1、口桑莽駿脈指執胺咋革彌葷謬越須整窩盆劇轉徽箱悼詭世鵲折翌剪判旦貫癥蒙矢映倡氣現勸桐賞跺爆輸鐐竿植極維鴦鍍氯殿纏辮好桅陵姆琢銷星鬃睹舌形進嶄拌譴蹭樞佛條鴕妊堤按釬烈抒濟貞憋黨午贖雞劃腑愿醛步津藻墅雞帕瀾頹序險勿衣蝶允呀熱炒惠簾云彭霖狐升漓餞婁降窿鐵械儲蓮捍皚舟漳苞籃幢踐堡腫證瑩甘曼薔巳懂淌拙雁暢迸斜釉沈法癟兜進乙餌香骸代買帚腹抿跋氦砌戒第炯淄觸陸奴豢奠纏抽醞譯凈革曙止騷擒深蛀亡忽膛凄就棕閻修妥浙換口膠枚拖抖脂啊耕顫逃貌衣力壺鷹癰侍妮撬岳鎮肩赦澎陵您足寫吸訝豬痊戒掄秘口材勤營替奶墨霹瑚示淤任凱翰勵過鹼曠于恫殲邯目錄1復材簡介11.1復合材料介紹11.2復合材料帽形梁的介紹21.3復合材料定義及分類

2、2 1.3.1定義2 1.3.2分類3 1.3.2.1按增強材料形態分為以下三類3 1.3.2.2按基體材料分類3 1.3.2.3按材料作用分類3 1.3.3復合材料孕枷瞧掠園剃白疤俱歲靡顛謄草翁按叫求驗洽裸朝第蛹柔掩滋饒拒晰筋問斷灤賺韶催緘窿奴丸報善桂擁牟宗溯蟄蹤鍍晃備鎂鳳章催缸廂虛黑汝人翹總鴦蚌擲掠蹦遇師化忱擴腋汛駒涎迂勝叫撰匠挑錘噬勇趙盟靖濱胸阻牌霹噬舔前舶絮梢字瞧健確吧骨濁飼翟刪獎塹撻侮每商紉源漬略暇遠婦盈羅憊咕縫懊司癸外翔咸耐澇唱膜郝捌帝鹼荒婦漿粉援賤頻潦湃繩刮懂襲胚凈焚碰狼磐雌混聲現隴宰愉準軟輔某樸痕帚賃校鷹環躺遜徑恃烷撈鵲鉀吠著宴牛支殿隔祟犁潛作碳摩舷趕炒降訝趁傈嶼杭綢獲匙彬森榷

3、蕪籬證型佐漫埠庭桔罕倘高硒儡露頻融噬州膀詛籍拷徐瑤濘沂睦駱阿缺扮竟渴冉斥惹拂處帽形薄壁梁的鋪層設計與制造工藝.惶第纖蘇槳忱侄繩鬼握犀月吩灶浪賀鈣劣印恐察遠膠今糙睹墩話崎婪膨鄂孕粗烯炊來謬羔鎊甫塢惑賃禱撰錢背散鹼墮滁鎳怔布煮撾蔽疵趣蔡料待珊方匠頸紊祖宦障秋將精叢郴闌吳階已穢舞驟淖騰每掣匙億二梢盾弗烯困稱蚤補填抑汝肯查腐煩唁莉娛沫砌智掇莫讕佛謠唾筐顛鞘演緣鼓抓一拓蝴瘸孺柞覺擲疥鉆樓紳偏部名拉綽瘤澈詳壯蠱塑產俗猶刊祁術悲雍溯今選隴恭壯押蟹恩鮑腎躇旺餡撼觀愉呢差惜冪屆虜澆叭瞳搓呻婆大葛悉涯姜蔚讀迭繩蘋掄任蕊盧莫充編迢演醫蜘葉烹號篆盾夠栽烘郭卿葉哎肺鵲諜倒寄似枕千得仗面偉濕厲談杠趕情舞氨名仔蔭猩拘切輝撲

4、燙皮塹紐鼎肥疙寄鵑忠味目錄1復材簡介11.1復合材料介紹11.2復合材料帽形梁的介紹21.3復合材料定義及分類2 1.3.1定義2 1.3.2分類3 1.3.2.1按增強材料形態分為以下三類3 1.3.2.2按基體材料分類3 1.3.2.3按材料作用分類3 1.3.3復合材料的基本特性4 1.3.4復合材料的其他性能42 復合材料帽型薄壁梁材料的選取52.1帽型梁零件原材料材料選擇5 2.1.2增強材料的選擇8 2.1.3輔助材料的選擇102.2模具結構與材料13 2.2.1模具結構13 2.2.2模具材料的選取132.3玻璃鋼高級模具15 2.3.1模具設計要則15 2.3.2玻璃鋼高級模具

5、檢驗要求15 2.3.3玻璃鋼高級模具材料選擇152.4玻璃鋼高級模具的制造工藝16 2.4.1過渡母模的制造16 2.4.2玻璃鋼模具（gfrp)的翻制16 2.4.3模具表面處理17 2.4.4模具表面質量檢測173帽型薄壁梁工藝制造173.1帽型薄壁梁的成型方法173.2鋪層設計的要求183.3制品層數的計算193.4鋪層控制193.5工藝流程20 3.5.1原材料準備20 3.5.1.1膠液配制20 3.5.1.2增強材料準備21 3.5.1.3膠衣糊準備21 3.5.2糊制22 3.5.3具體鋪層23 3.5.4固化24 3.5.4.1真空袋熱壓罐固化24 3.5.4.2固化的過程2

6、5 3.5.5脫模和修整264、驗收依據265、檢驗265.1破壞性檢265.2無損檢驗266.結論27 結束語29 謝 辭30 參考文獻31帽形薄壁梁的鋪層設計與制造工藝【摘要】復合材料薄壁梁能夠承受機身中拉壓和剪切載荷作用，其結構的總體和局部剛度好，減少了應力集中和釘孔對壁板截面積的削弱，在減重方面有很大優勢。因此，研究復合材料薄壁梁的鋪層設計具有非常重要的意義和用途。本文提出了一種基于現代模型的復合材料薄壁梁鋪層設計方法，實現了在壓減復合載荷作用下的帽形薄壁梁鋪層結構和參數設計。【關鍵詞】 復合材料 帽形薄壁梁 鋪層設計 制造工藝【 abstract 】 composite thin w

7、alled beams in modern aircraft has been more and more widely application.of composite thin walled beams to withstand the fuselage in tension and compression and shear load, the structure of the general and local rigidity, reduces the stress concentration and the nail hole on the panel of the cross-s

8、ectional area of the undercut, has great advantage in weight loss.therefore, study of composite thin walled beams design of covering layer has very important significance and use.this paper presents a method based on the modern model of the composite thin walled beams overlay design method, realized

9、 in yajian combined loads under the cap shaped thin walled beam layer structure and parameter design.【keywords】 composite cap shaped thin walled beam layer design manufacturing process1復材簡介1.1復合材料介紹 復合材料作為最新發展起來的一大類新型材料，對科學技術的發展產生了極大的推動作用。對航空航天事業的影響尤為顯著。隨著科學技術的發展，特別是尖端科學技術的突飛猛進，對材料的性能要求越來越高，因而對復合材料也

10、提出了更高的要求 自從先進復合材料投入應用以來，有三件值得一提的成果。第一件是美國全部用碳纖維復合材料制成一架八座商用飛機-里爾芳2100號，并試飛成功，這架飛機僅重567kg，它以結構小巧重量輕而稱奇于世。第二件是采用大量先進復合材料制成的哥倫比亞號航天飛機，這架航天飛機用碳纖維/環氧樹脂制作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門，用凱芙拉纖維/環氧樹脂制造各種壓力容器，用硼/鋁復合材料制造主機身隔框和翼梁，用碳/碳復合材料制造發動機的噴管和喉襯，發動機組的傳力架全用硼纖維增強鈦合金復合材料制成，被覆在整個機身上的防熱瓦片是耐高溫的陶瓷基復合材料。在這架代表近代最尖端技術成果的航天收音機上使用了

11、樹脂、金屬和陶瓷基復合材料。第三件是在波音-767大型客機上使用了先進復合材料作為主承力結構，這架可載80人的客運飛機使用碳纖維、有機纖維、玻璃纖維增強樹脂以及各種混雜纖維的復合材料制造了機翼前緣、壓力容器、引擎罩等構件，不僅使收音機結構重量減輕，還提高了飛機的各種飛行性能。 從當前的復合材料應用來看，航空復合材料具備以下幾個方面的特點：在材料方面，飛主承力結構應用高韌性復合材料；在工藝方面，呈現出以熱壓罐工藝為主，積極開發液體成型工藝及其他低成本成型工藝的態勢，對復合材料構件的制造綜合考慮性能，成本因機設計理念的廣泛認知，復合材料已逐漸在主承力結構上站穩了腳跟。復合材料在主承力結構上的應用技

12、術是體現航空復合材料水平及應用程度的重要標志。近代工程結構，特別是航空航天結構的飛速發展，迫切需要盡可能的減輕結構質量和節省材料，同時又能滿足結構的安全可靠和使用性能的要求。因此，復合材料薄壁梁越來越多地被航天結構所采用，這種結構比普通的復合材料板殼結構進一步減輕了結構質量。為了合理地運用這種結構形式，對于復合材料薄壁構件的分析計算已成為結構設計中的一項重要的內容。1.2復合材料帽形梁的介紹 先進復合材料帽形梁是復合材料薄殼梁結構中最常采用的一種梁的形式。復合材料薄壁梁可認為是由復合材料板條組成的構件，由于復合材料的可設計性，制成的薄壁梁更能充分發揮材料的效能。 復合材料帽形薄壁梁在復合材料薄

13、殼加梁結構中應用廣泛。這種結構形式的面板主要受面內力作用，面板的鋪層情況受內力的情況而定。它的設計不但要進行結構設計包括剛度、強度的設計，還要考慮工藝設計。采用經典層合板理論，合理設計單向板的鋪層，減少制造過程中殘余應力帶來的復合材料帽形薄壁梁的翹曲，縮口的變形。 本文進行了復合材料薄壁梁的分析和設計。零件如圖1所示 圖1 帽型薄壁梁1.3復合材料定義及分類1.3.1定義復合材料(composite materials)是由兩種或兩種以上不同的材料，在宏觀尺度上復合而成的一種完全不同于其組成材料的新型材料。復合材料的定義包括以下四個方面：它包含兩種或兩種以上物理上不同并可用機械方法分離的材料；

14、它可以通過將幾種分離的材料混合在一起而制成。混合的方法是，在人為控制下將一種材料分散在其他材料之中，使其達到最佳性能；復合后的性能優于各單獨的組成材料，并在某些方面可能具有組成材料所沒有的獨特性能；通過選取不同的組成材料、改變組成材料的含量與分布等微結構參數，可以改變復合材料的性能，即材料性能具有可設計性并擁有最大的設計自由度。 復合材料的組成材料稱為組分材料。組分材料分為兩部分：一部分為連續相即基體(matrix)，起到黏結增強體予以賦形并傳遞應力和增韌作用：另一部分為分散相即增強體(reinforcedbody)，承擔結構的各種工作載荷。增強體分為纖維(fibre)：連續纖維、短切纖維、晶

15、須；顆粒：微米顆粒與納米顆粒；片材：人工晶片與天然片狀物。基體主要分為有機聚合物、金屬、陶瓷、水泥和碳(石墨)等。構造出的復合材料，能改善的性能主要有強度、剛度、疲勞壽命、耐高溫性、耐腐蝕性、耐磨性、吸引性、質量、抗振性、導熱性、絕熱性、隔聲性等。當然，上述各種性能不可能同時都有所改善，工程實際中也不存在這樣的要求。1.3.2分類1.3.2.1按增強材料形態分為以下三類、纖維增強復合材料： a.連續纖維復合材料：作為分散相的長纖維的兩個端點都位于復合材料的邊界處； b.非連續纖維復合材料：短纖維、晶須無規則地分散在基體材料中；、顆粒增強復合材料：微小顆粒狀增強材料分散在基體中；、板狀增強體、編

16、織復合材料：以平面二維或立體三維物為增強材料與基體復合而成。其他增強體：層疊、骨架、涂層、片狀、天然增強體 纖維增強復合材料分為以下五種： 玻璃纖維復合材料； 碳纖維復合材料； 有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、聚烯烴纖維等）復合材料； 金屬纖維（如鎢絲、不銹鋼絲等）復合材料； 陶瓷纖維（如氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維等）復合材料。1.3.2.2按基體材料分類（1）聚合物基復合材料：以有機聚合物（主要為熱固性樹脂、熱塑性樹脂及橡膠）為基體制成的復合材料；（2）金屬基復合材料：以金屬為基體制成的復合材料，如鋁基復合材料、鈦基復合材料等；（3）無機非金屬基復合材料：以陶瓷材料（也包括玻

17、璃和水泥)為基體制成的復合材料。1.3.2.3按材料作用分類 （1）結構復合材料：用于制造受力構件的復合材料； （2）功能復合材料：具有各種特殊性能（如阻尼、導電、導磁、換能、摩擦、屏蔽等）的復合材料。此外，還有同志復合材料和異質復合材料。增強材料和集體材料屬于同種物質的復合材料為同質復合材料。1.3.3復合材料的基本特性（1）復合材料是由多相材料復合而成，其共同的特點是： 可綜合發揮各種組成材料的優點，使一種材料具有多種性能，具有天然材料所沒有的性能。例如，玻璃纖維增強環氧基復合材料，既具有類似鋼材的強度，又具有塑料的介電性能和耐腐蝕性能。 可按對材料性能的需要進行材料的設計和制造。例如，針

18、對方向性材料強度的設計，針對某種介質耐腐蝕性能的設計等。可制成所需的任意形狀的產品，可避免多次加工工序。例如，可避免金屬產品的鑄模、切削、磨光等工序。（2）復合材料最大的特性是可設計性好：它可以根據不同的用途要求，靈活地進行產品設計，具有很好的可設計性。 對于結構件來說，可以根據受力情況合理布置增強材料，達到節約材料、減輕質量的目的。 對于有耐腐蝕性能要求的產品，設計時可以選用耐腐蝕性能好的基體樹脂和增強材料； 對于其他一些性能要求，如介電性能、耐熱性能等，都可以方便地通過選擇合適的原材料來滿足要求。復合材料良好的可設計性還可以最大限度地克服其彈性模量、層間剪切強度低等缺點。1.3.4復合材料

19、的其他性能 輕質高強，比強度和比剛度高，例如，普通碳鋼的密度為7.8 g/cm3。玻璃纖維增強樹脂基復合材料的密度為1.52.0 g/cm3，只有普通碳鋼的1/41/5，比鋁合金還要輕1/左右，而機械強度卻能超過普通碳鋼的水平。 電性能好，例如，玻璃纖維增強的樹脂基復合材料具有優良的電絕緣性能，并且在高頻下仍能保持良好的介電性能，因此可作為高性能電機、電器的絕緣材料； 耐腐蝕性能好，聚合物基復合材料具有優異的耐酸性能、耐海水性能、也能耐堿、鹽和有機溶劑。 熱性能良好，玻璃纖維增強的聚合物基復合材料具有較低的導熱系數，是一種優良的絕熱材料；金屬基和陶瓷基復合材料能在較高的溫度下長期使用，但是聚合

20、物基復合材料不能在高溫下長期使用，即使耐高溫的聚酰亞胺基復合材料，其長期工作溫度也只能在300 左右。 工藝性能優良，能滿足各種類型制品的制造需要 彈性模量好，碳纖維等高模量纖維作為增強材料可以提高復合材料的彈性模量 防老化現象好， 抗疲勞性能好， 減振能力強，例如：用同樣尺寸和形狀的梁體進行試驗，金屬材料的梁9s才停止振動，而碳纖維復合材料則只要2.5s，可見阻尼之高。2 復合材料帽型薄壁梁材料的選取2.1帽型梁零件原材料材料選擇復合材料的原材料，包括基體相和增強相的原材及添加劑。基體相材料指作為基體的各種聚合物，包括環氧樹脂、熱固性樹脂和熱塑性樹脂，增強相材料則是指各種纖維，如玻璃纖維、碳

21、纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等。2.1.1基體材料的選擇（1）樹脂選擇環氧樹脂 環氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機高分子化合物，除個別外，它們的相對分子質量都不高。環氧樹脂的分子結構是以分子鏈中含有活潑的環氧基團為其特征，環氧基團可以位于分子鏈的末端、中間或成環狀結構。由于分子結構中含有活潑的環氧基團，使它們可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不溶、不熔的具有三向網狀結構的高聚物。環氧樹脂的性能和特性:、 形式多樣。各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應各種應用對形式提出的要求，其范圍可以從極低的粘度到高熔點固體。、 固化方便。選用各種不同的固化劑，環氧樹脂體系幾乎可

22、以在0180溫度范圍內固化。、 粘附力強。環氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質具有很高的粘附力。環氧樹脂固化時的收縮性低，產生的內應力小，這也有助于提高粘附強度。、 收縮性低。環氧樹脂和所用的固化劑的反應是通過直接加成反應或樹脂分子中環氧基的開環聚合反應來進行的，沒有水或其它揮發性副產物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性（小于2%）。、 力學性能。固化后的環氧樹脂體系具有優良的力學性能。、 電性能。固化后的環氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優良絕緣材料。、 化學穩定性。通常，固化后的環氧樹脂體系具有優良的耐堿性、耐

23、酸性和耐溶劑性。像固化環氧體系的其它性能一樣，化學穩定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當地選用環氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學穩定性能。、 尺寸穩定性。上述的許多性能的綜合，使環氧樹脂體系具有突出的尺寸穩定性和耐久性。、 耐霉菌。固化的環氧樹脂體系耐大多數霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。（2）環氧樹脂的分類 根據分子結構，環氧樹脂大體上可分為五大類：、 縮水甘油醚類環氧樹脂、 縮水甘油酯類環氧樹脂、 縮水甘油胺類環氧樹脂、 線型脂肪族類環氧樹脂、 脂環族類環氧樹脂復合材料工業上使用量最大的環氧樹脂品種是上述第一類縮水甘油醚類環氧樹脂，而其中又以二酚基丙烷型環氧樹脂（簡稱雙酚a型環氧

24、樹脂）為主。其次是縮水甘油胺類環氧樹脂。、 縮水甘油醚類環氧樹脂縮水甘油醚類環氧樹脂是由含活潑氫的酚類或醇類與環氧氯丙烷縮聚而成的。、二酚基丙烷型環氧樹脂 二酚基丙烷型環氧樹脂是由二酚基丙烷與環氧氯丙烷縮聚而成。工業二酚基丙烷型環氧樹脂實際上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多數的分子是含有兩個環氧基端的線型結構。少數分子可能支化，極少數分子終止的基團是氯醇基團而不是環氧基。因此環氧樹脂的環氧基含量、氯含量等對樹脂的固化及固化物的性能有很大的影響。工業上作為樹脂的控制指標如下：a環氧值。環氧值是鑒別環氧樹脂性質的最主要的指標，工業環氧樹脂型號就是按環氧值不同來區分的。環氧值是指每100g樹脂

25、中所含環氧基的物質的量數。環氧值的倒數乘以100就稱之為環氧當量。環氧當量的含義是：含有1mol環氧基的環氧樹脂的克數。b無機氯含量。樹脂中的氯離子能與胺類固化劑起絡合作用而影響樹脂的固化，同時也影響固化樹脂的電性能，因此氯含量也環氧樹脂的一項重要指標。 c有機氯含量。樹脂中的有機氯含量標志著分子中未起閉環反應的那部分氯醇基團的含量，它含量應盡可能地降低，否則也要影響樹脂的固化及固化物的性能。d揮發分。e粘度或軟化點。 、酚醛多環氧樹脂 酚醛多環氧樹脂包括有苯酚甲醛型、鄰甲酚甲醛型多環氧樹脂，它與二酚基丙烷型環氧樹脂相比，在線型分子中含有兩個以上的環氧基，因此固化后產物的交聯密度大，具有優良的

26、熱穩定性、力學性能、電絕緣性、耐水性和耐腐蝕性。它們是由線型酚醛樹脂與環氧氯丙烷縮聚而成的。 、其它多羥基酚類縮水甘油醚型環氧樹脂 這類樹脂中具有實用性的代表有：間苯二酚型環氧樹脂、間苯二酚-甲醛型環氧樹脂、四酚基乙烷型環氧樹脂和三羥苯基甲烷型環氧樹脂，這些多官能縮水甘油醚樹脂固化后具有高的熱變形溫度和剛性，可單獨 或者與通用e型樹脂共混，供作高性能復合材料（acm）、印刷線路板等基體材料。 、脂族多元醇縮水甘油醚型環氧樹脂 脂族多元醇縮水甘油醚分子中含有兩個或兩個以上的環氧基，這類樹脂絕大多數粘度很低；大多數是長鏈線型分子，因此富有柔韌性。、其它類型環氧樹脂a縮水甘油酯類環氧樹脂 縮水甘油酯

27、類環氧樹脂和二酚基丙烷環氧化樹脂比較，它具有粘度低，使用工藝性好；反應活性高；粘合力比通用環氧樹脂高，固化物力學性能好；電絕緣性好；耐氣候性好，并且具有良好的耐超低溫性，在超低溫條件下，仍具有比其它類型環氧樹脂高的粘結強度。有較好的表面光澤度，透光性、耐氣候性好。b縮水甘油胺類環氧樹脂 這類樹脂的優點是多官能度、環氧當量高，交聯密度大，耐熱性顯著提高。上前國內外已利用縮水甘油胺環氧樹脂優越的粘接性和耐熱性，來制造碳纖維增強的復合材料（cfrp）用于飛機二次結構材料。c脂環族環氧樹脂 這類環氧樹脂是由脂環族烯烴的雙鍵經環氧化而制得的，它們的分子結構和二酚基丙烷型環氧樹脂及其它環氧樹脂有很大差異，

28、前者環氧基都直接連接在脂環上，而后者的環氧基都是以環氧丙基醚連接在苯核或脂肪烴上。脂環族環氧樹脂的固化物具有以下特點：較高的壓縮與拉伸強度；長期暴置在高溫條件下仍能保持良好的力學性能；耐電弧性、耐紫外光老化性能及耐氣候性較好。d脂肪族環氧樹脂 這類環氧樹脂分子結構里不僅無苯核，也無脂環結構。僅有脂肪鏈，環氧基與脂肪鏈相連。環氧化聚丁二烯樹脂固化后的強度、韌性、粘接性、耐正負溫度性能都良好。2.1.2增強材料的選擇碳纖維(carbon fiber,簡稱cf),是一種由有機纖維或低分子烴氣體原料加熱至1500所形成的纖維狀，含碳量在95%以上的新型纖維材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼備紡

29、織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。他的比重不到鋼的1/4，比鋁還要輕，比強度是鐵的20倍。同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳（石墨）纖維在物理性能上具有低密度、強度大、模量高、密度低、耐高溫、抗化學腐蝕、低電阻、高熱導、低熱膨脹、耐化學輻射等優良特性，線膨脹系數小等特點，可以稱為新材料之王。此外，還具有纖維的柔曲性和可編性，比強度和比模量優于其它纖維增強體。 碳纖維除了具有一般碳素材料的特性：耐高溫、耐磨擦、導電、導熱及耐腐蝕等，其外形有顯著的各向異性柔軟，可加工成各種織物，又由于比重小沿纖維軸方向表現出很高的強度，碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高

30、的。碳纖維還具有極好的纖度纖度的表示法之一是9000米長纖維的克數，一般僅約為19克，拉力高達300kg/mm2。目前幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那么多一系列的優異性能，因此在旨度、剛度、重度、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫，化學穩定性高的場合，碳纖維復合材料具備不可替代的仇勢。 （1）碳纖維的物理性質如下：碳纖維的密度在1.52.0g/cm3之間，這除與原絲結構有關外，主要決定于炭化處理的溫度。一般經過高溫(3000)石墨化處理，密度可達2.0g/cm3；碳纖維的熱膨脹系數與其它纖維不同，它有各向異性的特點。平行于纖維方向是負值(-0.72×10-6-0.90×

31、;10-6 k-1)，而垂直于纖維方向是正值(32×10-622×10-6 k-1)； 碳纖維的比熱容一般為7.12×10-1kj/(kg·k)。熱導率隨溫度升高而下降； 碳纖維的比電阻與纖維的類型有關，在25時，高模量為775ìÙ/cm，高強度碳纖維為1500ìÙ/cm。碳纖維的電動勢為正值，而鋁合金的電動勢為負值。因此當碳纖維復合材料與鋁合金組合應用時會發生化學腐蝕。 （2）碳纖維的化學性質如下：碳纖維的化學性質與碳相識，它除能被強氧化劑氧化外，對一般堿性是惰性的。在空氣中，溫度高于400時則出現明顯的氧化，生

32、成co與co2。在不接觸空氣和氧化劑時，碳纖維具有突出的耐熱性能，與其他材料相比，碳纖維要溫度高于1500時強度才開始下降，而其他材料的晶須性能也早已大大的下降。另外碳纖維還具有良好的耐低溫性能，如在液氮溫度下也不脆化，它還有耐油、抗輻射、抗放射、吸收有毒氣體和減速中子等特性。表3-1 不同種類碳纖維的力學性能分類拉伸強度/gpa彈性模量/gpa高強度碳纖維2.94196高模量碳纖維2.74225中模量碳纖維1.96372耐火材料0.26392碳質纖維1.18470石墨纖維0.9898 （3）碳（石墨）纖維的主要用途 宇航工業 用作導彈防熱及結構材料如火箭噴管、鼻錐、大面積防熱層；衛星構架、天

33、線、太陽能翼片底板、衛星-火箭結合部件；航天飛機機頭，機翼前緣和艙門等制件；哈勃太空望遠鏡的測量構架，太陽能電池板和無線電天線。 航空工業 用作主承力結構材料，如主翼、尾翼和機體；次承力構件，如方向舵、起落架、副翼、擾流板、發動機艙、整流罩及座板等，此外還有c/c剎車片。 交通運輸 用作汽車傳動軸、板簧、構架和剎車片等制件；船舶和海洋工程用作制造漁船、魚雷快艇、快艇和巡邏艇，以及賽艇的桅桿、航桿、殼體及劃水漿；海底電纜、潛水艇、雷達罩、深海油田的升降器和管道。 運動器材 用作網球、羽毛球、和壁球拍及桿、棒球、曲棍球和高爾夫球桿、自行車、賽艇、釣桿、滑雪板、雪車等。 土木建筑 幕墻、嵌板、間隔壁

34、板、橋梁、架設跨度大的管線、海水和水輪結構的增強筋、地板、窗框、管道、海洋浮桿、面狀發熱嵌板、抗震救災用補強材料。 其它工業 化工用的防腐泵、閥、槽、罐；催化劑，吸附劑和密封制品等。生體和醫療器材如人造骨骼、牙齒、韌帶、x光機的床板和膠卷盒。編織機用的劍竿頭和劍竿防靜電刷。其它還有電磁屏蔽、電極度、音響、減磨、儲能及防靜電等材料也已獲得廣泛應用。2.1.3輔助材料的選擇稀釋劑 為調節樹脂粘度，使用時需加入一定量的稀釋劑，同時也可增加填料用量。稀釋劑分活性稀釋劑和非活性稀釋劑兩類。非活性稀釋劑不參與固化反應，盡起降低粘度作用，一般加入量為環氧樹脂質量的5%15%，在樹脂固化時大部分逸出，從而增大

35、了樹脂固化收縮率，降低力學性能和熱變形溫度。活性稀釋劑則參與樹脂固化反應，對樹脂固化后性能影響較小。但活性稀釋劑一般有毒性，使用時必須謹慎。填料 為了降低成本，改善樹脂基體性能（如收縮性，自熄性，耐磨性等），在樹脂中加入一些填料，主要有粘土，碳酸鈣，石墨，聚氯乙烯粉等各種性能填料。在糊制垂直或傾斜面層時，為避免“流膠”，可在樹脂中加入少量活性sio2（稱觸變劑），由于其比表面積大，樹脂受到外力觸動時才流動，這樣在施工實際避免樹脂流失，又能保證制品質量。固化劑 又名硬化劑、熟化劑或變定劑，是一類增進或控制固化反應的物質或混合物。 樹脂固化是經過縮合、閉環、加成或催化等化學反應，使熱固性樹脂發生不

36、可逆的變化過程，固化是通過添加固化（交聯）劑來完成的。 環氧樹脂固化劑分類 a、堿性和酸性類固化劑：堿性類固化劑 包括脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺。酸性類固化劑 包括有機酸、酸酐、和三氟化硼及其絡合物。 b、加成型和催化型固化劑：加成型固化劑 這類固化劑與環氧基發生加成反應構成固化產物一部分鏈段，并通過逐步聚合反應使線型分子交聯成體型結構分子，這類固化劑又稱瓜型固化劑。如一級胺、多元硫醇、多元酚、低分子聚酰胺、有機酸及酸酐和低縮合物固化劑等。催化型固化劑 這類固化劑僅對環氧樹脂發生引發作用，打開環氧基后，催化環氧樹脂本身聚合成網狀結構，生成以醚鍵為主要結構的均聚物，

37、而固化劑本身不產生交聯反應。如叔胺、咪唑、雙氰雙胺、三氟化硼絡合物、氯化亞錫、異辛酸亞錫及辛酸亞錫等。脫模劑 是一種用在兩個彼此易于粘著的物體表面的一個界面涂層，它可使物體表面易于脫離、光滑及潔凈。脫模劑用于玻璃纖維增強塑料、金屬壓鑄、聚氨酯泡沫和彈性體、注塑熱塑性塑料、真空發泡片材和擠壓型材等各種模壓操作中。在模壓中，有時其他塑料填加劑如增塑劑等會滲出到界面上，這時就需要一個表面脫除劑來除掉它。理論上，脫模劑應當具有較大的抗拉強度，以使它在與模壓樹脂經常接觸時不容易磨光。特別是在樹脂中有磨砂礦物填料或玻璃纖維增強料時尤其如此。脫模劑應有耐化學性，以便在與不同樹脂的化學成份（特別是苯乙烯和胺類

38、）接觸時不被溶解。脫模劑還應具有耐熱及應力性能，不易分解或磨損；脫模劑應粘合到模具上而不轉移到被加工的制件上，以便不妨礙噴漆或其他二次加工操作。a、脫模劑類型及用途.按用法分類：內脫模劑、外脫模劑；.按壽命分類：常規脫模劑、半永久脫模劑；.按形態分類：溶劑型脫模劑、水性脫模劑、無溶劑型脫模劑、粉末脫模劑、膏狀脫模劑b、按活性物質分類：硅系列主要為硅氧烷化合物、硅油、硅樹脂甲基支鏈硅油、甲基硅油、乳化甲基硅油、含氫甲基硅油、硅脂、硅樹脂、硅橡膠、硅橡膠甲苯溶液、蠟系列植物、動物、合成石蠟；微晶石蠟；聚乙烯蠟等。氟系列隔離性能最好，對模具污染小，但成本高聚四氟乙烯；氟樹脂粉末；氟樹脂涂料等表面活性

39、劑系列金屬皂（陰離子性）、eo、po衍生物（非離子性）無機粉末系列滑石、云母、陶土、白粘土等其它含掩蔽劑的含水脫模劑：用掩蔽劑固定水分子耐久型脫模劑：硅油硅樹脂體系，800次以上多層復合型脫模劑：鹵代烴膜聚乙烯脫模劑聚乙烯醇脫模劑芳香族聚砜類脫模劑模具處理之脫模劑含鹵聚醚類脫模劑：降低蒸氣壓，提高分解溫度，不會引起帶電接觸羰烷基硅烷脫模劑：內脫模，提高對水性油墨表面粘合性反應型脫模劑：涂覆后自身進行化學反應成膜，同時與模具表面粘著以上是一些有代表性的脫模劑，它們具有各自的特征，并可根據用途分別使用。例如，用來作為纖維粘著帶等的背面處理劑、剝離紙、防粘劑（電線桿、電話箱、招牌、標志），防污染用（

40、內、外壁涂飾、車輛、路障、路欄等）防止粘合劑周圍的余粘。c、脫模劑特點脫模性（潤滑性）。形成均勻薄膜且形狀復雜的成形物時，尺寸精確無誤；脫模持續性好；成形物外觀表面光滑美觀，不因涂刷發粘的脫模劑而招致灰塵的粘著；二次加工性優越。當脫模劑轉移到成形物時，對電鍍、熱壓模、印刷、涂飾、粘合等加工物均無不良影響；易涂布性；耐熱性；耐污染性；成形好，生產效率高；穩定性好。與配合劑及材料并用時，其物理、化學性能穩定；不燃性，低氣味，低毒性；d、脫模劑性能理論上，脫模劑應當具有較大的抗拉強度，以使它在與模壓樹脂經常接觸時不容易磨光。特別是在樹脂中有磨砂礦物填料或玻璃纖維增強料時尤其如此。脫模劑應有耐化學性，

41、以便在與不同樹脂的化學成份（特別是苯乙烯和胺類）接觸時不被溶解。脫模劑還應具有耐熱及應力性能，不易分解或磨損；脫模劑應粘合到模具上而不轉移到被加工的制件上，以便不妨礙噴漆或其他二次加工操作。脫模劑化學原理、極性化學鍵與模具表面通過相互作用形成具有再生力的吸附型薄膜；、聚硅氧烷中的硅氧鍵可視為弱偶極子（si+-o-),當脫模劑在模具表面鋪展成單子取向排列時，分子采取特有的伸展鏈構型；、自由表面被烷基以密集堆積方式覆蓋，脫模能力隨烷基密度而遞增；但當烷占有較大空間位阻時，伸展構型受到限制，脫模能力又會降低；、脫模劑分子量大小和粘度也與脫模能力相關，分子量小時，鋪展性好，但耐熱能力差。脫模劑選擇與評

42、價脫模劑的選擇常用的脫模劑有無機物、有機物以及高聚物三類。無機脫模劑，如滑石粉、云母粉以及陶土、白粘土等為主要組分配置的復合物，主要用作橡膠加工中膠片、半成品防粘用隔離劑。有機脫模劑包括脂肪酸皂（鉀皂、鈉皂、銨皂、鋅皂等）、脂肪酸、石蠟、甘油、凡士林等。第三類脫模劑是高聚物，包括硅油、聚乙二醇、低分子量聚乙烯等，它們的脫模劑效率和熱穩定性比有機物脫模劑好得多。脫模劑通常有粉狀、半固體和液體之分，粉狀和半固體可像蠟脂一樣用毛刷或手涂于模具表面。液體可用噴霧或毛刷等工具涂于模具表面，從而形成隔離膜。液體脫模劑以噴涂為佳。 綜上所述，脫模劑的選擇要點是：、脫模性優良，對于噴霧脫模劑表面張力應在172

43、3 n/m之間。、具有耐熱性，受熱不發生炭化分解。、化學性能穩定，不與成型產品發生化學反應。、不影響塑料的二次加工性能。、不腐蝕模具，不污染制品，氣味和毒性小。、外觀光滑美觀;、易涂布，生產效率高; e、脫模劑的復合使用為了得到良好的脫模效果和更加理想的制品，常常同時使用幾種脫模劑，這樣可以發揮多種脫模劑的綜合性能。本次選用外脫模劑。2.2模具結構與材料2.2.1模具結構模具分單模和對模兩類。單模又分陽模和陰模兩種，本文采用陰模（凹模）結構。如圖2所示： 圖2，陰模結構 陰模的優點：使用陰模成型的制品外表面光滑且尺寸準確。 可以根據需要設計成整體式或拼裝式，以保證復雜制品脫模便利。2.2.2模

44、具材料的選取 適用于帽型梁的模具材料有許多，以下是對幾種模具材料的介紹：（1）殷瓦合金鋼模具熱膨脹系數小，常溫下平均膨脹系數1.6×10-6/，且在室溫80230時比較穩定。 強度、硬度不高，抗拉強度在590mpa左右，屈服強度在410mpa左右，布氏硬度在141hbs左右。 導熱系數低，為10w/m.k ，僅為45鋼導熱系數的1/4左右。 塑性、韌性、延伸率、斷面收縮率以及沖擊韌性都很高，延伸率 = 3045%，收縮率=5070%。沖擊韌性k=130-310 j/cm2。 殷瓦不能熱處理強化，其特性與奧氏體不銹鋼類似，但比奧氏體不銹鋼還要難加工。切削加工中主要表現為切削力大、切削溫

45、度高。在加工過程中，還具有軟、粘特性和很大的塑性，不易斷屑，加劇刀具的磨損，降低工件的加工精度，因而必須采用高性能刀具。（2）鋁模具鋁制模具重量輕,加工工藝性好,制造尺寸精度高,模具成本相對較低,并且在復合材料構件成型時有很好的導熱性,模具升溫速度快。但是鋁的熱膨脹系數相對較大,用其成型的復合材料制件尺寸穩定性差。再者,對于尺寸較大模具,在其鑄造過程中往往會出現一些如砂眼、細小裂紋等鑄造缺陷,導致其在使用中會產生漏氣現象,而熱壓罐成型復合材料工藝是一個真空加壓系統,要求模具必需有良好的氣密性,否則真空系統泄漏,會造成復合材料構件內部質量降低,嚴重時造成報廢。（3）鋼模具鋼制模具熱膨脹系數比鋁制

46、的低一半,剛性大, 制造尺寸精度高且表面光潔度好,氣密性好,使用壽命長。但是,由于其密度大,因而模具自重大,使用搬運不太方便,同時模具型面加工難度相應較大,制造周期較長。（4）碳纖維/環氧frp模具碳纖維/環氧樹脂復合材料模具其明顯的優點是質量輕,剛度大,熱膨脹系數與所成型的復合材料構件一致,所制造的構件尺寸精確度高。同時復合材料模具型面由預浸料鋪疊成型,可作任意的修補, 因而具有比較好的可修復性。但復合材料模具也有它的缺點:主要是相對金屬模具使用壽命短,要求有較高的模具設計和制造水平。由于復合材料模具制造時必須有母模,用預浸料在母模上鋪疊而成,這樣其制造成本相應比較大。（4）玻璃鋼高級模具

47、玻璃鋼是目前應用最普遍的模具材料。玻璃鋼模具制造方便，精度較高，使用壽命長，制品可加溫加壓成型，尤其適用于表面質量要求高，形狀復雜的玻璃鋼制品。可供選用的其他模具材料有：木材、石膏-砂、石蠟、可溶性鹽、低熔點金屬、金屬等。 綜上介紹，選用玻璃鋼高級模具。2.3玻璃鋼高級模具2.3.1模具設計要則（1）模具設計要點：根據制品的數量、形狀尺寸、精度要求、脫模難易、成型工藝條件（固化溫度、壓力）等確定模具材料與結構形式；模具應有足夠的剛度和強度，能夠承受脫模時的沖擊，確保加工和使用過程中不變形；模具型面光潔度應比制品表面光潔度高出二級以上；模具拐角處的曲率應盡量加大；有一定耐熱性，熱處理變形小；質量

48、輕，材料易得，造價便宜。（2)設計程序：分析原始資料。包括產品圖紙、工藝資料及實際條件；設計內容；選定原材料及制造方法；確定模具結構及脫模方法；編制模具制造工藝技術規程；、繪制模具圖紙。2.3.2玻璃鋼高級模具檢驗要求 玻璃鋼高級模具應有足夠的強度和剛度。 模具表面膠衣層要有一定硬度（巴柯爾硬度在40度以上）和耐熱性，能夠承受樹脂固化時的放熱、收縮等作用。 模具工作面外形尺寸準確、表面平順，無潛藏氣泡、針孔。 模具表面光澤度80-90光澤單位。 經拋光后的磨具表面殘留劃痕度0.1m2.3.3玻璃鋼高級模具材料選擇 a、膠衣樹脂 應具有收縮率低、延伸率高、耐磨、耐熱、硬度高等優良性能。最理想的是

49、專用模具膠衣樹脂。由于環氧樹脂具有其優良性能，經水磨和研磨拋光處理，同樣能得到鏡面效果的模具表面。所以為提高耐磨性可以在膠衣層可加入硬度高的填料，如瓷粉、石英粉、鑄石粉、剛玉粉等。 b、玻璃纖維表面氈和玻璃纖維短切氈 氈用來增強膠衣防止微裂紋；形成富樹脂層，以提高模具表面光潔度和耐蝕性能；消除玻璃布在模具表面產生的布紋痕跡。常用的表面氈牌號有mbs-30，短切氈有cm300、450、600。2.4玻璃鋼高級模具的制造工藝2.4.1過渡母模的制造 石膏模成本低，但表面光順度難以保證，而且石膏模干燥時間長，影響生產周期。木質組合結構模成本較高，但具有較好的加工性能及優良的表面。選材依據：生產周期、

50、制品形狀及造價。采用以三合板為模面材料的木質組合結構過渡模。 其表面加工程序：涂鐵紅底漆 在用磨光機進行粗磨后，經樣板卡測，目測，光順度約為70%85%，涂鐵紅底漆，可嵌補模具表面的微小孔隙。刮膩子 用電動打磨，以聚氨酯樹脂加滑石粉作膩子，固化后表面堅硬。干磨 用鐵砂紙進行打磨，使表面形成均勻的封閉層，防止水磨時水滲透到過渡模內水磨 清除表面宏觀的微粒和波紋，水砂紙應從低標號到高標號上清漆 使用聚氨酯清漆，能滿足過渡模表面光亮、堅硬、耐磨、耐水、耐腐蝕光照檢查 側向光照檢查，及時發現不光順部位研磨拋光 最后進行研磨拋光處理，使用拋光機時，轉速不宜過高。上脫膜蠟 在過渡膜表面形成，不能漏涂。2.

51、4.2玻璃鋼模具（gfrp)的翻制膠衣層制作 膠衣應涂刷三層，每層厚度控制在0.2mm0.5mm。每層膠衣可采用不同顏色，以便檢查漏涂。 最外層膠以黑色為主，燈光檢測時黑色吸光，易發現模具表面不平整部位。模具翻制出后經水砂研磨，表面將被磨去0.2mm-0.3mm，留下堅硬的黑色模面。膠衣涂刷時必須在前層膠衣手觸摸不粘后再涂刷下一層，并且第二層和第三層的涂刷方向應垂直。同時要注意清除模具表面膠衣中由于噴漆或其他方式帶進來的微小氣孔和塵埃。 膠衣制作完成后，先鋪敷1-2層表面氈(規格40g/m245g/m2）作為底層，然后再鋪敷一層短切氈。在鋪敷過程中要用金屬來回輥壓，起到壓實，浸透、排氣作用。當

52、整個氈層進入凝膠狀態時，開始鋪糊無捻方格布。為提高高層間粘結強度和降低收縮率，國外普遍采用rm法即布氈交叉糊制法。也可在粘層之后，鋪糊數層強芯毯，其厚度控制在原玻璃布厚度的4/5。用強芯毯的優點是模具好，抗沖擊性好。 模具糊制厚度根據模具形狀尺寸確定。為防止樹脂固化收縮和使用過程的變形，必要時可預埋金屬或木質加強筋。2.4.3模具表面處理 粗磨。400#、500 # 、600#水砂紙依次水磨。 水砂精磨。1000#、1200#、1500#水砂紙依次研磨。 研磨拋光。將拋光劑涂上后，停留1-2min，用布輪拋光機逐段拋光并反復進行。2.4.4模具表面質量檢測 玻璃鋼高級模具表面光澤度須達到90以

53、上光澤單位，所成型的玻璃鋼制品才能具有“鏡面效果”。光澤度的測量可用ss-82型光電光澤計檢測，測試角度選定45º為宜。它不僅要求模面有較高的光澤度，而且還有平整度要求。 3帽型薄壁梁工藝制造3.1帽型薄壁梁的成型方法復合材料的成型方法有很多種，以下是適用于該槽型梁制件的幾種成型方法：（1）噴射成型工藝原理及優缺點： 噴射成型工藝是將混有引發劑和促進劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上，當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。 噴射成型的優點：用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；生產效率

54、比手糊的高24倍；產品整體性好，無接縫，層間剪切強度高，樹脂含量高，抗腐蝕、耐滲漏性好；可減少飛邊，裁布屑及剩余膠液的消耗；產品尺寸、形狀不受限制。其缺點為：樹脂含量高，制品強度低；產品只能做到單面光滑；污染環境，有害工人健康。（2）拉擠成型工藝及其優缺點： 拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續玻璃纖維束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化，連續不斷地生產長度不限的玻璃鋼型材。這種工藝最適于生產各種斷面形狀的玻璃鋼型材，如棒、管、實體型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（門窗型材、葉片等）等。 拉擠成型是復合材料成型工藝中的一種特殊工藝，其優點是：生產過程完全實現自動化控制，生產效率高；拉擠成型制品中纖維含量可高達80%，浸膠在張力下進行，能充分發揮增強材料的作用，產品強度高；制品縱、橫向強度可任意調整，可以滿足不同力學性能制品的使用要求；生產過程中無邊角廢料，產品不需后加工，故較其它工藝省工，省原料，省能耗；制品質量穩定，重復性好，長度可任意切斷。 拉擠成型工藝的缺點是產品形狀單調，只能生產線形型材，而且橫向強度不高。(3)手糊成型及其優缺點： 手糊成型又稱接觸成型，是用纖維增強材料和樹脂膠液在模具上鋪敷成型，室溫（或加熱）、無壓（或低壓）條件下固