《第5章聚合物基复合材料成型工艺ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第5章聚合物基复合材料成型工艺ppt课件.ppt（108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、第第5章章 聚合物基复合材料成型工艺聚合物基复合材料成型工艺本章教学目的：1.了解复合材料各种成型工艺2.掌握常用成型方法（手糊法、层压法、喷射法等）3.了解模具及辅助材料4.掌握复合材料固化成型过程5.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生产准备湿法预成型（毛坯）固化脱模整修预浸料干法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；
2、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
3、的树脂配方3）利用弹性介质来传递压力，加压效果好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
4、一、定义第5章 聚合物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、工艺流程模具清理涂脱模剂涂胶衣胶液配制表面层制作织物剪裁增强层制作补强层制作固化脱模切边加工产品检验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
5、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
6、产品）搭接3）胶衣糊准备可选用专用胶衣糊制作表面层，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
7、糊制第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 聚合物基复合材料成型工艺1.增强材料无捻粗纱布（方格布）：
8、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
9、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：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
10、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、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 预浸料下料、铺叠封装抽真空加
11、热加压固化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加热预浸料熔融粘流态高弹态固化玻璃态第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
12、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
13、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）模压料估算模具预热涂刷脱模剂装模压制模压料称量预热脱模后处理检验制品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：
14、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A.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；B.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（
15、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
16、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/mm5）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
17、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，经压紧固化而得到复合材料制品短切纤维毛坯浸胶固化压紧 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
18、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）3）胶衣树脂凝胶第一层（1mm）辊压第二层（2mm）辊压第N层（2mm）最后一层（先喷树脂，后铺表面毡）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2
19、550mm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 树脂固化剂喷枪紊流混合器外混合型喷枪 树脂固化剂雾状相互混合 树脂固化剂静态混合器喷枪第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（
20、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.工艺流程模具清理预成型坯制造和安放制品合模树脂注入启模脱模后处理第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；优化模具设计；优化纤维排布设计；降低注胶速率2
21、）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,RTM）5.工艺特点1）制件尺寸精确度高，树脂含量高，劳动
22、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.工艺过程树脂膜/块加热加压浸渍固化产品预成型体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 各种成型工艺方法简介注射成型1.工艺过程纤维增强粒料加热
23、熔融固化产品注射脱模模具2.方法反应注射成型组分A组分B混合充模产品聚合、固化脱模增强反应注射成型组分A+纤维组分B+纤维混合充模产品聚合、固化脱模第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：预浸纱加热软化缠绕湿法缠绕：纤维纱浸胶缠绕半干法缠绕：纤维纱浸胶烘干缠绕第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
24、维缠绕成型1)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
25、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）纤维缠绕成型胶液配制纤维烘干浸胶缠绕产品固化修整检验芯模准备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排纱浸胶预成型固化成型牵引切割产品树脂：不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧
26、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.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
27、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
28、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
29、工艺1.脱模剂5.3模具与辅助材料油脂类：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
30、浸料的基本要求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收卷 热处理炉(除去水分或石蜡浸润剂)浸胶槽(浸胶)纤维(纱或织物)烘干炉(除去溶剂、挥发分)(树脂预固化)存贮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
31、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（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）粉末法带电树脂粉末连续纤维沉积树脂粉末颗粒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
32、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1.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、
33、质量指标及控制3.单位面积纤维质量（单层预浸料中纤维的多少）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、PS5.4聚合物基复合材料成型用半成品的制
34、备5.4.2片状模塑料SMC的制造方法2.过程沉降切割粗纱树脂糊浸渍收卷稠化薄膜SMC成型机包装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
35、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1.熔融浸渍工艺层合切割玻璃毡树脂薄膜片材冷却预热热压浸渍热固结主要技术问题：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：水或泡沫混合悬浮助剂树脂粉末热压玻纤悬浮液流浆箱成形网脱水干燥粘接片材卷材树脂、玻纤均匀分散片材中玻纤含量为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
36、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.硫化床法短切树脂粉末玻纤输送网带热压冷却 电加热远红外加热片材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4.静电吸附法短切玻纤 350mm层合塑料薄膜 0.011mm热压冷却片材带静电1.玻纤2.静电摩擦辊3.静电发生器4.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
37、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
38、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
39、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）树脂干燥纤维短切初混合挤出切粒称量包装粒料干燥 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
40、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。干法原料准备干混合热辊压粉碎并批包装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
41、、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
42、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、石棉纤维配胶浸渍与混合撕松烘干并批Z形捏合机 纤维预处理短切、蓬松、除蜡添加剂撕松机除挥发物，树脂预聚特点：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纱线浸渍切割烘干存放粗纱准备热处理树脂配制特点：模塑料成末状
43、，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。浸毡法过程蓬松切割烘干即得粗纱准备树脂配制撒毡复合浸较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：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
44、料的制造方法挤出法挤出切割冷却粒料树脂纤维特点：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凝胶高弹态玻璃态体型结构，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（D
45、MA）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
46、型过程XAC加热初步固化凝胶继续固化B冷却TgD室温Y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1.如何选择复合材料成型方法？2.模具材料种类有哪些？脱模剂种类有哪些？3.模具种类有哪些？各种模具对复合材料制品性能有何影响？4.试述手糊成型过程、特点、应用？5.试述缠绕、SMC成型过程、特点、应用？6.试分析树脂固化体积变化过程？7.复合材料固化应力来源有哪些？减少应力措施？