复合材料范文10篇

摘要：大型复合材料零件在成型的过程中需要使用到大型框架式模具，这就需要在设计时先用模型建模。在本文中分析了实际应用中模具的应力和变形等问题，同时还对设计中的其他问题进行了分析，这样可以确保模具设计的高效性和精准性，让模具结构能更加符合复合材料零件成型的需求。

关键词：模具设计；框架式成型；复合材料

复合材料具有较好的优越性，一直被应用于航空领域中，由于飞机零件需要较高的精确度，同时它们的尺寸较大，一般会使用复合材料对其进行固化成型。在复合材料的成型过程中，复合材料构件会直接与模具的型面相接触，一旦模具发生变形，构件的尺寸和形状等就会受到影响。模具的尺寸若是较大，那么在其固化的过程中复合材料的固化质量和表面温度会受到模具型面不均匀的温度场的影响。当前在一些大尺寸的模具成型过程中一般会选择使用框架式结构，这种结构有着均匀的厚度，同时通风效果较好，能快速升降温，这些模具中的各个点可以均匀受热，模具中的各个部位就不会因为升降温而发生变形。在当前设计框架式模具的过程中，在设计多个支撑框架时，不仅需要经过重复且繁琐的操作，同时操作也较为费时费力，设计模型需要丰富的经验，但是模具使用起来较为费劲，同时也不利于校核模型的温度情况和变形情况，在设计模具的过程中就缺乏精准度同时也缺乏效率。为了及时改善该情况，就需要将模具设计和更改的效率提高，同时在设计的过程中需要进行周全的考虑，将复合材料在制件过程中的固化变形问题解决掉。在设计该种框架式的模具时，应建立起一种能进行快速更改和建模的方式，并通过有限元分析模型，对模型根据分析的结果进行优化和调整，这样可以更好地对模具的尺寸和回弹情况进行设计补偿，以便得出最精确的模具结构设计结果。

1建模的快速化方法

如果是框架式的模具成型，它的结构主要包括底板、型面板和吊环等部分。在设计模具的过程中，需要对支撑隔板的数量、厚度、通风口的定位尺寸等参数进行调整。当前，在设计模型模具的过程中一般会使用CATIA软件的方式来进行，在建模时需要首先进行产品型面的提取、接合等操作，这样就形成了模具的型面板；然后再进行隔板和隔板上的通风孔的制作，它需要通过平面化的编制和绘制草图及凸台等操作才能形成，隔板和隔板上的通风孔是和型面板相连接的。隔板具有较多的数量，需要重复性地进行隔板的绘制工作，所需工作量很大，会花费设计者很多的时间和精力。但是，通过“产品智能模板”—“创建超级副本”操作就可以将在建模过程中将的绘制草图、凸台等命令集中到一个命令中进行集体的封装。该命令集合在执行时只需要通过操作“从选择实例化”就可以了。这样可以将很多重复性的操作避免掉，在隔板的绘制和通风孔等操作中就可以节省掉很多时间。使用其中的“知识工程”—“公式”命令就可以对参数进行调整同时还可以对其进行赋值了。在后期只需要对参数的赋值进行变更即可实现参数值的变化，同时变量间的关系也可以通过公式的定义来实现，使得变量能够基于另一个变量的变化而变化，这样可以使得参数的变量化得以实现。采用这样的建模方式，可以实现对纵向隔板数量和型面板厚度等参数进行变量化的快速设计。此时，如果合理的更改参数的数值，将视图刷新后，稍微改动一些模型就能达到设计的更改要求了。采用这种方式可以将对框架式模具的建模时间缩短，同时可以更加快捷地进行模型的更改和设计，不仅能提高了更改和设计模具的效率，同时也为有限元模型的分析和设计优化奠定了基础。

2有限元模型分析

摘要：本文首先介绍了内嵌入式、外贴式建筑加固方法，对复合材料在建筑加固环节给予了参考的价值。然后以建筑加固工程中最为常见的两种复合材料为例，对玻璃纤维、碳纤维在建筑加固工程中应用的技术和方法进行探究，从而为之后开展建筑加固，合理应用复合材料等奠定了坚实的基础保障。

关键词：复合材料；建筑加固工程；应用

目前我国需要的加固建筑工程相对较多，通过将复合材料用到其中，有助于提升抗腐蚀性、抵抗酸碱等物质的腐蚀；缩短工期和节约成本等。玻璃纤维、碳纤维等作为当前使用最多的一种复合材料，分析其在建筑加固中的具体应用能够增强建筑工程加固的质量。

1复合材料在建筑加固工程中的方法

1．1内嵌入式加固方法

复合材料在建筑结构中进行应用，其所使用的加固方法较多，其中内嵌式加固方法是建筑加固工程较为常见的一种，复合材料在放入到需要嵌入的浅沟中，经过一段时间的凝固后，就会增加粘附性，不会出现与建筑结构分离的情况。这就说明这种加固方法增加了复合材料的力学性能，实现了与建筑结构的相互结合，在共同受力下，能够使得建筑结构不会发生弯曲或者裂缝的现象等。另外，这种加固方法最大的优势表现在工序简单、成本较低等方面。施工工序的介绍如下。（1）每一个建筑构件都有自身设计标准和要求，尤其是开槽的尺寸不可随意设计，避免发生安全问题。（2）将槽内存在的灰尘或者杂质等进行及时清除，这样做的目的就是能够防止复合材料发生粘结。（3）添加的胶粘剂厚度不能高于槽的1／2位置。（4）开展试压的环节。即放入到槽中的复合材料需运用胶粘剂进行固定，胶粘剂填入到槽中的厚度需要与槽持平。（5）当胶粘剂得到完全固化后，施工人员再对建筑表面进行清除、平整。

全球复合材料发展概况

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

[摘要]碳纤维具有高强度、高模量、耐磨及耐腐蚀等优异性能，被广泛应用于军工和民用领域，对碳纤维复合材料废弃物中高价值碳纤维的回收再利用成为碳材料领域的研究重点和难点。本文综述了碳纤维复合材料的主要回收方法，介绍了回收碳纤维的再利用技术，并分析了我国碳纤维复合材料回收再利用技术的研究现状，指出碳纤维回收对实现高价值材料再利用、节约能源和减少环境污染具有重要意义。

[关键词]碳纤维；复合材料；回收；再利用；研究现状

碳纤维复合材料具有高比模、高比强、耐腐蚀、耐高温、热膨胀系数小等特性，被广泛应用于国防军工、航空航天、体育休闲、建筑桥梁等领域中。2019年全球碳纤维产量接近1800万吨，但碳纤维复合材料在各个领域的应用寿命是有限的，最长不超过30年，达到其理论使用寿命后，需要对其进行回收再利用[1]。随着碳纤维复合材料应用领域的扩大及需求量的不断提高，其废弃物也逐年增加，填埋废弃物不但污染环境，还造成了极大的浪费，因此回收碳纤维复合材料中有价值的碳纤维成为该领域的研究热点[2]。碳纤维环氧树脂基复合材料使用广泛，其废弃物的回收尤为重要。由于环氧树脂的固化反应为不可逆反应，其降解过程成为碳纤维回收再利用的难点[3-4]。本文主要介绍了碳纤维复合材料的回收和再利用技术，分析了我国碳纤维复合材料回收再利用研究现状，并对其回收利用前景进行了展望。

1碳纤维复合材料的回收

碳纤维复合材料的回收方法可归纳为四类：机械分离回收法、能量转化回收法、化学回收法和热降解回收法[5]，近些年又衍生出其他一些回收方法。

1.1机械分离回收法

［摘要］纤维复合材料在建筑工程中的重要性不言而喻。在此首先对纤维复合材料的特征进行了概述，明确其具有良好的可塑性、抗震性、抗拉强度，将其应用在建筑工程中，可在整体上提高工程质量。其次重点对纤维复合材料在建筑工程中的应用进行了分析，如在增强混凝土质量方面的应用、在涂层织物中的应用、在承载结构方面与结构补强材料上的应用等。最后探究了建筑工程中纤维复合材料具体的应用策略，提出了几点合理化建议，如调整并优化设计方案、严格遵守相关操作规范、提高对采购流程细化的重视度，以期将纤维复合材料的优势充分发挥出来，借助其提升建筑工程施工水平，实现预期工程效果，推动建筑行业良好发展，为关注此类话题的人们提供参考。

［关键词］建筑工程；纤维复合材料；结构补强材料；混凝土质量；涂层织物

随着时代的进步和社会经济水平的提升，建筑行业的发展如火如荼，不仅促使建筑规模扩大、数量增多，而且也对其建筑质量提出了高要求。在传统建筑工程建设与施工中，由于部分传统材料缺乏完善的性能，其质量未达到现阶段标准与要求，因此阻碍了建筑工程建设水平的提升。面对此情况，应加强对新材料的挖掘和运用，其中纤维复合材料就是最重要的一种。此种材料集多种优势，将其应用在建筑工程中是未来发展的主要趋势。因此，积极对纤维复合材料在建筑工程中的应用进行探索具有重要的现实意义。

1纤维复合材料的主要特征

1.1抗震性能优越

在当前建筑工程建设中，建筑物抗震性能的优良性已经成为判定建筑质量好坏的重要指标。部分传统施工材料呈现了密度大且较重的特点，发生地震时，较易出现脱落或者断裂的问题，对人们生命财产安全造成了严重的威胁[1]。而纤维复合材料与传统建筑材料相比，其具有良好的抗震性能，可承受较大的外界冲击力，能够增强建筑的稳定性、可靠性，提升建筑安全性，有助于减少危险事故发生，属于未来该领域发展的主要趋势之一。

通过介绍FRP复合材料，因其轻质高强、高弹模、耐腐蚀性能好及抗冲击性能好等一系列优点，在桥梁、地铁及一些工业厂房等混凝土结构的加固与修复领域中，应用潜力巨大。

土木工程学科的发展，在很大程度上依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。在已有结构的加固改造领域，不仅要求材料经济美观、便于施工，且要求施工后的结构承载力能够明显提高。而FPR复合材料以其优异的力学性能和广泛的适用性发挥着越来越重要的作用。

FRP（fiberreinforcedplastics）复合材料主要有碳纤维（CFRP）、芳纶纤维（AFRP）及玻璃纤维（GFRP）等，其材料形式主要有片材、棒材和型材。FRP的共同优点是：轻质高强、高弹模、抗疲劳、耐腐蚀耐久性能好、热膨胀系数低等。另外，FRP复合材料可以节省材料、自由裁剪、施工方便且速度快，虽然其前期投资较大，但维护成本低，经济效益明显。因此，FRP（片材）复合材料在土木结构加固工程中应用潜力巨大。

1、FRP复合材料的基本特性

随着增强纤维材料的发展，碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维已经成为当前结构工程中加固补强的重要材料。一些典型的FRP（片材）复合材料的基本力学性能见下表。

FRP复合材料的性能各异，在拉伸强度及拉伸模量方面，玻璃纤维和芳纶纤维一般比碳纤维低1/3左右；在断裂延伸率方面，芳纶纤维一般是碳纤维的2倍左右，玻璃纤维一般比碳纤维高70%左右；在韧性、抗冲击性能方面，芳纶纤维和玻璃纤维要比碳纤维好得多；在抗碱腐蚀方面，芳纶纤维和玻璃纤维则不如碳纤维好。关于其它方面的性能差异，这里不再赘述。

摘要：如今复合材料的质量与模具设计质量具有直接关系，因此必须不断提高模具设计的水平，并对先进的热压罐成型技术进行有效应用。基于此，就计算机辅助复合材料热压罐成型模具设计进行研究，首先建模方法和知识构建两方面出发，对计算机辅助复合材料热压罐成型模具设计进行简要概述，然后从设计流程和板件设计分析其设计策略，最后就模板的热分布测试进行探讨。

关键词：计算机辅助；复合材料；模具设计

随着社会科学技术水平的不断提升，复合材料在现代工业领域得到广泛应用。虽然复合材料在结构稳定性、设计性、抗疲劳性等方面具有显著优势，但是在制作时往往需要投入较大的成本，而且质量控制难度较高。为了改变这一情况，必须对先进的计算机辅助软件进行有效应用，通过热压罐成型模具设计，使复合材料实现数字化制作，从而提高复合材料的制备水平，促进行业的健康长远发展。

1计算机辅助复合材料热压罐成型模具设计概述

1.1建模方法。为了对热压罐成型模具设计中的模具变形问题给予有效解决，需要对建模的方法进行改进。以碳纤维增强树脂基复合材料为例，这种材料在生产过程中存在热膨胀差异，因此在设计并制作磨具时会因为受压发生变形。《复合材料制件工装建模要求》中对计算机辅助热压罐成型模具设计的流程给予明确说明，但是并没有对模具热膨胀变形情况给予修正，因此必须在此基础上改进建模方法，从而提高模具的设计水平。具体来看，设计人员必须对知识库技术、工程数据库等进行有效利用，从中选择合理的参数，从而在计算机上进行工艺或者生产试验，并且对实验的结果进行对比分析，最终使模具的参数得到积累，并且实现精确修正。首先，设计人员需要启动UG，并且对工作环境进行设置，期间需要插入制件模型；其次，设计人员应该对造型工艺补加曲面和模板曲面，并且建立支撑架，完成模具装配；第三，判断三维设计是否已经完成，如果没有完成就返回上方步骤，如果已经完成就生成二维图，并且对模型进行检查，判断模型是否合格。这这一流程中要重点关注造型工艺补加曲面和模板曲面，首先判断是否做过相近制作，如果做过则对初始条件和边界条件进行设置，如果没做过就制作结构，并且进行材料有限元建模，然后再通过分析计算、变形结果预测等步骤修正参数，最后储存结果。1.2知识构建。1.2.1热压罐成型工艺。在利用热压罐成型工艺设计复合材料的模具时，由于受到热膨胀和模具型面压力载荷的影响，模具会出现变形、翘曲等情况，而造成这些现象发生的工艺参数因素主要包括以下几个方面：其一，热压罐会对模具施加真空压力和气体压力，从而造成压力负载现象；其二，加热器的温度会发生变化，从而造成温度负载现象。实践发现，如果对模具自身的长度、宽度、厚度、刚度等因素进行调整，就能够使压力负载得到一定程度的缓解，但是并不能解决温度负载问题，因此需要对模具模板的型面进行调整。1.2.2框架式模具设计。为了使模具型面得到精确的调整，可以对有限元模拟方法进行有效利用，从而使模具的变形情况得到有效预测。在获得模具的变形量后，就可以应用反变形法修正模具的型面参数。另外，也可以对知识库技术、工程数据库等进行有效利用，从而构建模具变形的计算元模型，最终对型面参数进行修正[1]。

2计算机辅助复合材料热压罐成型模具设计的策略

1现行生产工艺

现行生产工艺有几大类：

1）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合后（按一定比例）用油压机或等静压压制成工艺所需的形状，用高于自熔性金属合金熔点的温度下，进行烧结；

2）将制备好的氧化物陶瓷颗粒与自熔性金属合金粉末混合烧结，是利用自熔性金属合金与氧元素结合能力的差异，将金属从其氧化物中置换出来，形成氧化物陶瓷／铁基耐磨复合材料；

3）将自熔性金属合金熔液熔渗到陶瓷预制体多孔之中。上述方法只能生产小型复合材料块，无法将复合材料复合到需要耐磨的部位，运用到矿山机械、粉碎设备上难度很大。此工艺经济性稍差。

2研究方向

全球复合材料发展概况

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

目前在市场中流通的铝合金复合材料多数是由两种或两种以上的材料采用相应的技术及工艺加工而成，这些材料在加工完成后其原有的物理、化学性质都受到了改变，成为一种形态、性质更为优质的金属材料，是目前应用较多的一种新型复合材料。在铝合金复合材料发展的过程中，其关键技术指标及生产工艺也在不断的完善，但是在实际生产中，还需对其各个环节进行严格的控制及把握，这样才能保证在铝合金复合材料生产中其各项技术及应用的合理性及科学性，进而提升铝合金复合材料的质量及性能。

1铝合金复合材料技术及工艺发展的历程及现状

早在19世纪30年代在美国等国家就开始开发及研究铝合金复合材料，其方式就主要对热传输设备进行研究，此时与铝合金复合材料相关的技术及工艺尚不完善，但是在焊板、箔等生产中应用有较好的使用效果。而在19世纪40年代，此项工艺技术开始在西欧一些发达国家的热传输设备生产中应用，这也为铝合金复合材料及的关键技术及工艺提供了进一步的发展空间。在19世纪80年代铝合金复合材料关键技术及生产工艺仍然由一些发达国家所掌控，而我国在铝合金复合材料的生产及研究中起步相对较晚，但是在不断的研究及发展中仍然取得了一定的进步。对于铝合金复合材料的生产技术及工艺来说，其主要是采用特定的手段来改变金属材料的性质及特点，例如其化学、力学、物理等性质，这样可以使材料在实际的使用中满足不同的生产要求，进而提升其应用效果。

2铝合金复合材料的特点

铝合金复合材料因受加工生产的作用使其具备了多种实用性能，例如在使用中具有金属、合金、非金属材料等性质特点，可以说其融合了这些单一金属所具备的特性及优势。目前铝合金复合材料在使用中具备了防磨损、耐高温、阻断性、导热性、抗腐蚀、强度高、电磁性、光敏性等特点，再加上其成本相对较低且重量较轻使其在实际中得到了良好的推广及应用。铝合金复合材料通常情况下为两层或三层复合轧制而成，皮材采用熔点低且流动性好的4XXX铝合金作为焊料、芯层采用具有中等强度的3XXX防锈铝合金复合轧制而成。

3铝合金复合材料关键技术指标