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1、第第7 7章章 复合材料的成型加工技术复合材料的成型加工技术n高分子复合材料高分子复合材料由高聚物和各种填充材料或增强材由高聚物和各种填充材料或增强材料所组成的多相复合体。如在热固性和热塑性树脂中加料所组成的多相复合体。如在热固性和热塑性树脂中加纤维性增强材料纤维性增强材料.n增强塑料增强塑料加有增强材料而某些力学性能比原有树脂加有增强材料而某些力学性能比原有树脂有较大提高的一类塑料。有较大提高的一类塑料。玻璃纤维增强塑料，或玻璃钢。石棉纤维、高硅氧纤玻璃纤维增强塑料，或玻璃钢。石棉纤维、高硅氧纤维、石英纤维、碳纤维、硼纤维等作填料的塑料也应属维、石英纤维、碳纤维、硼纤维等作填料的塑料也应属于
2、增强纤维。于增强纤维。7.1.17.1.1复合材料用树脂的选择复合材料用树脂的选择n树脂形态树脂形态粉状、粒状、片状、有机溶液、粉状、粒状、片状、有机溶液、水溶液、悬浮液、乳液等水溶液、悬浮液、乳液等n常用树脂常用树脂酚醛、聚酯、环氧、不饱和聚酯、酚醛、聚酯、环氧、不饱和聚酯、有机硅等树脂有机硅等树脂n树脂作用树脂作用 把不连续的基材粘接起来把不连续的基材粘接起来 使纤维添料不致发生屈曲变形使纤维添料不致发生屈曲变形 保护纤维填料不受外界介质侵蚀和腐蚀保护纤维填料不受外界介质侵蚀和腐蚀7.1.2 增强材料及其表面处理增强材料及其表面处理(1)(1)增强材料增强材料 纸：纸：对树脂吸收能力高为最
3、好对树脂吸收能力高为最好 石棉：石棉：矿物性硅酸盐纤维的总称矿物性硅酸盐纤维的总称 木材：木材：比强度高；吸湿，可燃、腐朽、各向异性比强度高；吸湿，可燃、腐朽、各向异性 棉布：棉布：由经纬纱按一定交织方式织成由经纬纱按一定交织方式织成 合成纤维和麻纤维：合成纤维和麻纤维：PAPA、PANPAN、PETPET 合成纤维可提高制品电性能、冲击强度、抗水合成纤维可提高制品电性能、冲击强度、抗水 性、耐磨性和化学稳定性。性、耐磨性和化学稳定性。麻纤维增强效果不如玻璃纤维，但成本低。麻纤维增强效果不如玻璃纤维，但成本低。纳米无机粒子：纳米无机粒子：纳米蒙脱土、碳酸钙和二氧化硅纳米蒙脱土、碳酸钙和二氧化硅
4、 7.1.2 增强材料及其表面处理增强材料及其表面处理(1)(1)增强材料增强材料n玻璃纤维：玻璃纤维：铝硼硅酸盐和钙钠硅酸盐两种铝硼硅酸盐和钙钠硅酸盐两种。形态形态:玻璃绳、玻璃布、玻璃布带、无捻粗纱、玻璃绳、玻璃布、玻璃布带、无捻粗纱、无捻粗纱布、短切纤维、短切纤维毡、表面毡等无捻粗纱布、短切纤维、短切纤维毡、表面毡等n新型无机纤维材料：新型无机纤维材料：耐高温的玻璃纤维耐高温的玻璃纤维、高强度高强度及高模量的玻璃纤维、特殊无机纤维等。及高模量的玻璃纤维、特殊无机纤维等。n其他增强材料：其他增强材料：纸、石棉、木材、棉布、合成纤纸、石棉、木材、棉布、合成纤维和麻纤维、纳米无机粒子维和麻纤维
5、、纳米无机粒子7.1.3 7.1.3 复合材料成型方法及分类复合材料成型方法及分类成型方法成型方法压制压制(最主要的最主要的)、缠绕和挤拉、缠绕和挤拉 层压成型层压成型根据成型压力根据成型压力 高压法高压法 模压成型模压成型 低压法低压法 手糊成型手糊成型 高压成型，粘度大，在模塑过程中不易流满模具型腔高压成型，粘度大，在模塑过程中不易流满模具型腔 低压成型，流动性好，在固化过程中不放出副产物低压成型，流动性好，在固化过程中不放出副产物7.2 层压成型层压成型 n层压成型层压成型在压力和温度作用下将多层相同或在压力和温度作用下将多层相同或不同材料的片状物通过树脂的粘结和熔合，压制不同材料的片状
6、物通过树脂的粘结和熔合，压制成层压塑料的成型方法。成层压塑料的成型方法。n增强热固性层压塑料增强热固性层压塑料以片状连续材料为骨架以片状连续材料为骨架材料浸渍热固性树脂溶液，经干燥后成为附胶材材料浸渍热固性树脂溶液，经干燥后成为附胶材料，通过裁剪、层叠或卷制，在加热、加压作用料，通过裁剪、层叠或卷制，在加热、加压作用下，使热固性树脂交联固化而成为板、管、捧状下，使热固性树脂交联固化而成为板、管、捧状层压制品。层压制品。图图7-4 层压成型工艺流程图层压成型工艺流程图 7.2.1 7.2.1 浸渍浸渍 浸渍上胶工艺是制造层压制品的关键工艺，浸渍上胶工艺是制造层压制品的关键工艺，包括树脂溶液配制、
7、浸渍和干燥等工序。包括树脂溶液配制、浸渍和干燥等工序。层压成型由浸渍、压制和后加工处理组成层压成型由浸渍、压制和后加工处理组成 7.2.2 压制成型工艺压制成型工艺（1）层压板材的压制层压板材的压制 成型过程包括裁剪、叠合、进模、热压和脱模成型过程包括裁剪、叠合、进模、热压和脱模n叠料：叠料：先裁剪干燥后的附胶材料，然后叠合成先裁剪干燥后的附胶材料，然后叠合成板坯。板坯。附胶材料是用纤维填料或棉布、纸张底附胶材料是用纤维填料或棉布、纸张底材等经树脂浸渍或涂后而得到的。材等经树脂浸渍或涂后而得到的。n进模：进模：将装好的压制单元分层推入多层压机的将装好的压制单元分层推入多层压机的热板中，检查，闭
8、合压机，开始升温。热板中，检查，闭合压机，开始升温。n热压：热压：开始热压时，开始热压时，T,P不宜太高，防树脂流失不宜太高，防树脂流失 压制时压制时T,P控制控制分为五个阶段：分为五个阶段：预热阶段：预热阶段：从室温升至树脂开始交联从室温升至树脂开始交联反应的温度，施加全压的反应的温度，施加全压的1/31/31/21/2中间保温阶段：中间保温阶段：在较低的反应速度下在较低的反应速度下交联固化，至溢料不能拉丝为止交联固化，至溢料不能拉丝为止 升温阶段：升温阶段：将温度和压力升至最高将温度和压力升至最高 热压保温阶段：热压保温阶段：树脂充分交联固化树脂充分交联固化 冷却阶段：冷却阶段：树脂充分交
9、联固化后即可树脂充分交联固化后即可逐渐降温。逐渐降温。层压工艺温度曲线示意图层压工艺温度曲线示意图热热 压压（1）层压板材的压制层压板材的压制n脱模：脱模：板材冷至板材冷至50以下，卸压脱模以下，卸压脱模 n热处理：热处理：使树脂充分固化的补加措施，进一步提使树脂充分固化的补加措施，进一步提 高制品力学强度、耐热性和电性能。高制品力学强度、耐热性和电性能。(2)管材、棒状的压制管材、棒状的压制 层压管材和棒材也是以干燥的附胶材料为原料，层压管材和棒材也是以干燥的附胶材料为原料，用专门的卷管机卷绕成管坯或棒坯，然后加压、用专门的卷管机卷绕成管坯或棒坯，然后加压、加热固化成型。加热固化成型。7.3
10、 模压成型模压成型n复合材料与热固性塑料的模压成型工艺相似复合材料与热固性塑料的模压成型工艺相似n模压料可用预混法和预浸法制备模压料可用预混法和预浸法制备n聚酯模压料由树脂糊以及增强材料组成，树脂聚酯模压料由树脂糊以及增强材料组成，树脂糊包含不饱和聚酯树脂、交联剂、引发剂、增糊包含不饱和聚酯树脂、交联剂、引发剂、增稠剂等物料，增强材料主要有短切玻璃纤维及稠剂等物料，增强材料主要有短切玻璃纤维及短切玻璃纤维毡。短切玻璃纤维毡。(1)块状模塑料模压成型工艺块状模塑料模压成型工艺块状模塑料块状模塑料(BMC)用预混法制成的聚酯树脂模塑料用预混法制成的聚酯树脂模塑料(2)片状模塑料模压成型片状模塑料模
11、压成型片状模塑料片状模塑料(SMC)用预浸法制成的片状聚酯树脂模压料用预浸法制成的片状聚酯树脂模压料 7.4 缠绕成型缠绕成型n用浸有树脂的纤维用浸有树脂的纤维(或织物或织物)，在相当于制品形状，在相当于制品形状的芯模上作规律性的缠绕，然后加热硬化、脱模的芯模上作规律性的缠绕，然后加热硬化、脱模取得制品的一种成型方法。取得制品的一种成型方法。n制造圆柱形和球形等回转体，如大型贮罐、壳体制造圆柱形和球形等回转体，如大型贮罐、壳体n优点：制品强度高，充分发挥玻璃纤维的优良性优点：制品强度高，充分发挥玻璃纤维的优良性能，生产效率较高，质量稳定，成本低。能，生产效率较高，质量稳定，成本低。7.5 7.
12、5 手糊成型手糊成型n手糊成型制品是以不饱和聚酯树脂或环氧树手糊成型制品是以不饱和聚酯树脂或环氧树脂为胶粘剂浸渍片状连续材料所组成的复合脂为胶粘剂浸渍片状连续材料所组成的复合材料，以玻璃纤维布作增强材料所得的制品材料，以玻璃纤维布作增强材料所得的制品称为玻璃钢。称为玻璃钢。n游离基加聚反应固化，无低分子物游离基加聚反应固化，无低分子物，成型，成型时有少许压力以保持粘结表面相互接触，亦时有少许压力以保持粘结表面相互接触，亦称接触成型，属低压压制成型。称接触成型，属低压压制成型。n优点：优点：成型压力低，不必加热，设备及工艺成型压力低，不必加热，设备及工艺简单，生产成本低，制品力学性能好。简单，生
13、产成本低，制品力学性能好。缺点：缺点：制品密实性欠佳，尺寸控制难以一致。制品密实性欠佳，尺寸控制难以一致。（1）手糊成型用模具及脱模剂手糊成型用模具及脱模剂 模具设计模具设计n产品外表面光洁，作成阳模；内面光洁制作成阴产品外表面光洁，作成阳模；内面光洁制作成阴模；内外面光洁，应制作成对模。模；内外面光洁，应制作成对模。n玻璃钢产品固化会收缩。玻璃钢产品固化会收缩。n模模具具的的拐拐角角，不不管管是是内内角角、外外角角一一般般不不易易做做成成，直直角角和和夹夹角角部部应应改改成成圆圆角角。圆圆角角易易糊糊制制，气气泡泡少少，美观，不易损坏，美观，不易损坏，R10mm为好；为好；n拔模斜度，拔模斜
14、度，按脱模方向按脱模方向,模具面斜模具面斜36度易脱模度易脱模 模具材料模具材料 n金属模、木模、石膏、水泥和泥模、橡胶模、蜡模、金属模、木模、石膏、水泥和泥模、橡胶模、蜡模、玻璃钢模玻璃钢模 脱模剂脱模剂 n薄膜型：玻璃纸、涤纶膜、薄膜型：玻璃纸、涤纶膜、PVCPVC膜、膜、PEPE膜膜n溶液型：过氯乙烯溶液、聚乙烯醇溶液、硅橡胶溶液型：过氯乙烯溶液、聚乙烯醇溶液、硅橡胶 和硅油脱模剂和硅油脱模剂 n油蜡型：变压器油、汽缸油、黄干油、凡士林、油蜡型：变压器油、汽缸油、黄干油、凡士林、硅脂、石蜡乳液硅脂、石蜡乳液 (2)手糊成型工艺及控制手糊成型工艺及控制n用手工在预先涂好脱模剂的模具上，先刷
15、一层树脂液，用手工在预先涂好脱模剂的模具上，先刷一层树脂液，然后铺一层玻璃布，并排除气泡，如此重复。直到所需然后铺一层玻璃布，并排除气泡，如此重复。直到所需厚度，经固化、脱模，再经过加工、修饰即可。厚度，经固化、脱模，再经过加工、修饰即可。（a）阴模阴模 （b）阳模阳模 （c）对模对模 n树脂胶液的配制：树脂胶液的配制：制成粘度制成粘度0.40.9Pasn玻璃纤维制品的准备：玻璃纤维制品的准备：除水分、裁剪、叠放除水分、裁剪、叠放n模具准备及脱模剂涂刷：模具准备及脱模剂涂刷：分单模和对模两类，单分单模和对模两类，单 模又分阴模和阳模模又分阴模和阳模n胶衣层的制备：胶衣层的制备：在制品表面涂胶衣层在制品表面涂胶衣层n糊制成型：糊制成型：刷一层树脂，贴一层玻璃布。厚的玻刷一层树脂，贴一层玻璃布。厚的玻璃钢分次糊制，每次璃钢分次糊制，每次7mm。n固化：固化：常温固化常温固化24h后脱模后脱模n脱模、修整及装配脱模、修整及装配