定期指导了。

②开展毕业设计的实践条件不足。毕业设计的选题大致为复合材料成型与胶接两个方向，学校虽然有一定的复合材料的成型和胶接的实验实训条件，但由于场地小，设备缺乏，无法满足专业学生的毕业设计要求，因此学生的毕业设计完成大多是参考相关文献进行工艺设计，只是理论上的分析，不仅学生完成困难，而且没有具体的工艺实训过程操作，内容空洞。

2.2教师方面

①师资匮乏，教师指导压力大。指导教师相对于学生的数量严重不足，教师指导压力大，无法保证对每位学生毕业设计进行有效的指导。毕业生忙于就业和实习，对于毕业设计不上心，加之高职学生基础薄弱，专业论文撰写的能力不强，所以老师指导起来更是压力倍增。教师在指导毕业设计同时还要完成相对较多的教学任务，往往会精力分散，指导学生又多，导致指导效果不佳。

②选题理论化，部分与生产实践脱节。虽然专业教师均具备硕士学位，专业理论水平高，但多半缺乏企业工作经历，不能及时准确把握企业动态和职业岗位的需求，因此在毕业设计选题上很多老师多半采取由学生自主选择毕业设计课题或让学生参与自己的立项科研课题，而未考虑学生职业岗位的需求。因此选题理论化，与生产实际脱节。

2.3学生方面

①对于毕业设计积极性不高。在毕业设计期间，很多学生忙于找工作和提前进入企业实习，对于毕业设计积极性不高，得过且过。学生常常不能按时完成老师布置的毕业设计的选题和资料搜集任务，也不能参加老师定期的指导会议。对于后期的论文修改，也不能及时认真修改，很多学生都是随意修改下，就交上来，态度不认真。还有部分同学很难联系上，对于毕业设计任务置之不理。

②搜集、整理资料能力差。撰写毕业设计首先应搜集相关专业资料阅读，并进行分析和整理，随后才能开展毕业论文的撰写。但很多学生搜集网络资料的能力非常差，大多数学生只会使用简单常用的搜索引擎，对于相关论文数据库的使用和信息检索非常陌生。同时，学生资料整理能力也有限，只会将查到的资料东拼西凑、无序堆积，缺乏逻辑性和前后的连贯性。

③毕业设计撰写能力差。毕业设计的撰写指导教师只起引导作用，主要给出资料搜集任务和对论文的修改意见，论文主体是由学生完成。大多数学生撰写毕业设计能力较差，在撰写毕业设计茫然一片，不知道如何编排结构，如何进行分层分析，逻辑推理。只是对搜集到的相关资料进行拼凑，论文内容逻辑混乱，前后层次不明，不连贯，读起来一头雾水。有部分学生内容与题目基本没关系，论文格式更是五花八门，错误百出。

3提高毕业设计质量的途径

3.1调整毕业设计时间，提前布置毕业设计任务

条件允许的情况下，可以把毕业设计任务提前到第四个学期的期末，在学生参加暑期顶岗实习前，进行毕业设计工作动员和任务预分配工作。要求学生在顶岗实习期间，结合自己实习的相关工作拟定毕业设计课题范围，在相关专业岗位认真将其工艺流程、参数等进行详细记录的任务，并要求学生完成实习岗位工艺的相关科技文献查询任务，开学以书面报告形式上交给指导教师。这样为学生后续毕业设计完成积累了素材，完成毕业设计也会顺手很多。

3.2重视毕业设计选题，注重与生产实践相结合

毕业设计的选题应在理论深度上降低要求，注重其技能性和实用性。学生可在顶岗生产实习的过程中自主选择适合工作岗位的课题。由于学生所选课题紧贴工作岗位，有些甚至可能是单位急需解决的问题

，学生认真思考和亲手操作过，对于其中的工艺流程和质量管理过程非常熟悉，因此学生的积极性会提高，参与性较强，毕业设计质量会大幅提高。比如2010级部分暑期在西安航天复合材料研究所实习的同学，选择缠绕和模压等与其工作相关的成型工艺作为毕业设计选题，其毕业设计就完成的非常不错。

3.3专兼职指导教师合作，团队指导毕业设计

面对师资力量匮乏，有经验、有资历的指导教师人手不足的情况，我们应充分利用校外实训基地、顶岗实习单位的资源，采取激励制度，扩宽教师聘请的渠道，鼓励和吸引技术专家工程技术人员、技师等具有丰富实践经验的技术骨干到校担任毕业设计指导工作。这些技术人员与我们的专职教师组成团队，共同指导毕业设计工作，这样既缓解了指导教师短缺的矛盾，又弥补了校内指导教师在实践方面的不足。另外，部分提前就业实习的学生可自主选择所在就业实习单位具有高级职称的技术人员作为指导教师，这样在做毕业设计时，指导教师就在身边，可随时指导，提高其解决实际问题的能力，也会避免老师与学生沟通障碍的问题，大大提高毕业设计指导效率和毕业设计质量。

3.4加强对毕业设计过程的监管

学校和系部对学生的毕业设计环节应加强监督管理，定期抽查，体现对毕业设计环节的重视。教研室定期组织指导教师对学生的毕业设计情况进行检查并将各组检查情况上报教研室。定期召开会议对各组指导情况及检查中存在的问题进行探讨，并给出下一阶段指导工作的任务和具体要求。另外还可开展教师和学生的互评活动，要求教师根据学生的表现给学生打分作为最后毕业设计总评的一部分；学生也可以根据教师的指导情况给教师评分，作为对教师教学效果评价的一部分，这样给学生增加了压力，给教师增强了责任心。与此同时，要严把答辩关，对于审查教师和评阅教师共同认定合格的论文才能进行答辩，并要求每位同学必须现场答辩，答辩过程中，论文的质量和现场表现均要纳入到答辩成绩中。

3.5毕业设计考核评价过程化

将学生平时参加组内讨论会情况、资料搜集整理工作情况、论文进度汇报工作情况、论文质量、答辩表现情况均纳入毕业设计考核中，并根据相应的项目给出合理的分数。毕业设计的考评最大限度反映学生的专业知识和综合素质水平，也使毕业设计考核工作更加合理和公平化。

4结语

第3篇

四点弯曲性能测试：按照标准ASTMD6109-2005进行测试；吸水率测试：按标准GB/T17657-1999中4.6进行测试；落锤冲击性能测试：按标准ASTMD4495-00进行测试，落球重量4.5kg；加工流变性能：在HAAKE转矩流变仪上进行测试，温度170℃，转子转速30r/min，加料量40g；SEM分析测试：制小样条，液氮冷冻萃断，对样条断面进行喷金处理。

2结果与讨论

试验配方中，添加一定比例的木粉、塑料和相容剂，其中剂总添加比例为2.7%。分别采用一步法、两步法、三步法工艺进行试验，其中三步法工艺造粒前剂添加比例为1.35%，造粒后再添加1.35%，按照工业化的生产流程，挤出15×50mm(厚度×宽度)实心型材。

2.1不同生产工艺对加工性能的影响从表1可以看出，在相同的温度参数、主机转速条件下，一步法工艺主机转矩和熔体压力最大，两步法工艺最小，三步法工艺次之；从型材外观上看，两步法工艺和三步法工艺生产出的型材表面光滑，一步法工艺型材表面有细小的横线裂纹；从挤出线速比较，三步法工艺是一步法工艺的1.84倍，是两步法工艺的1.31倍。在相同的主机转速下，主机转矩、熔体压力和挤出线速主要体现物料的流变性能，将一步法工艺的高混料和两步法、三步法工艺的造粒料通过扭矩流变仪进行流变性能的测试，从表2的流变特征参数可以看出，一步法工艺由于混合后的物料没有经过造粒塑化的过程，在型材挤出过程中，需要较长的时间才能将物料塑化熔融，一步法工艺的平衡时间最长，需要3.28min，同时一步法工艺的平衡扭矩也为最大，说明熔融物料的表观粘度很大，流动性差，型材挤出速度慢；两步法工艺，平衡时间适中、平衡扭矩低，说明生产时经过造粒的过程后，物料较易塑化，物料流动性好[3]；三步法平衡时间最短，平衡扭矩适中，这说明了剂分两步添加，造粒后添加的剂损失少，缩短了塑化的时间，起到真正的作用，成型时挤出速度快，而平衡扭矩比两步法工艺略大，可能是因为造粒过程，剂对相容剂的副反应小，使得木粉和塑料基体的结合力增强，熔体压力增加，这是加快挤出线速的同时提高型材物理机械性能的基础。

2.2不同生产工艺对材料性能的影响从表3可以看出，弯曲性能上比较，弯曲强度两步法比一步法高18.4%，三步法比两步法高19.2%，刚性(弯曲模量)也有同样变化趋势。落锤冲击高度方面，两步法比一步法高100mm，三步法比两步法高150mm。从以上数据比较可以看出，三步法性能最好，一步法性能最差，这是因为一步法工艺物料通过高速混合机搅拌后，物料中木粉间的结合水还没能完全排出，物料水份较多，一般在2%以上，木粉和塑料的界面结合力差，高混后物料直接通过锥形挤出机挤出型材，物料与螺杆、机筒的剪切力较小，木粉没能均匀分散在塑料基体中，再加上锥形挤出机低速转动，容易出现木粉聚集成团的质量问题，这也是型材表面出现裂纹的原因，同时型材的物理机械性能差。相比两步法工艺，物料混合后再通过平行双螺杆挤出机造粒，在强的剪切力作用下，将木粉间的结合水大部分排出，破坏木质纤维间的分子间作用力，使木粉均匀分散于塑料中，同时木粉表面羟基(-OH)与MAPE的酯基(-COO-)发生反应，改善了木粉和塑料的界面结合力[4]。所以，当型材受到外力作用下，塑料基体能有效地、均匀地通过两者界面把应力传递给木粉，界面结合力的提高，型材的弯曲强度和韧性也随之提高。三步法工艺将复合剂分两部分添加，混料时添加一定比例剂，造粒后再添加一定比例剂，复合剂中含有一定比例的硬脂酸类外剂，例如硬脂酸锌，在混合过程中水分的存在使MAPE产生MAH，可与硬脂酸锌发生反应，这种反应在热力学上比MAPE与木质纤维的偶合更容易发生，也就使得木粉和塑料的界面结合力变差[5]。在混料时添加一部分剂以满足造粒过程中剪切和分散的需要，防止塑料的降解和木粉的碳化，相比两步法工艺，造粒时剂量少，剪切力也大，水分容易排除，也降低硬脂酸类外剂对MAPE的影响，这样相对两步法提高木粉和塑料的界面结合力，型材的性能明显提高。造粒后再添加剂进行混合以保证型材挤出表面光滑度，提高挤出线速和型材性能稳定性。从图2不同生产工艺的30天吸水率比较可以看出，随着浸泡时间的增加，吸水率都逐渐增加，其中采用三步法工艺生产的型材吸水率最小，30天浸泡的吸水率为1.75%，采用一步法工艺生产的型材吸水率最大，30天浸泡的吸水率为3.60%，是三步法工艺型材吸水率的2.05倍。这是因为木塑复合材料的吸水性主要是由木粉引起的，通常界面结合力差、分散越不均匀的木塑复合材料吸水率越大[4]。木粉有较强的吸水性，易吸水后与水分子之间形成氢键，木粉和塑料是典型的海岛结构，一步法工艺木粉的分散性和界面结合力差，木粉还没被塑料完全包裹，水分子进入两者的间隙易与木粉形成氢键，吸水率增加。三步法工艺提高了木粉的分散性和界面结合力，吸水率较小。

2.3不同工艺生产的木塑复合材料SEM分析通过SEM观察型材断面形貌，可以客观反映木粉和塑料的界面结合。图3是一步法工艺生产的型材断面形貌，可以明显看出，断面分布很不均匀，说明木粉并没能在塑料中很好的分散，且出现一些小空洞，可能是由于木粉没被塑料很好包裹造成，说明木粉和塑料界面结合较差，受到应力作用时，从界面结合处开始发生断裂；图4是两步法工艺生产的型材断面形貌，可以看出两相分布的均匀性有较大改善，出现较多的纤维拉丝现象和小孔洞，说明两步法工艺能使木粉在塑料中分散均匀；图5是三步法工艺的型材断面形貌，可以明显看出断面很粗糙，且出现纤维拉丝现象和深孔洞，说明三步法工艺生产的型材，不仅两相分散均匀，而且能提高两相的界面结合力，受到应力作用发生断裂时，木粉被抽出形成深的孔洞。

3结论

第4篇

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。

1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

6、复合材料综合处理与再生

第5篇

聚对苯二甲酸乙二醇酯－1，4－环己烷二甲醇酯PETG的优点是熔点低，其抗冲击性能及热封性能优异，但由于PETG价格昂贵，一般不单独使用，多与普通APET树脂一起共挤出生产多层复合片材，故PETG一般用作表面的热封层［4］。PETG与APET相容性良好，PETG/APET/PETG结构简称GAG型复合材料，即片材基材为APET树脂，表层为PETG树脂，是近年开发出的一种新型复合包装材料，复合材料既获得了PETG良好的韧性和热封性能，材料成本较APET提高不多，是改善APET树脂抗冲击性能的有效方案。但PETG与APET树脂的物性相差较大，要获得品质性能优异的GAG复合型材料片材，对加工设备及加工工艺的控制要求较高。

2、加工设备与加工工艺

2．1加工设备GAG结构复合片材为多层结构，因此需多层共挤挤出设备成型，根据各层的材料特性选择合适的螺杆类型。作者采用先进的专用三层共挤挤出机，两组挤出机螺杆直径分别为:65mm、120mm。其它配套设备包括结晶设备、干燥设备、物料输送系统。

2．2加工工艺

共挤复合工艺是使用二台或二台以上的挤出机分别供给不同的熔融料流，运用不同的分配器，将各种粘接树脂通过一定的流道在一个复合机头内汇合与相应的基材进行粘合的加工过程。它能够使具有不同特性的树脂在挤出过程中彼此复合在一起，使之兼有几种不同材料的优良特性。常用的分配器为AAB、BAA、BAB，A一般为大螺杆，挤出量相应较大:B为小螺杆，挤出量相应较小。GAG结构复合片材采用BAB分配器，A层对应的螺杆挤出APET树脂，B层对应的螺杆挤出PETG树脂，通过调整分配器可以调整各层的比例。GAG复合片材的生产工艺图如下:

2．3关键问题及解决方案

(1)、APET树脂进入挤出机前需充分干燥［5］，因为在熔融挤出过程中水份的存在会促使APET分子水解，而水解会使相对分子质量降低，导致物理性能特别是冲击强度的下降，还会使片材产生汽泡、条纹、模糊等，严重影响片材的品质。APET在挤出前必须干燥到水分含量低于0．005%，［6］此外干燥温度的高低及时间长短也会影响到材料的性能，使用大的空气流量、高的干燥温度和长时间干燥会使材料老化。使用低的干燥温度、低的空气流量和短时间干燥会导致材料水解。建议干燥工艺为:干燥温度150～155℃，干燥时间约4～5h，露点－20～－40℃;(2)、PETG树脂进入挤出机前同样需要进行干燥处理，干燥温度65～70℃，干燥4～6h，注意干燥温度不可超过75℃，否则树脂容易粘结结块;(3)、挤出温度控制:APET挤出料筒温度高于255℃，但不高于280℃，压缩段温度可以稍高，而后区温度稍低;PETG挤出温度210～240℃，挤出温度不可高于240℃，高于240℃材料容易发生降解使得材料发黄并影响材料性能;模头温度230～240℃;(4)、GAG复合材料表面摩擦系数较大，收卷后容易粘结难以分离，所以需要在表层PETG中添加内爽滑剂降低其表面磨擦系数，根据实际情况控制内爽滑剂的添加量，内爽滑剂的添加量不宜多大，否则会造成下料及泵前压力不稳定影响生产的稳定性;(5)、根据实际需要，可通过调整A机和B机的挤出速度来控制PETG与APET的层比，PETG层层比在15～20%时材料具有较好的韧性及热封性能，材料的性价比较好;(6)、生产完成停机前应注意让PETG挤出机继续运转15～30min将螺杆里的余料挤空。以免重新开机出现“抱螺杆”的情况。重新开机时螺杆温度到达设定温度后先开启PETG挤出机运转15～30min后再开启APET挤出机;(7)、GAG复合材料的边角料应特别注意要与APET材料的边角料区分单独回收，如APET回收料中混入GAG材料，二次利用生产过程中会出现材料发黄现象，影响材料品质。而GAG复合片材边角料的回收利用，由于其无法以正常的APET结晶干燥工艺处理，所以无法直接加入到APET层中再次利用，目前比较可行的处理方法是利用双螺杆挤出机先将其造粒，再在特定的温度下进行预结晶后加到APET中进行生产。

3、总结

第6篇

1.1数控加工技术复合材料模具的生产一般都是利用数控加工技术制造的，不同结构的模具及不同材质的模具都需要借助数控加工技术进行生产制作，数控加工技术能够有效地保证生产产品的精确度与质量标准。社会在不断发展与进步，数控加工技术亦是如此，新的高速数控铣削技术在生产复合材料模具的操作中运用，能够有效提高生产效率，并能有效做好产品的质量控制，所以数字化程度的加深绝对是一件美事。

1.2先进表面处理技术表面的技术处理是模具生产质量把控的重要环节之一，因为这关系着模具表层的成分及组织，它是模具性能的直接衡量指标，直接决定了模具的硬度、耐磨度及耐腐蚀性等，所以模具的表面处理必须受到足够的重视。现如今从生产上存在的表面处理技术概况来讲主要有以下几种：化学法、表层覆层法及激光法等。然而激光法就是目前数字化发展的典型代表，此方法现在被广泛应用在复合材料模具的生产加工中，发挥着重要的作用，它能够有效地处理模具表面存在的问题，实现规范模具标准，大大延长模具使用寿命。

1.3解决模具加工生产所面临的问题复合材料模具的生产加工环节必然会面临一些问题，比如在结构焊接过程中会出现残余变形和残余应力等问题，这个就必须采取合理的工艺措施并且选择科学的设计方案来预防问题的产生；加工精度和表面质量是比较关键也是技术难度系数比较高的环节，这个环节极易出现质量问题，这是由于多方面的因素共同导致的，所以在这个环节的每一步操作我们都需要谨慎，必要的话我们可以借用数字化检测设备对此环节进行严格的检测，预防问题的发生，提高产品质量。由于复合材料构件的不同类型及不同材质在生产过程中会产生不同的热膨胀系数，这也是会影响复合材料模具成型的质量因素，所以我们在挑选材料时，尽可能选择热膨胀系数相近的材料，这样可以有效地防止由于热膨胀系数不同而产生的质量问题。

2结语

第7篇

关键词：复合材料，细观结构，有效属性，均质化

 

0引言

复合材料是由两种或两种以上组分材料组成的新材料, 根据不同的需要，可以选取不同的组分材料和细观结构来优化材料的性能，在航空航天、建筑、交通等领域得到越来越广的应用。为了预测复合材料的宏观力学属性，人们提出了许多的方法。早期主要以解析模型为主，如Eshelby等效夹杂法[1]、微分法[2]、Mori-Tanaka法[3]等，这些方法只考虑了复合材料结构的一些基本信息，而忽略了复合材料内部的结构特征，计算精度和适用范围有限。随着计算机技术的发展，数值法得到了广泛的应用，如通用元胞法[4-5]和有限元方法[6-8]，其方法通常是对复合材料细观结构的“代表性体积元”（RVE）进行力学分析，进而获得其宏、细观力学性能。数值法很好地考虑了复合材料细观结构特征，预测精度较高。

对于高填充比和填充颗粒尺寸跨度大的复合材料，如固体推进剂[9]，建模时为了使RVE具有代表性，模型中通常包含数百个颗粒，数值法预测这类材料的有效属性时前处理变得异常困难。毕业论文，有效属性。为了解决这一问题，B. Banerjee[10]利用一种递归算法预测了复合材料PBX9501的有效弹性属性，但是该算法所采用的正交化网格并不能很好的反映颗粒的边界。毕业论文，有效属性。K. Matous[11]在进行固体推进剂损伤分析时，通过Mori-Tanaka方法将基体与小尺寸颗粒均质化为一种混合物。毕业论文，有效属性。

本文将不同尺寸类型的颗粒分别与基体进行均质化，提出一种预测复合材料有效弹性模量的多步骤方法。利用多步法计算了不同填充分数和组分模量比复合材料的有效弹性属性，并与全尺寸有限元计算结果进行了对比。

1多步骤法

高填充分数和颗粒尺寸跨度大的复合材料细观结构RVE通常很大，如图1所示。多步法将预测有效弹性属性的过程分为几个步骤，首先将小颗粒与基体视为一种混合物，利用有限元或细观力学等均质化方法计算出其有效属性后，再把它当成一种新的基体，如此反复，直至计算出整个代表性体积元的有效属性，过程如图2所示。在每一步计算过程中，与基体相混合的颗粒种类越多，计算精度也越高，同时计算模型也越大。多步法计算过程中，参与混合的颗粒体积分数通过下式计算得到：

（1）

其中，为颗粒在“混合物”中的体积分数，，为参与均质化的颗粒和基体体积分数。

图1 复合材料“代表性体积元”

Fig .1 RVE of composite

图2 多步法预测复合材料宏观有效属性过程

Fig.2 Progression of propertyprediction of multi-step method for composite

2均质化方法

2.1有限元法

利用有限元方法预测复合材料有效属性时，首先在将“代表性体积单元”进行网格剖分，再施加周期性边界条件模拟均匀介质的力学行为。周期边界条件表示为

(2)

其中，为RVE的边长，，为施加于边界上的位移载荷。假定平面应变情况下，通过有限元方法计算得到的细观应力、应变场为和，对其进行体积平均得到平均应力（有效应力）和平均应变（有效应变）

（3）

（4）

其中，，为平均应力和平均应变，，为单元平均应力和单元平均应变，为单元数，为单元体积。则二维杨式模量和泊松比计算如下

（5）

（6）

三维杨式模量和泊松比可通过上式转化得到[12]

（7）

（8）

2.2 Mori-Tanaka方法

解析法中，由于Mori-Tanaka方法计算简单，同时在一定程度上考虑了复合材料中夹杂之间的相互作用，成为预测复合材料有效属性的有效工具，对于多相复合材料，其体积和剪切模量可表示为[13]

（9）

（10）

式中，，，，，,分别为体积模量和剪切模量，为体积分数，下标和0分别代表第相颗粒与基体, 为相的数目。杨式模量和泊松比为

（11）

（12）

由(9)-(10)可知，Mori-Tanaka法只考虑了颗粒体积分数，而忽视了复合材料中颗粒的形状、大小及分布等结构特征。

3计算结果

考虑三相颗粒增强复合材料，各组分为各向同性弹性材料，具体组成及力学参数如表1所示。计算中，颗粒体积分数为40％～70％, 颗粒1与颗粒2之间的体积比为1:1.8。迭代法预测该复合材料的有效弹性模量分两个步骤，每一步分别用有元法（FEM）或Mori-Tanaka（MT）方法计算，计算结果与全尺寸RVE的有限元和Mori-Tanaka计算结果进行对比，全尺寸模型颗粒总数为90，每个单步中颗粒数为50。毕业论文，有效属性。四种多

步法与全尺寸有限元计算结果如图3所示

表1 复合材料组分参数

Tab.1 Parameters of composite constituents

 

第8篇

新材料是支撑我国战略性新兴产业的基础材料，是发展先进制造业和高技术产业的物质基础，是全球发展最快和最活跃的科学技术领域之一，其技术和产业的发展水平与规模，已成为衡量一个国家综合国力的重要标志。蒋士成院士在致辞中指出，高性能纤维与复合材料是战略物资，如果能广泛推广在民用领域的应用，将减少交通工具能耗和二氧化碳的排放，提升制造业的科技水平和竞争力，对“中国制造2025”计划具有重要的意义。

端小平在会上指出，中国化纤行业用不到10年的时间缩短了与发达国家30年的差距，各种高性能品种齐步发展，部分品种质量达到国际中等以上水平。未来，中国的高性能纤维发展将注重在汽车、耐高温过滤材料和航空航天等国防军工领域的应用，重视低成本生产高品质产品和回收再利用技术的研发，加快制定化纤全产业链的标准。

正如东华大学余木火教授所讲，轻质高强材料是“中国制造2025”的核心竞争力之一。面对国外的成熟市场，中国更需要重点培育具有战略意义和中国特色的大市场，与优势产业共同发展。例如中国的汽车产业、大型飞机和高铁的轻量化设计。通过建立设计-材料-制造-评价一体化的研发能力，为整个产业链提供技术支撑。并解决汽车轻量化复合材料需要解决的工程技术问题，即设计与评价能力、低成本自动化量产技术和回收与循环利用技术。

在学术报告环节，来自交通、航天领域的企业嘉宾针对高性能纤维及复合材料的应用现状及未来发展趋势展开深入分析。其中，江苏奥新新能源汽车有限公司总经理史践向与会代表展示了公司在研发轻量化碳纤维复合材料电动汽车的各阶段成果。并表示，奥新电动车的创新核心思想是轻量化，其创新技术主要体现在新电动底盘、新材料应用、新生产工艺、高比能量电池和智能化、网络化车载技术应用。

上海飞机制造有限公司副总工程师刘卫平表示，复合材料在商用飞机上大量应用已是一种趋势，我国商用飞机将大量使用复合材料，带动我国碳纤维及其复合材料在高端应用领域的快速发展。

中国南车株洲时代新材料科技股份有限公司副总工程师姜其斌指出，未来在交通领域，高性能轻量化复合材料将成为重点发展方向。并重点讲解了反应尼龙材料、芳纶蜂窝复合材料、阻燃轻质板材、长玻璃纤维增强热塑性复合材料（LFT）等几种典型高性能轻量化复合材料的工程化研究应用。

在碳纤维、芳纶及复合材料在汽车轻量化应用交流分论坛上，来自吉林硅谷碳纤维、江苏恒神、河北硅谷化工、中复神鹰、泰和新材料、广州汽车集团等企业的专家从低成本碳纤维生产、碳纤维市场分析及企业的对策、碳纤维复合材料在汽车轻量化方面的应用及推广的策略、基于轻量化材料的电动汽车结构设计与创新等内容进行深入探讨。

其中，江苏恒神股份有限公司技术顾问沈真基于市场需求分析，认为航空和工业碳纤维需求决定企业必须具备单条千吨线生产能力才能满足制造商的批量生产要求、实现质量稳定性和降低成本，并且碳纤维复合材料制品研发的特殊性决定企业必须具备从纤维、上浆剂、树脂直至产品开发和设计制造服务的全产业链发展模式。

在功能性纤维开发与应用科技论坛上，来自化纤生产企业、石油化工企业和高等院校等一线科研人员和专家，分别对高模低缩涤纶工业丝、保暖聚酯纤维、氨纶、丙纶等纤维功能性开发及其应用进行了学术交流。

搭建化纤产业创新升级和跨界融合的合作平台

7月16日，2015中国纺织工程学会化纤专业委员会学术年会在萧山同地召开。年会以“创新驱动、跨界融合、绿色转型和智能发展”为主题，举办“高性能纤维及复合材料科技论坛”和“生物基化学纤维及原料科技论坛”，同时揭晓了“中国化学纤维工业协会・恒逸基金”获奖优秀学术论文，并举办获奖论文专题报告。

作为全球化纤界唯一的学术技术奖，“中国化学纤维工业协会・恒逸基金”优秀学术论文奖自2013年设立以来，累计收集论文637篇，已评出一等奖 2 名，二等奖25名，三等奖47名，优秀奖143名。“超高分子量PPTA树脂及其高模量芳纶纤维的结构与性能”、“干法纺丝制备聚酰亚胺纤维及其结构与性能”、“低成本碳纤维制备新技术 ―― 增塑熔融纺丝法制备PAN纤维及其结构性能研究”、“轶纶？聚酰亚胺纤维的性能及在滤料中的应用”、“聚乳酸生物质纤维的研发、产业化及发展建议”等几十项化纤前沿新技术、创新成果得到业内高度关注并在行业推广，为化纤行业科技实力提供了战略支撑，推动了行业的科技进步。

在高性能纤维及复合材料科技论坛上，各位专家学者主要围绕国产碳纤维炭化装备的发展现状与趋势、连续玄武岩纤维产业发展规划、耐高温吸波碳化硅纤维的设计合成与性能、电纺纳米丝球结构聚醚砜的研制及其低阻过滤性能等研究方向进行深入交流。

第9篇

【关键词】射线检测，复合材料，无损检测

中图分类号：TU761.1+4 文献标识码：A文章编号：

前言

随着近代高新技术的发展，对材料性能要求的日益提高，单质材料很难满足性能的综合要求和高指标要求。因此复合材料凭借其优良的性能得到了广泛的开发和利用，成为了很多行业的优选关键材料。为了保证工程的质量必须要保证使用的复合材料的质量，这给复合材料的无损检验提出了更多更高的要求，如何提高无损检验技术也就成为了复合材料能否更多的被广泛应用的关键，从目前的情况来看，复合材料的无损检测技术有很多种，其中，射线检测是比较重要的一种，射线检测在工业产品的结构测量、缺陷监测和损伤评价等方面都得到了比较广泛的应用，在现代复合材料的无损检测中发挥着重要的作用，占据着重要的地位。

射线检测法在复合材料无损检测中的应用

X射线照相检测法

这种检测方法已经广泛的应用于工业检测领域，与现在的检测技术来说，是应用比较早的检测技术，是最传统的无损检测方法之一，其基本原理在于，通过射线来穿过不同的材料，因为材料的性质不同，射线在经过材料时的衰减量也是不一样的，从而射线的透射强度也是变化的，在胶片上就会呈现出明暗变化不同的影像，通过观察这些影像得到检测结果。针对X射线照相检测法可以检测到的材料的缺陷问题，倾向性的观点是可以发现夹杂物、气孔，而不能发现垂直于射线方向分布的脱粘和裂纹。X射线照相检测法的优点是成本低，易操作；其局限性为效率低，缺陷(裂纹)的方位是决定性的，要求与射线平行。

2、X射线实时成像检测法

随着生产规模的扩大和对复合材料质量的更高要求，早期的检测方法已经不再适用于材料的无损检测，它的可靠性和效率都已经不再适用新的要求，X射线实时成像检测法就是比传统检测方法更进一步的无损检测法，它的基本原理是利用X射线的特性，即穿透物体的时候，会因为物体的吸收及散射的原因产生衰减，从而在荧光屏上通过特殊的图像增强器会形成与物体内部想对应的图像，然后在通过摄像设备把图像转化成视频信号，然后输出，通过计算机的数字图像处理技术，对输出的视频信号进行分析，从而得到结果。这种检测法的优点就在于对材料的缺陷可以进行在线检测，检测结果自动生成，检测效率较高。其缺点在于，

通过这种检测方法得到的图像样品是层叠的影像，不利于观看和分析，缺陷的影像也是累积的，而不是三维的空间影像信息。现在已经发展的主要成像系统有：数字实时成像系统、荧光屏成像系统、图像增强器成像系统等。

射线计算机断层扫描检测法

此种检测方法是起源于前面提到的第一种方法，与第一种方法的不同之处在于，它的区别在于采用的是圆锥状射线，检测原理在于通过准直设备将圆锥状射线变成面状或线状扫描束，从而对射线穿过的物体的某一个断面扫射，得到一个断面的图像，通过分析每一层断面的图像就可以得到详细的检测结果，达到检测目的。

4、X射线断层形貌成像检测法

X射线断层形貌成像检测法的基本原理是利用样品散射的空间探测来描述材料的内部特征，从而通过分析，得到检测结果。这种检测法是X射线散射和图像成像的优点进行了结合的检测法，可以对材料机械性能的关系、晶体的界面面貌组织，尺寸进行研究，并且可以对微观的细小的损失进行分析。它具体的可以分为大、小角度X射线散射方法，大角度的X射线散射是无能量转变的弹性散射，对结构比较小的分子和原子结构能够快速反应。而小角度的X射线散射则是传统的一种对胶体、生物和聚合物进行研究的工具，也可检测纤维转向。

5、X射线康普顿散射成像检测法

康普顿散射成像检测技术采用散射线成像，射线源与检测器位于物体的同一侧，其技术上的显著特点是单侧几何布置。具有层析功能，一次可以得到多个截面的图像，也可得到三维图像。在理论上图像的对比度可达到100％。其局限性为，由于康普顿散射成像检测技术采用散射线成像，因此它主要适于低原子序数物质且位于近表面区厚度较小范围内的缺陷检测，通常它适宜检验的物体表层厚度区是：钢约为3ram，铝约为25ram，塑料和复合材料约为50ram。在应用时必须考虑基体材料和缺陷对射线的散射差别、检验要求的分辨力和成像时间。

6、中子射线照相检测法

中子照相检测法的基本原理是，通过准直器将中子源发射出的中子束射到被检验的物体上，因为不同的物体对中子的衰减系数是不同的，所以检测器记录到的已经投射形成的中子束分布图像就是不均匀的，通过分析这些图像，就可以对物体内部的杂质和缺陷有清晰的了解，与以前的R或X射线不同的是，中子射线照相检测法还可以对放射性的物质进行检测，并且可以对金属中的一些低原子序数物质进行检验，对同一元素的不相同的同位素也可以进行区分，这种检测法的缺点在于，中子源的价格昂贵，所以检测耗费就比较贵，中子的安全防护也是必须要特别注意的问题。

三．结束语

综上所述，目前已有多种射线检测技术应用到复合材料无损检测中，获得了较好的结果，对复合材料制备过程的质量控制及其产品的质量评价等起到了至关重要的作用。提高了复合材料的使用可靠性，同时也为复合材料结构设计提供了更多的选择机会。随着复合材料设计水平的不断提高和新制备方法的应用，将会有越来越多性能优良的复合材料被开发利用。

参考文献：

[1]徐丽 张幸红 韩杰才 航空航天复合材料无损检测研究现状(被引用 8 次)[期刊论文] 《材料导报》 2005年8期

[2]苏新彦 韩焱 微波在无损检测技术中应用 [会议论文]- 2005年全国射线检测技术及加速器检测设备和应用技术交流会

[3]吴斌斌 邬冠华 铝基复合材料无损检测研究进展 [期刊论文] 《无损探伤》 -2012年1期

第10篇

关键词：复合材料，教学改革，选修课

【中图分类号】TB33-4

复合材料是由两种或两种以上的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，与传统材料相比，复合材料具有许多优点，比如其成分及性能的可设计性高，由于加入了高性能的增强相，其强度和弹性模量很高，尤其是比强度远高于传统材料，另外还具有抗疲劳、断裂性能好、结构功能一体化等一系列优越性能，是其他材料难以替代的功能材料和结构材料，在国防、机械、化工、医疗等各领域有广泛的应用，是新技术革命赖以发展的重要物质基础。目前，复合材料已成为新材料研究领域的重要方向，对于材料科学的发展意义重大。正因如此，众多高校非常重视复合材料课程的开设，《复合材料》是材料学院材料科学与工程、金属材料、高分子材料等非复合材料专业本科生的专业选修课之一。根据复合材料涉及的分类，这门课程主要讲述复合材料增强体、复合材料的设计原理、聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等内容。通过学习，使学生了解复合材料的基本理论知识、分类及其应用前景，掌握材料所具有的使用性能，以及常见复合材料制备方法，以提高对于复合材料的设计、制造、性能及应用能力。但本课程的特点是内容繁杂，涉及了基体、增强体、复合原理、材料设计、成型方法及工艺、生产设备等内容，涵盖化学、物理、计算机、工程学等方面的基础课程。因此，在教学中普遍存在学生对所涉及的概念、理论不甚理解，导致厌学、重视不足现象，同时也存在教师很难将知识点一一阐述透彻，学生难以进行深入的学习等问题。另外，该课程多为陈述性内容，在授课过程中很容易陷入乏味的陈述之中，使得学生对本门课程无法提起兴趣。因此，针对以上题，本课程需要在教学过程中进行了改革，并分析复合材料学课程理论教学改革的方法和意义，以期为高等院校的相关课程和专业建设提供一定的参考。

1 授课内容改革

大学教育是创造性人才培养的摇篮，其专业选修课教学内容旨在开阔学生的视野，提高其创造创新能力，因此在教学中应该剔除陈旧的知识、固定的模式。《复合材料》这门课程的知识信息量比较大、直观性比较强，其内容涉及聚合物基复合材料、功能复合材料、陶瓷基复合材料、无机复合材料、金属基复合材料等诸多方面，但是在本科生培养计划改革中，该课程由原来的32学时压缩为16学时左右，在指定的教学时限内很难完成课程全部内容的教学。因此，需要对课程的内容进行进一步精简、合并，尽可能在体现其完整性的同时突出发展前沿的内容，教材也必须作整合化“手术”，在个性化的教材之中养成学科的风格与特色。例如，在我校材料科学专业主要是以金属材料为主，因此要重点学习金属基复合材料，在充分讲述了金属基复合材料的设计、制造、界面表征及性能分析后，要着重描述金属基复合材料的目前的研究及应用现状、发展方向以及存在的主要问题。而陶瓷基等复合材料则在介绍其总体理论后可以针对于某些发展方向进行延伸讲授，在完成大纲要求内容的同时，要突出重点和难点内容，使学生在明晰总体脉络的情况下，能够抓住主要方向，只有这样才能在较短的时间内达到较好的学习效果。

2 革新教学方法

前已述及，《复合材料》这门课的知识体系非常宽广、内容丰富、实用性较强，其内容归纳起来具有以下特点：一是课程内容包含的专业知识和门类非常多，并应用很多基础学科的知识来分析材料中的具体问题，有的内容非常具体而复杂，如复合材料的界面结合理论，有的内容则比较抽象而难懂，如材料的晶体结构和力学性能的微观机理等；二是同时具有很强的理论性与实践性，一方面有很多的理论分析与公式推导，在分析和推导的过程中要建立具体的物理模型，并结合材料内部的具体结构进行相应的处理；另一方面要应用基本理论和方法来分析、解释和处理材料方面的实际问题；三是该课程内容中包含大量抽象、复杂且不易理解的概念。如果使用传统的黑板加粉笔的教学方式，只能是学生得到一些感知的内容，无法使其得到直接的体验，显得枯燥无味呆板。好在现在各学校基本上都普及了多媒体教学，为了吸引学生在课堂上的注意力，提高学生们的学习兴趣，实现本课程教学的最终目标，需要在多媒体教学的基础上对教学手段进行相应的改革。可以从以下方面入手：

（1）在教学中把多媒体、影像资料、CAI 课件等现代化教学手段应用到在教学中，在课堂上用文字、图片、动画和视频以及声音等资料来进行教学活动，可以在有限的时间内提供给学生最大的知识信息量。

（2）采用授课―交流―讨论的流程，通过向学生讲解与授课内容相关的学术论文，让学生从科研的角度认识复合材料，同时了解复合材料发展的动态，并与其在各领域的应用结合起来。授课的同时积极与学生进行互动交流，共同探究论文中学术论点，必要时可以让学生自己查阅总结科研文献的观点，并进行分析评阅，进而提升自身综合实力。

（3）《复合材料》这门课程陈述性内容较多。如果采用“以教师为主体、以课堂为中心”传统的灌输式教育，会使课堂教学气氛呆板，使得学生的创造性思维受到严重束缚，既降低了学习效果，也忽视学习能力的培养、科研能力的培养。因此在教学过程中，除了对本门课程的难点和重点知识点进行详细讲解外，其他容易理解的内容，可以让学生先在老师的引导下自行阅读并完成读书报告，然后老师对其读书报告进行讲评，这种自学方式有利于培养学生的自学能力。

3 优化考核办法

课程考核是大学教学活动的重要环节，是对教师授课及学生学习效果的检验，对督促学生主动学习，引导和促进学生潜能、个性和创造性等的培养具有重要作用。《复合材料》课程涉及的领域广、范围大、知识点多，如果单纯以闭卷答题的方式进行考核，则会在一定程度上约束学生的思维，不利于考查学生的综合运用知识分析问题和解决问题的能力，无法全面评估学生对这门课程的掌握情况，因此，如何既能充分发挥学生的创造性，又能达到考核的目的，这是亟需解决的问题。《复合材料》是一门专业选修课程，期考核方式可以相对灵活一些，能够采用综合考核、灵活应试的办法，在研习传统考试模式的前提下，提高平时考核成绩的比重，在平时成绩的考核中，可以采用学生在课堂上发言和讨论、撰写读书笔记和科研报告等多种方法对学生进行综合考核，尤其是让学生撰写科研报告，报告中要求学生通过阅读相关专业书籍及国内外期刊，总结出复合材料最新研究进展、应用技术及发展趋势等内容，以此提高学生对所学知识的掌握，并使学生在考核过程中掌握了科研论文的查阅总结能力。将这几种考核方式相结合，可以促进学生在学习过程中积极主动地参与，避免平时不用心学习，考试时突击学习情况的发生。

4 结语

课堂上教师的“讲授”是为学生的“学习”作铺垫和服务的，讲授过程中教师应该是导演，是学生学习的引导者。因此，教师应该积极与学生互动，在此过程中，教师要大胆放手，让学生充分发挥主观能动性和创造性，想方设法激励和引导学生积极主动地去探究、去思考，并乐于实践；只有这样，才能实现“先学”的目标，才能把课堂的主动权真正还给学生，突出学生是课堂教学的主体地位。

总之，《复合材料》作为一门专业选修课程，其教学改革是一项系统的改革，要运用各种有效的教学手段，采取科学合理的综合考核形式，培养学生获取知识的能力、综合能力、创新能力、发现问题和解决问题能力以及养成良好的科学素养。

参考文献

[1] 王献彪.材料学专业本科生课程创新能力的探索[J].文学教育.2010，（7）：69；

[2] 王献彪，徐文总，刘瑾等.《复合材料》课程互动式教学的实践与探索[J].广州化工.2012，40（10）：174-175

[3] 赵洪凯，肖力光，刘亚冰等.《复合材料》课程建设与教学研究[J].广州化工.2010，38（10）：229-230

第11篇

关键词:复合材料;轴承;聚四氟乙烯

高速转动轴承常采用在真空、高速、高温等严苛条件,高速转动轴承的工作情况决定了所要采用的复合材料应该具有优越的摩擦磨损性能、阻尼性能、导热性能、耐腐蚀性能等特点。由于性能的多样性,一般的材料是不能满足这些性能的,需要选取可以部分满足这些性能指标的常用材料合成新的复合材料。

一、复合材料的性能指标

高速转动轴承的性能跟所采用材料的磨损量、摩擦系数、损耗因子和高度都有直接关系,总结分析性能较好的高速转动轴承的采用材料应该具有以下几个性能:

(1)摩擦系数。摩擦系数对高速转动轴承的影响很大,特别是在玻璃化温度范围外。

(2)粘弹性能。粘弹性能主要体现在较大的平均损耗因子和较大的损耗因子峰值、较宽的玻璃化转变温度范围。同时,在经济成本允许的情况下,材料的动态力学性能最低值不能低于0.05。

(3)导热、耐热性能。复合材料能在高温下工作,快速有效地排出减振过程产生的热能。

(4)耐磨性能。良好的耐磨性能可以延长材料的使用寿命,减少轴承的拆卸次数,提高生产效率。因此,磨损率越低越好。

(5)耐腐蚀性能。复合材料轴承可以适应油污等恶劣的工作环境。

二、复合材料轴承的设计

(一)复合材料的选取

根据高速转动轴承的性能指标,采用的基体材料是满足条件的具有化学惰性、自、耐高低温、摩擦系数稳定的聚四氟乙烯(PTFE)。为了改善聚四氟乙烯的耐磨损差、导热性不好的等缺点,可以用短纤维,如玻璃纤维和碳纤维,填充PTFE可以减小磨损、提高摩擦系数和改善导热性。由于短纤维的自身特点,填充后的复合材料的摩擦系数变得不稳定,需要添加摩擦系数较大、力学性能优良的聚酰亚胺(PI)。这样不仅可以避免摩擦系数不稳定,PTFE和PI混合之后还可以改善聚四氟乙烯的粘弹性能、扩大复合材料的使用温度区间。

(1)聚四氟乙烯(PTFE)。聚四氟乙烯的相对密度为2.17~2.19,分解温度为400℃,熔点为327℃,其可在260℃以下的环境里持续长期使用,摩擦系数较小,具有优良的耐腐蚀性。由于聚四氟乙烯熔融化粘度很大,要采用冷压和烧结结合的成型方式。

(2)聚酰亚胺(PI)。聚酰亚胺的长期使用温度范围在-200~300℃之间,具有高绝缘性能、无明显熔点、耐腐蚀、耐高辐射、耐火焰和吸水性差等特点,被认为是一种综合性能良好的有极高分子材料。PI虽然具有较高且稳定的摩擦系数、优良的耐磨性能,但是其韧性较差,目前使用成本较高。

(3)玻璃纤维(CF)。玻璃纤维是一种常用的短纤维。CF的密度比铝小、强度比钢大,同时具有耐腐蚀性、耐高温和良好的导电性能。是一种具有热学、电学和力学性能的优良材料。

(二)复合材料轴承模具设计

模具尺寸和形状主要根据轴承成型收缩率来确定。影响成型收缩率的主要因素包括成型温度、成型压力、成型保压时间、模具温度、制件形状、塑料含量等。

针对复合材料轴承, 设计模具时重点应考虑以下几点:

(1)浇注流程平直而短,系统界面要大,以利于粉料的分散。

(2)针对壁厚及轴承形状应特别考虑料的有利流畅通填充型腔。

(3)为使塑粉料分散,进料口增大,其长度取短。

试验表明,采用冷压和烧结结合制备工艺制造的模具,能满足该复合材料的设计要求和特点。构成动模和定模组成了型腔,主流道则设在定模一层。在轴承外圈,受定模上的凸形环的影响,制品应留在动模一侧,并且利用塑料的热膨胀性,快速从动模上取下来。在轴承内圈,开模后,无论模腔内的一对嵌件留在定模还是动模上只要将其拔出,就可以取出制件。

采用上述成型工艺,经过噪声试验和疲劳试验,用所设计的复合材料轴承模具制备的试件完全满足轴承的性能指标,而且具有更显著的优点。

三、复合材料的制造技术

根据该复合材料的特性,应采用冷压和烧结结合的制备工艺。具体步骤如下:

(1)原料干燥处理。将聚四氟乙烯粉料在120℃以下的烘焙箱中干燥处理8h,出去颗粒之间的水分。聚酰亚胺粉料在烘焙箱中干燥处理2h以上。短纤维也要经过干燥处理,便于与原料均匀混合。

(2)称重。按照规定的配比,用电子称选取适当的各种粉末。

(3)混料。在高速搅拌机中,将粉料搅拌约10分钟,使粉料混合均匀。

(4)压制成型。按所需轴承尺寸大小称取混合均匀的粉料填入模具,将液压机设定合适的压力压制成型。整个过程分两次卸压,并保压10分钟,确保气体从粉料中即使排出,这样制造的制品干燥密实。

(5)烧结固化。将烧结炉提前设定好烧结工艺,把压制好的制品放入烧结炉使制品烧制成型。

四、复合材料的应用

复合材料不仅仅在高速转动轴承中得以应用。在其他机械制造行业中也得到了广泛的应用。青岛第六橡胶厂首次在Φ610×1730橡胶机械上使用GS材料,获得了较为理想的使用效果和良好的耐磨性能,引起了橡胶机械制造、设计人员以及谁被管理人的极大热情和兴趣。之后,许多橡胶厂也开始研制这种复合轴承,也取得了一些较为满意的结果。

复合材料轴承早就在橡胶行业中大量应用,采用这种轴承的橡胶厂,对该产品有极高的评价,一致认为在橡胶机械的滑动摩擦部件和轴承上使用复合材料,能减少油的使用量和达到间断,解决漏油;保证产品质量和节约油;实现安全文明生产。

继青岛第六橡胶厂之后,肥城橡胶厂采用复合材料取代铜瓦解决三辊压延机漏油问题。枣庄橡胶厂也在开炼机、三辊压延机和四辊压延机上采用复合材料轴承。在压延机采用复合轴承,有效的避免了因电流过高造成的跳闸停电,使得铜瓦因发热而造成的烧瓦问题。使用复合轴承后,电流也大幅度下降,从使用前的800~1000A,降低到400~500A,确保正常生产。

随着,复合材料轴承稳定性加强,越来越多的橡胶机械厂也开始在新机中使用复合材料轴承,取代原来的铜套或铜瓦。例如,桂林橡胶机械厂在硫化机和其他橡胶机上采用复合材料轴承,并且在该厂的其他产品中逐步扩大使用量。大连橡胶机械厂也将复合材料轴承取代了双模定型硫化机中的铜套。

由于复合材料轴承具自身独特的使用性能,可以取代许多机械设备上的金属、非金属的滑动、滚动轴承。下面举几例可供参考借鉴。

(1)应用在汽车上。汽车的传动轴万向节轴承、方向机、减震器等都可以采用复合材料轴承。由于每辆汽车约使用数十件部件,汽车工业中对复合材的使用量比较大。

(2)应用在高压齿轮泵上。高压齿轮泵采用复合材料轴承代替原来的滚针轴承,可以使泵的工作压力提升约25%,由16MPa提高到20MPa以上。与此同时,高压齿轮泵的寿命也提高3倍以上。

(3)应用在穿孔机万向节上。穿孔万向节采用复合材料轴承取代原来的滚柱轴承,使使用寿命达到一年以上,每台穿孔机年增效益近15万。

(4)应用在锻压机床上。锻压机场采用复合材料轴承比较广泛、时间也较长。

参考文献:

[1] 赵娟.高速滑动轴承―转子系统的动态特性研究[D]. 中国优秀硕士学位论文全文数据库,2009

第12篇

【关键词】复合材料微波工程金红石陶瓷一玻璃

伴随着科学技术的蓬勃发展，地球上原有的材料已经不能满足人类的需求，正是在这种情况下，复合材料应运而生。复合材料通过将两种以及两种以上的物质进行融合而产生出一种新型的可以被人类运用的材料。伴随着复合材料性能的不断改善以及功能的不断变化，一部分复合材料已经可以被运用到微波工程领域之中，并对微波工程起到巨大的作用。

一、微波及微波的特性

微波是电磁波的一种。微波的波长在1毫米到1米之间，微波的频率为300MHz―300GHz。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。相较于其它波段的电磁波，微波具有以下几个显著的特征：（一）微波的穿透性。区别于其它辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等，微波的波长更长，具有更强的穿透性。微波透入物体时，能与物体分子相互作用使分子产生震动，当微波频率为2450兆赫兹时，可使物体的分子每秒产生24亿次以上的震动。动能转化为热能，从而使物体的温度达到整体上的同时升温，避免了物体在进行热传导时的热量损耗。同时，由于物体在加热过程中不会出现热传导现象，从而大大缩短了物体的加热时间。（二）微波对不同的物体体现出不同的加热效果。由于微波穿越不同物质时，微波对于不同物质的震动会产生不同的影响，这就使得了微波在加热过程中具备了加热选择性的特征。当微波穿越玻璃、塑料和瓷器等物体时，微波几乎是穿越而不被吸收；当微波穿越水和食物等物体时，这些物体会受到微波的影响而自身产生热量；当微波穿越金属类物体时，微波则会被完整的反射回来。家中常用的微波炉加热物体正是利用了这种原理。微波炉的外壳采用金属类物体，避免了微波炉加热时，微波穿透微波炉外壁对周围的物体产生影响；加热的物体大多含有丰富的水分子，保证了物体整体的热量；盛放物体的容器大都为塑料和瓷器类物体，当微波穿越这些物体是，几乎不会被吸收。可见，微波对不同的物体体现出不同的加热效果。（三）微波的信息性。相比较于低频无线电波，由于微波具有非常高的频率，这就使得在狭小的相对带宽下，微波可用的频带非常广，可以达到数百甚至上千兆赫兹。这就意味着在同样的条件下，微波可以携带的信息容量要远远大于低频无线电波。因此，目前国际上所使用的现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无例外都是工作在微波波段。同时，微波信号还可以提供相位信息、极化信息以及多普勒频率信息，这些信息可以帮助人类更好的对目标进行检测和对遥感目标的特征进行分析。

二、复合材料的定义

复合材料（Composite materials），是指由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

三、复合材料在微波工程中的应用

（一）金红石陶瓷一玻璃复合介质

金红石陶瓷结构作为应用的最广泛的微波介质正被广泛的应用于各种微波工程之中。金红石陶瓷结构本身所具有的相对介电常数大、微波插人损耗小以及温度稳定性好等特性也是微波工程选用此类结构的主要因素。但是单组分金红石陶瓷结构本身较为疏松，其机械强度较差，基本上不能对其进行机械加工，因此以前该结构的运用受到了很大的限制。

随着复合材料技术的不断进步，一种新型的可以提高金红石陶瓷结构致密度，同时可以改善其机械强度，使其能进行机械加工的复合材料被研发出来。其基本指导思想如下：由于微波具有穿透性的特点，当微波遇到玻璃、塑料和瓷器的物体时，微波几乎是穿越而不被吸收，如果能将金红石陶瓷与玻璃进行复合，则可以在不降低金红石陶瓷结构本身正常工作的情况下，提高金红石陶瓷结构致密度并改善其机械强度，其达到能进行机械加工的目的。

首先，将CaO， B2O3和SiO2按一定比例进行配料、球磨后，在1320℃的高温下烧结后制成玻璃粉；然后把制成的玻璃粉与由ZnO和SiO2在1320℃的高温下生成的硅酸锌粉按一定比例混合并进行球磨、过筛，生成玻璃相；最后将玻璃相与TiO2、ZnO、CaF2、BaCO3以及ZrO2等按配方配制，经过严格的工艺流程、球磨、成型以及在940℃的温度下烧结，生成金红石陶瓷一玻璃复合介质。这种复合介质既保留了金红石陶瓷的特征，又有好的机械强度和硬度。这种材料的相对介电常数约为100，当部分填充工作在米波波段的高功率微波终端时，能使高功率微波终端沿传输方向300mm的几何长度就能获得约2.5m的电长度，有效地缩小了体积，满足了微波工程的实际应用需要。

（二）铁氧体-陶瓷复合材料。雷达作为现代最重要的通信工具诞生于20世纪40年代。其工作原理是：雷达发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的信息。

为确保雷达在某一时点向某一方向发射电磁波时，不会同时向其它方向发射电磁波，这就需要在发射电磁波方向的反方向具有很强的吸收微波作用的物质。在雷达运用的早期，通常选用锰锌软磁铁氧体和镍锌软磁铁氧体作为吸波材料。两种材料在雷达工作时具有高磁导率、高电阻率、低损耗等特点，且成本低廉。

然而，由于锰锌和镍锌都属于金属类产品，对微波具有反射作用，而影响到微波吸收率，从而干扰到雷达电波的准确程度。

随着复合材料的发展，人们逐渐意识到：如果能够使用几乎对微波不会产生任何影响的陶瓷取代传统的铁氧体材料，这种局面也许能打破，一种新型的铁氧体-陶瓷复合材料应运而生。这种复合材料的微波阻抗在很宽的频带范围内几乎不发生变化，使用这种新型材料设计制造的天线和微波类传输线等器材在实际应用中都产生了非常好的使用效果。

（三）选择性透波复合材料

随着我国经济的发展，我国的综合国力得到了显著的增强。我国的航空航天事业及军工事业也得到了非常快速的发展。在此基础上，我国对于透波材料的需求，尤其是选择性透波复合材料的需求也不断上升。透波材料在航空航天领域中具有重要的地位，是航空航天器材所不可缺少的重要外部材料。当航空飞行器在遇到恶劣飞行气候或是在通信环境非常恶劣的条件时，透波材料可以保证航空飞行器的通讯、遥测等系统的正常运转。同时在运载火箭、宇宙飞船等领域也有重要的作用。伴随着技术的进步，新型的选择性透波复合材料正成为业界所关注的重点。选择性透波复合材料是对频率选择表面技术同复合材料相结合，从而产生的一种新型的材料工艺。选择性透波复合材料对行器的隐形技术有着重大的贡献，它可以在保证飞行器自身通讯正常工作的情况下，屏蔽其他外来电磁波对飞行器的侦查和干扰等。结论：随着复合材料技术的不断进步，各种穿透性好、透波性能好的复合材料相继问世。由于纳米材料的研制成功及其应用技术的发展，新型功能剂不断出现，，透波、吸波性能越来越高。这些都极大地提高了复合材料在微波工程中的使用范围，增强了微波工程的使用效果。相信在不就的将来，复合材料在微波工程中的应用将越来越广泛，复合材料所起到的效果也将越来越重要。

参考文献

[1]张昌天，李晶晶，江大志，肖加余.二维点阵复合材料圆筒结构软模辅助缠绕成型及轴向压缩性能研究.复合材料：创新与可持续发展（下册）. 2010

[2]刘时风，王勇，陶雪荣，陈显锋. AU2000声-超声复合材料检测系统研制.复合材料的现状与发展―――第十一届全国复合材料学术会议论文集. 2000

[3]孟凡颢，陈绍杰，童小燕.缝合/RTM复合材料及其计算分析的工程方法.复合材料的现状与发展―――第十一届全国复合材料学术会议论文集. 2000

第13篇

关键词：复合材料；机械制造；应用；行业

对于复合材料而言，它主要是由两种或者两种以上性质不尽相同的材料经过各种施工工艺组合而成的新型材料，复合材料的每一组成材料在性能方面都发挥了很强的协同作用。复合材料具有强度好、刚度大、质量小等优势，能够根据不用的使用条件进行设计和制造，以满足各种不同的用途，从而大幅度提升工程结构材料及其功能材料的整体性能。通常情况下，复合材料拥有良好的比模量和比强度，并且化学稳定性好，耐磨、减磨、自滑性好，耐热性好，高抗热冲击性和高韧度，导热性和导电性能良好。所以，当前复合材料已经广泛应用于航空航天、机械制造、电子、纺织、医学、汽车工业等诸多领域当中，产业化形势初具形成。笔者通过本文，针对复合材料在机械制造上的应用进行阐述。

1.关于复合材料的基本概述

由于复合材料各组成材料在性能方面实现了协调，能够实现单组材料所不具有的优势，例如，复合材料具有强度高、刚度大、质量小等优点。

可将复合材料分为功能型材料与结构型材料，前者具有良好的耐磨、耐高温性，适用于机械零部件制造，在保证工件质量的同时，也可适当的增加其使用寿命；而后者则可以很好应用于机械设备制造中，它具有质量小、强度大等优势，有效降低了机械设备的重量。

2.在机械制造上应用复合材料

在制造机械的过程中，应该按照零部件工作环境的不同来确定原材料的选择、工作环境、受力分析和一些特殊的条件等等。一方面要保证零部件在工作过程中不能出现失效的情况，另一方面还要尽量的增加其实际使用寿命。下面将对部分复合材料的主要性能、特点及用途进行集中阐述。

2.1不锈钢复合钢板

不锈钢板是由合金元素组成，这些元素也决定了不锈钢板性能的差异；由于这些元素的存在，因此造就了不锈钢板具有极佳的耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能，是在钢材里面是最好的。不锈钢复合板采用先进的真空轧制工艺，可以确保让不同材质材料之间形成原子结合，结合率可达100%。不锈钢复合板具有良好的导热能力，又具有防腐蚀功能，可大量用于焦化设备。如使用于蒸氨塔，可以提高蒸氨塔的使用寿命，降低运行成本；另外一方面因其防腐性能，又能应用于蒸氨设备。

2.2玻璃纤维复合材料

这种复合材料是热固性树脂和纤维的复合，其密度小、强度大、抗冲击性强。收缩性小、耐腐蚀。同时。热塑性树脂和纤维的复合，还具有良好的注射成形和低温韧性。

玻璃纤维复合材料通常运用到耐腐蚀、耐磨、绝缘、无磁、减磨和普通机械零部件、泵阀、管道和容器当中。

2.3碳纤维石墨纤维复合材料

这种复合材料主要是由碳-陶瓷复合、碳-树脂复合等，它具有良好的比模量、比强度、比刚度，而且线膨胀系数小、耐摩擦、自性和耐磨损性良好。此外，它还具有很好的耐热性和耐腐蚀性。

碳纤维石墨纤维复合材料在航空、宇航、原子能等工业中主要使用在压气机叶片、发动机壳体、轴瓦、齿轮、机翼上。

2.4硼纤维复合材料

这种复合材料主要是硼和环氧树脂或者铝复合而成，具有良好的比刚度和比强度。

硼纤维复合材料主要应用于火箭、飞机等构件当中，能够有效降低的机械设备的质量。

2.5晶须复合材料

晶须复合材料中的晶须为单晶，没有普通材料的空穴和错位等毛病，而且具有很强的机械强度。

通产情况下，晶须复合材料应用于涡轮叶片当中。

2.6石棉纤维复合材料

石棉纤维复合材料主要是纤维和树脂的复合，具有良好的绝缘性、耐磨性、耐热性和耐酸性。

石棉纤维复合材料主要应用在绝缘材料、制动机械部件和密封件当中。

2.7金属粒塑料复合材料

金属粒塑料复合材料主要是将金属掺入到塑料当中，能够有效改善自身原本具有的导电性和导热性，并降低线膨胀系数。

石棉纤维复合材料主要应用于铅粉加入氟塑料所做的轴承材料当中。

2.8陶瓷粒金属复合材料

陶瓷粒金属复合材料能够有效提升机械设备的高温耐磨性、抗腐蚀性以及等性能。

陶瓷粒金属复合材料中氧化物金属陶瓷主要用于高速切削材料和高温材料当中；而碳化铬则主要应用于耐磨喷、耐腐蚀、高温无、重载轴承的零部件当中。

2.9弥散强化复合材料

弥散强化复合材料主要是将尺寸比较小的硬质粒子均匀的分布于金属基体当中，从而极大地提升了机械设备的耐热性和强度值。

弥散强化复合材料一般应用于比强度较高、耐热性良好的工件当中。

2.10多层复合材料

多层复合材料主要是指钢-多孔性青铜-塑料三层的复合，具有良好的耐磨性和抗冲击性。

多层复合材料通常应用于热片、轴承以及球头座等耐磨件当中。

2.11多孔浸渍复合材料

多孔浸渍复合材料主要是指多孔材料浸渍到低摩擦系数的油脂或者氟塑料当中，能够有效降低摩擦力。

多孔浸渍复合材料一般应用于轴承、油枕当中，而浸树脂石墨则往往用于抗磨材料当中。

3.在冲压模具的制造上应用复合材料

因为各种各样的冲压模具所处的工作环境有所差异，因而，针对模具材料的要求也不尽相同。我们可以将这些模具材料大体上划分成三种：首先是冲裁模材料的要求；其次是拉伸模材料的要求；第三是冷挤压模材料的要求。对于这些模具制造来说，它们要求原材料能够承受振动、冲击、拉伸、高压、摩擦、扭曲等负荷，甚至还要在超高温条件下完成工作。从当前形势来看，制造冲压模具的材料大部分是以钢材为主，由于碳素工具钢在价格方面相对便宜，并且容易加工塑性，因而它被广泛应用于模具制造当中，然而其红硬性和淬透性较差，在进行热处理时将会发生较大的形变，并且承载能力低，不适用于塑性低、硬度大的零部件制造。例如，硬质合金钢的抗弯强度、韧性差，对于一些需要较强硬度和韧性的机械设备制造就无法满足要求，而复合材料在性能方面则具有较强的比强度和比模量，它能够有效抵抗刃口在工作过程中所受到的各种强烈冲击和摩擦。

4.结语

总而言之，复合材料科学是一种包含了诸多行业、领域的新兴学科，由于其具有质量小、强度大、加工便捷、弹性良好、抗化学腐蚀、耐候性好等优势，现已经广泛应用于航空航天、电子、汽车、医学、化工等诸多领域当中。近年来，针对新型复合材料的设计及其性能的研究与评价获得巨大进步，复合材料在材料工业当中所占比例也逐渐增加，因而产业化趋势得到显著加强。伴随科学技术的深入发展，复合材料也势必会在更多的领域和行业中发挥越来越大的作用。

参考文献：

[1]关锦清，文潮，刘晓新，唐仕英，林英睿，李迅，周刚.不锈钢复合板与16MnR钢冲击拉伸力学特性研究[J].兵器材料科学与工程，2010（01）.

[2]王正中，蒋玉滨，孙小伟.东风微型轿车复合材料车身的开发与应用[J].玻璃钢学会第十五届全国玻璃钢/复合材料学术年会论文集，2008（22）：275一278.

[3]李文军，殷江宁，邢高磊，岳强，崔广梅.321/15CrMoR金属复合板压力容器封头的制造[J]，材料开发与应用，2011（05）.

[4]王宏雁，陈君毅.汽车车身轻量化结构与轻质材料[M].北京：北京大学出版社，2009：50-153.

第14篇

Abstract： Although the FRP has been abundantly studied at home and abroad, there are many uncertain factors in practical projects. suffered from composition, processing technique, bonding methods and other influence factors, deformation, deflection change and failure mode of composite materials are not consistent with different shape and force of materials. This paper conducted indoor experiment and numerical simulation to H-shaped GFRP beam, and studied the mechanical properties and failure form.

关键词： FRP；加载试验；数值模拟

Key words： FRP；load test；numerical simulation

中图分类号：TB3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）05-0208-01

0引言

复合材料[1]是由两种或者两种以上的单一材料，用物理或者化学的方法经人工复合而成的一种固体材料。复合材料不仅可以克服一些组分材料的缺点，而且能够提供一些组分材料所不能有的优点，其微观构造和复合机理是非常复杂的。组成复合材料的成分，绝大多数是由人工制成或者是人工合成的，因此不会出现资源减少或者是枯竭现象。复合材料产品和一些金属、非金属材料相比，可以大大降低能源消耗，减少材料消耗，大幅度减少腐蚀和磨损，缩短生产周期，提高产品的性能，延长使用寿命。FRP是纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer）英文名字的缩写。二十世纪五、六十年代以来，由于航空工业的发展需要，FRP复合材料被研究开发，并广泛应用于航空航天领域，如飞机制造、导弹、卫星部件等[2]。近年来，随着FRP复合材料制备加工工艺的发展和原材料价格的大幅下降，FRP复合材料被成功应用于土木工程领域，开始用于既有结构加固和新建结构工程当中，成为一种新型的、高性能的智能化土木工程结构材料。利用FRP材料取代钢材，将成为土木工程行业的一次革命。

1工字型GFRP梁的室内加载试验

GFRP即（Glass Fiber Reinforced Polymer），玻璃纤维增强复合材料，最先出现在美国并以用于实际中，时至今日它的生产工艺最为成熟，理论研究最为先进的一种纤维增强复合材料，本试验采用的复合材料为南京某复合材料生产厂家生产的拉挤型纤维增强复合工字型材料，试验在GFRP梁跨中和两端分别布置了百分表和单向应变片，用来测试工字型GFRP梁在受力过程中产生的应变和变形。整个试验采取分级加载，直至工字型GFRP梁发生破坏，其破坏形式为整体弹性失稳。

2工字型GFRP梁的数值模拟

本文采用大型通用有限元软件ABAQUS对工字型GFRP梁受力进行数值模拟。建模主要包括以下几个过程：①Proterty模块中GFRP材料属性和材料弹性主方向的定义。②Mesh模块中对GFRP梁的网格划分。③Interaction模块中耦合作用的设置。④Load模块中荷载和边界条件的设置。⑤Job模块提交作业分析以及Visualization后处理。把室内试验测试数据与有限元软件ABAQUS模拟结果进行比较，对比图见图1。由图1荷载-应变曲线和荷载-位移曲线可以看出，随着荷载的逐渐增大，梁跨中底部的应变和位移值基本都是按照线性增大的，说明工字型GFRP试验梁的整个受力过程为弹性工作阶段，其破坏前没有明显征兆。图中显示的实测值和ABAQUS模拟值有一定的差距，分析原因有以下几点：试验过程中百分表采取人工读数，多次人工读数会产生误差；室内试验采用油压千斤顶手动加载，随着梁受力沉降，会出现卸荷现象，需要及时的人工补载，这样不能保证荷载处于稳定值，对试验数据的采集产生一定影响；采用ABAQUS数值模拟建模过程中，有多种网格划分形式，不同的网格划分对模拟值会有一定影响。

3结论

通过室内试验结果和ABAQUS数值模拟结果相对比，ABAQUS模拟曲线与实际试验结果曲线相吻合，证实用ABAQUS模拟工字型GFRP梁的受力分析相对准确性。梁的四点弯室内试验中，分配梁支座下的工字型GFRP梁属于纯弯段，特别是梁跨中处由于受力分析清晰、挠度变化明显和应变的增减可测，是研究GFRP梁力学性能典型位置。故本文试验点数据采集和ABAQUS数值模拟变形和应变都选取梁跨中处。作为一种新型建筑材料，本文只是对工字型GFRP梁进行室内试验和数值模拟，了解其部分力学特性，对于和其它建筑材料相比的区别和优势，还有待试验进一步研究。

参考文献：

第15篇

毕业设计是高职复合材料专业教学计划的组成部分，是实践教学的重要环节之一，是学生在校期间对所学复合材料专业知识的综合应用，是提升学生专业技能、分析解决问题以及对科技论文撰写能力的一次有效锻炼，同时其也是毕业生们从学校走向社会，对所学基础课程知识、专业课程知识和各种综合能力接受全面检验的一个重要阶段。毕业设计的质量是衡量高职院校人才培养质量以及教育教学水平的一个重要指标，特别是在目前高职院校教学评估和巡视诊断工作中，毕业设计更是检查评估的重点。

2高职复合材料专业毕业设计存在的问题

对近三年来，高职复合材料专业毕业设计的完成情况进行总结与分析，毕业设计存在问题主要来自以下三个方面。

2.1学校方面

①毕业设计时间短，与就业实习时间有冲突。高职复合材料专业按人才培养方案将毕业设计安排在第五学期，共八周时间。但这段时间也正是毕业生找工作，签订就业协议的时间。很多学生一旦找到了合适的岗位后，便立即与用人单位签订合同，出去顶岗实习，例如12级专业就有20名左右学生与菲舍尔航空部件公司签订就业协议，提前进厂顶岗实习。学生不在学校，这给毕业设计指导带来了很多的阻碍，指导教师只能通过电话、短信、邮件等方式和学生进行联系，无法进行面对面指导与交流，论文指导效果非常不好。有些学生离校后更换手机号码，不主动和指导教师联系，造成教师根本无法联系上指导学生，更不要谈就论文进行定期指导了。

②开展毕业设计的实践条件不足。毕业设计的选题大致为复合材料成型与胶接两个方向，学校虽然有一定的复合材料的成型和胶接的实验实训条件，但由于场地小，设备缺乏，无法满足专业学生的毕业设计要求，因此学生的毕业设计完成大多是参考相关文献进行工艺设计，只是理论上的分析，不仅学生完成困难，而且没有具体的工艺实训过程操作，内容空洞。

2.2教师方面

①师资匾乏，教师指导压力大。指导教师相对于学生的数量严重不足，教师指导压力大，无法保证对每位学生毕业设计进行有效的指导。毕业生忙于就业和实习，对于毕业设计不上心，加之高职学生基础薄弱，专业论文撰写的能力不强，所以老师指导起来更是压力倍增。教师在指导毕业设计同时还要完成相对较多的教学任务，往往会精力分散，指导学生又多，导致指导效果不佳。

②选题理论化，部分与生产实践脱节。虽然专业教师均具备硕士学位，专业理论水平高，但多半缺乏企业工作经历，不能及时准确把握企业动态和职业岗位的需求，因此在毕业设计选题上很多老师多半采取由学生自主选择毕业设计课题或让学生参与自己的立项科研课题，而未考虑学生职业岗位的需求。因此选题理论化，与生产实际脱节。

2.3学生方面

①对于毕业设计积极性不高。在毕业设计期间，很多学生忙于找工作和提前进入企业实习，对于毕业设计积极性不高，得过且过。学生常常不能按时完成老师布置的毕业设计的选题和资料搜集任务，也不能参加老师定期的指导会议。对于后期的论文修改，也不能及时认真修改，很多学生都是随意修改下，就交上来，态度不认真。还有部分同学很难联系上，对于毕业设计任务置之不理。

②搜集、整理资料能力差。撰写毕业设计首先应搜集相关专业资料阅读，并进行分析和整理，随后才能开展毕业论文的撰写。但很多学生搜集网络资料的能力非常差，大多数学生只会使用简单常用的搜索引擎，对于相关论文数据库的使用和信息检索非常陌生。同时，学生资料整理能力也有限，只会将查到的资料东拼西凑、无序堆积，缺乏逻辑性和前后的连贯性。

③毕业设计撰写能力差。毕业设计的撰写指导教师只起引导作用，主要给出资料搜集任务和对论文的修改意见，论文主体是由学生完成。大多数学生撰写毕业设计能力较差，在撰写毕业设计茫然一片，不知道如何编排结构，如何进行分层分析，逻辑推理。只是对搜集到的相关资料进行拼凑，论文内容逻辑混乱，前后层次不明，不连贯，读起来一头雾水。有部分学生内容与题目基本没关系，论文格式更是五花八门，错误百出。

3提高毕业设计质量的途径

3.1调整毕业设计时间，提前布置毕业设计任务

条件允许的情况下，可以把毕业设计任务提前到第四个学期的期末，在学生参加暑期顶岗实习前，进行毕业设计工作动员和任务预分配工作。要求学生在顶岗实习期间，结合自己实习的相关工作拟定毕业设计课题范围，在相关专业岗位认真将其工艺流程、参数等进行详细记录的任务，并要求学生完成实习岗位工艺的相关科技文献查询任务，开学以书面报告形式上交给指导教师。这样为学生后续毕业设计完成积累了素材，完成毕业设计也会顺手很多。

3.2重视毕业设计选题，注重与生产实践相结合

毕业设计的选题应在理论深度上降低要求，注重其技能性和实用性。学生可在顶岗生产实习的过程中自主选择适合工作岗位的课题。由于学生所选课题紧贴工作岗位，有些甚至可能是单位急需解决的问题，学生认真思考和亲手操作过，对于其中的工艺流程和质量管理过程非常熟悉，因此学生的积极性会提高，参与性较强，毕业设计质量会大幅提高。比如2010级部分暑期在西安航天复合材料研究所实习的同学，选择缠绕和模压等与其工作相关的成型工艺作为毕业设计选题，其毕业设计就完成的非常不错。

3.3专兼职指导教师合作，团队指导毕业设计

面对师资力量匾乏，有经验、有资历的指导教师人手不足的情况，我们应充分利用校外实训基地、顶岗实习单位的资源，采取激励制度，扩宽教师聘请的渠道，鼓励和吸引技术专家工程技术人员、技师等具有丰富实践经验的技术骨干到校担任毕业设计指导工作。这些技术人员与我们的专职教师组成团队，共同指导毕业设计工作，这样既缓解了指导教师短缺的矛盾，又弥补了校内指导教师在实践方面的不足。另外，部分提前就业实习的学生可自主选择所在就业实习单位具有高级职称的技术人员作为指导教师，这样在做毕业设计时，指导教师就在身边，可随时指导，提高其解决实际问题的能力，也会避免老师与学生沟通障碍的问题，大大提高毕业设计指导效率和毕业设计质量。

3.4加强对毕业设计过程的监管

学校和系部对学生的毕业设计环节应加强监督管理，定期抽查，体现对毕业设计环节的重视。教研室定期组织指导教师对学生的毕业设计情况进行检查并将各组检查情况上报教研室。定期召开会议对各组指导情况及检查中存在的问题进行探讨，并给出下一阶段指导工作的任务和具体要求。另外还可开展教师和学生的互评活动，要求教师根据学生的表现给学生打分作为最后毕业设计总评的一部分;学生也可以根据教师的指导情况给教师评分，作为对教师教学效果评价的一部分，这样给学生增加了压力，给教师增强了责任心。与此同时，要严把答辩关，对于审查教师和评阅教师共同认定合格的论文才能进行答辩，并要求每位同学必须现场答辩，答辩过程中，论文的质量和现场表现均要纳入到答辩成绩中。

3.5毕业设计考核评价过程化

将学生平时参加组内讨论会情况、资料搜集整理工作情况、论文进度汇报工作情况、论文质量、答辩表现情况均纳入毕业设计考核中，并根据相应的项目给出合理的分数。毕业设计的考评最大限度反映学生的专业知识和综合素质水平，也使毕业设计考核工作更加合理和公平化。