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1、1. 手糊成型、层压和模压成型 方法（重点及难点）,2. 模压成型的工艺过程（重点）,本章重点及难点：,3. 不同成型方法的应用领域（了解）,第1页/共110页,概述,国外在CM生产中的比例 我国手糊成型法 22.1% 80-90% 喷射成型法 9.1%模压成型法 42.3% 需要提高注射成型法真空袋压法连续纤维缠绕技术 7.2% 基本无拉挤成型,一、 复合材料成型方法,第2页/共110页,5.1.2. 选择成型工艺方法的原则,生产复合材料制品的特点是材料生产和产品成型同时完成，因此在选择成型方法时，必须同时满足材料性能、产品质量和经济效益等多种因素的基本要求，一般遵循以下几点： 产品的外形构
2、造和尺寸大小，有的工艺方法对尺寸有要求，如注射成型有要求，而手糊成型没有要求； 材料性能和产品质量要求，如材料的物化性能、产品的强度及表面粗糙度（光洁度）要求等； 生产批量大小及供应时间（允许的生产周期），批量有区别； 企业有可能提供的设备条件及资金； 综合经济效益，保证企业效益。,第3页/共110页,举 例：,a. 生产批量大、数量多及外形复杂的小产品模压成型； e.g. 机械器件、电子器材等。b造型简单的大尺寸制品，批量小手糊成型、喷射成型； e.g. 浴盆、汽车部件、胎体外壳、大型储槽等。c压力管道及容器缠绕工艺；d板材及成型制品连续成型工艺。,第4页/共110页,复合材料工艺,复合材料
3、工艺：将纤维、树脂等原材料用适当的方法，经浸渍、赋形、固化等环节，制备出复合材料制品的过程。 主要包括，复合材料成型工艺、半成品制备工艺和夹层结构复合材料制品成型工艺。,第5页/共110页,5.1.1 制备复合材料的主要工艺流程,复合材料工艺就是将组分材料组合在一起的“适当方法”。复合材料成型加工的工艺流程： 预浸料半成品的制备；增强材料的预成型制得毛坯；复合材料的固化成型。,第6页/共110页,5.1.2 复合材料成型工艺分类,1 按预成型方法分类1）层贴法 （手糊法）：包括采用布、带或毡等增强材料和低粘度胶液的湿法手糊工艺和采用预浸料的干法层贴工艺。2）沉积法：包括利用压缩空气将短切纤维喷
4、积（射）到模具表面的纤维喷积法预成型和利用抽空是短切纤维吸附到网模上的纤维吸积法预成型。3）缠绕法：是将连续长纤维纱、布、带浸胶后连续地缠绕到相应产品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后固化的成型方法。 4）编制法：将增强材料编制成与产品形状尺寸基本一致的三维立体织物，是一种连续纤维纱新型预成型方法。,第7页/共110页,按成型压力分类1)接触成型：成型固化时不再施加压力，仅靠手工或简单工具的辅助铺贴增强材料和树脂，包括湿法手糊工艺和喷射成型工艺。2）真空袋成型：利用真空袋将铺层等预成型体模具密封，由内向外抽去空气和挥发分，借助大气压力对制品产生低于0.1MPa的压力，以降低制品孔隙率。3）气压室成型
5、：在制品表面，制造一个密闭的气压室，利用压缩气体、借助真空袋或橡皮胶囊等介质将气压室气体压力传递到制品上，实现对复合材料的加压。,第8页/共110页,4）热压罐成型：真空袋-热压罐成型是利用热压罐内部的加热气体，对封入真空袋中的复合材料叠层坯料加压加热固化。5）模压成型：包括软塞法的低压成型和金属对模法的高压模压成型。6）树脂传递模塑(RTM)、树脂膜熔渗(RFI)、吸胶成型：利用真空或压力使树脂流入模具，浸渍增强材料预成型毛坯，再加热固化的液体模塑方法。7）增强反应注射成型(RRIM):是将反应聚合和注塑加工相结合的加工方法。8）拉挤成型：将浸有树脂的纤维或预浸纱连续通过一定的加热口模，挤出
6、多余树脂，在牵引下固化。,第9页/共110页,按开、闭模分类1）闭模成型：包括模压成型、树脂传递模塑(RTM)、注射成型、增强反应注射成型（RRIM).2) 开模成型：手糊成型、喷射成型、真空袋成型、压力袋成型、热压釜成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、离心浇铸成型。3）其他：编制、吸积（吸胶）成型。,第10页/共110页,5.1.3 复合材料制品的成型特点,大都采用低压成型（模压和注射外），压力低于2MPa。施加压力的作用： 使塑料产生流动，克服塑料流体与模具之间的摩擦力； 排除低分子物压实物料，得到致密均匀的制品。采用低压成型的原因： 使填料预成型；采用可低压成型的树脂配方；利用弹性介质传递压力
7、使压力垂直作用于制品表面，加压效果好。,第11页/共110页,5.1.4复合材料工艺过程要点,1 纤维必须均匀地按设计要求分布在制品的各个部分。2 树脂必须适量地均匀地分布在制品的各个部位，并适当固化。3 工艺过程中尽量减少气泡，降低孔隙率，条制品的致密性。4 充分掌握所用树脂的工艺性能，制定合理的工艺规范。,第12页/共110页,5.1.5 复合材料制品工艺设计内容,根据制品性能要求选材(F.M);根据单向板性能铺层设计；根据材料工艺性选择成型方法；工装模具设计（模线样板法）；成型工艺实验。,第13页/共110页,5.1.6 复合材料成型三要素,赋形：增强材料在设定的方向上均匀进行排列。浸渍
8、：是将增强材料间的空气置换为基体树脂，以形成良好的界面黏结和复合材料的低孔隙率。固化：基体树脂的分子链结构由线形结构形成三维网络结构。Fig.5-3 成型三要素与原材料的相互关系？,第14页/共110页,手糊成型是用手工或在机械辅助下，将增强材料和热固性树脂胶液在模具上铺敷成型，室温（或加热）、无压（或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺方法。,5.2 手糊成型工艺,湿法：将增强材料（布、带、毡）用含或不含溶剂胶液直接裱糊，其浸渍和预成型同时完成。干法：采用预浸料按铺层序列层贴预成型，将浸渍和预成型过程分开，或预成型毛坯后，再用模压或真空袋-热压罐的成型方法固化成型。,第15页/共110页,工艺
9、流程,模具准备,涂脱模剂,树脂胶液配置,增强材料准备,手糊成型,固化,脱模,后处理,检验,制品,涂胶衣,增强层制作,第16页/共110页,典型的手糊成型CM的结构,第17页/共110页,1模具制造（木材、石蜡，金属，水泥，复材） 模具光泽度要高，对制品的表面光泽度有影响。2脱模剂 应具备的条件： 不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘附力小 成膜时间短，成膜均匀光滑 操作简便，使用安全，价格便宜 脱模剂的使用温度应高于固化温度 薄膜型脱模剂：聚酯薄膜、PVA、玻璃纸等； 溶剂型脱模剂：PVA（低分子量）、水、酒精的溶液 蜡型脱模剂：硅酯，石蜡，硅油,一、模具准备,第18页/共110页,二、原材料
10、准备,1树脂溶液（胶液） 聚合物基体的选择选择手糊成型用树脂基体应满足的要求： 能在室温下固化； 能制备成粘度适当的溶液； 无毒或低毒； 价格便宜。 适宜的凝胶时间。 不饱和树脂80；其次环氧树脂； PI高性能树脂。,第19页/共110页, 胶液配方 不饱和聚酯树脂： 引发剂：BPO 60130； 促进剂( 活化剂):使室温固化，如 萘钠钴、环烷酸钴； 交联剂：苯乙烯 填料：e.g. 二氧化硅、碳酸钙、滑石粉、石墨等。降低成本，改善性能。 环氧树脂：固化剂（胺类）；稀释剂；填料；色料。,二、原材料准备,第20页/共110页, 胶液的配制：两个因素：粘度，加稀释剂调节，=0.2 0.5 Pas凝
11、胶胶时间：在一定温度下，由引发剂、促进剂、或固化剂来决定。（要求指标必须严加控制，事先做凝胶测试）。手糊作业完成后应能及时凝胶 过短：粘度增加，增强材料不能被浸透，作业难以完 成。 过长：增长了生产周期，导致胶液流失、交联剂挥发、局部贫胶或不能完全固化。凝胶时间可通过合理的胶液配方来调节：不饱和树脂：引发剂、促进剂环氧树脂：固化剂 配制时，先将树脂（除固化剂外）及其他成分先调均匀，施工前加入固化剂，均匀后马上使用。,二、原材料准备,第21页/共110页,2增强材料准备 主要玻璃纤维及其织物 芳纶、碳纤维（1）表面处理（2）烘干（3）下料，裁剪3其他材料准备填料：CaCo3,Al2O3,Sb2O
12、3,MnS2颜料：触变剂：气相SiO2，膨润土，PVC细粉,二、原材料准备,防止流挂、滴落等现象,第22页/共110页,三、胶衣层准备,胶衣层：热固性树脂在固化过程中会产生一定的收缩，这种收缩作用使纤维在制品表面凸出来。因此在制品表面做一层树脂含量高、性能好的面层叫胶衣层。Note：胶衣层可以是纯树脂也可以用短纤维增强一般0.25-0.5mm。胶衣层影响制品表面硬度、耐磨、耐候、耐水等性能胶衣树脂可以市售，也可以自制一般为不饱和聚酯和环氧树脂。,第23页/共110页, 喷（刷）胶衣层，也称表面层。树脂含量高，又称高树脂层。 作用：表面制品不仅美化制品，而且可保护制品不受周围介质的侵蚀，提高CM
13、的耐蚀性，具有延长制品使用寿命的功能。 胶衣层全部凝胶后，开始手糊作业； 玻璃布铺层，铺层注意拼接缝。 (4)铺一层纤维，刷一层树脂，注意排除气泡。 (5) 糊制完成后，最外层覆盖玻璃纸，氧气是不饱和树脂的阻聚剂。,四、糊制成型,糊制过程,第24页/共110页,1.铺层的拼接形式,搭接,产品外形发生变化,对接,外形较好，制品平直 （ 有交错接与梯形接）,2.铺层二次固化拼接,对于较厚的制品，由于树脂固化放热量大，易产生产品的变形与分层。应分两次铺层固化。一般7mm时，需分两次铺层固化。（实验中注意！）,在接缝区加一层附加布增强;接缝距离S一般控制在12cm。,铺层控制,四、糊制成型,第25页/
14、共110页,对接铺层控制,交错接,梯形接,第26页/共110页,先按一定铺层锥度糊制各层，使其形成阶梯形，达到一定厚度后（不超过7mm），在阶梯上铺放一层“无胶平纹玻璃布”。固化后撕去该层玻璃布并保证拼接面的粗糙度和清洁。然后糊以下各层。,铺层2次固化的拼接方法,第27页/共110页,五、 固化,室温固化：温度15，湿度80固化时间：要有适当的固化周期，才能发挥玻璃钢制品的应有性能。,分为：凝胶阶段 定型阶段（硬化阶段） 熟化阶段（完全固化阶段）,固化度：,树脂固化反应的程度,常用丙酮萃取法测定 。,用百分率表示,第28页/共110页,六、 脱模及后处理,注意时机，24小时后（凝胶）可脱模，但
15、仍要放置一周以上方可使用聚酯玻璃钢的强度一般到1年后才能稳定。,有的需加热后处理：作用：使制品充分固化，提高性能，缩短生产周期，提高生产效率。 环氧：150以内 不饱和聚酯：5080,第29页/共110页,1、制品表面发粘,原因1：,解决办法：,（1）在树脂中加入0.02左右的液体石蜡；,（2）在树脂中掺加5的异晴酸酯 ；,（3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气；,空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用。,原因2：,引发剂、促进剂的比例弄错或失效，更换引发剂、促进剂。,七、 质量控制,第30页/共110页,2、制品内气泡太多,原因1：,树脂用量过多,解决办法：,1、控制胶含量,2、注意拌合方式,原因2：,树
16、脂粘度过大,解决办法：,1、适当增加稀释剂,2、提高环境温度,原因3：,增强材料选择不当,解决办法：,选用浸透性好的无捻玻璃布,七、 质量控制,第31页/共110页,3、流胶,原因3：,原因2：,原因1：,树脂粘度太小，可加入23的活性氧化硅。,配料不均匀， 充分搅拌 。,固化剂用量不足， 适当调整固化剂用量。,七、 质量控制,第32页/共110页,优点： 不受产品尺寸和性状的限制，适应尺寸大、批量小、性状复杂的产品； 设备简单，投资少，设备折旧费低； 工艺简单； 易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料； 制品树脂含量高，耐腐蚀性好。缺点： 生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条
17、件差； 产品质量不易控制，性能稳定性不高； 产品力学性能相对较低。,七、手糊成型的特点,第33页/共110页,5.3 预浸料及其成型工艺 ？,干法手糊层贴预成型后的复合材料固化成型，按加压方式不同，主要有以下几种成型工艺：袋压成型法：包括真空袋、压力袋、真空袋-热压 罐成型法；层压成型法；模压成型法。,第34页/共110页,预浸料及其制造方法,预浸料（Prepregs）： 纤维或织物预先浸渍树脂，经一定处理后贮存备用的半成品。只需裁剪后，经一定成型工艺加工成所需要的制品。可分为单相预浸料和织物预浸料。,第35页/共110页,单向预浸料,对织物也可采用这种方法，另外 湿法 干法（熔融的树脂直接浸
18、附在纤维上）。,第36页/共110页,5.3.1 袋压成型工艺,袋压成型工艺，是在干法手糊预成型复合材料上，装上橡胶袋或塑料袋（PE，PVA），将气体压力施加到未固化的复材制品表面，而使制品成型的工艺方法。 是借助成型袋与模具之间 抽真空形成的负压或袋外施加压力，使复合材料坯料紧贴模具，从而固化成型的方法。,第37页/共110页,袋压成型工艺的分类,参看P176图5-6,第38页/共110页,1、开模仅用一个阳模或阴模，就可以得到形状复杂的制件。2、制品两面较平滑；3、能适应聚酯、环氧及酚醛树脂；4、制品质量高，成型周期短。,袋压法的特点,优点,缺点,成本较高，不适用于大尺寸制品。,第39页/
19、共110页,袋压法的应用,应用,适合袋压法生产的制品有： 原型零件； 产量不大的制品； 模压法不能生产的较复杂制品 需要表面光滑的中小型制品,第40页/共110页,5.3.2 模压成型技术,模压成型(compression molding)： 是将一定量的复合材料叠层毛坯或模压料放入金属对模中，在一定温度和压力作用下，使叠层毛坯或模塑料在模腔内受热塑化、受压流动并充满模腔成型固化而获得制品的一种工艺方法。模压料包括：短纤维增强材料；树脂基体；辅助材料。,第41页/共110页,在模压料充满模腔的流动过程中，树脂流动，增强材料也随之流动，所以成型压力高，属高压成型。模压过程中模压料的变化：物料外观
20、发生变化；结构和性能也发生了质的变化。但增强材料基本保持不变，发生变化的主要是树脂。,一、 概述,第42页/共110页,随温度的变化，模压成型制品发生的变化： 1、模压料（加热到一定温度时）树脂受热融化成粘流状态，在压力作用下粘裹纤维一道流动，直至填满模腔（称为Resin的流动阶段）； 2、（继续升温）模压料发生化学交联，分子量增大； 3、 温度再次升高，模压料交联反应继续进行，最后失去流动性，树脂不熔不溶的体型结构，也称“固化阶段”注意：各阶段连续出现，无明显界限，且发应是不可逆的。,一、 概述,第43页/共110页,压力高，属高压成型；对模具要求高高强度、高精度、耐高温金属；生产效率高，制
21、品尺寸精确度高，表面光洁，对结构复杂的制品可一次成型，无需二次加工。制品外观及尺寸的重复性好，易实现机械化和自动化等特点；缺点：模具设计制造复杂；投资大（压力模具）；制品尺寸受设备限制（适应中小尺寸CM制品）,二、 模压成型工艺特点,第44页/共110页,模压成型设备,第45页/共110页,1. 模压料准备,模压料由三部分组成： 短纤维增强材料； 树脂基体； 辅助材料 原料 短纤维增强材料：GF、高硅氧纤维、CF、尼龙或混杂； 树脂基体：酚醛树脂；环氧树脂，PI，有机硅 辅助材料：使模压料具有良好的工艺性能和满足制品的特殊要求。如：改善流动性、尺寸稳定性、阻燃性、耐腐蚀性等。,三、 模压成型工
22、艺过程,第46页/共110页,环氧树脂 60phr616酚醛树脂 40phrMoS2 4phr丙酮 100phr玻璃纤维 150phrKH-550 2phr （偶联剂）,模压料典型配方,第47页/共110页, 制备工艺流程,1. 模压料准备,第48页/共110页,撕松机结构示意图1-电机；2-机体；3-配重；4-进料辊； 5、6-撕料辊；7-罩体,第49页/共110页, 模压料的工艺性 a. 流动性 b. 收缩性 c. 压缩性,1. 模压料准备,第50页/共110页, 模压料的工艺性及其影响因素,a. 流动性：是指在一定温度和压力下模压料充满模腔的能力 流动性好：可选择较低的成型温度和压力，也
23、比较容易压制复杂的CM； 流动性差：可选择较高的成型温度和压力，不易压制复杂的CM。对于热固性树脂：加热：使物料流动性增加，在压力作用下，产生流动，并充满模腔；易使活性基因产生交联，流动性下降。加压：物料剪切变形，大分子部分取向及触变效应，流动性增加；增加活性分子间的碰撞机会，交联反应加速，流动性降低。交联反应是放热反应，系统温度的升高加速了交联反应的固化过程，从而使流动性降低。,第51页/共110页,温度对流动性的影响,压力对流动性的影响,温度和压力对流动性的影响,第52页/共110页,应该指出：,模压料熔体只要求有合适的流动性，并不是流动性愈大愈好。流动性过大会产生一系列不良现象。,如：,
24、合模时溢料过多；,浪费材料,纤维与树脂离析；,质量不好,产品不同部位聚胶、贫胶。, 模压料的工艺性及其影响因素,第53页/共110页,b. 收缩性：模压制品从模具脱出后尺寸减小的特性称模压料的收缩性。产生收缩的原因：热收缩: 模压制品的线膨胀系数比模具材料（金属）大，所以脱模冷却后，收缩率大于模具收缩率，使所得CM制品模具尺寸；结构收缩: 固化过程中，交联反应使体积收缩。,实际收缩率,Q实,计算收缩率,Q计,a制品在压制温度下的尺寸，mm b制品在室温下的尺寸，mm c模具空腔在室温下的尺寸，mm,第54页/共110页,模压料收缩的影响因素：,（1）原材料的影响,a、环氧树脂比酚醛树脂、聚酯树
25、脂的收缩率小。,原因：,环氧树脂固化时无小分子逸出；酚醛树脂固化时有小分子逸出；聚酯树脂固化时苯乙烯交联剂单体转化的收缩较大，另外部分苯乙烯逸出。,b、模压料中多加入纤维及填料可降低收缩率。,加入热塑性树脂粉可显著降低制品收缩，后面课 程讨论。,原因：,玻纤及填料的收缩率小于树脂。,第55页/共110页,（2）模具结构和制品形状的影响,模具的结构不同对制品的收缩尺寸也有影响，模具刚度不够时，压制时变形会使尺寸增大，特别对较薄的制品因为压制时的变形，使制品尺寸有时会大于模具尺寸。因此，要根据生产经验考虑模具结构的影响。,模压料收缩的影响因素：,第56页/共110页,原因：,充分固化比固化不充分收
26、缩率小。,d. 一般提高成型压力，可使制品密实，减少收缩率。,b. 冷脱模比热脱模收缩率小,c. 一般模压温度低收缩率低。,（3）成型工艺条件的影响,（温度与压力的影响）,a. 保温、保压时间延长可减少收缩率,使制品在模内交联、定型。,原因：,模压料收缩的影响因素：,第57页/共110页,c. 压缩性,压缩比：,是指模压料和模压制品比容的比值。,即制品密度与模压料密度的比值。,压缩比过大，即模压料过于蓬松，给装模带来困难，对于压缩比太大的模压料，一般需要采取预成型工艺。纤维状的模压料的压缩比一般为610。, 模压料的工艺性及其影响因素,第58页/共110页,2. 模压料成型工艺,第59页/共1
27、10页, 模压料预热和预成型预热：压制前对模压料预先加热处理。 目的：是为了改善模压料的工艺性能；如增加流动性，便于装模和降低制品的收缩率，同时提高模压料温度，缩短固化时间，降低成型压力。预成型：将模压料在室温下预先压成与制品相似的性状，然后再压制。预成型操作可缩短成型周期，提高生产率及制品的性能。,2. 模压料成型工艺,第60页/共110页,（2） 模压工艺参数 a .温度： b .压力 c .时间物料宏观上历程：粘流、凝胶、硬固； 微观上变成了网状体型结构。,2. 模压料成型工艺,第61页/共110页,a.温度：主要作用：促进树脂塑化（增加树脂分子热运动、降低粘度）和固化。装模温度：物料放
28、入模腔时模具的温度。主要取决于模压料的品种和质量指标。 注意：在此温度下，应有利于赶出低分子物和使物料易于流动，且树脂不致发生明显的化学变化。最高模压温度（过高过低都不好） 过高：树脂反应速度过快，物料流动性变差，局部固化，物料不能充满模腔，易产生内压力； 过低：不能完全固化,2. 模压料成型工艺,第62页/共110页,b. 压力作用：克服模压料的内摩擦及物料和模腔的外摩擦，使物料充满模腔； 克服物料挥发物（如：溶剂、水、及固化剂产物）的抵抗力及压紧制品以保证精确的形状和尺寸。c. 时间除升温速率与时间有关外，还有保温时间。 -保温时间：指在成型压力和模压温度下保温的时间。作用是使制品固化完全
29、和消除内应力。,2. 模压料成型工艺,第63页/共110页,又称后固化处理：制品脱模后放在烘箱中加热处理。目的：提高制品固化反应程度，通过提高温度，使尚未反应的基团间继续交联，增加交联密度。去除残留挥发物且消除内应力。从而使制品的机械性能、耐热性、电绝缘性、吸湿性等都有所提高。,(3) 后处理,2. 模压料成型工艺,第64页/共110页,层压成型工艺： 是把一定层数的浸胶布叠在一起，送入多层液压机，在一定的温度和压力下压制成板材的工艺。,5.3.4 层压成型技术,第65页/共110页,层压成型工艺流程,第66页/共110页,一、浸胶,增强材料浸渍树脂、烘干等工艺过程称为浸胶。,浸胶的工艺过程是
30、：增强材料经过导向辊进人装有树脂胶液的胶槽内，经过挤胶辊，使树脂胶液均匀地浸渍增强材料，然后连续地通过热烘道干燥，以除去溶剂并使树脂反应至一定程度(B阶)，最后将制成的胶布或胶纸裁剪成块。,浸胶所用设备是浸胶机：浸胶槽、烘干箱和牵引辊三部分。,第67页/共110页,立式浸胶机示意图,第68页/共110页,浸胶影响因素,胶液的浓度、粘度浸渍的时间：3045S浸渍过程中的张力、挤胶辊、刮胶辊等也会影响浸胶质量。,挥发分含量可溶性树脂含量树脂含量（4055）。,影响因素,质量控制,第69页/共110页,（1）含胶量的控制,X1,W1胶布质量 g；W2坯布质量 g；X1胶布含胶量 。,一般情况下，层压
31、板用胶布含胶量控制在3040；而面层胶布含胶量应比内层胶布含胶量稍高。,质量控制,实际生产中含胶量控制方法：,1）、调整胶液粘度；,2）、调整浸胶时间；,3）、调节胶辊间距,第70页/共110页,（2）可溶性树脂含量控制,X2,W3溶解后胶布质量； X2可溶树脂含量。,可溶性树脂含量通过对干燥温度、时间调整来控制。,烘干温度高、时间长，可溶性树脂含量降低，反之可溶性树脂含量高。9095,质量控制,第71页/共110页,（3）挥发份含量控制,X3,W4烘干后胶布质量。,挥发份含量一般通过调整干燥速度（温度、时间）来实现。 干燥温度提高过快，挥发份来不及跑掉会影响胶布质量。挥发份含量的控制范围为：
32、1.53%。,质量控制,第72页/共110页,二、成型,将一定层数的经过叠合的胶布置于两块不锈钢横板之间，在多层液压机中，经加热加压固化成型，再经冷却、脱模、修整即得层压板制品。,热压成型过程主要由温度、时间和压力三要素,第73页/共110页,二、成型,1.温度控制,由胶料的固化特性、挥发分的种类及含量决定，一般分阶段加热,第74页/共110页,二、成型,压力控制,加压作用：1. 用来克服挥发分的蒸气压力，这是主要作用；2. 使粘稠的树脂有一定的流动性；3. 使胶布受到一定的压缩，并使胶布层间有较好的接；4. 防止复合材料在冷却过程中变形。,压力的控制： 成型压力的大小根据树脂的固化特性来确定
33、。如果树脂在固化过程中有小分子逸出成型压力就大一些；树脂的固化温度高，成型压力也要相应地增大。10MPa,第75页/共110页,5.4 喷射成型工艺,喷射成型工艺 是利用喷枪将玻璃纤维及树脂同时喷到模具上而得到复合材料的工艺方法。 是将纤维喷积预成型、树脂喷液和浸渍在一个过程中同时完成。 是为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺，它是手糊工艺的变形。,第76页/共110页,一、喷射成型工艺流程,第77页/共110页,喷射成型工艺示意图,第78页/共110页,内混合型喷射 外混合型喷射 内混合型树脂与引发剂混合后喷出，不产生引发剂蒸汽，但是喷枪必须及时用溶剂清洗，否则喷枪易堵。 外混合型
34、是引发剂与树脂在空气中混合，浪费材料，并有污染。,二、 喷射成型分类,第79页/共110页,工艺参数,1、纤维,含量 2833，长度2550mm,2、树脂含量,60左右,3、胶液粘度,0.30.8Pa.s， 触变度1.54,4、喷射量,胶860g/s,5、喷枪夹角,20，距模具350400mm,6、喷射压力,0.30.35MPa,三、 喷射成型工艺控制,第80页/共110页,1、环境温度 255；,2、压力要稳定；,3、喷射工序标准化；,4、树脂应加温、保温；,5、纤维切割要准确；,6、准确调节胶及纤维的喷射量；,7、喷射前在模具上喷一层树脂；,8、喷枪移动要均匀，不能漏喷；,9、每一层喷完后
35、应立即辊压，再喷第二层；,10、调整好喷枪的角度和距离；,11、特殊部位应用特殊方法处理。,工艺要点,三、 喷射成型工艺控制,第81页/共110页,优点： 生产效率高，是手糊的24倍； 成本低（无捻粗纱）； 无接缝；缺点： 树脂含量高，制品强度低； 现场粉尘大，工作环境差；,四、喷射成型的特点,第82页/共110页,缠绕成型工艺拉挤成型工艺树脂传递模塑成型工艺,5.5 成型工艺新技术,第83页/共110页,5.5.1 缠绕成型工艺,一、概述,缠绕成型工艺：,将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。,缠绕成型工艺特点：,（1）比强度高,（
36、2）生产成本低,（玻璃纤维用量可达80）;,（3）生产效率高,（可实现机械化、自动化操作）。,（4）制品几何形状有局限性,（圆柱、球等正曲率回转体）。,第84页/共110页,第85页/共110页,缠绕成型工艺分类：,干法缠绕：,一、概述,将预浸纱带（或预浸布），在缠绕机上经加热至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。,特点： 制品质量稳定（含胶量、尺寸等）； 缠绕速度快（100200m/min）; 劳动卫生条件好； 预浸设备投资大。,第86页/共110页,湿法缠绕：,一、概述,将无捻粗纱经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程。,特点：不需要预浸渍设备，设备投资少；便于选材； 纱片质量及张力需严
37、格控制；固化时易产生气泡。,第87页/共110页,半干法缠绕：,将无捻粗纱浸胶后，随即预烘干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法。,特点：与湿法相比增加了烘干工序，与干法相比缩 断了烘干时间，降低了烘干程度； 缠绕可在室温下进行; 即可除溶剂又提高了缠绕速度和制品质量；,一、概述,第88页/共110页,一、概述,第89页/共110页,二、缠绕工艺,1.原材料,主要有纤维增强材料与树脂两大类。,（1）增强材料,主要是中碱、无碱粗纱。另外有玻璃布带、碳纤维等。应根据不同产品对性能的要求进行选用。,一般情况下纤维需进行表面处理。,第90页/共110页,（2）树脂体系,包括树脂及各种助剂、填料等。,常用的
38、有：,不饱和聚酯树脂，环氧树脂（双酚A型）、酚醛环氧树脂（环氧改性酚醛树脂）。,选用要求：工艺性好； 断裂延伸率与纤维匹配； 固化收缩率低并毒性小; 来源广泛,价格低。,1.原材料,第91页/共110页,2.芯模与内衬,为使缠绕制品获得一定的结构尺寸及成型T艺的需要，采用一个模具在其上缠绕。,芯模：,当内衬具有足够强度和刚度以满足缠绕工艺要求时，不必另加芯模。,芯模要求：1. 足够的强度和刚度； 2. 满足制品的精度要求； 3. 制造工艺简单，价格低； 4. 制品完成时能顺利清除。,第92页/共110页,内衬：,纤维缠绕成型的复合材料气密性较差，制成内压容器当承受企压力后，会发生渗漏，一般采用
39、内衬来解决这个问题。,内衬材料要求：气密性好、耐腐蚀、耐高温、耐低温以及 满足成型丁艺的需要。 一般情况下，铝、钢、橡胶及塑料内衬基本上能满足复合材料内压容器的要求。,2.芯模与内衬,第93页/共110页,3.缠绕规律,对缠绕线形的两点要求：,（1）纤维既不重合又不离缝，均匀连续布 满芯模表面。,（2）纤维在芯模表面位置稳定，不打滑。,缠绕线型分类,环向缠绕,纵向缠绕,螺旋缠绕,所谓缠绕规律是描述纱片均匀、稳定、连续、排布在芯模表面,以及芯模与导丝头间运动关系的规律。,第94页/共110页,（1）环向缠绕,芯模自转一周，导丝头近似移动一个纱片宽度的缠绕，称环向缠绕。（只能缠绕直筒段）,环向缠绕
40、,3.缠绕规律,第95页/共110页,纱片螺距：,WDctg,纱片宽：,bDcos 则：b wsin,其中是纱片与芯模轴线的交角称缠绕角。,环向缠绕参数关系图,（1）环向缠绕,第96页/共110页,（2）螺旋缠绕,3.缠绕规律,定义：,芯模绕自轴匀速转动，导丝头以特定速度沿芯模轴线方向往复运动的缠绕方式称螺旋缠绕。,此缠绕方式不仅可以缠绕圆筒段，而且缠绕端头(封头)。,纤维缠绕轨迹：,由圆筒上的螺旋线和封头上与极孔相切的空间曲线组成。,螺旋缠绕,第97页/共110页,（3）纵向缠绕 （又称平面缠绕）,导丝头在固定平面内做匀速圆周运动，芯模绕自轴慢速旋转，导丝头转一周，芯模转动的微小角度近似一个
41、纱片宽度，这种缠绕方法称为平面缠绕。,平面缠绕,3.缠绕规律,第98页/共110页,4. 工艺参数,纤维热处理：,增强型浸润剂无捻纱，6080，24h；,石蜡浸润剂型纤维， 350， 57h （除去纤维表面蜡类物质）。,浸胶方式：,沉浸式浸胶,表面带胶式浸胶,第99页/共110页,胶含量控制： 20左右,胶液粘度： 0.351.0 Pa.S,缠绕张力的影响：,张力过小，制品强度偏低，容器充压时变形大，疲劳性能差；张力过大纤维磨损大，使纤维强度损失制品强度下降。张力大小应适中、均匀。,缠绕速度：（对湿法缠绕）,纱线速度应小于0.9 m/s,固化制度：,考虑树脂聚合反应的时间和传热时间，固化制度主
42、要由树脂系统性能和制品要求的物化性能决定。,4. 工艺参数,缠绕：,第100页/共110页,5.5.2 拉挤成型工艺,一、概述,拉挤成型工艺：,拉挤成型工艺特点：,拉挤成型工艺是将浸渍了树脂胶液的连续纤维通过成型模具，在模腔内加热固化成型，在牵引机拉力作用下连续拉拔出型材制品。,设备造价低、生产效率高；可连续生产任意长的各种异型制品；原材料的有效利用率高，基本无边角废料；它只能加工不含有凹凸结构的长条状制品和板状制品；,第101页/共110页,二、拉挤成型工艺过程,第102页/共110页,第103页/共110页,三、拉挤成型影响因素,1.树脂的固化特性：,如凝胶时间、固化时间、固化时间与凝胶时
43、间的差值、固化时的放热峰温度等都对拉挤成型工艺有重要的影响。,2.预热和固化：,拉挤成型工艺的加热固化由三部分组成：进模具前的预热；模内固化；出模后的后固化,3. 拉挤速度：,在适当温度下，提高拉挤速度有利于防止型材掉片,4. 内压力：,在模具入口处将树脂、纤维引人时产生内压；材料加热时的热膨胀产生内压；,第104页/共110页,5.5.3 树脂传递模塑（RTM）成型工艺,一、概述,RTM成型工艺：,RTM成型工艺是将增强材料预先铺设在对模模腔内，锁紧模具，用压力从预设的注入口将树脂胶液注人模腔，浸透增强材料后固化，脱模得到制品。,RTM成型工艺特点：,闭模操作，不污染环境；成型效率高；可制备
44、两面光制品；增强材料可以按设计铺放；节约原料。,第105页/共110页,成型设备的三大部分：,RTM成型机,压机,模具,二、成型,第106页/共110页,RTM成型工艺流程,第107页/共110页,三、RTM用原材料,（1）树脂系统要求,a. 粘度低，0.250.30 Pas。,b. 固化放热峰低，一般为80140。,c. 固化时间短，530min凝胶，1060 min固化。,（2）增强材料,玻璃纤维。含量2540，多用毡、无捻布等。,（3）填料,一般以无机材料做填料，其作用是降低成本；吸收树脂固化时放热。掺加量大，会增加黏度，一般掺加量是树脂的2040（质量比）。,第108页/共110页,1、缠绕制品的优点是什么？ 2、简述短纤维模压料制备工艺流程。 3、什么是模压料的收缩性？由哪几种收缩组成？ 4、制造一个防弹头盔，请选择合适的基体、增强材料和成型方法，并说明原因。,作业,第109页/共110页,谢谢您的观看！,第110页/共110页,
