第5章聚合物基复合材料成型工艺ppt课件.ppt

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1、第5章 聚合物基复合材料成型工艺,本章教学目的：了解复合材料各种成型工艺掌握常用成型方法（手糊法、层压法、喷射法等）了解模具及辅助材料掌握复合材料固化成型过程掌握成型用半成品的制备本章重点难点：复合材料常用成型方法；复合材料固化成型过程；连续纤维预浸料的制造方法本章课时安排：14学时,5.1 概述,一、主要工艺过程,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,过程,要求,要使纤维均匀地按设计要求分布在制品各个部分；要使树脂适量地均匀地分布在制品各个部位，并适当固化；在工艺过程中要尽量减少气泡，降低空隙率，提高制品的致密性；要充分掌握所用树脂的工艺性能，制定合理的工艺规范。,5.1 概述,二、复合材料成型

2、工艺分类,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,按预成型方法,按成型压力,按开模、闭模,层贴法沉积法缠绕法编织法,接触（压）成型真空袋成型气压室成型热压罐成型模压成型RTM/RFI/吸胶成型RRIM拉挤成型,闭模成型开模成型其他,5.1 概述,二、成型工艺种类,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,手糊成型；真空袋压法成型；压力袋成型；树脂注射和树脂传递成型；喷射成型；层压成型；模压成型；缠绕成型；热压罐成型,5.1 概述,三、成形特点,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,纤维复合材料制品所以能用低压成型，主要原因如下：1）使填料预成型2）采用可低压成型的树脂配方3）利用弹性介质来传递压力，加压效果好,

3、5.1 概述,四、成型工艺遵循原则,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,1）纤维必须均匀地按照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）在工艺过程中要尽量减少气泡，降低孔隙率，提高制品的致密度,4）充分掌握所用树脂的工艺性能制定合理的工艺规范。,5.1 概述,五、成型工艺的选择,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,产品外形构造和尺寸大小；材料性能和产品质量要求；生产批量大小及供应时间要求；企业可能提供的设备条件及资金；综合经济效益，保证企业盈利1）成型三要素：赋形、浸渍和固化2）成型工艺的选择,5.2 各种成型工艺方法简介,一、定义,第5章 聚合物

4、基复合材料成型工艺,手糊成型又称接触成型，采用手工方法将纤维增强材料和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。,手糊成型工艺,二、工艺流程,5.2 各种成型工艺方法简介,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,手糊成型工艺,特点,优点：,不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大，批量小，形状复杂产品的生产；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；制品树脂含量较高，耐腐蚀性好,缺点：,生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；产品质量不易控制，性能稳定性不高；产品力学性能较低；,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,1.原材料准备,二、手糊

5、工艺过程,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,1）胶液配制,胶液工艺性：胶液粘度、凝胶时间手糊工艺进行前，必须进行胶液凝胶时间试验，要使凝胶时间大于或等于所配胶液施工时间，否则手糊不能顺利进行。,不饱和树脂配方（质量份）树脂：100份；过氧化甲乙酮：2份（引发剂）；萘酸钴苯乙烯溶液：14份（促进剂，加入量与环境温度有关）,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2）增强材料准备,二、手糊工艺过程,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,玻纤布裁剪,圆环形制品,圆锥形制品,玻布沿径向45剪裁,玻布裁成扇形,布的拼接,对接（表面质量要求高的产品）,搭接,3）胶衣糊准备,可选用专用胶衣糊制作表

6、面层，提高表面层质量（外观、性能）,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2.糊制,二、手糊工艺过程,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,1）表面层（胶衣层、富树脂层）,厚度：0.250.5mm，或300500g/m2涂刷（二遍，互相垂直）：喷涂表面毡（材料）,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2.糊制,二、手糊工艺过程,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,2）增强层,材料：玻璃布或短切毡,拼接,对接（注意对接缝错开）,搭接,二次固化拼接（d7mm,固化发热量太大，制品易变形或分层）,特殊处理,弯角或凹凸处：玻布剪开，压平,直角：先填触变树脂，然后糊制,凸字：先用树脂浇注，然后糊制

7、,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,3.固化（凝胶-定型-熟化）,二、手糊工艺过程,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,固化方式,常温固化：温度15（2530）；湿度80%（1530，824h）,加热固化：烘箱、固化炉、模具加热、红外线加热（6080，12h）,固化度,丙酮萃取法,硬度法（巴氏硬度）15,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,4.脱模：气脱、顶脱、水脱,二、手糊工艺过程,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,5.后处理,修整：除去毛边、飞刺、修补表面及内部缺陷，钻孔,装配：机械连接、胶接,表面涂饰,5.2 各种成型工艺方法简介,三、原材料选择,第5章 聚合物基复合材料

8、成型工艺,1.增强材料,无捻粗纱布（方格布）：0.10.8mm变形性好，易被树脂浸透，易排除气泡，增厚效率高加捻布（平纹布、斜纹布、缎纹布、单向布）0.050.6mm表面平整、气密性好；价格贵、不易浸透树脂、增厚效果差玻璃布带；短切纤维；表面毡；短切毡树脂浸透性好，气泡容易排除，变形性好，施工方便，制品含胶量高6080%，防渗效果好。,手糊成型工艺,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2.树脂,三、原材料选择,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,1）要求,粘度适宜，0.20.8Pa.S，对玻纤有良好浸润性；在室温下凝胶、固化，并且无低分子物产生；无毒或低毒；价格便宜，来源广泛,2）常用树

9、脂：不饱和聚酯、环氧树脂,3）辅助材料,稀释剂；填料（降低成本，提高性能）触变剂（适用垂直面施工，活性SiO2）；颜料（一般选用无机颜料，有机颜料影响固化）,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,1.胶衣起皱、龟裂、变色,四、手糊制品缺陷及原因,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,原因：,起皱,胶衣层太薄；固化剂不足；气温太低；胶衣层厚度不均；胶衣层固化不足,龟裂,胶衣层太厚；固化时热量过大；固化剂用量过多；,变色,固化剂用量过多；胶衣流挂；颜色分离；胶衣层厚度不均,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2.制品收缩,四、手糊制品缺陷及原因,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,原因：,

10、拐角处圆弧半径过小；脱模剂用量太多；制品局部厚度过大；胶衣层厚度不均，后固化加热不均,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,3.制品翘曲和变形,四、手糊制品缺陷及原因,手糊成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,原因：,固化剂用量过大制品太薄；制品厚度不均匀或不对称；树脂集聚；脱模太早，树脂固化度不够；后处理过早或温度不均,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,二、压力袋成型,袋压成型,5.2 各种成型工艺方法简介,压力为0.250.5MPa,一、真空袋成型,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,三、真空袋-热压罐成型,袋压成型,5.2 各种成型工艺方法简介,1.热压罐组成,罐体、真空泵、压气机、储气罐、

11、控制柜,三、真空袋-热压罐成型,袋压成型,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,2.工艺过程,3.真空封装材料铺叠顺序,构成隔离、透胶、吸胶、透气系统,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,加压作用：压实预浸料，制备结构均匀、致密复合材料加压时机：粘流态与高弹态区间加压太早：树脂流失过多加压太迟：树脂已进入高弹态，树脂结构不致密,三、真空袋-热压罐成型,袋压成型,3.真空封装材料铺叠顺序,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,流动模型：树脂流动特性热化学模型：树脂体系吸热、放热过程空隙模型：成型缺陷内应力模型：收缩应

12、力、热应力,三、真空袋-热压罐成型,袋压成型,3.真空封装材料铺叠顺序,专家系统：控制热压罐成型工艺过程,固化模型,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,三、真空袋-热压罐成型,袋压成型,4.工艺参数,固化温度、时间：取决于树脂体系和制件厚度；升温速率固化压力：排除过剩树脂，使制件密实；加压时机真空度：排除夹杂空气和挥发物,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,1.定义,模压成型,将复合材料片材或模塑料放入金属对模中，在温度和压力作用下，材料充满模腔，固化成型，脱模制得产品的方法。,2.特点,生产效率较高，制品尺寸准确，表面光洁，产品无需二次

13、加工，易于机械化、自动化；模具设计制造复杂，压机及模具投资高，产品尺寸受设备限制，只适于大批量中小型制品。,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.工艺流程,模压成型,1）模压料估算,r：制品密度V：体积a:物料损失系数(35%),第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.工艺流程,模压成型,2）工艺参数,A.温度,装模温度：取决于模压料品种，制品结构和生产效 率（快速成型80以上，一般室温90）升温速度：10/h 30/h,最高模压温度,固化温度（温度过低，固化不完全；过高，局部固化，中间固化不良）,保温时间,固化反应时间不稳定，导热时间

14、,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.工艺流程,模压成型,2）工艺参数,B.压力,作用：克服模压料之间以及与模腔间的摩擦，物料充 满模腔；压紧制品，保证形状和尺寸加压时机：树脂激烈反应放出大量气体之前a.凭经验（树脂拉丝）；b.树脂凝胶温度；c.气体释放量放气充模（加压、卸压、反复几次）,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.工艺流程,模压成型,3）预热和预成型,预热作用：改善工艺性能，提高模压料温度，缩短固化时间，降低成型压力；预热方法：加热板、红外线、电烘箱、高频、远红外60100，30minC.预成型（室温下预先压制）：缩短生

15、产周期，提高生产效率及制品性能,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,一、工艺流程,层压成型,1）胶布裁剪（下料）,连续切割，手工裁剪。,2）配叠（排版或配布）,每块板料两面各放23张面层胶布胶布挥发分7%，否则干燥处理 d9mm 厚板，中间可夹配表角料、碎布，但不超过总量10%,确定配料量,按质量法下料,按层数下料：预先确定1mm板材所需胶布张数，据此估算,F-面积；H-厚度；r：密度；a-物料损失系数,H5mm,r=0.020.03;H9mm,r=0.030.08,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,一、工艺流程,层压成型,3）组合,叠

16、合体=铁板+衬纸+单面钢板+板料+双面钢板+板料+.+双面钢板+板料+单面钢板+衬纸+铁板一个叠合体510块板，一次可压制710个叠合体组合原则：厚板放二侧，薄板料放中间；薄板料放二侧，厚板料放中间；H20mm，单独压制 衬垫材料（衬纸、石棉布）：传热、传压均匀；多次使用后变脆，应更换,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,一、工艺流程,层压成型,4）热压,预热预压：树脂熔化，除去挥发份；树脂浸渍玻璃布，逐步固化至凝胶态（板坯流胶，但不能拉丝时，预压结束）热压：施加最高压力并保温27min/mm,5）冷却脱模：通冷却水并保持，t50，除去压力，取出板材,6）后处理：后

17、固化，烘箱，120130，120150min,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,二、工艺参数,层压成型,1）成型压力：压力大小、加压次数、加压时机压力大小因素：胶布特性，板料厚度，升温速度,2）成型温度,预热阶段（最高温度为凝胶温度）中间保温阶段（初步固化）升温阶段（最高温度为固化温度）加压保温阶段（充分固化）冷却阶段（t50）,3）成型时间（预压、热压、冷却时间之和）因素：树脂固化速度，层压板厚度，压制温度,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,1.过程,短纤维沉积预成型法,将短纤维预先制成与制品形状相似的疏松毡状毛坯，然后再浸渍胶液，

18、经压紧固化而得到复合材料制品,2.方法,纤维吸积法,纤维喷积法,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.装置示意图,短纤维沉积预成型法,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,1.定义,喷射成型工艺,通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时喷射到模具表面，经棍压、固化制得复合材料制件的方法。,2.工艺示意图,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.工艺流程,喷射成型工艺,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,4.工艺控制,喷射成型工艺,1）树脂凝胶时间2）树脂/玻纤=（2.53.5）/1（质量比）

19、,4）喷射速率：210Kg/min5）树脂粘度：0.30.8Pa.S，含胶量约60%6）玻纤为无捻粗纱，短切长度2550mm,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,5.喷射方法,喷射成型工艺,喷射动力,气动型,液压型,胶液混合形式,先混合型,内混合型,外混合型,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,6.喷射成型特点,喷射成型工艺,1）生产效率较高（手糊24倍），劳动强度低2）玻纤为无捻粗纱，材料成本低3）制品整体性好，无搭接缝4）产品形状和尺寸不受限制5）可调节产品厚度，纤维与树脂比例6）施工现场污染大，产品树脂含量高，强度小,第5章 聚合物

20、基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,1.定义,树脂传递模塑（resin transfer moulding,RTM）,通过压力将树脂注入密闭的模腔，浸润纤维织物毛坯，然后固化成型的方法。,2.工艺流程,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,树脂传递模塑（resin transfer moulding,RTM）,2.工艺流程,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,树脂传递模塑（resin transfer moulding,RTM）,3.工艺参数,1）注胶压力（由模具材料、产品形状、树脂粘度决定）降低压力方法：降低树脂粘度；优化模

21、具设计；优化纤维排布设计；降低注胶速率2）注胶速率（由树脂对纤维润湿性和树脂表面张力及粘度决定）3）注胶温度（由树脂活性期和最小粘度温度决定）,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,树脂传递模塑（resin transfer moulding,RTM）,4.对树脂工艺性要求,1）室温或较低温度下具有低粘度（0.11Pa.S）及一定的适用期（48h）2）树脂对增强材料具有良好的浸润性、匹配性、粘附性3）树脂不含溶剂或挥发物，固化无小分子物放出,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,树脂传递模塑（resin transfer moulding,R

22、TM）,5.工艺特点,1）制件尺寸精确度高，树脂含量高，劳动条件好；2）工艺难度大，注胶周期长，注胶质量不易控制，模具费用高。,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,树脂膜熔渗工艺（resin film infusion,RFI）,1.工艺过程,2.工艺原理图,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,树脂膜熔渗工艺（resin film infusion,RFI）,3.特点,1）设备、模具相对简单（RTM相比）2）树脂纵向（由下而上）流动浸渍纤维，时间短，速度快3）树脂粘度范围广（液固均可）,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工

23、艺方法简介,注射成型,1.工艺过程,2.方法,反应注射成型,增强反应注射成型,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,1.定义,纤维缠绕成型,将浸渍树脂的纤维丝束或带，在一定张力下，按照一定规律缠绕到芯模上，然后加热或常温下固化成制品的方法。,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,2.分类,纤维缠绕成型,干法缠绕：,湿法缠绕：,半干法缠绕：,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.缠绕规律（导丝头与芯模之间相对运动的规律）,纤维缠绕成型,环向缠绕：芯模每转一周，丝束沿芯模轴向移动一个纱片螺距。只缠绕筒身段，承受径向载

24、荷,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.缠绕规律（导丝头与芯模之间相对运动的规律）,纤维缠绕成型,2）纵向缠绕（平面缠绕）：导丝头绕轴转一周，芯模转动一个角度，芯模表面转动一个纱片宽度。承受纵向载荷,r为极孔半径；Lc为筒身长度；Le为封头高度,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.缠绕规律（导丝头与芯模之间相对运动的规律）,纤维缠绕成型,2）纵向缠绕,转速比i：单位时间内，芯模转数与导丝头转数之比,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,3.缠绕规律（导丝头与芯模之间相对运动的规律）,纤维缠绕成型,3）螺旋

25、缠绕（测地线缠绕）芯模绕轴匀速转动，导丝头沿芯模轴向往返运动。缠绕筒身和封头,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.2 各种成型工艺方法简介,4.工艺过程（湿法）,纤维缠绕成型,1）纤维能保持连续完整，制品强度高2）可连续化、机械化生产，生产周期短，劳动强度小3）产品尺寸、外形准确，不需机械加工4）设备复杂，技术难度大，工艺质量不易控制,5.工艺特点,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,1.工艺过程,拉挤成型,5 2 各种成型工艺方法简介,树脂：不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、ABS、PA、PC纤维：无捻玻纤初纱、连续纤维毡、碳纤、芳纤、双向或三向织物,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2

26、.原材料,拉挤成型,5.2 各种成型工艺方法简介,3.型材类型,工字形、槽形、角形、异型截面,4.工艺特点,连续成型，制品长度不受限制；产品纵向力学性能突出，产品性能稳定；制造成本低，自动化程度高，生产效率高,将纤维和树脂置于旋转模内表面，借助模具转动的离心力将物料压紧，并排除其中的空气，固化后得到产品。,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,1.工艺过程,离心浇注成型,5.2 各种成型工艺方法简介,产品厚度均匀，外表光洁。,2.特点,1）复合材料结构形式 板壳结构 加筋壁板结构 夹层结构 墙、肋、桁条结构 胶接结构多墙结构 整体共固化结构 共固化结构,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,1.模具与

27、复合材料制品的关系,5.3.1模具,5.3 模具与辅助材料,1）展开单元2）定位技术3）预吸胶技术4）预压实技术5）形成B阶段技术6）软模成型技术7）预装配技术,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2）复合材料技术单元,5.3.1模具,5.3 模具与辅助材料,1）符合制品设计的精度、尺寸、外观要求2）足够的刚度、强度，以保证模具型面基准不变，产品固化时能维持既定形状3）较小的热容量，以有效利用热能4）质量轻，便于搬运，容易脱模5）成本低，材料易得，易于制造6）维护简便，有较长的使用寿命7）材料的热膨胀系数与制件相匹配8）热稳定性好,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2.对模具的要求,5.3.1模

28、具,5.3 模具与辅助材料,模具材料应该根据产品尺寸大小、形状、使用次数、成型方法和固化工艺条件来选择，主要有：1）木模2）石膏模3）水泥模4）石腊模5）泡沫塑料6）金属模7）复合材料,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,3.模具材料,5.3.1模具,5.3 模具与辅助材料,1）凹模（阴模）2）凸模（阳模）3）对（合）模4）拼装模（组合模）5.用于飞机结构件的模具结构形式1）框架式结构2）碳纤维复合材料模具结构3）橡胶模结构4）钢对模结构,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,4.模具结构形式,5.3.1模具,5.3 模具与辅助材料,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,1.脱模剂,5.3模具与辅助材料

29、,油脂类：硅酯、黄油、凡士林、石蜡,溶液类：聚乙烯醇（乙醇水溶液）,薄膜类：PVC、PE、PA,脱模剂要求：,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；使用温度高于树脂固化温度；操作简便，使用安全，价格便宜,5.3.2辅助材料,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2.隔离材料（保护复合材料不受污染）：PVC、PA薄膜,5.3模具与辅助材料,3.透气材料、吸胶材料：玻璃布、吸胶纸、吸胶毡,4.真空袋材料：气球步、橡胶袋、尼龙薄膜5.密封材料：胶条、胶带,5.3.2辅助材料,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1 连续纤维预浸料,1.预浸料的种类和对预浸料

30、的基本要求,1）种类：织物预浸料、单向纤维预浸料、预浸纱等,2）对预浸料的要求：预浸料中树脂的状态与化学性质应符合产品对象的特定要求；存放过程中树脂的流出量、黏性、铺覆性应满足使用要求；偏差要符合要求；树脂含量允差2%，挥发物含量低于2%。,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1 连续纤维预浸料,1）溶液浸渍法（湿法）,设备：卧式或立式浸胶机,过程,2.预浸料的制备方法,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1连续纤维预浸料,1）溶液浸渍法（湿法）,方法,辊筒缠绕法,阵列式连续排铺法,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1 连续纤维预浸料,1）溶液浸渍法

31、（湿法）,方法,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1 连续纤维预浸料,2）（熔融法和胶膜法）,特点生产现场和环境无污染；节约溶剂；预浸料挥发分含量低,方法,熔融法,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1 连续纤维预浸料,方法,胶膜法,2）干法（熔融法和胶膜法）,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1 连续纤维预浸料,粉末静电法：,3）粉末法,树脂粉末颗粒f为240mm,110mm,80mm,粉末悬浮法：,水悬浮：树脂悬浮在水中气悬浮（d=1020mm,硫化床）,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1 连续纤维预浸料,3.预浸料的质量控制

32、,1）原料验收,包括原材料和辅助材料等,2）工艺过程控制,3）批次检验,纤维与树脂的比例是否合适,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1 连续纤维预浸料,4.预浸料的性能及测试,挥发分X1含量：预浸料中挥发物的质量与预浸料总质量的百分含量,W1预浸料质量W2烘干预浸料质量,控制方法：烘干温度、时间,2.树脂含量X3含量：X3=X2-X1,W3溶解或灼烧后预浸料质量,控制方法：浸胶时间、胶液粘度、纤维运动速度,测定方法：空气灼烧法、溶剂法、酸分解法、计算法,5.4 聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.1连续纤维预浸料,四、质量指标及控制,3.单位面积纤维质量（单层预浸料中纤

33、维的多少）,4.凝胶时间,5.树脂流出量（流动性）：特定温度，压力下，一定时间，树脂流出量,6.预浸料粘性（航空产品，铺层/铺贴制造）,7.预浸料铺覆性,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.2片状模塑料SMC的制造方法,1.片状模塑料：上下两层薄膜，中间为模塑料,组成：树脂体系占30%，填料占40%，玻纤占30%树脂糊：不饱和聚酯、引发剂、增稠剂、低收缩添加剂、脱模剂、阻聚剂；增稠剂一般为MgO或Ca(OH)2，以配位络合物的形式使树脂相对分子量增大，但并不促使其凝胶；低收缩剂：一般为热塑性树脂，如PE、PS,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.2片状模塑料SMC的

34、制造方法,2.过程,3.质量因素：纱线体积（直径、长度、体积效应）；树脂糊粘度、纤维含量4.存放与熟化：15以下，3个月；23，6个月（存放）室温，12周；40，2436h（熟化）,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.3 增强热塑性塑料片材制造,一、概述,连续纤维毡,连续纤维增强热塑性塑料片材,中长纤维增强热塑性塑料片材,单向连续纤维,短切纤维针刺毡,短切原丝针刺毡,1.分类,2.特点,可回收利用，污染小；质量轻；耐腐蚀，不生锈；隔热隔音，绝缘性好；冲击韧性好，抗蠕变性能好，使用寿命长；制品尺寸稳定性好。,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.3 增强热塑性塑料片材制

35、造,二、制造方法,1.熔融浸渍工艺,主要技术问题：热塑性树脂对玻璃毡的渗透速率,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.3 增强热塑性塑料片材制造,二、制造方法,2.悬浮沉积工艺,玻纤：550mm短切玻纤,热塑性树脂粉末：d=100400mm,悬浮介质：水或泡沫,片材中玻纤含量为2540%；低于20%，纤维不能连续分布；高于40%，片材各相异性明显（纤维不均匀）,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.3 增强热塑性塑料片材制造,二、制造方法,2.悬浮沉积工艺,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.3增强热塑性塑料片材制造,二、制造方法,3.硫化床法,5.4聚合

36、物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.3 增强热塑性塑料片材制造,二、制造方法,4.静电吸附法,玻纤静电摩擦辊静电发生器中长玻纤,5.4 复合材料成型用半成品的制备,5.4.4热塑性塑料粒料的制造方法,一、颗粒填充热塑性塑料粒料的制造方法,原料准备,初混合,塑炼,造粒,粒料,1.原料准备,过筛、吸磁、干燥、研磨、预热、称量,2.初混合,在聚合物熔点以下的温度和较为缓和的剪切应力下进行的一种初步混合；设备：捏合机、高速混合机加料顺序：树脂、部分增塑剂、混合物、固体填料,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.4热塑性塑料粒料的制造方法,一、颗粒填充热

37、塑性塑料粒料的制造方法,3.塑炼,在高于聚合物熔点的温度和较大的剪切应力下混合，达到适当的柔软度和可塑性，各组分分散更均匀，除去挥发物设备：双辊炼胶机、密炼机、单螺杆挤出机测定塑料试样的撕裂强度来决定塑炼的终点。,4.造粒：切粒机、纵切、横切,5.4 聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.4热塑性塑料粒料的制造方法,二、纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法,纤维增强粒料要求：纤维能均匀地分散于树脂中；纤维与树脂包覆或粘接牢固；制造过程中尽可能减少对玻纤的机械损伤，减少对树脂分子的降解。,1.长纤维增强粒料制造方法（适用于螺杆式注射机成型）,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.4

38、热塑性塑料粒料的制造方法,二、纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法,1.长纤维增强粒料制造方法,电缆包覆法：玻纤粗纱通过十字形挤出机头，被熔融树脂包覆，经冷却、牵引、切粒而成。,管道反应法：单体与玻纤同时由管道进口加入，通过管道聚合反应，出料口即得到增强料条。,聚合物出料口包覆法：在聚合釜出料口安装包覆机头，待聚合物出料时，可将玻纤包覆。,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.4热塑性塑料粒料的制造方法,二、纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法,2.短纤维增强粒料制造方法（适用于柱塞式和螺杆式注射成型）,纤维在造粒时磨损严重，长度短，制品强度不高；加工流动性好，适合于制造薄壁和形状复杂的制

39、品。,短切原丝挤出法过程：,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.4热塑性塑料粒料的制造方法,二、纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法,2.短纤维增强粒料制造方法（适用于柱塞式和螺杆式注射成型）,短切原丝单螺杆挤出法：将树脂与短切原丝按比例加入挤出机中混合，重复23次，挤出造粒；,单螺杆排气式挤出机回挤造粒法：将长纤维增强粒料加入到单螺杆排气式挤出机中回挤一次造粒；双螺杆排气式挤出法：树脂由加料口，连续玻纤由进丝口直接按比例自动加进挤出机，挤出造粒。,5.4 聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.5热固性模塑料的制造,一、模塑粉的制造方法,模塑粉分为压塑粉和注塑粉，由颗粒添加剂与

40、合成树脂复合而成的粉状热固性塑料。合成树脂主要有酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂。,干法,1.原料准备：原料粉碎、过筛、干燥。30%以上树脂粒径为60目以上。,2.干混合：球磨机、Z形捏合机、圆柱形转筒；先加其他组分，后加填料（填料含量大，体积大，较难混合均匀）,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.5热固性模塑料的制造,一、模塑粉的制造方法,干法,3.热辊压：热辊压温度和时间,目的：树脂浸渍填料；各组分混合均匀；树脂进行一定程度的缩聚反应；除去部分挥发物；模塑料密实设备：辊压机（挤压、剪切、捏合作用）辊筒直径400600mm，长度10001200mm；二个辊筒不同转速相

41、对旋转转速比为1.3左右，温度差为3050；低温辊筒比树脂熔点稍高一些；辊筒间距为37mm。,4.粉碎、并批、包装：料片从辊压机上卸下后，迅速冷却，终止缩聚反应,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.5热固性模塑料的制造,一、模塑粉的制造方法,湿法（液体树脂、树脂溶液或树脂乳液）,乳液辊压法,原料（乳液树脂与其它组分）,辊压,冷却,干燥,并批,成品,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.5热固性模塑料的制造,二、短纤维增强热固性模塑料的制造方法,预混法,短纤维模塑料：由短纤维与树脂及其他添加剂树脂：酚醛、氨基、不饱和聚酯、有机硅、环氧纤维：玻纤、碳纤维、芳纶纤维、棉纤、

42、石棉纤维,特点：纤维松散而不定向，流动性较好，可做形状复杂的小型模压制品；纤维强度损失较大，模塑料质量均匀性较差，比体积大。,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.5热固性模塑料的制造,二、短纤维增强热固性模塑料的制造方法,预浸法,特点：模塑料成末状，比较紧密；纤维损失较少，质量均匀，比体积小；纤维定向排列可进行定向铺设压制产品。,浸毡法过程,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.5热固性模塑料的制造,二、短纤维增强热固性模塑料的制造方法,模塑料质量控制（质量指标：树脂含量、挥发物含量、不溶性树脂含量）,影响因素：树脂溶液粘度：h太大，浸渍不好；h太小，纤维离析纤维长度

43、：2040mm，太长，纤维缠结，产生结团料浸渍时间：尽可能短，捏合越短，纤维强度损失越小烘干条件：时间、温度设备条件：结构、牵引速率、张力,5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制备,5.4.5热固性模塑料的制造,二、短纤维增强热固性模塑料的制造方法,挤出法,特点：不使用溶剂，无低分子挥发物产生，产品质量均匀稳定。,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,复合材料固化=树脂固化,一、固化过程,5.5 复合材料固化成型过程,凝胶：,定型：,熟化：,从粘流态到树脂凝胶态,树脂体系成为一个支化的巨大网络分子，从分子链运动到链段运动,玻璃态内部固相反应,体型结构，链段运动冻结,提高温度进行后处理，交联密度增大

44、,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,1.固化工艺参数,二、固化工艺参数的确定,5.5 复合材料固化成型过程,温度、时间、压力,2.固化过程检测方法,红外光谱法（IR）；差示扫描量热法（DSC）；动态介电分析法（DDA）；动态力学分析法（DMA）,结构变化（官能团浓度）,状态变化（焓变）,固化过程（电容C-t）,固化过程（力学性能-时间）,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,二、固化工艺参数的确定,5.5 复合材料固化成型过程,2.固化过程检测方法,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,二、固化工艺参数的确定,5.5 复合材料固化成型过程,2.固化过程检测方法,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,3.工

45、艺参数确定,二、固化工艺参数的确定,5.5 复合材料固化成型过程,固化温度：DSC、DMA；固化时间：IR、DMA（不同固化时间，制品性能）；加压时间：DDA、DMA；后处理时间：DMA,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,1.过程,三、固化过程收缩与内应力,5.5 复合材料固化成型过程,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,2.体积变化,三、固化过程收缩与内应力,5.5 复合材料固化成型过程,胶化收缩（CY）决定内应力大小聚合收缩（AB）热收缩（BY）固化收缩（AY）+=热膨胀（XA）实际体积收缩,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,3.影响固化收缩的因素,三、固化过程收缩与内应力,5.5 复合材料

46、固化成型过程,树脂类型：酚醛缩聚，收缩最大；聚酯分子间范德华距离（0.32nm）变为C-C共价键（0.154nm），收缩居中；环氧开环聚合，膨胀抵消收缩，收缩最小固化温度温度越高，收缩率越大，内应力也越大固化剂种类形成固化网络交联密度、紧密程度,第5章 聚合物基复合材料成型工艺,4.内应力,三、固化过程收缩与内应力,5.5 复合材料固化成型过程,1）来源,物理收缩应力、化学收缩应力,内应力,收缩不均匀,2）减小内应力措施,慢速升温或低温固化，固化均匀、充分；添加粉状填料或柔性树脂；缓慢冷却，松弛热收缩；后处理,本章习题,如何选择复合材料成型方法？模具材料种类有哪些？脱模剂种类有哪些？模具种类有哪些？各种模具对复合材料制品性能有何影响？试述手糊成型过程、特点、应用？试述缠绕、SMC成型过程、特点、应用？试分析树脂固化体积变化过程？复合材料固化应力来源有哪些？减少应力措施？,