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第一章 先进复合材料概述
一、先进复合材料
复合材料一般是由两种材料的组合而成，一是纤维增强物，是主要传递载荷的材料，另一是基体，它将纤维粘接在一起，并在侧面支持纤维，这种组合形成了很高的强度重量比。
就本教程而言，主要涉及的是民航飞机的修理，先进复合材料定义为：通过在基本上均质的基体中埋置高强度、高模量纤维而制成的复合材料，如石墨 "环氧， %&’( "环氧等等。新型的玻璃 "环氧也是先进复合材料。
二、复合材料的一般描述
（一）材料的形式 )*长丝长丝亦称长纤维，是一根根的连续纤维，除了在几何不连续处以外，在一个构件中通常没有长丝的端头。股是由 )+++到 ),++根长丝并在一起，一般又称为丝束，纱或束。中等强度的纤维在飞机复合材料结构中用得最多 *用长丝束制成单向带和布。 ,*单向带单向带是由纱在树脂基体中沿着单一方向排列而成。常常以预浸的形式提供，树脂的作用是将纱粘在一起。 -*织物织物是由纱、纤维或长丝织成的材料。经纱指的是沿纵向的长纱，大致平行于卷料的展开方向，一般经线方向设为零度。在编织图案里纬纱垂直于经纱，通常经纱的数量多于纬纱，经向的材料强度大于纬向，因此在复合材料制造与修理中，正确识别经向十分重要。为便于识别，常间隔地插入其他颜色的示踪纱定义经纱，如插入黄色的 %&’(经纱，抽掉一根线形成 ,”./”的矩形格子来定义经向。此外，在预浸料的塑料底膜上用红色示踪线表示经向，或用沿着经向的菱形图案来确定经向。（二）布边布边是防止织物绽裂所织的边，因为布边的编织与布本身不一样，而且强度也不 •/10•
一样，因此，在制造和修理使用之前应除去布边。为了防止层合板的扭曲，在修理操作过程中，应当特别注意各铺层之间的顺序均衡和方向的对称 铺层方向的符号作参考用。
三、纤维制造
碳 "石墨纤维是由聚丙烯腈、聚乙烯及人造丝合成，预先氧化并保持在 % &’大约一小时 预氧化纤维更能承受碳化 "石墨化的温度，且有较好的碳链方向。以制造中等强度的纤维 进行碳化石墨化发生在 % &(温度下 ) %分钟，这样便制成了高强度高模量纤维 电炉的高温去除了碳键上的氢、氧及氮，留下了具有方向性的碳链。碳化形成任意的无定形的结构 而石墨化使结晶的方向密度与模量增加。对新的纤维进行表面氧化处理来提高与基体树脂的粘接性。有时在处理纤维时适量涂抹环氧树脂，然后将这种材料缠绕起来送到材料制造厂织成布或带。
四、纤维布的织造图案
纤维布有许多编织方式，最常用的方式如图。最常见到的形式是玻璃纤维 )型， *+,-./ )型，石墨纤维 &*%0 %12型。因为它们编织得很紧，可以防止湿气浸入。因此，它们总是用作蜂窝夹芯的面板。
3综鱿破斜纹缎织布是一种较松的编织物，因而易作复杂外形的铺层，它们大约是平纹布厚度的两倍，主要用于厚的层合板和有较大曲度的复合材料面板。
)平纹编织
平纹编织是最简单的编织形式，每股交替地上下平行穿过。图例所示是用一个由两个较小的纱柬拧在一起的丝束。显然它是在经向和纬向上用同等数量纱束的平纹编织。
众丝平纹
双丝平纹是用两个丝束代替每一单个丝束而制成的平纹编织。
&斜纹或缎纹编织
在这些编织类型中，在把一个单束编到下面之前，这束要平行穿过几个束。如果它搭在两个上面，叫斜纹编织，如果一个弧形搭在三个或四个上面或多于四个，叫缎纹编织。一个 “4综纰缎纹”是四股在上，一股在下的编织，一个 “3综统缎纹”是七股在上一股在下的编织。
5纱纟罗这种图案的编织是把纬向的丝束固定在有一定空间的两经向丝束中。这种图案允许用两个丝束缠绕交替来编织织物。 4混杂 •606•
混杂织物是两种或多种纤维共用一个基体，以使织物具有更广的性能，例如弹性、刚度、抗损伤性，吸附树脂，或降低价格。混杂形式多种多样。
，中间层
用在不同层中的两种或多种增强材料，用来获得所希望的性能（见图 " ）。
五、预浸单向带的制造
石墨单向带总是以预浸带的形式提供。它的处理及固化特性和预浸布相似。
石墨单向带根据宽度需要以卷轴的形式提供。丝束和涂着树脂的背纸一起被加热并经过压轮。热和压力一起使得石墨丝束嵌入树脂，纸仍然在里面作为分离介质。预浸带和纸在过程的末端卷起来，形成最终的带。
标记：标记是预浸料制造商在材料卷轴的末端所作的记号。标记表明附近范围内有缺陷存在。从预浸料中切取修理层时，应避免这些缺陷。允许制造商在一卷材料上有一定数量的缺陷而用户不能拒收。这就是为什么挑选符合规格的材料是非常重要的原因。
仅在石墨纤维材料里才有带。带易于在复杂外形上平展拼合。在制造过程中应用铺带机使铺层损伤减到最小。修理时一般不用带。
带的优点是：
（%）如果制造的部分均在带与织物的承力范围之内，带比布便宜。
（"）其宽度较窄，能减少间隙和重叠。
（&）在制造过程中，材料的浪费比布少。
（’）带能形成光滑而严实的表面。
（(）带比织物的强度和刚度高，能高出 %)*。但如结构修理手册（ +,-）有规定，那末，可以用织物来替代带进行修理。
带的缺点是：
（%）带是单向的，只能承受一个方向的载荷。
（"）易产生边缘层间分离，因为没有纬纱来使单向的经纱固定在一起。
六、预浸织布的制造
最初的预浸织布是用户将织物在树脂中直接浸润而成的。一卷卷的织物通过一个盛有液态树脂的容器，制成的浸润材料，立即铺用，形成复合材料组件。这种方法不能提供稳定的树脂含量和其他性质。因此浸润过程换为一个能在严格范围可控过程的单独设备。今天的预浸料是由织物或非织材料与树脂处理到 .阶段（又称乙阶段树脂），准备用于最终处理。 .阶段是热固性树脂的中间固化阶段，介于未处理与完全处理 •//•
之间。预浸料含有 " %的树脂重量，其余是纤维。 中国航空网 www.aero.cn 航空翻译 www.aviation.cn 本文链接地址：飞机检测与维修实用手册 2(97)
