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1、复 合 材 料成 型 与 加 工 技 术,手糊成型工艺及设备手糊成型又称接触成型Hand Lay Up工艺流程,原材料,增强体,基体,Hand Lay Up,手糊成型工艺的优点：1、不受尺寸、形状的限制；2、设备简单、投资少；3、工艺简单；4、可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要求；5、产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。手糊成型工艺的缺点1、生产效率低，劳动强度大，卫生条件差；2、产品性能稳定性差；3、产品力学性能较低。,2.1 原材料的选择选用的原材料必须满足3点要求1、产品设计的性能要求2、手糊成型工艺要求3、价格便宜、材料容易取得2.1.1 聚合物基体的选择 选用原则：室温下固化凝胶
2、能配成粘度适中的胶液 0.20.5Ps,双酚A型环氧树脂,Tg 240 260,四缩水甘油基-4，4一二氨基二苯甲烷(TGDDM)芳香胺-二氨基二苯砜(DDS）,不饱和聚酯,乙烯基酯,3、辅助剂不饱和聚酯树脂的辅助剂包括交联剂、引发剂、促进剂、阻聚剂、光敏剂等。1）交联剂要求：高沸点，低粘度，能溶解树脂、引发剂、促进剂、染料等，反应活性大，能使共聚反应在室温或较低温度下进行，能与树脂共聚形成均相共聚物。常用交联剂：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲苯、邻苯二甲酸二丙烯酯、邻苯二甲酸二丁酯。最常用的是苯乙烯。,2）、引发剂引发剂可以产生自由基，引发树脂体系进行固化反应。引发剂一般为过氧化物，其通式
3、为 ROOR。引发剂的主要类型有：氢过氧化物、酸过氧化物、酮过氧化物、酯过氧化物、二酰基过氧化物。最常用的有：过氧化二苯甲酰 过氧化环己酮（混合物）过氧化甲乙酮（混合物）,O O C6H5-C-OO-C-C6H5,3）促进剂 常用的引发剂其临界温度均在60以上，说明单独使用有机过氧化物，不能满足不饱和聚酯树脂室温固化的要求。在促进剂的存在下，有机过氧化物的“分解活化能”显著下降，可以使有机过氧化物的分解温度降到室温以下。这种能使引发剂降低分解活化能，降低引发温度的物质称为促进剂。引发剂促进剂体系称为引发系统 常用的引发剂促进剂体系有：过氧化苯甲酰叔胺体系 过氧化环己酮环烷酸钴,常用叔胺的反应活
4、性顺序：N，N二甲基对甲苯胺 二甲基苯胺 二乙基苯胺,A 过氧化苯甲酰叔胺体系,叔胺促进剂对固化速度的影响,不饱和聚酯树脂+1%过氧化苯甲酰,B 酮过氧化物环烷酸钴引发体系,也是不饱和聚酯树脂低温固化最常见的引发体系，环烷酸钴对聚酯固化速度的影响见下表。,4）阻聚剂为了增加不饱和聚酯树脂的贮存稳定性，调节适用期，常在聚酯树脂中加入阻聚剂。（一般在树脂生产过程中就加入）最常用的阻聚剂有：对苯二酚、叔丁基对苯二酚、硝基苯、亚硫酸盐等 自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2的反应速度慢104倍，一般聚酯树脂制品固化时，表面应覆盖聚酯薄膜。若不用薄膜覆盖，也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类，否则
5、自由基与周围空气中的O2、H2O反应，耗去大部分自由基，造成表面固化不完全而发粘。,增强材料的种类：（1）玻璃纤维种类E玻璃纤维，无碱纤维，含碱0.8以下C玻璃纤维，中碱纤维，含碱8左右A玻璃纤维，有碱纤维，含碱1215S玻璃纤维，高强纤维，含碱0.3M高弹玻璃纤维L防辐射玻璃纤维,2.1.3 增强材料的表面处理一、表面处理的意义 去污，增强了玻璃与树脂界面的粘接，防止水分或其它介质的侵入，改善了界面状态，有效地传递应力，使玻璃纤维与树脂间形成一个牢固的整体,偶联剂是一种改善玻纤的表面性质，即能与玻纤起化学反应形成化学键结合，又能与树脂起化学反应形成化学键结合的表面处理剂。它可以加强复合材料的
6、界面结合，保护纤维，防止水分等有害介质的侵入；它可以改善复合材料的界面状态，有效传递应力，使多种材料间形成一个复合牢固的整体。,poor adhesion with a incompatible silane coupling agent.,good adhesion with a compatible silane coupling agent.,（4）玻璃纤维的处理方法 后处理法：（对于“纺织型浸润剂”）第一步除去浸润剂，有两种方法。a、洗涤法:在皂水或有机溶液中清洗，然后烘干。b、热处理法：（250450）1h。第二步用表面处理剂处理（要求产品质量较高时），处理步骤为:浸渍水洗烘干。前处
7、理法：把表面处理剂就加入到“浸润剂”里,在拉丝时表面处理剂就被覆盖在了玻璃纤维上。迁移法：把表面处理剂加入到树脂胶液中，当玻璃纤维浸胶时，树脂会迁移到纤维与树脂的界面上。迁移法需要热处理后使用。,CARBON FIBERS,Carbon fiber surfaces are chemically inactive and must be treated to form surface functional groups that promote good chemical bonding with the polymer matrix.,Oxidative surface treatments
8、,The gas-phase oxidationNitric acid,2.Nonoxidative surface treatments,Coated by styrenemaleic，anhydride copolymers,methyl acrylateacrylonitrile copolymer,and polyamides,2.2手糊成型模具与脱模剂,模具的结构与材料一、结构,单模,对模,拼装模,阳模,阴模,阳模：制品内表面尺寸准确，光滑。成型方便，便于通风。阴模：制品外表面尺寸准确，光滑。阴模深操作不便、通风条件不好、卫生条件差。对模：由阴阳模两部分组成，制品内外表面均光滑，厚度
9、准确。不适合成型批量少及大型制品（模具、设备投资大）。拼装模：一些形状复杂的产品，为了脱模方便，需要利用拼装模，即把模具分成几块进行拼装，脱模时可以分块进行，比较方便。,二、材料 木材、石膏、水泥、玻璃钢、陶土、金属等。必须满足以下要求：（1）满足产品尺寸、精度、外观及数量的要求；（2）有足够的强度与刚度，不易变形、损坏；（3）不受树脂及辅助材料的浸蚀，不影响树脂固化；（4）易脱模，使用周期长；（5）价格便宜，材料易得。,（1）木材 要求均质、无节。常用红松、银杏、枣木等。木材模具表面需要封孔处理。其特点是质轻、易加工；但不耐久。适合于小批量生产小型制品。（2）石膏 用半水石膏成型。制造简便，
10、造价低；不耐用，怕冲击，适合于小批量生产形状复杂的制品。（3）水泥 制造方便，成本低，有一定强度，适合于制造形状简单，表面要求不高的制品。,（4）石蜡 适合于制作难以取出的型心，一次性使用，成型后融化掉。（5）金属 常用钢材、铸铝等。耐久、不易变形；但加工费用高。适合于小型、大批量生产的高精度制品。（6）玻璃钢 由木模或石膏模翻制。质轻、耐久、制造方便。适合于中小型制品的批量生产。,2.2.3 玻璃钢高级模具 属于平整度高，光洁度高的高级模具。2.2.3.1 玻璃钢高级模具的要求（1）具有足够的强度、刚度。（2）具有一定硬度、耐热性能承受树脂固化放热的收缩作用。（3）尺寸精确、无潜藏气孔，残留
11、划痕度小于0.1m。（4）光泽度达到80-90光泽单位或者目测反光。,2.3.1 原材料准备,2.3.1.1 胶液准备,胶液粘度:粘度控制在0.2之间粘度过高不易涂刷和浸透增强材料，粘度过低，在树脂凝胶前发生胶液流失，使制品出现缺陷。,2.3 手糊成型工艺,主要工艺参数：胶液粘度，凝胶时间,凝胶时间：,指在一定温度条件下，树脂中加入定量的引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，变成软胶状态凝胶所需的时间。一般采用引发剂、促进剂用量调节。,影响凝胶时间的主要因素：引发剂、促进剂用量。引发剂、促进剂用量 大，凝胶时间缩短；胶液体积的影响。胶液体积越大，热量不易散 失，凝结快；环境温度、湿度的
12、影响 气温越高，凝结越快 湿度越小，凝结越快 制品表面积影响 制品表面积大，凝结快。,树脂胶液配制：,(1)不饱和聚酯树脂胶液配方及配制,引发剂作用：,控制反应速度，使树脂最终反应完全（一般为过氧化物）起固化剂的作用。,促进剂的作用：,促使引发剂降低引发温度，在较低温度下分解产生大量游离基，加快反应速度，降低引发剂用量。,胶液配制方法：,按配方比例将引发剂或促进剂的一种先与树脂搅拌均匀，再加入另一种搅匀。切忌同时加入。否则会生成硬块,不饱和聚酯树脂的品种,（1）通用型：303、306、307、314,701、702,703、781等。（2）耐温型：309、311、313、711、712等（耐温
13、性为l00，712为120）。（3）耐蚀型：711、2608、X41、X42等（711又称双酚A型，2608、X41、X42又称二甲苯型）。（4）韧性型：3193、721、802等。（5）光稳定型：782,783等。（6）自熄型：731、732,736,737等（耐温性能900）。,(2)环氧树脂胶液配制,配制方法：,先将稀释剂及其他辅助剂与树脂搅匀，使用前加入固化剂搅匀。,2.3.1.2 增强材料准备,下料时应注意以下几点,1、布的方向性,2、拼缝应各层错开,3、对圆形制品，布的45方向变形能力好，可沿此方向裁成布条糊制。,4、注意经济使用,预处理：干：烘干，不潮湿净：无油污,2.3.1.3
14、 胶衣糊准备,胶衣树脂的配制,33号胶衣树脂 100份（重量百分比 wt）,50过氧化环己酮二丁酯糊（引发剂H）白色 4份,6萘酸钴苯乙烯溶液（促进剂E）紫色 24份,1、种类与功效 33号间苯二甲酸型胶衣树脂：耐水36PA树脂：不透明、自熄39号胶衣树脂，间苯二甲酸-HET酸酐：耐热、自熄21号胶衣树脂，新戊二醇：耐水煮、耐热、不污染、柔韧耐磨 2、配置胶衣树脂+引发剂+促进剂,2.3.2 糊制,2.3.2.1 表面层（胶衣层）,一般采用加了颜料的胶衣树脂制作，也可用普通树脂制作，需用玻璃纤维表面毡增强防裂。表面层的作用：形成富树脂层、光洁美观、耐侵蚀、耐水、耐酸碱、耐候等。,厚度控制：,0
15、.250.5mm，单位面积用胶300500g/m2。,操作方法：,a、刷涂(需两遍垂直涂刷，一遍基本固化 后再刷另一遍，开始凝胶时铺纤维毡)。,b、喷涂。,影响胶衣喷涂的因素：,（1）触变指数的影响 用喷射距离调节 距离400500mm，压力0.40.5MPa。,（2）温度的影响控制胶衣树脂温度25-30。,（3）胶衣层中气泡的影响,（4）苯乙烯含量的影响 喷涂时苯乙烯挥发可造成固化不好,（5）水分影响 胶衣层中严禁水分混入，包括树脂中和模具上。,2.3.2.2 铺层控制,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,2.3.2.3 铺层二次固化拼接,对于较厚的制品，由于树脂固
16、化放热量大，易产生产品的变形与分层。应分两次铺层固化。,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2次固化的拼接方法：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。,2.3.3 固化,2.3.3.1 不饱和聚酯树脂的固化,分为：凝胶阶段 定型阶段（硬化阶段）熟化阶段（完全固化阶段）,因为引发剂一般在60以上才能分解出游离基，因此常温固化时必须加入促进剂，降低其分解温度。,引发剂用量对产品性能的影响,用量过大：,反应速度过大，放热量大，导致树脂急剧固
17、化，收缩严重，产生裂纹。同时影响聚合链长度，分子量降低，力学性能下降。,用量过小：,不足以使树脂固化完全。,固化工艺控制,固化度：,树脂固化反应的程度，,常用丙酮萃取法测定。,手糊制品的成型工艺条件：,温度15以上，湿度小于80。,利用上述工艺条件及合理的配方，才能使树脂固化达到要求的程度。,一般手糊制品24h脱模；8天即可使用。聚酯玻璃钢的强度一般到1年后才能稳定。因此，许多制品室温固化后，为加速其强度发挥，需进行后固化处理（放置24小时后进行）。环氧玻璃钢后固化处理温度 150。聚酯玻璃钢后固化处理温度 5080。,2.3.4 手糊工艺质量控制,2.3.4.1 影响制品质量的因素,组分质量
18、；,成型与固化过程；,制品辅助加工。,产生缺陷的原因：,纤维方面：,树脂基体方面：,施工作业方面：,固化工艺方面：,其他方面：,2.3.4.2 质量控制,成型工艺过程控制,原材料质量控制,成品质量检验,2.3.4.3 手糊成型易发生的缺陷及防止措施,1、胶衣缺陷,2、制品皱缩,3、翘曲变形,4、制品表面发粘,原因1：,空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用。,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的异腈酸酯；,（3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气；,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。,5、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,6、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。,
