复合材料第五章

1、复合材料第五章 第五章第五章 聚合物基复合材料聚合物基复合材料 复合材料第五章 聚合物基复合材料聚合物基复合材料 （PMC）通常按两种方 式分类。一种以基体性质 不同分为热固性树脂基复 合材料和热塑性树脂基复 合材料； 一、分一、分 类类 另一种按增强剂类型及在 复合材料中分布状态分类 （如右图）。 第一节第一节聚合物基复合材料聚合物基复合材料PMC PMC 复合材料第五章 二二. . 基本性能基本性能 具有较高的比强度和比模量。具有较高的比强度和比模量。 抗疲劳性能好，安全性高。抗疲劳性能好，安全性高。 减振、隔音、保温、隔热、耐烧蚀性好。减振、隔音、保温、隔热、耐烧蚀性好。 弹性模量不够高

2、、断裂延伸率小、抗冲击强度差、弹性模量不够高、断裂延伸率小、抗冲击强度差、 横向强度、层间剪切强度低。横向强度、层间剪切强度低。 工艺性好，但手工劳动强度大，质量不稳定。工艺性好，但手工劳动强度大，质量不稳定。 复合材料第五章 三三. 品种品种 1 1、GFGF增强热固性塑料（增强热固性塑料（GFRPGFRP）-玻璃钢玻璃钢 根据基体种类分类: 玻璃纤维增强环氧 树脂； 玻璃纤维增 强酚醛树脂； 玻璃 纤维增强聚酯树脂 复合材料第五章 1）优点：）优点： （1）GFRP的突出特点是比重小、比强度高的突出特点是比重小、比强度高。比重为 1.62.0，比最轻的金属铝还要轻，而比强度比高级 合金钢还

3、高，“玻璃钢”这个名称便由此而来。 （2）GFRP还具有良好的耐腐蚀性，在酸、碱、有机溶还具有良好的耐腐蚀性，在酸、碱、有机溶 剂、海水等介质中均很稳定。剂、海水等介质中均很稳定。 （3）也是一种良好的电绝缘材料，所以它可做为耐高压）也是一种良好的电绝缘材料，所以它可做为耐高压 的电器零件。的电器零件。 （4）GFRP不受电磁作用的影响，它不反射无线电不受电磁作用的影响，它不反射无线电 波微波透过性好，因此可用来制造扫雷艇和雷达罩。波微波透过性好，因此可用来制造扫雷艇和雷达罩。 GFRP还具有保温、隔热、隔音、减振等性能。还具有保温、隔热、隔音、减振等性能。 复合材料第五章 2)GFRP也有不

4、足之处也有不足之处 (1）最大的缺点是刚性差最大的缺点是刚性差，它的弯曲弹性模旦仅 为0.2103GPa，它的刚度比木材人大两倍， 而比钢材小十倍。 (2）玻璃钢的耐热性玻璃钢的耐热性低。玻玻璃纤维增强聚聚酯 树脂连续使用温度在280以下，其他GFRP在 350以下。 (3）导热性也很差导热性也很差磨擦产生的热量不易导出， 从而使GFRP的温度升高，导致其破坏。 (4）GFRP的易的易产生老化现象。 复合材料第五章 、聚酯玻璃钢、聚酯玻璃钢 加工性能最好。低粘度，可室温固化；透光性好、加工性能最好。低粘度，可室温固化；透光性好、 透光率可达透光率可达6060-80-80；价低，用量占；价低，用

5、量占80% 80% 。不足之处。不足之处 是固化时收缩率大，可达是固化时收缩率大，可达4 48 8。耐酸、碱性差些。耐酸、碱性差些 、环氧玻璃钢、环氧玻璃钢 综合力学性能最好，耐蚀性好；尺寸稳定性最好；综合力学性能最好，耐蚀性好；尺寸稳定性最好； 粘度大，施工困难。粘度大，施工困难。 酚醛玻璃钢酚醛玻璃钢 耐热性最好耐热性最好, 350, 50%50% 、尺寸稳定性提高、尺寸稳定性提高 复合材料第五章 复合材料第五章 3 3、高强度纤维增强塑料（环氧树脂）、高强度纤维增强塑料（环氧树脂） 特点： (1)比重轻、强度高、模量高和低的热膨胀系数， 其数据见表55。 (2)加工工艺简单加工工艺简单。

6、该种增强塑料可采用G5RP的 各种成型方法，如模压法、缠绕法、手糊法等。 (3)价格昂贵。该种材料唯一的缺点是价格比较贵。 除芳香族聚酰胺纤维而外，其他纤维由于加工 比较复杂，原料价格昂贵，致使其增强塑料价 格昂贵，从而限制了大量应用。 复合材料第五章 复合材料第五章 、C C纤维增强塑料纤维增强塑料 比强度，比模量最高的材料；耐腐蚀耐热都很比强度，比模量最高的材料；耐腐蚀耐热都很 好。好。 不足之处是，碳纤维与塑料的粘结性差，而且各向异性不足之处是，碳纤维与塑料的粘结性差，而且各向异性 ；价格昂价格昂 贵。贵。 、芳纶纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料 与塑料相容性好，价格适中，应用前景广泛。与

7、塑料相容性好，价格适中，应用前景广泛。 抗拉强度与抗拉强度与C C纤维相当，冲击强度远高于纤维相当，冲击强度远高于C C纤维；纤维； 振动衰减是玻璃钢的振动衰减是玻璃钢的4 45 5倍。倍。 抗压性能差。抗压性能差。 复合材料第五章 、B B纤维增强塑料纤维增强塑料 突出优点是刚度好，价格比突出优点是刚度好，价格比C C纤维还贵。纤维还贵。 、SiCSiC纤维增强塑料纤维增强塑料 突出优点是与树脂相容性好。突出优点是与树脂相容性好。 碳纤维头盔碳纤维头盔地铁闸瓦地铁闸瓦 复合材料第五章 芳芳 纶纶 纤纤 维维 增增 强强 C C 纤纤 维维 增增 强强 复合材料第五章 第二节聚合物基复合材料的

8、制备第二节聚合物基复合材料的制备 聚合物基复合材料的制造把复合材料的制聚合物基复合材料的制造把复合材料的制 造和产品的制造融合为一体。造和产品的制造融合为一体。 根据增强体和基体材料种类的不同，需要根据增强体和基体材料种类的不同，需要 应用不同的制造工艺和方法。应用不同的制造工艺和方法。 复合材料第五章 根据基体材料不同分类：根据基体材料不同分类： 热固性树脂复合材料的制造方法：手糊成型热固性树脂复合材料的制造方法：手糊成型 法、喷射成型法、模压成型法、注射成型法、法、喷射成型法、模压成型法、注射成型法、 RTM成型法成型法(注射成型法注射成型法)等。等。 热塑性复合材料的制造方法：模压成型法

9、、热塑性复合材料的制造方法：模压成型法、 注射成型法、注射成型法、RTM成型法、真空热压成型法、成型法、真空热压成型法、 缠绕成型法等。缠绕成型法等。 复合材料第五章 复合材料第五章 模具模具 准备准备 树脂胶树脂胶 液配制液配制 增强材增强材 料准备料准备 涂脱模剂涂脱模剂 手糊成型手糊成型 固化固化脱模脱模后处理后处理检验检验制品制品 手糊成型工艺流程手糊成型工艺流程 纤维增强材料和树纤维增强材料和树 脂胶液在模具上铺脂胶液在模具上铺 覆成型，室温覆成型，室温(或加或加 热热)、无压、无压(或低压或低压) 条件下固化，脱模条件下固化，脱模 成制品的工艺方法。成制品的工艺方法。 复合材料第五

10、章 1、定义 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。 一、手糊成型工艺 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 复合材料第五章 1) 1) 脱模剂、胶衣和纤维布 2) 2) 倒树脂并赶匀。 3) 3) 重复纤维布和树脂过程。 4) 4) 固化 手糊成型工艺示意图手糊成型工艺示意图 复合材料第五章 复合材料第五章 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

11、。 工艺简单。 容易满足产品设计要求。 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，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。 复合材料第五章 2、原材料选择 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。 复合材料第五章 2） 树脂 （1）要求 粘度适宜

12、，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（80%）、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） 复合材料第五章 1） 原材料准备 3、手糊工艺过程 （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

13、乙烯溶液：14份（促进剂，加入量与环境温度有关） 复合材料第五章 （2）增强材料准备 玻纤布裁剪：圆环形制品玻布沿径向45剪裁 复合材料第五章 （2）增强材料准备 玻纤布裁剪： 圆锥形制品玻布裁成扇形 复合材料第五章 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面层，提高表面层质量（外观、性能） 复合材料第五章 2） 糊制 （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 胶衣是赋予复合材料制品表胶衣是赋予复合材料制品表

14、 面的一层美观、耐化学品侵面的一层美观、耐化学品侵 蚀、耐擦伤和耐老化等的对蚀、耐擦伤和耐老化等的对 其起到保护作用的表面涂层。其起到保护作用的表面涂层。 复合材料第五章 （2）结构层糊制 胶衣层全部凝胶后，即可进行手糊作业；首先应铺放一层 较柔软的增强材料-玻璃布，接着在模具上交替刷一层树脂、 铺一层玻璃布，并要排除气泡，如此重复直到设计厚度。 待浸树脂的待浸树脂的 增强材料增强材料 压实辊压实辊 树脂树脂 可选用胶衣可选用胶衣 复合材料第五章 3）固化（凝胶-定型-熟化） 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

15、外 线加热 （6080，12h） 固化度 丙酮萃取法 硬度法（巴氏硬度） 15 复合材料第五章 4.）脱模：气脱、顶脱、水脱 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 复合材料第五章 图图4-5 手糊玻璃钢制品举例手糊玻璃钢制品举例 复合材料第五章 为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺，是为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺，是 手糊工艺的变形。手糊工艺的变形。 工艺流程工艺流程 玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱 聚酯树脂聚酯树脂 引发剂引发剂 促进剂促进剂 加热加热 静态混合静态混合 切割切割 喷枪喷枪 喷射喷射 成型成

16、型 模具模具 辊压辊压固化固化 脱模脱模 复合材料第五章 将混有引发剂和促进剂的不饱和聚酯树脂从喷枪喷出，同时将玻璃纤维无捻粗将混有引发剂和促进剂的不饱和聚酯树脂从喷枪喷出，同时将玻璃纤维无捻粗 纱用切割机切断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上。待沉积到纱用切割机切断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上。待沉积到 一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂、压实并除去气泡，最后固化成制品。一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂、压实并除去气泡，最后固化成制品。 复合材料第五章 复合材料第五章 (1)生产效率比手糊法提高生产效率比手糊法提高24倍；倍； (2)利用粗纱代替织物，降低了材

17、料成本；利用粗纱代替织物，降低了材料成本； (3)成型过程中无接缝，制品的整体性好；成型过程中无接缝，制品的整体性好； (4)减少了飞边、裁屑和剩余胶液的损耗；减少了飞边、裁屑和剩余胶液的损耗； (5)可自由调节产品壁厚、纤维与树脂的比可自由调节产品壁厚、纤维与树脂的比 例及纤维的长度。例及纤维的长度。 复合材料第五章 (1) 产品的均匀程度在很大程度上取决于操产品的均匀程度在很大程度上取决于操 作工人的熟练程度；作工人的熟练程度； (2) 树脂含量高，增强纤维短，制品的强度树脂含量高，增强纤维短，制品的强度 较低，耐温性能差；较低，耐温性能差； (3) 因过量喷涂而造成原材料损耗大；因过量喷

18、涂而造成原材料损耗大； (4) 阴模成型比阳模成型难度大，小型制品阴模成型比阳模成型难度大，小型制品 比大型制品难度大；比大型制品难度大； (5) 现场粉尘大，工作环境恶劣；现场粉尘大，工作环境恶劣； (6) 初期投资比手糊成型大。初期投资比手糊成型大。 复合材料第五章 定义定义 将一定量的模压料放入金属将一定量的模压料放入金属 对模中，在一定温度、压力作用对模中，在一定温度、压力作用 下，固化成型制品的方法。下，固化成型制品的方法。 加热加压的作用加热加压的作用 使模压料塑化、流动，充满使模压料塑化、流动，充满 空腔，并使树脂发生固化反应。空腔，并使树脂发生固化反应。 复合材料第五章 有较高

19、的生产效率，适于大批量生产，制品有较高的生产效率，适于大批量生产，制品 尺寸精确，表面光洁，可以有两个精制表面，尺寸精确，表面光洁，可以有两个精制表面， 价格低廉，容易实现机械化和自动化，多数结价格低廉，容易实现机械化和自动化，多数结 构复杂的制品可一次成型，无需有损于制品性构复杂的制品可一次成型，无需有损于制品性 能的辅助加工，制品外观及尺寸的重复性好。能的辅助加工，制品外观及尺寸的重复性好。 压模的设计与制造较复杂，初次压模的设计与制造较复杂，初次 投资较高，制品尺寸受设备限制，一投资较高，制品尺寸受设备限制，一 般只适于制备中、小型玻璃钢制品。般只适于制备中、小型玻璃钢制品。 复合材料第

20、五章 模压工艺模压工艺 模具预热模具预热脱模剂涂刷脱模剂涂刷 料的称量料的称量 料预热料预热 成预成型成预成型 装模装模压制压制脱模脱模 后处理后处理 打底及辅打底及辅 助加工助加工 检验检验 成品成品 压制前准备压制前准备压制压制 模压成型工艺流程模压成型工艺流程 复合材料第五章 缠绕工艺：缠绕工艺： 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，将浸过树脂胶液的连续纤维或布带， 按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱 模成为复合材料制品的工艺过程。模成为复合材料制品的工艺过程。 决定产品形状的模具决定产品形状的模具 复合材料第五章 绕线筒绕线筒 张力控制器张力控制器 预

21、浸槽预浸槽 小车小车 吐丝嘴吐丝嘴 芯模芯模 基本纤维缠绕机基本纤维缠绕机 复合材料第五章 缠绕工艺流程图缠绕工艺流程图 浸胶浸胶胶纱纱锭胶纱纱锭 张力控制张力控制 固化固化 打模喷漆打模喷漆 脱模脱模 芯模制造芯模制造 胶液配制胶液配制 纱团纱团 集束集束 烘干烘干络纱络纱 加热粘流加热粘流 纵、环向缠绕纵、环向缠绕 张力控制张力控制 纵、环向缠绕纵、环向缠绕 成品成品 湿湿 法法 缠缠 绕绕 成成 型型 工工 艺艺 干干 法法 缠缠 绕绕 成成 型型 工工 艺艺 复合材料第五章 干法缠绕干法缠绕 将预浸纱带将预浸纱带(或预浸布或预浸布)，在缠绕，在缠绕 机上经加热软化至粘流状态并缠绕机上经

22、加热软化至粘流状态并缠绕 到芯模上的成型工艺过程。到芯模上的成型工艺过程。 湿法缠绕湿法缠绕 将无捻粗纱将无捻粗纱(或布带或布带)经浸胶后直接缠绕经浸胶后直接缠绕 到芯模上的成型工艺过程。到芯模上的成型工艺过程。 复合材料第五章 半干法缠绕半干法缠绕 将无捻粗纱将无捻粗纱(或布带或布带)浸胶后，随即预烘浸胶后，随即预烘 干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法。干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法。 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 工艺特点工艺特点 复合材料第五章 计

23、算机控制的缠绕机计算机控制的缠绕机 玻璃钢固化玻璃钢固化玻璃钢管道玻璃钢管道 复合材料第五章 复合材料第五章 拉挤成型工艺中，首先将拉挤成型工艺中，首先将浸渍过树脂胶液的浸渍过树脂胶液的 或或在牵引装置作用下在牵引装置作用下通过通过而而； 其次，在模中或固化炉中其次，在模中或固化炉中，制成具有特，制成具有特 定横截面形状和长度不受限制的复合材料，如定横截面形状和长度不受限制的复合材料，如 、等。等。 连续生产固定界面型材的成型方法 复合材料第五章 1. 工艺过程 拉挤成型 排纱浸胶预成型固化成型牵引切割产品 1 1、纤维粗砂、纤维粗砂2 2、树脂浸渍槽、树脂浸渍槽3 3、预成型模、预成型模4 4、固化模、固化模5 5、拉拔牵引、拉拔牵引 复合材料第五章