长纤维复合材料制造工艺

以长纤维增强热塑性复合材料粒料的生产为例。

长纤维增强热塑性复合材料粒料是一种以长颗粒状半成品预浸材料形式供应市场的长纤维增强热塑性基体复合材料（见图）。通常采用纤维预混合、定长纤维混合挤出、连续纤维挤出包覆等工艺制造。将这类半成品预浸材料采用加热模压、注塑等成型工艺进行二次加工，即可成型为热塑性复合材料部件。

纤维复合材料由长纤维与聚合物树脂所形成的复合材料。经常使用的长纤维有合成纤维、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维等。纤维——聚合物复合材料是已知最强固和最坚韧的工程材料，各种纤维可赋予复合材料优异的机械性能，如高模量、高强度、高韧性等。纤维复合材料中，界面黏合状况在决定材料模量、强度和韧性方面有很重要的作用。长纤维复合材料中，纤维承受大部分负荷，基材起应力传导和保护纤维不受损伤的作用。

对长纤维复合材料施加的应力超过临界应力时，会产生一个或几个断裂过程，最重要的3种模式——轴向拉伸断裂、横向拉伸断裂、切向断裂（断裂面与纤维垂直、断裂面与纤维平行、切应力引起的错动）。施加平行于纤维方向的应力σ₁会引起纤维及基体的断裂，断裂的路径垂直于纤维轴线方向；在横向拉伸及断裂模式中，强度会很低，施加σ₂或τ₁₂会引起与纤维平行方向的断裂，在这种情况下，断裂可能发生在基体内部、纤维与基体的界面，也可能发生在纤维内部。

在考虑复合材料的力学性能时，需作以下假没：

①纤维均匀分布；

②纤维与恭体界面有好的结合；

③材料内没有残余应力；

④纤维与基体小变形时可看成是线弹性材料。

连续长纤维复合材料的力学性能存在明显的各向异性。当载荷平行于纤维时复合材料的弹性模量最高，当载荷垂直于纤维时复合材料的弹性模量最低，而在其他取向上复合材料的弹性模量介于最大弹性模量与最小弹性模量之间。这种复合时料力学性能的计算规律被称为复合材料性能的混合定则。

以高性能的纤维为增强体，金属或它们的合金为基体制成的复合材料。纤维是承受载荷的主要组元，纤维的加入不但大大改善了材料的力学性能，而且也提高了耐温性能。常用于金属基复合材料的纤维有硼纤维、碳(石墨) 纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维，以及钨丝、钥丝、铍丝、不锈钢丝等金属丝。硼/铝、碳(石墨) /铝、碳化硅/铝、氧化铝/铝、碳(石墨) /镁是比较典型的几种金属基复合材料。