復(fù)合材料工藝的案例
復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制造一體化仿真
復(fù)合材料設(shè)計(jì)制造一體化工藝仿真流程
復(fù)合材料纖維織物變形表征
復(fù)合材料一體式車(chē)架RTM填充
復(fù)合材料轉(zhuǎn)子葉片RTM填充
復(fù)合材料固化變形
片狀模塑料SMC成型
課程大綱
課程特點(diǎn)
該課程是繼《首期PAM-COMPOSITE復(fù)合材料成型工藝仿真培訓(xùn)》之后，由復(fù)合材料力 學(xué)公眾平臺(tái)打造的第二期精品培訓(xùn)課程。 該課程特邀長(zhǎng)期從事復(fù)合材料成型工藝過(guò)程仿
真的老師授課， 采用理論基礎(chǔ)+ 實(shí)例操作+ 答疑的教學(xué)方式， 深入淺出， 帶你從基礎(chǔ)入
門(mén)、進(jìn)階到精通復(fù)合材料成型工藝仿真，兩天急速提升能力。
采用獨(dú)家講義，歷時(shí)數(shù)月編寫(xiě)及修訂，內(nèi)容充實(shí)、理論完善、步驟詳盡。
培訓(xùn)形式及時(shí)間安排
培訓(xùn)形式：采用線(xiàn)上+線(xiàn)下同步授課，線(xiàn)上采用騰訊會(huì)議。
培訓(xùn)時(shí)間：2026年1月24日-25日
培訓(xùn)對(duì)象
※ 從事纖維增強(qiáng)復(fù)材設(shè)計(jì)、分析、制造的工程師
※ 研究復(fù)合材料工藝仿真分析的高校學(xué)生、教師
授課老師
長(zhǎng)期從事PAM-COMPOSITE復(fù)合材料工藝仿真相關(guān)的技術(shù)支持與項(xiàng)目咨詢(xún)，具有5年以 上仿真工作經(jīng)驗(yàn)，主持/參與多項(xiàng)航空航天單位復(fù)合材料工藝仿真工程項(xiàng)目。
展開(kāi) 復(fù)合材料成型工藝技術(shù)方法
復(fù)合材料成型工藝是復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)和條件。隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，復(fù)合材料工業(yè)得到迅速發(fā)展，老的成型工藝日臻完善，新的成型方法不斷涌現(xiàn)，目前聚合物基復(fù)合材料的成型方法已有20多種，并成功地用于工業(yè)生產(chǎn)。如：
（1）手糊成型工藝--濕法鋪層成型法；
（2）噴射成型工藝；
（3）樹(shù)脂傳遞模塑成型技術(shù)（RTM技術(shù)）；
（4）袋壓法（壓力袋法）成型；
（5）真空袋壓成型；
（6）熱壓罐成型技術(shù)；
（7）液壓釜法成型技術(shù)；
（8）熱膨脹模塑法成型技術(shù)；
（9）夾層結(jié)構(gòu)成型技術(shù)；
（10）模壓料生產(chǎn)工藝；
（11）ZMC模壓料注射技術(shù)；
（12）模壓成型工藝；
（13）層合板生產(chǎn)技術(shù)；
（14）卷制管成型技術(shù)；
（15）纖維纏繞制品成型技術(shù)；
（16）連續(xù)制板生產(chǎn)工藝；
（17）澆鑄成型技術(shù)；
（18）拉擠成型工藝；
（19）連續(xù)纏繞制管工藝；
（20）編織復(fù)合材料制造技術(shù)；
（21）熱塑性片狀模塑料制造技術(shù)及冷模沖壓成型工藝；
（22）注射成型工藝；
（23）擠出成型工藝；
（24）離心澆鑄制管成型工藝；
（25）其它成型技術(shù)。
視所選用的樹(shù)脂基體材料的不同，上述方法分別適用于熱固性和熱塑性復(fù)合材料的生產(chǎn)，有些工藝兩者都適用。
復(fù)合材料制品成型工藝特點(diǎn)：與其它材料加工工藝相比，復(fù)合材料成型工藝具有如下特點(diǎn)：
（1）材料制造與制品成型同時(shí)完成
一般情況下，復(fù)合材料的生產(chǎn)過(guò)程，也就是制品的成型過(guò)程。材料的性能必須根據(jù)制品的使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此在選擇材料、設(shè)計(jì)配比、確定纖維鋪層和成型方法時(shí)，都必須滿(mǎn)足制品的物化性能、結(jié)構(gòu)形狀和外觀質(zhì)量要求等。
展開(kāi) 復(fù)合材料工藝簡(jiǎn)述
復(fù)合材料成型工藝概述
復(fù)合材料成型工藝是復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)和條件。隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，復(fù)合材料工業(yè)得到迅速發(fā)展，其老的成型工藝日臻完善，新的成型方法也不斷涌現(xiàn)，目前復(fù)合材料的成型方法大概有以下工藝在國(guó)內(nèi)廣泛地用于工業(yè)化生產(chǎn)，如：
（1）手糊成型工藝；
（2）噴射成型工藝；
（3）澆鑄成型技術(shù)；
（4）定長(zhǎng)纏繞制管工藝；
（5）連續(xù)纏繞制管工藝；
（6）拉擠成型工藝；
（7）袋壓法（壓力袋）；
（8）片狀模壓成型工藝（SMC）；
（9）團(tuán)裝模壓成型工藝（BMC）；
（10）熱塑性片狀模塑料制造技術(shù)（GMT）；
（11）真空袋壓成型（真空導(dǎo)流工藝）；
（12）樹(shù)脂傳遞模塑成型技術(shù)（rtm）；
（13）真空輔助輕質(zhì)rtm（L-RTM）
（14）其他成型工藝（略）。
從以上工藝的排列順序來(lái)看，復(fù)合材料成型所用模具由開(kāi)放式到半開(kāi)放逐步向封閉的轉(zhuǎn)變過(guò)程。根據(jù)不同產(chǎn)品特性，視所選用的樹(shù)脂基體材料的不同，進(jìn)而選擇不同的成型工藝，上述復(fù)合材料液體閉模成型工藝共同特點(diǎn)：
（1）材料制造與制品成型同時(shí)完成 一般情況下，復(fù)合材料的生產(chǎn)過(guò)程，也就是制品的成型過(guò)程。材料的性能必須根據(jù)制品的使用要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此在造反材料、設(shè)計(jì)配比、確定纖維鋪層和成型方法時(shí)，都必須滿(mǎn)足制品的物化性能、結(jié)構(gòu)形狀和外觀質(zhì)量要求等。
展開(kāi) 瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院開(kāi)發(fā)出新型自修復(fù)復(fù)合材料
法國(guó)JEC復(fù)合材料集團(tuán)網(wǎng)站2019年3月11日?qǐng)?bào)道稱(chēng)，來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）先進(jìn)復(fù)合材料工藝實(shí)驗(yàn)室的研究人員，最近開(kāi)發(fā)出一種材料，可在結(jié)構(gòu)受到損傷后輕易實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。這種尖端復(fù)合材料或?qū)⒃诤娇蘸教祜w行器、風(fēng)力渦輪機(jī)、汽車(chē)及各類(lèi)運(yùn)動(dòng)裝備中取得應(yīng)用。
研究人員開(kāi)發(fā)出新型自修復(fù)復(fù)合材料（瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院圖片）
當(dāng)風(fēng)電渦輪葉片或飛機(jī)被不明飛行物或碎片等重物擊中后，受損的零部件必須接手整件的更換或利用樹(shù)脂進(jìn)行結(jié)構(gòu)修補(bǔ)。但是更換零部件價(jià)格昂貴，而利用樹(shù)脂進(jìn)行修復(fù)又會(huì)使結(jié)構(gòu)增重并一定程度上改變性能。
EPFL的先進(jìn)復(fù)合材料工藝實(shí)驗(yàn)室（LPAC）在自修復(fù)復(fù)合材料領(lǐng)域，已經(jīng)從事了長(zhǎng)達(dá)12年的深入研究。為了解決上述問(wèn)題，EPFL的研究人員采用了一種全新的專(zhuān)利技術(shù)，找到了一種快速容易的方法，修復(fù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂紋或裂縫。
新型自修復(fù)材料具有優(yōu)異的修復(fù)特性（瑞士CompPair公司圖片）
這項(xiàng)全新的技術(shù)是利用了在復(fù)合材料中加入的自修復(fù)劑。當(dāng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受損后，只需要簡(jiǎn)單的利用便攜式熱空氣噴槍等裝備，將受損部位材料加熱至150℃，即可在短短的60秒的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)樹(shù)脂中出現(xiàn)的裂縫。局部的加熱過(guò)程激活了復(fù)合材料內(nèi)部修復(fù)劑，受損部位實(shí)現(xiàn)迅速愈合，并且不會(huì)改變結(jié)構(gòu)原有性能，損傷愈合率達(dá)到100%。這種全新問(wèn)世的技術(shù)可在各類(lèi)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，使用后的效果可使得原有結(jié)構(gòu)壽命延長(zhǎng)至少3倍。修復(fù)后的材料基本性能與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相同，而抗裂能力可提高到原有結(jié)構(gòu)的1.3倍。不僅如此，理論上這種材料可以實(shí)現(xiàn)在多次受損后的自修復(fù)。更為重要的是，這項(xiàng)技術(shù)與主流復(fù)合材料制造工藝兼容，因此不需要對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行重組。
值得注意的是，這項(xiàng)技術(shù)的使用條件仍然受到一些限制——如果復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受到的損傷造成了內(nèi)部纖維的破壞，材料將無(wú)法愈合。
展開(kāi) 
熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的制造工藝及其特性
蘇州挪恩復(fù)合材料有限公司對(duì)比了尼龍66、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物增強(qiáng)前后的性能，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看各方面性能都有顯著提高。
（碳纖維復(fù)合材料汽車(chē)板簧）
目前已有多種熱塑性樹(shù)脂用來(lái)作復(fù)合材料的基體，研制成功的熱塑性復(fù)合材料有纖維增強(qiáng)尼龍、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氯乙烯等，一般應(yīng)用在要求輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐腐蝕的機(jī)械零件中，如航空機(jī)械、機(jī)車(chē)車(chē)輛、汽車(chē)、紡織機(jī)械、造船、建筑和電氣等領(lǐng)域。用碳纖維等高級(jí)增強(qiáng)材料代替玻璃纖維，可得到各種性能更好的復(fù)合材料，如結(jié)構(gòu)材料、耐沖擊材料、耐磨、阻尼減振材料等。
這種材料的優(yōu)點(diǎn)還和熱塑性塑料一樣具有重復(fù)使用性和二次加工性，其廢舊制品和加工中的邊腳料經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理可以循環(huán)利用，該材料的制品可以采用熔融焊接方法連接，采用高溫高壓成型和冷卻成型，工藝周期較短、能耗低、生產(chǎn)效率高，熱塑性復(fù)合材料原料來(lái)源充足，價(jià)格低廉，易加工，熱塑性復(fù)合材料半成品（粒、片料）幾乎沒(méi)有貯存期限制。
熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料工藝特性與熱塑性樹(shù)脂基基本相似，添加纖維增強(qiáng)材料后，其工藝性能略有變化，這與樹(shù)脂自身結(jié)構(gòu)有密切的聯(lián)系。熱塑性樹(shù)脂基在成型加工過(guò)程中在剪切速率、溫度、壓力下變?yōu)檎沉鲬B(tài)，其流變性是決定樹(shù)脂體系加工性能的主要標(biāo)志。
纖維含量、纖維長(zhǎng)度、纖維取向?qū)Τ尚?em>工藝也會(huì)造成影響。蘇州挪恩復(fù)合材料有限公司實(shí)驗(yàn)人員分析了實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隨著纖維含量的增加，樹(shù)脂的粘度增加，流動(dòng)性降低。在熱塑性復(fù)合材料中，玻璃纖維含量一般在20%-40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），既有顯著增強(qiáng)效果，又能保證制品成型。過(guò)多的纖維含量會(huì)使纖維磨損嚴(yán)重，增強(qiáng)性能降低，物料成型性惡化，且對(duì)設(shè)備磨損加劇。
纖維含量相同時(shí)，纖維越短物料流動(dòng)性越好，但不宜過(guò)短，以免影響增強(qiáng)效果。
展開(kāi) 2017全球碳纖維復(fù)合材料市場(chǎng)報(bào)告（三）
如果沒(méi)有三菱重工、川崎重工等企業(yè)承接波音公司的復(fù)合材料大部件的生產(chǎn)，他的復(fù)材本土市場(chǎng)會(huì)更小。因此，日資碳纖維巨頭都加大了在歐美的生產(chǎn)布局，并購(gòu)中間制品與復(fù)合材料國(guó)際專(zhuān)業(yè)公司。
亞太地區(qū)，主要是中國(guó)大陸，中國(guó)臺(tái)灣與韓國(guó)。這個(gè)區(qū)域的最基礎(chǔ)的應(yīng)用是體育器材，同時(shí)，有望在風(fēng)電、汽車(chē)等工業(yè)應(yīng)用有相當(dāng)?shù)耐黄啤?6.5. 全球樹(shù)脂基碳纖維復(fù)合材料需求-制造工藝
總量：129.5千噸
樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝，每年均有大量的工藝創(chuàng)新產(chǎn)生，無(wú)論是樹(shù)脂配方，纖維形態(tài)，預(yù)成型方式，層合方法，固化方式，均可以做出創(chuàng)新。復(fù)材成型工藝，概括而論：將一維纖維固結(jié)成三維形狀的過(guò)程。復(fù)合材料工藝是個(gè)跨界借鑒的創(chuàng)新行為，廣泛借鑒了紡織、金屬成型、建材、塑料加工等傳統(tǒng)行業(yè)的工藝思想。復(fù)合材料工藝的難點(diǎn)在于成熟性和性?xún)r(jià)比。
航空航天、體育器材，超豪華汽車(chē)等領(lǐng)域，目前的主流工藝依然是預(yù)浸鋪放+熱壓罐工藝。每年有超高50%以上的碳纖維是通過(guò)這條工藝制備成復(fù)材的。這是個(gè)“昂貴”的工藝路線(xiàn)，所以體育器材把熱壓罐變成了模壓。但是，這條工藝的“均勻浸潤(rùn)”與“低孔隙率”，是對(duì)結(jié)構(gòu)性能的最牢靠的保障。
拉擠工藝，由于VESTAS的梁帽的成型技術(shù)，而被廣泛的應(yīng)用起來(lái)，拉擠工藝與單向預(yù)浸料類(lèi)似，可以實(shí)現(xiàn)纖維單方向的最大性能釋放。將多塊單向板材合并粘接成曲面的梁帽，再通過(guò)上下梁帽與腹板，組成剛性梁，這確實(shí)是一個(gè)高性?xún)r(jià)比的、可以發(fā)揚(yáng)光大的技術(shù)思想。
在汽車(chē)領(lǐng)域，目前流行的各類(lèi)工藝，無(wú)論是混配模成型,高壓RTM及其變形工藝，濕法層合工藝，還沒(méi)有一種工藝能滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)所需的成熟性與性?xún)r(jià)比。當(dāng)然，汽車(chē)行業(yè)對(duì)不同能源驅(qū)動(dòng)下的、不同零部件的輕量化價(jià)值也需作出客觀評(píng)估，當(dāng)前，通過(guò)對(duì)金屬件減重而換算復(fù)材零件的成本，是萬(wàn)萬(wàn)不可能用上碳纖復(fù)材的。
6.6.
展開(kāi) 復(fù)合材料帽形梁RTM工藝仿真解決方案
復(fù)合材料帽形梁RTM工藝仿真解決方案
關(guān)鍵詞：RTM；固化變形；有限元分析；ESI
摘要：纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞性和耐腐蝕性好以及便于整體成型等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于航空航天、建筑、汽車(chē)、艦船、體育器材等領(lǐng)域。復(fù)合材料制品的性能很大程度上依賴(lài)于其制造工藝。樹(shù)脂傳遞模塑（Resin Transfer Molding, RTM）因其具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)成為纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的主要制備技術(shù)之一。本文針對(duì)帽形梁，采用ESI的復(fù)合材料RTM工藝分析軟件對(duì)其進(jìn)行RTM工藝仿真，預(yù)測(cè)其成型性能、填充過(guò)程、固化過(guò)程以及固化變形量，從而對(duì)工藝方案改進(jìn)、模具修改提供依據(jù)。結(jié)果表明，ESI公司的RTM工藝解決方案可以很好的描述RTM工藝過(guò)程，包括預(yù)成型體的鋪覆過(guò)程，樹(shù)脂的流動(dòng)過(guò)程、樹(shù)脂的固化過(guò)程、復(fù)合材料制件的固化變形。
1 引言
樹(shù)脂基復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、比剛度，抗疲勞、耐腐蝕、成形工藝性好以及可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為飛機(jī)、汽車(chē)、機(jī)械、電子產(chǎn)品的重要結(jié)構(gòu)材料之一，并且使用比例逐年增加。比如，波音787復(fù)合材料用量高達(dá)50%，空客A350XWB復(fù)合材料用量高達(dá)53%，BMW i3復(fù)合材料用量高達(dá)49.41%，西門(mén)子生產(chǎn)出75米長(zhǎng)的碳纖維葉片等等。隨著黑車(chē)身BMW i3的上市以及即將上市的BMW i8的推出，汽車(chē)行業(yè)成為復(fù)合材料市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力。
樹(shù)脂傳遞模塑技術(shù)(Resin Transfer Molding, RTM)是一種以低壓、密閉容器制造的復(fù)合材料生產(chǎn)方法，先將纖維、增強(qiáng)材料等放置于模具中，密閉之后以低壓注入樹(shù)脂，等樹(shù)脂反應(yīng)硬化后，打開(kāi)模具將成品取出。
展開(kāi) 從設(shè)計(jì)到驗(yàn)證：2天攻克PAM-COMPOSITE核心工藝仿真
PAM-COMPOSITE是一款專(zhuān)業(yè)的復(fù)合材料制造工藝仿真軟件， 能夠?yàn)橛脩?hù)提供 完整的設(shè)計(jì)、工藝仿真、性能預(yù)測(cè)解決方案，幫助用戶(hù)快速進(jìn)行加工和設(shè)計(jì)，分
析和糾正可能通過(guò)制造工藝引入的缺陷， 支持預(yù)測(cè)連續(xù)纖維增強(qiáng)熱固性/ 熱塑性 樹(shù)脂基復(fù)合材料構(gòu)件在制造過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和變形，幫助用戶(hù)最小化生產(chǎn) 風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
根據(jù)復(fù)合材料成型工藝開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)， 為了進(jìn)一步增強(qiáng)工藝開(kāi)發(fā)人員技術(shù)攻關(guān)能 力。結(jié)合當(dāng)前數(shù)值仿真技術(shù)在復(fù)合材料開(kāi)發(fā)中的重要作用，復(fù)合材料力學(xué)微信公 眾平臺(tái)特邀了長(zhǎng)期從事PAM-COMPOSITE復(fù)合材料成型工藝仿真的老師， 推出 了PAM-COMPOSITE復(fù)合材料成型工藝仿真課程。
PAM-COMPOSITE軟件功能涵蓋：
纖維織物的懸垂和模壓成型
樹(shù)脂傳遞模塑 (RTM)、高壓 RTM 和壓縮 RTM及其衍生工藝
熱固性樹(shù)脂的固化過(guò)程
樹(shù)脂固化后引起的制件翹曲變形
片狀模塑料 (SMC)的模壓成型
與制件設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)仿真的傳輸接口
通過(guò)仿真檢驗(yàn)設(shè)計(jì)部門(mén)定義的產(chǎn)品信息， 允許將制造結(jié)果順利轉(zhuǎn)移到設(shè)計(jì)部門(mén)進(jìn)行復(fù)合 材料制件的結(jié)構(gòu)數(shù)模“凍結(jié)”。
展開(kāi) 3D打印/FDM工藝制備導(dǎo)熱MWCNT/PLA納米復(fù)合材料
因此，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的高導(dǎo)熱材料來(lái)解決這一問(wèn)題具有重要意義，常見(jiàn)的導(dǎo)熱填料如氧化鋁、氮化硼、氮化鋁、氮化硅、金剛石、石墨、金屬顆粒、碳納米管(CNTs)、石墨烯等，已被廣泛用于制備聚合物復(fù)合材料，以達(dá)到期望的性能。
其中，碳納米管相對(duì)于金屬納米填料具有更大的縱橫比和靈活性，可以更好地融入聚合物基體中，以滿(mǎn)足熱管理要求。多壁碳納米管(MWCNT)的導(dǎo)熱系數(shù)為2586 ~ 3075 W/(mK) 。然而，在先前的研究中，在聚合物復(fù)合材料中加入碳納米管對(duì)熱傳導(dǎo)或傳熱能力的增強(qiáng)作用有限。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠使得碳納米管在聲子傳輸?shù)臐撏ǖ赖氖走x方向上有序排列，以及調(diào)整在復(fù)合材料中所需的填充位置，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)快速熱傳導(dǎo)的迫切需求是必不可少的。
3D打印，也被稱(chēng)為增材制造，是一種從3D模型數(shù)據(jù)一層一層地將材料連接起來(lái)制造物體的過(guò)程。其中直接墨水直寫(xiě)(DIW)和熔融層積成型(FDM)正在成為制造聚合物納米復(fù)合材料最成功和最廣泛使用的工藝。其中FDM方法是一種簡(jiǎn)單的方法，可以制造幾何復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，并可編程宏觀和微觀結(jié)構(gòu)。3D打印的高縱橫比材料可以賦予打印結(jié)構(gòu)特殊的多功能，包括在電氣和熱管理、能量收集、能量存儲(chǔ)和傳感等應(yīng)用中所需要的功能。
3D打印和碳納米管的結(jié)合可以為分層排列的結(jié)構(gòu)編程提供無(wú)限的可能性。為了獲得高導(dǎo)熱性的聚合物納米復(fù)合材料，最需要的是在聚合物基體中加入大量的填料，并控制填料的取向和位置。3D打印能夠?qū)⑻盍戏植荚?em>復(fù)合材料中具有所需方向的特定位置，有助于形成導(dǎo)熱路徑，并在首選方向上提高導(dǎo)熱性。
02
成果掠影
近期，美國(guó)特拉華大學(xué)材料科學(xué)與工程系的倪超英教授在通過(guò)3D打印的方法驗(yàn)證了該工藝對(duì)聚合物導(dǎo)熱性能的影響。
展開(kāi) 設(shè)計(jì)仿真 | Digimat在電池殼體SMC復(fù)合材料成型工藝中的應(yīng)用
SMC在電車(chē)電池殼體中的力學(xué)分析結(jié)構(gòu)
#03「 應(yīng)用價(jià)值 」
利用Digimat與工藝軟件、有限元仿真分析軟件的聯(lián)合仿真，實(shí)現(xiàn)了含有各向異性纖維的復(fù)合材料車(chē)身結(jié)構(gòu)件的仿真分析。從材料微觀結(jié)構(gòu)，制造工藝，結(jié)構(gòu)件仿真全方面精確模擬不同條件下SMC車(chē)身結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能，幫助企業(yè)優(yōu)化工藝，節(jié)省材料損失，縮短研發(fā)時(shí)間，達(dá)到降本增效的目的。
Digimat在電池殼體SMC復(fù)合材料成型工藝中的應(yīng)用
SMC工藝介紹及挑戰(zhàn)
SMC（Sheet Molding Compound的縮寫(xiě)，即片狀模塑料）是一種復(fù)合材料制造工藝。該工藝可以有效地代替金屬，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛輕量化目標(biāo)。該工藝不僅能夠顯著降低車(chē)身重量，而且設(shè)計(jì)靈活，操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、可成型表面光滑結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品等。近年來(lái)可以看到越來(lái)越多的電車(chē)企業(yè)，選擇SMC作為制備電池殼體的首選工藝。其成型方法是將纖維短切，鋪設(shè)在樹(shù)脂和添加劑混合所形成的樹(shù)脂漿料上，之后在表面進(jìn)行樹(shù)脂疊加，三者通過(guò)加壓固化的方式改變材料厚度，最后包裝。
在得到SMC工藝制備的片狀卷材后，會(huì)對(duì)材料進(jìn)行進(jìn)一步加工，通常稱(chēng)為CF-SMC模壓成型工藝，將連續(xù)碳纖維和短切纖維通過(guò)不同形式的混雜加工從而制備成形狀較為復(fù)雜、有較高尺寸精度要求的復(fù)合材料零部件，這里連續(xù)纖維作為增強(qiáng)體彌補(bǔ)了短切纖維的力學(xué)短板，達(dá)到了局部補(bǔ)強(qiáng)的目的。可以看出該種方式通過(guò)控制纖維長(zhǎng)短，鋪設(shè)方向，可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)復(fù)合材料的力學(xué)性能，在力學(xué)性能的可控性和可設(shè)計(jì)性要比單層SMC片材大。該工藝適用于大批量、重復(fù)性高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的汽車(chē)半結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)。在不犧牲力學(xué)性能、表面質(zhì)量的情況下進(jìn)一步減輕重量。
該制造工藝的難點(diǎn)在于需要設(shè)計(jì)匹配的鋪層或者纖維的分布，用以配合不同結(jié)構(gòu)件的力學(xué)或其他性能要求。這些挑戰(zhàn)要求在設(shè)計(jì)之初，不僅需要考慮純力學(xué)分析，還要考慮制造工藝過(guò)程中所引入的材料各向異性。由于有意識(shí)的設(shè)計(jì)纖維分布的不均勻，導(dǎo)致在宏觀表征上，結(jié)構(gòu)件的各向異性明顯。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真分析可以快速方便地研究不同設(shè)計(jì)得到的車(chē)身結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，進(jìn)而幫助企業(yè)快速確定工藝參數(shù)，減少了實(shí)際測(cè)試和調(diào)整的時(shí)間和次數(shù)，進(jìn)而降低生產(chǎn)成本，提高研發(fā)和生產(chǎn)效率。
展開(kāi) 
【科普系列】金屬與陶瓷“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”---金屬陶瓷層狀復(fù)合材料
圖1 貝殼微觀結(jié)構(gòu)形貌及疊層復(fù)合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (a) 珍珠層截面形貌；(b) 表面納米有機(jī)蛋白顆粒；(c)，(d) 珍珠層俯視形貌；(e)珍珠層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
金屬陶瓷層狀復(fù)合材料(laminated metal/ceramics composites，LMCCs)正是在這種契機(jī)下應(yīng)運(yùn)而生，并在其誕生之后迅速成為復(fù)合材料研究領(lǐng)域的熱門(mén)課題之一。金屬陶瓷層狀復(fù)合材料是由至少一種金屬以片層形式與陶瓷交替排列而成，是將擁有不同化學(xué)、物理性能的兩種或多種材料按照不同的層間距、層厚比以及疊層數(shù)相互疊層制備的新型材料，通常是由基體材料和增強(qiáng)體復(fù)合制備而成，圖2是通過(guò)粉末冶金法制備金屬陶瓷層狀復(fù)合材料的工藝流程。微疊層復(fù)合材料中的強(qiáng)性層一般選用較高強(qiáng)度和彈性模量的結(jié)構(gòu)陶瓷，該層主要起強(qiáng)化的作用，當(dāng)受外界載荷時(shí)能保證材料具有較高的強(qiáng)度。陶瓷層通常選用SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2等材料。韌性層一般選用金屬或有機(jī)物質(zhì)等韌性好的材料，保證材料具有良好的韌性。常見(jiàn)的韌性層材料有Ti、Ni、Fe等金屬材料，非金屬的石墨以及高分子材料的樹(shù)脂等。微疊層復(fù)合材料每個(gè)疊層的厚度通常要求為0.01~100 μm，而其性能是由每一個(gè)組分特性、體積分?jǐn)?shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、層間距和各組分之間的互溶度共同決定的。由于材料結(jié)構(gòu)的特殊性，金屬陶瓷層狀復(fù)合材料可以改善材料的斷裂韌度、疲勞性能、抗沖擊性能、抗磨損性能、抗腐蝕性能和阻尼性能等。
圖2 粉末冶金制備金屬陶瓷層狀復(fù)合材料工藝流程
最常見(jiàn)的金屬陶瓷層狀復(fù)合材料主要包括Ti基、Ni基、Al基、Mg基、Fe基、Cr基、耐熱金屬基、金屬間化物基等，其中以Al基、Ti基、Ni基復(fù)合材料發(fā)展較為成熟。
展開(kāi) 幾篇復(fù)合材料切削仿真方面的文章
復(fù)合材料切削仿真
[emuch.net]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)模型以及數(shù)值模擬進(jìn)展.pdf
SiCp／Al復(fù)合材料鉆削加工的有限元和試驗(yàn)研究.pdf
基于ANSYS_LS_DYNA鉆削過(guò)程的數(shù)值仿真.pdf
碳纖維復(fù)合材料高速鉆削力的研究.pdf
硬質(zhì)合金鉆頭鉆削碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料工藝.pdf
連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料工藝及應(yīng)用
二、連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的浸潤(rùn)工藝
（1）混纖紗-TwinTex(Commingled yarn)
制造商：OCV (Saint-Gobain)-TwinTex、巨石-Compofil
（2）熔體浸漬(Melt impregnation)
工藝關(guān)鍵：
①纖維排布、展絲
②熔體浸漬槽
以下是不同熔體浸漬槽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
熔融浸漬工藝的特點(diǎn)是：
①浸潤(rùn)完全
②制造成本較低
③由于樹(shù)脂在熔體槽中停留時(shí)間較長(zhǎng)容易氧化
（3）粉末浸漬法（Powder impregnation）
工藝特點(diǎn)：
①樹(shù)脂需要打成較細(xì)的粉末，成本相對(duì)較高。
②樹(shù)脂含量較難控制。
（4）懸浮浸潤(rùn)（Slurry impregnation）
主要生產(chǎn)高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料：PEI、PEEK、PAEK、PEKK、PPS、PSU、PVDF等。
（5）液體成型 liquid infusion
樹(shù)脂體系：
PA6(己內(nèi)酰胺陰離子開(kāi)環(huán)聚合)
丙烯酸樹(shù)脂（Elium , Arkema）
該工藝可用的樹(shù)脂體系較少，聚合較難控制。
三、連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料（CFRTP）的特點(diǎn)：
1、環(huán)境因素小。生產(chǎn)過(guò)程排放小、可回收。
2、材料選擇范圍廣。熱固性樹(shù)脂僅有幾種，而熱塑性樹(shù)脂及其合金品種繁多，滿(mǎn)足不同的需求。
3、儲(chǔ)存方便，儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)。
4、復(fù)合材料的耐疲勞性、抗沖擊性能、耐腐蝕性?xún)?yōu)異。
5、材料的密度低，比強(qiáng)度、比剛性大。
6、材料成型快、成型方式多樣化。
7、材料易于焊接。
展開(kāi) 熱塑性復(fù)合材料成型工藝
工藝過(guò)程
FRTP的生產(chǎn)方法得到了很快發(fā)展：注射、擠出、模壓、纏繞、RTM等都可以生產(chǎn)FRTP。
為解決浸漬問(wèn)題，熱塑性復(fù)合材料通常采用預(yù)浸漬的方式，將樹(shù)脂與纖維混合，制備成粒料，片材等半成品材料。再根據(jù)不同的工藝要求成型。
熱塑性復(fù)合材料原料及工藝過(guò)程
FRTP的原材料種類(lèi)與纖維長(zhǎng)度形態(tài)關(guān)系
FRTP粒料的制備方法
?增強(qiáng)粒料的制造要求：
① 玻璃纖維能均勻地分散于樹(shù)脂之中。
② 玻璃纖維與樹(shù)脂應(yīng)盡可能包覆或粘結(jié)牢固。
③ 制造過(guò)程中應(yīng)盡可能減少對(duì)玻璃纖維的機(jī)械損傷，盡可能減少對(duì)樹(shù)脂分子的降解。
?熱塑性增強(qiáng)塑料粒料的分類(lèi)：
短纖維型（分散型增強(qiáng)粒料）：指玻璃纖維和高分子樹(shù)脂通過(guò)混煉，在此過(guò)程中玻璃纖維被折斷，以長(zhǎng)度為O.25～O.5 mm的短玻璃纖維形式，均勻地分散于樹(shù)脂中，適宜于柱塞式注射成型機(jī)用(當(dāng)然也可以用于螺桿式注射成型機(jī))。
? 短纖維型增強(qiáng)粒料是為解決高熔融粘度樹(shù)脂的長(zhǎng)纖維型粒料因纖維在樹(shù)脂中分散不好易引起制品性能和外觀不
理想而產(chǎn)生。
? 短纖維型粒料具有較好的成型加工性和表面平滑性，用柱塞式和螺桿式注射成型機(jī)均可成型。但纖維在造粒時(shí)磨損嚴(yán)重、長(zhǎng)度短，制品強(qiáng)度不高；由于短纖維型粒料的加工流動(dòng)性較好，適合于制造壁薄和形狀復(fù)雜的制品
短纖維增強(qiáng)熱塑性塑料粒料的制造方法
(1)短切纖維原絲單螺桿擠出法
工藝：將短切GF原絲與樹(shù)脂按設(shè)計(jì)比例加入到單螺桿擠出機(jī)中混合、塑化、擠出條料、冷卻后切粒。對(duì)于粒料樹(shù)脂，要重復(fù)2～3次才能均勻。對(duì)于粉末狀樹(shù)脂，則可一次性擠出造粒。
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