《聚合物基复合材料--聚合物基复合材料成型用半成品的加工ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《聚合物基复合材料--聚合物基复合材料成型用半成品的加工ppt课件.ppt（97页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、LOGO12v复合材料的界面效应有哪些？v复合材料界面的形成有几个阶段？v提高界面结合强度的途径有哪些？v简述水对复合材料的破坏机理。v什么是偶联剂？简述用于玻纤的偶联剂类型及作用机理。3复合材料制备的影响因素：复合材料制备的影响因素：v原材料原材料v工具及模具：模具要考虑膨胀系数、使用温度工具及模具：模具要考虑膨胀系数、使用温度等因素，等因素，v热；温度热；温度v压力。压力。 各种材料都有其独特的物性、机械和加工特各种材料都有其独特的物性、机械和加工特性，因此每种材料都必须使用性，因此每种材料都必须使用合适合适的制造技术，的制造技术，把材料转变成最终的形状。把材料转变成最终的形状。4复合材料
2、的制备工艺：复合材料的制备工艺：一步法一步法： 由纤维、树脂等原材料直接混合浸渍，一步固化由纤维、树脂等原材料直接混合浸渍，一步固化成型形成复合材料；成型形成复合材料； 工艺、设备简单；工艺、设备简单；v 挥发物不易除去，影响制品性能；挥发物不易除去，影响制品性能；v 树脂分布不均；树脂分布不均；v 效率低，环境恶劣。效率低，环境恶劣。二步法二步法：预先对纤维、树脂进行混合浸渍加工，使之形成：预先对纤维、树脂进行混合浸渍加工，使之形成半半成品成品，再由半成品成型出复合材料制品。，再由半成品成型出复合材料制品。v 将浸渍过程提前，树脂均匀分布；将浸渍过程提前，树脂均匀分布；v 将挥发物去除，减少
3、空隙率；将挥发物去除，减少空隙率；v 改善作业环境。改善作业环境。 热塑性塑料：热塑性塑料：粒料；粒料； 热固性塑料：热固性塑料：模塑料模塑料 连续纤维增强复合材料：连续纤维增强复合材料：预浸料预浸料5树脂基复合材料成型工艺流程：树脂基复合材料成型工艺流程：v预浸料等半成品的制预浸料等半成品的制备备v增强材料预成型增强材料预成型v复合材料的固化成型复合材料的固化成型 不同工艺方法这不同工艺方法这三个方面可能三个方面可能同时或同时或分别分别进行进行6v 本章教学目的：v 了解热热塑塑性塑料粒料性塑料粒料的制备方法 颗粒填充：混合混炼(粒料造粒法)纤维增强： 长纤维管道反应法聚合物出料口包覆法电缆
4、包覆法短纤维短切原丝单螺杆挤出法双螺杆排气式挤出法单螺杆排气式挤出机回挤造粒法7v了解热热固固性塑料模塑料性塑料模塑料的制造方法模塑粉的制作方法干法湿法辊压法挤压法乳液辊压法乳液法短纤维增强热固性模塑料挤出法预浸法预混法8片状模塑料SMC的制造玻璃纤维纱玻璃纤维毡辊式带式v掌握连续纤维预浸料连续纤维预浸料的制造方法连续纤维预浸料溶液浸渍法热熔胶浸渍和胶膜碾压法粉末工艺法9v了解增强热塑性塑料增强热塑性塑料片片材材的制造 v本章重点难点：v连续纤维预浸料的制造方法105.1 热塑性塑料粒料的制造方法热塑性塑料粒料的制造方法v5.1.1 颗粒颗粒填充热塑性塑料粒料的制造方法填充热塑性塑料粒料的制造
5、方法 粉料造粒法：粉料造粒法：原料准备初混合塑炼造粒粒料1.1.原料的准备原料的准备 过滤、吸磁、干燥、研磨（过滤、吸磁、干燥、研磨（三辊研磨机三辊研磨机、球、球磨机等）、预热、称量磨机等）、预热、称量11三辊研磨机三辊研磨机行星式球磨机行星式球磨机12v在聚合物在聚合物熔点以熔点以下下的温度和的温度和较为较为缓和缓和的剪切应力的剪切应力下进行的一种初步混合。下进行的一种初步混合。v设备：设备：捏合机捏合机、高速混合机高速混合机v 捏合机捏合机：由一个鞍形底混合室和一对：由一个鞍形底混合室和一对Z形形搅拌搅拌器组成。器组成。 高速混合机高速混合机：由一个圆形混合室和一个设在混：由一个圆形混合室
6、和一个设在混合室底部的快速旋转的合室底部的快速旋转的叶轮叶轮组成，并设有加热和组成，并设有加热和冷却装置。叶轮转速：冷却装置。叶轮转速：80860 r/minv加料顺序加料顺序：树脂、部分增塑剂、混合物树脂、部分增塑剂、混合物（由稳定（由稳定剂、润滑剂、着色剂和另一部分增塑剂调制）、剂、润滑剂、着色剂和另一部分增塑剂调制）、固体填料固体填料v混合终点：经验判断、时间混合终点：经验判断、时间2.初混合初混合13vZ型捏合机型捏合机采用“Z”型双桨搅拌,能使物料迅速反应,均匀混合。分普通型、压力型、真空型三大类，有电和蒸汽两种加热方式和水冷却可供选择。 14转子的形式转子的形式15高速混合机高速混
7、合机v 高速混合机依靠混合器的高速混合机依靠混合器的叶轮旋转叶轮旋转将物料翻动和旋转，对将物料翻动和旋转，对翻动的物料切向高速搅拌，在较短时间将物料混合均匀，翻动的物料切向高速搅拌，在较短时间将物料混合均匀，实现打碎和混合。实现打碎和混合。 16叶轮的形式叶轮的形式173.塑炼塑炼v在在高于高于树脂树脂熔点熔点的温度和的温度和较大较大的的剪切应力剪切应力下，物下，物料达到适当的料达到适当的柔软度柔软度和和可塑性可塑性，使各组分分散的，使各组分分散的更均匀，同时还可以除去其中的挥发物，以有利更均匀，同时还可以除去其中的挥发物，以有利于输送和成型，保证制品的质量。于输送和成型，保证制品的质量。 塑
8、炼温度、时间和剪切力塑炼温度、时间和剪切力 设备设备：双辊筒炼胶机（开放式炼塑机）、双辊筒炼胶机（开放式炼塑机）、密炼密炼机、单螺杆挤出机等机、单螺杆挤出机等 塑料试样的均匀性、分散程度、表面观察、撕塑料试样的均匀性、分散程度、表面观察、撕裂强度来决定塑炼的终点。裂强度来决定塑炼的终点。18v辊筒的转速v速比v辊筒间的间距v转速：前辊后辊194. 造粒造粒v 炼塑机上的料片输送到切粒机上分次进行纵炼塑机上的料片输送到切粒机上分次进行纵切和横切即可得到粒料。切和横切即可得到粒料。 挤出机塑炼，在机头装一旋转刀片切粒，或挤出机塑炼，在机头装一旋转刀片切粒，或先将物料挤出成条状物，在经切粒机造粒。先
9、将物料挤出成条状物，在经切粒机造粒。20热塑性塑料粒料制备中所用的设备：热塑性塑料粒料制备中所用的设备：原料准备：原料准备：初混合初混合：塑炼塑炼：研磨的设备：三辊研磨机、球磨机研磨的设备：三辊研磨机、球磨机捏合机、高速混合机捏合机、高速混合机开炼机、密炼机和单螺杆挤出机开炼机、密炼机和单螺杆挤出机215.1.2 纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法制造增强粒料的要求：制造增强粒料的要求：玻璃纤维能玻璃纤维能均匀地分散均匀地分散于树脂中；于树脂中；玻璃纤维与树脂应尽可能包覆或黏结牢固；玻璃纤维与树脂应尽可能包覆或黏结牢固；制造过程中应尽可能减少对玻璃纤维的制造过程中
10、应尽可能减少对玻璃纤维的机械损伤机械损伤，尽可能减少对树脂分子的尽可能减少对树脂分子的降解降解。 221.长纤维增强热塑性塑料的制造方法长纤维增强热塑性塑料的制造方法v电缆包覆式生产工艺：电缆包覆式生产工艺：a）玻璃纤维组成一大束包于粒子中，常包覆不紧、切粒时易拉毛、飞扬、注射成型时不利于玻璃纤维在树脂中分散；b）虽然玻璃纤维分散了，但过于靠近粒子边缘，树脂包覆力不够，因而在切粒时也容易拉毛、飞扬；c）分散的好，且由于外围树脂较厚，粒子包覆结实，粒料断面平整，玻璃纤维不易被拉毛及飞扬。 23 长纤维粒料由于树脂包覆差，纤维分布不均匀，粒料硬度不高，仅适合于螺杆式注射机成型。在成型时依靠螺杆的混
11、合作用，使纤维均匀地分散于树脂中。 注意注意：长纤维增强粒料并没有真正没有真正体现出增强塑料的性能！ 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(10-25mm)而成。24长纤维增强粒料制造方法：长纤维增强粒料制造方法：252. 短纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法短纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法 为解决高熔融黏度树脂高熔融黏度树脂（如聚烯烃类、聚苯乙烯类、聚氯醚类等）的长纤维型粒料因纤维在树脂中分散不好易引起制品性能和外观不理想而产生，所以也称为分散型增强粒料。分散型增强粒料。短切纤维：2550mm玻璃纤维长度：0.250.5mm最理想的制造方法：采用双螺杆排气式挤出机混
12、合法26 采用采用双螺杆挤出机双螺杆挤出机对热塑性塑料进行增强比单螺杆对热塑性塑料进行增强比单螺杆挤出机能更为有效地挤出并复合疏松的物料。挤出机能更为有效地挤出并复合疏松的物料。 单螺杆单螺杆挤出机挤出机机头压力机头压力 双螺杆双螺杆挤出机挤出机螺杆作用螺杆作用 目前目前国内工业国内工业上普遍采用的仍然是上普遍采用的仍然是45单螺杆排气式单螺杆排气式挤出机，将长纤维增强粒料回挤的工艺路线。挤出机，将长纤维增强粒料回挤的工艺路线。27排气式螺杆的几何参数：排气式螺杆的几何参数：v排气式螺杆：两根不同长度的单螺杆同轴串联同轴串联而成。 没有塑化，预热、受压挤实螺槽体积由大变小温度-塑化温度塑化温度
13、；准确、定量螺槽变深压力降低排气28短纤维短纤维增强粒料制造法：增强粒料制造法：29热热塑塑性塑料粒料性塑料粒料的制备方法: 颗粒填充：混合混炼(粒料造粒法)纤维增强 长纤维管道反应法聚合物出料口包覆法电缆包覆法短纤维短切原丝单螺杆挤出法双螺杆排气式挤出法原料准备-初混合-塑炼-造粒-粒料玻纤粗纱-机头-包覆-冷却-牵引-切粒高熔融黏度树脂柱塞式挤出机螺杆式挤出机螺杆式挤出机305.2 热固性模塑料的制造热固性模塑料的制造5.2.1 模塑粉的制造方法模塑粉的制造方法 微粒添加剂和合成树脂微粒添加剂和合成树脂（含或不含固化剂）复（含或不含固化剂）复合而成的粉状热固性塑料称为模塑粉。分为两类：合而
14、成的粉状热固性塑料称为模塑粉。分为两类： 压塑粉压塑粉：模压成型：模压成型 注塑粉注塑粉：注射成型：注射成型 所用树脂：酚醛树脂（电木粉）、脲醛树脂、所用树脂：酚醛树脂（电木粉）、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂等三聚氰胺树脂、环氧树脂等 模塑粉的制造过程目的：模塑粉的制造过程目的：v 使各组分使各组分混合均匀混合均匀，v 使树脂使树脂充分浸渍充分浸渍各组分，各组分，v 物料具有适宜的物料具有适宜的流动性及挥发物含量流动性及挥发物含量等；等； 通常的制造方法有通常的制造方法有干法和湿法干法和湿法两类。两类。 311.干法干法固体树脂v辊压法辊压法 粉尘大，但能耗低和成本低。1）原料准备 -粉碎
15、和过筛粉碎和过筛： 至少有30%以上通过60目（0.250mm）筛 -干燥干燥处理，如木粉、石灰、六次甲基四胺等干法又可分为辊压法和挤压法辊压法和挤压法。我国多采用辊压法。32： 球磨机、球磨机、Z型捏合机型捏合机；序序： 先将填料以外填料以外的其他组分混合后，再加入填料； 这是由于模塑粉中填料用量较大，特别是使用木粉时，其比体积很大比体积很大。 各组分一同加入会影响混合效率及均匀性。 2）干混合）干混合33v混合好后的物料有一定的均匀性，但是由于各组分混合好后的物料有一定的均匀性，但是由于各组分的相对的相对密度不同密度不同，受振动时均匀度易被破坏。，受振动时均匀度易被破坏。v物料中的树脂未能
16、充分浸渍填料等添加剂，流动性物料中的树脂未能充分浸渍填料等添加剂，流动性高。高。 制品性能决定因素：制品性能决定因素： 温度和时间温度和时间 3）热辊压（关键工序）热辊压（关键工序）34热辊压机：热辊压机：辊压机：辊压机：两个空心钢辊筒两个空心钢辊筒构成构成 其间可通蒸汽加热，或冷水冷却，也有用电加其间可通蒸汽加热，或冷水冷却，也有用电加热的，直径：热的，直径：400600mm，长度：，长度：10001200mm。工作时，两辊筒工作时，两辊筒： 不同转速不同转速，如如18r/min和和1324r/min相对旋转，转相对旋转，转速比为速比为1.3左右；左右； 不同温度不同温度：低温辊筒温度低温辊
17、筒温度树脂滴落温度树脂滴落温度 高温辊筒温度高温辊筒温度低温辊筒温度低温辊筒温度 3050 如线型酚醛树脂模塑料分别为：如线型酚醛树脂模塑料分别为：70110和和90130； 间隙可调：间隙可调：37mm3536 辊压时：物料在辊筒上受热熔融。通过辊筒辊压时：物料在辊筒上受热熔融。通过辊筒间隙时受到间隙时受到挤压、剪切、捏合挤压、剪切、捏合等作用，使各组分等作用，使各组分混合和浸渍的更好。混合和浸渍的更好。v逆式辊压法：逆式辊压法： 低温快速辊筒：物料黏附其上，工作辊筒低温快速辊筒：物料黏附其上，工作辊筒 高温慢速辊筒：空转辊筒高温慢速辊筒：空转辊筒v顺式辊压法：顺式辊压法： 正好相反，物料不
18、包辊，随辊随落正好相反，物料不包辊，随辊随落 线型酚醛树脂模塑粉：线型酚醛树脂模塑粉： 甲阶酚醛树脂模塑粉：甲阶酚醛树脂模塑粉：逆式辊压法逆式辊压法顺式辊压法顺式辊压法37辊压目的：辊压目的：v 树脂更好的树脂更好的浸渍浸渍填料等添加剂；填料等添加剂；v 各组分充分各组分充分混合均匀混合均匀；v 进行一定的缩聚反应，缩短成型周期，提高生进行一定的缩聚反应，缩短成型周期，提高生产效率；产效率；v 除去部分挥发物，改善压制工艺及产品质量；除去部分挥发物，改善压制工艺及产品质量；v 使模塑粉密实，减小比体积。使模塑粉密实，减小比体积。38控制辊压质量的指标：控制辊压质量的指标： 流动性流动性，挥发物
19、含量和外观质量，挥发物含量和外观质量394）粉碎、并批和包装）粉碎、并批和包装 辊压好的料片从辊压机上卸下后，辊压好的料片从辊压机上卸下后，应迅速冷应迅速冷却却，终止缩聚反应，然后即可粉碎，过筛。，终止缩聚反应，然后即可粉碎，过筛。 并批混合：将几批生产的模塑粉在同一混合并批混合：将几批生产的模塑粉在同一混合机中进行并批混合。机中进行并批混合。40v辊压法：辊压法：树脂细度控制，组分干燥捏合机，球磨机，注意加料方式热辊压机：逆势辊压法；顺式辊压法。温度和时间立刻冷却并批混合412. 湿法湿法乳液法生产：乳液法生产：液体树脂、树脂溶液或树脂乳液液体树脂、树脂溶液或树脂乳液 以脲醛树脂以脲醛树脂(
20、电玉粉电玉粉)为例：为例：脲和甲醛的低相对分子质量缩合溶液固化催化剂（草酸）润滑剂（硬脂酸锌）、增白剂、着色剂双桨叶双桨叶Z形形捏合机捏合机捏合温度：5560填料（纸浆）：填料（纸浆）：-纤维素纤维素干燥干燥搅拌混合搅拌混合干燥温度：干燥温度：8590物料（水分含量23%）脱除水分和挥发物，缩聚粉碎、过筛和并批42乳液辊压法乳液辊压法： 混合混合辊压辊压冷却冷却干燥干燥并批并批成品成品 关键工序：辊压工序关键工序：辊压工序 代替了乳液法中的干燥工序代替了乳液法中的干燥工序缺点：生产效率低、劳动强度大，挥发物污染环境。缺点：生产效率低、劳动强度大，挥发物污染环境。435.2.2 短纤维增强热固性
21、短纤维增强热固性模塑料模塑料的制造方法的制造方法v短纤维模塑料短纤维模塑料：由短纤维与树脂及其他添加剂v树脂树脂：、氨基、不饱和聚酯、有机硅、环氧v纤维纤维：玻纤、碳纤维、芳纶纤维、棉纤、石棉纤维制造方法：制造方法：v 预混法；预混法；v 预浸法；预浸法；v 挤出法挤出法441.预混法制造短纤维模塑料预混法制造短纤维模塑料 特点特点：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。配胶配胶浸渍与混合浸渍与混合撕松撕松烘干烘干并批并批Z形捏合形捏合机机 纤维预处理纤维预处理短切、蓬松、除蜡短切、蓬松、除蜡添加剂添加剂撕松机撕松机除挥发物
22、，除挥发物，树脂预聚树脂预聚 先将玻璃纤维切割成3050mm的短切纤维，经蓬松后在捏合机中与树脂胶液充分捏合至树脂完全浸润玻璃纤维，再经烘干（晾干）至适当粘度即可。452.预浸法制造短纤维模塑料预浸法制造短纤维模塑料 将连续纤维束整束通过将连续纤维束整束通过胶槽、浸渍胶槽、浸渍，再经过刮，再经过刮胶辊后，在烘箱中烘干，切割成所需长度胶辊后，在烘箱中烘干，切割成所需长度单向纤单向纤维维模塑料的工艺方法。模塑料的工艺方法。 特点：模塑料特点：模塑料成束状成束状，比较，比较紧密紧密； 纤维损失纤维损失较少较少，质量均匀，比体积，质量均匀，比体积小小； 流动性及料束之间的相容性稍流动性及料束之间的相容
23、性稍差差； 可按制品受力情况进行定向铺设压制产品。可按制品受力情况进行定向铺设压制产品。纱线浸渍切割烘干存放粗纱准备热处理树脂配制手工预浸法和机械预浸法手工预浸法和机械预浸法46浸毡法：浸毡法： 先将短切玻璃纤维均匀地铺洒在玻璃底布上，先将短切玻璃纤维均匀地铺洒在玻璃底布上，再用玻璃面布覆盖，然后使夹层浸胶、烘干，即再用玻璃面布覆盖，然后使夹层浸胶、烘干，即成制品。成制品。蓬松切割烘干即得粗纱准备树脂配制撒毡复合浸胶473.预混法和预浸法模塑料的质量控制预混法和预浸法模塑料的质量控制 树脂含量、挥发物含量和不溶性树脂含量树脂含量、挥发物含量和不溶性树脂含量 481）模塑料制备过程中主要控制的几
24、个因素）模塑料制备过程中主要控制的几个因素 树脂溶液的树脂溶液的黏度黏度 低低粘度（粘度（粘度过低粘度过低） 用用密度作为黏度密度作为黏度的控制指标。的控制指标。 纤维的纤维的短切长度短切长度 过长过长：易引起纤维间的相互缠结，而产生结：易引起纤维间的相互缠结，而产生结团料。团料。 机械机械预混法：不超过预混法：不超过2040 mm 手工手工预混法：不超过预混法：不超过30 50mm。 49 浸渍时间浸渍时间 在确保纤维均匀浸透的情况下，浸渍时间应尽可能缩在确保纤维均匀浸透的情况下，浸渍时间应尽可能缩短短。 预混法中：捏合过程；预混法中：捏合过程； 捏合之间过长：纤维强度损失较大；捏合之间过长
25、：纤维强度损失较大； 溶剂过多的挥发溶剂过多的挥发 模塑料的烘干条件模塑料的烘干条件 烘干温度和烘干时间。烘干温度和烘干时间。 其他其他 协调树脂溶液的密度、刮胶辊的位置、烘箱温度、牵协调树脂溶液的密度、刮胶辊的位置、烘箱温度、牵引速率及纤维张力等因素引速率及纤维张力等因素502）模塑料的存放）模塑料的存放 模塑料存放条件模塑料存放条件 塑料袋塑料袋封装封装，避免光、热、潮湿和防止其他，避免光、热、潮湿和防止其他外来杂质的污染。外来杂质的污染。 模塑料的启用期模塑料的启用期 通常模塑料在制备后通常模塑料在制备后并不立即使用并不立即使用，一般在，一般在存放存放37d 后开始启用效果较好：后开始启
26、用效果较好： 挥发物含量有所降低，挥发物含量有所降低， 质量均匀性和稳定性有所提高，质量均匀性和稳定性有所提高， 对某些模塑料有一定的合理熟化作用；对某些模塑料有一定的合理熟化作用； 存放期存放期 514.挤出法制造短纤维模塑料挤出法制造短纤维模塑料 优点：优点： 克服浸渍法使用大量有机溶剂的的缺点，改克服浸渍法使用大量有机溶剂的的缺点，改善劳动卫生条件，降低成本；善劳动卫生条件，降低成本； 缺点：缺点： 玻璃纤维在螺杆挤出机中被磨损、剪断的情玻璃纤维在螺杆挤出机中被磨损、剪断的情况比较严重，从而降低塑料的强度。况比较严重，从而降低塑料的强度。525.2.3 片状模塑料片状模塑料SMC （sh
27、eet molding compound）的制造方法的制造方法 多组分的不饱和聚酯树脂糊充分浸渍短切玻璃多组分的不饱和聚酯树脂糊充分浸渍短切玻璃纤维（或毡）并在上下面覆盖纤维（或毡）并在上下面覆盖PE薄膜而获得的片薄膜而获得的片状夹芯形式的模塑料。状夹芯形式的模塑料。 树脂糊（树脂糊（70%）：）：不饱和聚酯树脂、交联剂、不饱和聚酯树脂、交联剂、引发剂、引发剂、化学增稠剂化学增稠剂、低收缩添加剂、粉状填料、低收缩添加剂、粉状填料、颜料、脱模剂等。颜料、脱模剂等。 增强材料（增强材料（30%）：）：无捻玻璃粗纱，其短切长无捻玻璃粗纱，其短切长度度2050mm。 上下覆盖的聚乙烯薄膜上下覆盖的聚乙
28、烯薄膜：是防止空气、灰尘、：是防止空气、灰尘、水气及杂质等对材料的污染和聚酯树脂交联剂苯乙水气及杂质等对材料的污染和聚酯树脂交联剂苯乙烯的蒸发。烯的蒸发。 53树脂糊：树脂系统：约占树脂糊：树脂系统：约占30%；填料：；填料：40%：CaCO3：色白、吸油值低，降低：色白、吸油值低，降低成本成本，并降低模塑料，并降低模塑料收缩率收缩率，改善制品表面质量。，改善制品表面质量。水合氧化铝水合氧化铝：阻燃性填料阻燃性填料，同时可改善制品的耐水性，同时可改善制品的耐水性和电绝缘性。和电绝缘性。MgO或或Ca(OH)2：树脂树脂“增稠增稠” ，它们以配位络合物，它们以配位络合物的形式使树脂的相对分子量增
29、大，并不促进其凝胶。的形式使树脂的相对分子量增大，并不促进其凝胶。 添加量：添加量：3%左右左右低收缩添加剂低收缩添加剂：热塑性树脂如：热塑性树脂如PE、PS、PVC、PVAc。 添加量：添加量：5-10%54理想增稠曲线理想增稠曲线1浸渍阶段；浸渍阶段；2增稠阶段；增稠阶段；3贮存阶段贮存阶段时间时间粘度粘度1 12 23 355增稠机理增稠机理两个阶段两个阶段第一阶段第一阶段金属氧化物或氢氧化物与聚酯端基金属氧化物或氢氧化物与聚酯端基COOH进行酸碱反应，生成碱式盐。进行酸碱反应，生成碱式盐。COOH+MOCOOMOHCOOH+M(OH)2COOMOH+H2O56 碱式盐之间或与聚酯之间进
30、一步脱水使分子量成倍增加COOMOH+CHOOCOOMOCOCOOMOH+CHOMOOCOOMOMOCO57第二阶段第二阶段碱式盐与聚酯分子中的酯基(氧原子)以配位键形成络合物镁盐的络合反应镁盐的络合反应58Ca盐的络合反应盐的络合反应 59低收缩添加剂的收缩机理：低收缩添加剂的收缩机理：v 树脂受热时膨胀，热固性树脂与热塑性树脂的固化时间不固化时间不同：同：v 热固性树脂首先聚合固化，其在热塑性树脂的热膨胀压力下不能收缩；v 待温度下降时，热塑性树脂固化收缩，而周围的热固性树脂已固化定型，v 使得热塑性树脂只能在局部收缩造成微孔，而不会使整体收缩变形。 60将树脂糊输送到上层和下层聚乙烯薄膜
31、上并通过刮刀均匀刮平至一定厚度，过切割器短切沉降在下层薄膜的树脂糊上上层薄膜覆盖，形成树脂糊树脂糊- -短切玻纤短切玻纤- -树脂糊树脂糊夹层材料压力辊的揉捏作用61 增强材料类型增强材料类型和和浸渍、脱泡机构浸渍、脱泡机构两部分两部分 增强材料类型增强材料类型： 毡毡：几对辊筒，实现几层毡片的叠合；：几对辊筒，实现几层毡片的叠合； 纱纱：增设一套：增设一套粗砂短切装置粗砂短切装置及及沉降、去静电系统沉降、去静电系统。 浸渍、脱泡机构浸渍、脱泡机构：辊式和带式：辊式和带式 制片机组种类很多，从其结构功能来看，有区制片机组种类很多，从其结构功能来看，有区别的部分：别的部分：62玻璃毡玻璃毡玻璃毡
32、玻璃毡底面底面PE膜膜毡毡：几对辊：几对辊筒，实现几筒，实现几层毡片的叠层毡片的叠合；合；63带式制片机带式制片机： 靠靠带槽辊筒带槽辊筒对输送带来对输送带来的片材进行的片材进行辊压来实现辊压来实现浸渍和脱泡浸渍和脱泡树脂树脂增稠剂增稠剂玻纤粗纱玻纤粗纱切割器切割器树脂糊树脂糊底部底部PE薄膜薄膜顶部顶部PE薄膜薄膜盘式辊盘式辊刺穿辊刺穿辊挤压辊挤压辊64辊式制片机辊式制片机： 靠卷绕靠卷绕张力张力对辊筒对辊筒面产生的面产生的压压力力实现浸渍、实现浸渍、脱泡；脱泡；PE底部薄膜底部薄膜PE顶部薄膜顶部薄膜树脂糊树脂糊树脂糊树脂糊压辊压辊65中空钢鼓轮中空钢鼓轮66v浸渍、脱泡、压实是在浸渍、脱
33、泡、压实是在各种辊及片材自身延伸所各种辊及片材自身延伸所产生产生的揉捏作用下来实现。的揉捏作用下来实现。v各种类型的辊，如平光辊、槽辊、螺旋辊等。各种类型的辊，如平光辊、槽辊、螺旋辊等。67v 短切纤维短切纤维体积体积 体积过大，初期浸渍性变差。 体积过大的原因： 粗纱较硬、单丝直径细、切割长度大、静电效应强。v 树脂糊树脂糊黏度黏度，纤维，纤维含量含量 粘度过大，含量过小， 容易产生树脂糊流出现象，从而造成片状模塑料 质量不均。v 尽量防止空气裹入。尽量防止空气裹入。 影响片状模塑料性能的因素：影响片状模塑料性能的因素：68片状模塑料的熟化期：片状模塑料的熟化期： 室温：室温：12周；周；
34、加速稠化：加速稠化：40下在稠化室处理下在稠化室处理2436h或或72h。 存储寿命：存储寿命： 存储状态和条件存储状态和条件 非渗透性薄膜密封包装，防止苯乙烯挥发； 环境温度：温度越低，存储期越长，15以下，3个月； 与配方有关：与配方有关： 阻聚剂，引发剂类型。695.3 复合材料成型用复合材料成型用连续纤维连续纤维预浸料的制造方法预浸料的制造方法 将树脂体系浸涂到连续纤维或纤维织物上，通过一定的处理过程所形成的一种储存备用的半成品，重要的中间材料。5.3.1 预浸料的种类和对预浸料的基本要求预浸料的种类和对预浸料的基本要求 按纤维排布形式：按纤维排布形式： 预浸带、 预浸布、 无纬布 按
35、树脂类型分：按树脂类型分： 热固性树脂预浸料 热塑性树脂预浸料 按热固性树脂固化温度分为：按热固性树脂固化温度分为： 120固化预浸料 177固化预浸料 更高温度固化预浸料 按纤维种类分：按纤维种类分： 碳纤维预浸料 芳纶预浸料 玻璃纤维预浸料 棉布预浸料70对预浸料的要求：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（包括预聚程度、相对分子质量及其分布、凝胶时间和固化条件等）；存放过程中树脂的流出量、黏性、铺覆性应满足使用要求；在预浸料中，纤维的准直度为1m长度内，偏差不得超过0.25cm，边缘直线度在1m长度内，偏差不得大于0.1cm；树脂含量允差2%，挥发物含量低
36、于2%715.3.2 预浸料的制备方法预浸料的制备方法 树脂浸渍纤维的方法不同树脂浸渍纤维的方法不同1.溶液浸渍法溶液浸渍法 1） 设备：卧式或立式浸胶机设备：卧式或立式浸胶机 收卷收卷 热处理炉热处理炉(除去水分或石蜡浸润剂除去水分或石蜡浸润剂)浸胶槽浸胶槽(浸胶浸胶) 纤维纤维(纱或织物纱或织物) 烘干炉烘干炉(除去溶剂、挥发分除去溶剂、挥发分) (树脂预固化树脂预固化)存贮存贮用于层压、卷制、布带缠绕成型的预浸胶布用于层压、卷制、布带缠绕成型的预浸胶布溶液浸渍法 热熔浸渍法 胶膜碾压法 粉末工艺法湿法干法 高熔点，难溶 72 单向纤维预浸料，根据制备设备的不同，分单向纤维预浸料，根据制备
37、设备的不同，分辊辊筒缠绕筒缠绕和和阵列式连续排铺阵列式连续排铺法。法。纱团纱团浸胶槽浸胶槽挤胶器挤胶器喂纱导喂纱导器器环向缠绕环向缠绕辊筒辊筒沿辊筒母线切断沿辊筒母线切断单向纤维预浸料单向纤维预浸料无纬布无纬布 无纬布长度受辊筒直无纬布长度受辊筒直径限制，生成速率较低径限制，生成速率较低73阵列式连续排铺法阵列式连续排铺法: 许多平行的纤维束许多平行的纤维束同时连续浸涂树脂，经辊压同时连续浸涂树脂，经辊压等工序后，即成连续预浸料。等工序后，即成连续预浸料。 742.热熔浸渍法和胶膜碾压法热熔浸渍法和胶膜碾压法 属于干法制造。属于干法制造。不使用溶剂不使用溶剂，无污染，节约，无污染，节约溶剂，预
38、浸料的挥发份含量低，复合材料孔隙小。溶剂，预浸料的挥发份含量低，复合材料孔隙小。漏槽中的漏槽中的熔融树脂熔融树脂转移到经整经、排列转移到经整经、排列整齐的平行纤维纱上整齐的平行纤维纱上夹芯经热辊夹芯经热辊 纤维不是纤维不是经过浸胶槽经过浸胶槽75胶膜法（树脂成膜）：胶膜法（树脂成膜）：夹芯状加热辊挤压v 可制备树脂含量很低低的预浸料，树脂分布均匀均匀。v 树脂含量和质量受胶膜厚度、压辊间隙和温度影响。v 树脂应具有优良的成膜性成膜性，胶膜应有适度的柔性和黏性，较长的储存寿命。763.3.粉末法制备预浸料粉末法制备预浸料 主要用于制备热塑性树脂和高熔点难溶解树脂的预浸料。 粉末静电法粉末静电法：
39、在连续纤维表面沉积带电树脂粉末，用辐射加热的方法使聚合物粉末永久性的黏附在纤维表面上。粉末悬浮法粉末悬浮法：水悬浮和气悬浮 水悬浮：在水中悬浮的树脂颗粒黏附到连续运动的纤维上； 气悬浮：细度为1020um的聚合物颗粒在流化床流化床中悬浮，聚合物颗粒附着在连续的纤维上，随即套上护管，使粉末不再脱离纤维表面。77粉末悬浮法粉末悬浮法785.3.3 预浸料的质量控制预浸料的质量控制质量控制有质量控制有三个方面三个方面： 原材料验收、工艺过程控制和批次检验原材料验收、工艺过程控制和批次检验v 原材料验收原材料验收：规范验收纤维、树脂、固化剂、：规范验收纤维、树脂、固化剂、溶剂、离形纸等各种原材料和辅助
40、材料。溶剂、离形纸等各种原材料和辅助材料。 质量控制的关键是质量控制的关键是树脂体系树脂体系 如树脂、固化剂的如树脂、固化剂的含水量含水量，树脂的，树脂的成膜性成膜性，树脂与纤维的树脂与纤维的结合状态结合状态等。等。 79v 常采用常采用荧光灯荧光灯向上做透光监视：向上做透光监视： 观察预浸料中纤维束间的间隙观察预浸料中纤维束间的间隙v 用穿透性的用穿透性的散射仪散射仪：对预浸料进行横向反复的：对预浸料进行横向反复的扫描，并在荧光屏上显示厚度的相对变化值，从而扫描，并在荧光屏上显示厚度的相对变化值，从而反映纤维树脂比例的适时连续曲线。反映纤维树脂比例的适时连续曲线。 离形纸离形纸：胶膜的载体：
41、胶膜的载体 受拉伸后的不均匀伸长，产生挠取或过量延伸受拉伸后的不均匀伸长，产生挠取或过量延伸 受到溶剂作用后溶胀，致使厚度变化受到溶剂作用后溶胀，致使厚度变化 工艺检查工艺检查：纤维与树脂的纤维与树脂的比例比例是否合适。是否合适。80离形纸：离形纸：v即不干胶底纸，格拉辛纸、离形纸即不干胶底纸，格拉辛纸、离形纸v作用：作用： 防止预浸料粘连 防止预浸料被污染， 为在其表面划线提供方便； 防止单向预浸料的横向开裂。 815.3.4 预浸料的性能与测试预浸料的性能与测试 1. 1.预浸料挥发分含量：预浸料挥发分含量： 预浸料中挥发物的质量占预浸料总质量的百分含量。预浸料中挥发物的质量占预浸料总质量
42、的百分含量。 挥发分的影响：挥发分的影响： 使树脂具有一定的流动性， 提高预浸料的粘性和铺覆性； 但含量过高，成型时除不净，则成了复合材料内部的空隙，导致孔隙率增加。82 天平称量法测试： 随机切取100mm*100mm的方形预浸料试样三块，测量在恒温烘箱（如环氧预浸料，烘箱温度125）中烘烤30min后的失重。2.预浸料的树脂含量预浸料的树脂含量 预浸料中除去纤维等增强材料或填料外的，树脂、固化剂、增韧剂等各种助剂的质量分数，也称含胶量。记为wm。 %100121挥发分含量www83 空气灼烧法，酸分解法，溶剂法溶剂法和计算法溶剂法：溶剂法： 将80mm*80mm的方形预浸料试样，放在溶剂中
43、抽提，溶剂的选择： ASTM3529-76, 规定使用丙酮、丁酮、二甲基甲酰胺等三种溶剂，可适用现有的大多数树脂体系。%100121www含挥发分的树脂含量含挥发分的树脂含量w1，w2 分别为抽提前后预浸料试样的质量84计算法计算法： 制备预浸料前，测定纤维束单位长度的质量，并根据预浸料的有关参数和试样尺寸及质量，按5-4式计算：式中：wm预浸料树脂含量； S预浸料试样面积，cm2； Gb预浸料试样质量，g； Gf预浸料单位面积（cm2）的纤维质量，g； %1001bfmGGSw（ 5-4 ）hnGGsf100 Gs纤维束每米质量，g； h预浸料的缠绕纱间距，cm； n缠绕纱的束数。854.预
44、浸料树脂体系的凝胶时间预浸料树脂体系的凝胶时间 测定原理：将预浸料夹在盖玻片之间，置于规测定原理：将预浸料夹在盖玻片之间，置于规定温度的电热板上，用探针给盖玻片施以压力，定温度的电热板上，用探针给盖玻片施以压力，树脂从两玻璃之间流出，此时以探针拔动树脂，树脂从两玻璃之间流出，此时以探针拔动树脂，一直到树脂因凝胶不能拔丝的时间，一直到树脂因凝胶不能拔丝的时间， 从放上去从放上去达到规定温度达到规定温度到到抽不出丝抽不出丝的这段时的这段时间作为预浸料树脂在该温度下的间作为预浸料树脂在该温度下的凝胶时间凝胶时间。865.预浸料的树脂流出量预浸料的树脂流出量 从预浸料切取试样，并正交铺层，在规定从预浸
45、料切取试样，并正交铺层，在规定的温度和压力下放置一段时间，以挤出树脂的质的温度和压力下放置一段时间，以挤出树脂的质量分数作为树脂流出量。计算公式如下：量分数作为树脂流出量。计算公式如下：%100121www含挥发分的树脂含量w1，w2 分别为挤出前后预浸料试样的质量。876.预浸料的黏性预浸料的黏性 预浸料在存储过程中性能变坏，首先表现在黏性降低。因此预浸料的存储期通常指的是黏性存储期。 测试：将两块规定尺寸的预浸料片如150mm* 25mm （0向），依次贴到实验板上，在一定的环境温度和湿度下，把试验片垂直放置30min，观察试片的黏贴状态。若试片与板之间、试片之间未分离，也未从板上掉下来，
46、则认为黏性合格。 预浸料的黏性依赖于树脂的软化点高低及实验温度的影响。7.预浸料的铺覆性预浸料的铺覆性 铺覆性：铺制复杂零件时，在制件的弯曲部分预浸料易贴合不产生回跳现象的特性。 织物蓬松、树脂的软化点低，预浸料的可变形性好885.4 增强热塑性塑料片材的制造增强热塑性塑料片材的制造5.4.1 概述概述 将增强材料与热塑性树脂预先制成半成品板材，reinforced thermoplastics sheet, RTPS。 90%是玻璃纤维增强PP及其他热塑性塑料，简称GMT，glass mat reinforced thermoplastic1.RTPS的分类的分类 其分类可按基材和增强材料来
47、分，但应用最多的是PP还有HDPE、PBT、PET、PC、尼龙等。片材中的增强材料的形式很多，如随机连续原丝毡、针刺毡、短切原丝毡和单向纤维等。891）连续纤维连续纤维增强热塑性塑料的片材增强热塑性塑料的片材 连续纤维毡连续纤维毡增强的热塑性塑料片材增强的热塑性塑料片材 一种无纺增强材料连续纤维呈一种无纺增强材料连续纤维呈无定向圈状无定向圈状分布，以纤分布，以纤维之间相互缠结或粘结剂粘接成毡。维之间相互缠结或粘结剂粘接成毡。 单向连续纤维单向连续纤维增强热塑性塑料片材增强热塑性塑料片材 纤维取向相同，材料的性能呈纤维取向相同，材料的性能呈各向异性各向异性。 902）中长纤维中长纤维增强热塑性塑
48、料片材增强热塑性塑料片材 长度长度550mm的纤维，用中长纤维制造的片的纤维，用中长纤维制造的片材约占片材总量的材约占片材总量的80%。 依据片材成型过程的结构形式不同，可分为依据片材成型过程的结构形式不同，可分为以下几种：以下几种： 短切纤维针刺毡短切纤维针刺毡增强热塑性塑料片材增强热塑性塑料片材 短切原丝短切原丝增强的热塑性塑料片材增强的热塑性塑料片材91针刺毡：针刺毡：v 针刺毡或分为短切纤维针刺毡和针刺毡或分为短切纤维针刺毡和连续原丝针刺毡。连续原丝针刺毡。v 短切纤维针刺毡是将玻纤粗纱短短切纤维针刺毡是将玻纤粗纱短切成切成50mm，随机铺放在预先放，随机铺放在预先放置在传送带上的底材
49、上，然后用置在传送带上的底材上，然后用带倒钩的针进行针刺，针将短切带倒钩的针进行针刺，针将短切纤维刺进底材中，而钩针又将一纤维刺进底材中，而钩针又将一些纤维向上带起形成三维结构。些纤维向上带起形成三维结构。v 所用底材可以是玻璃纤维或其它所用底材可以是玻璃纤维或其它纤维的稀织物，针刺毡有绒毛感。纤维的稀织物，针刺毡有绒毛感。 针刺毡底布针刺毡底布922.RTPS的特点的特点1）单向纤维单向纤维增强热塑性塑料片材增强热塑性塑料片材 采用采用高性能工程塑料高性能工程塑料，优异的拉伸强度和冲击韧性，较，优异的拉伸强度和冲击韧性，较好的耐化学腐蚀性，但成型工艺条件苛刻，成本高；好的耐化学腐蚀性，但成型
50、工艺条件苛刻，成本高；2）玻纤毡玻纤毡增强热塑性塑料片材增强热塑性塑料片材GMT 厚度厚度14mm 与与金属板材金属板材相比：质轻，耐腐蚀、不生锈、隔热、隔音、相比：质轻，耐腐蚀、不生锈、隔热、隔音、绝缘性好；可一次加工成型绝缘性好；可一次加工成型复杂制品复杂制品； 与与SMC相比：存储期相比：存储期长长；成型周期；成型周期短短，可回收可回收利用；冲利用；冲击击韧性好韧性好； 与与短纤维增强热塑性塑料粒料短纤维增强热塑性塑料粒料相比：相比：GMT强度高、刚性强度高、刚性好；抗蠕变性能好，使用寿命长，制品尺寸稳定性好。好；抗蠕变性能好，使用寿命长，制品尺寸稳定性好。 玻纤长度：玻纤长度：0.25