第5章 成型工艺

1、第第5章章 复合材料成型工艺复合材料成型工艺 5.2 低压成型工艺低压成型工艺 5. 3 层压成型工艺层压成型工艺 5.4 模压成型工艺模压成型工艺 本章主要内容： 5.5 成型新技术成型新技术 5.1 概述概述 1. 手糊成型、层压和模压成型手糊成型、层压和模压成型 方法方法（重点及难点）（重点及难点） 2. 模压成型的工艺过程模压成型的工艺过程（重点）（重点） 本章重点及难点： 3. 不同成型方法的应用领域不同成型方法的应用领域（了解）（了解） 概述 国外在国外在CMCM生产中的比例生产中的比例 我国我国 n手糊成型法手糊成型法 22.1% 80-90% 22.1% 80-90% n喷射成

2、型法喷射成型法 9.1%9.1% n模压成型法模压成型法 42.3% 42.3% 需要提高需要提高 n注射成型法注射成型法 n真空袋压法真空袋压法 n连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术 7.2% 7.2% 基本无基本无 n拉挤成型拉挤成型 一、 复合材料成型方法 5.1.2. 选择成型工艺方法的原则 生产复合材料制品的特点是材料生产和产品成型同时完成， 因此在选择成型方法时，必须同时满足材料性能、产品质量和 经济效益等多种因素的基本要求，一般遵循以下几点： 产品的外形构造和尺寸大小，有的工艺方法对尺寸有要求， 如注射成型有要求，而手糊成型没有要求； 材料性能和产品质量要求，如材料的物化性能、产品

3、的强度 及表面粗糙度（光洁度）要求等； 生产批量大小及供应时间（允许的生产周期），批量有区别； 企业有可能提供的设备条件及资金； 综合经济效益，保证企业效益。 举 例： a. 生产批量大、数量多及外形复杂的小产品模压 成型； e.g. 机械器件、电子器材等。 b造型简单的大尺寸制品，批量小手糊成型、喷 射成型； e.g. 浴盆、汽车部件、胎体外壳、大型储槽等。 c压力管道及容器缠绕工艺； d板材及成型制品连续成型工艺。 复合材料工艺复合材料工艺 复合材料工艺：将纤维、树脂等原材 料用适当的方法，经浸渍、赋形、固化 等环节，制备出复合材料制品的过程。 主要包括，复合材料成型工艺、半成品 制备工艺

4、和夹层结构复合材料制品成型 工艺。 5.1.1 制备复合材料的主要工艺流程制备复合材料的主要工艺流程 n复合材料工艺就是将组分材料组合在一 起的“适当方法”。 n复合材料成型加工的工艺流程： n 预浸料半成品的制备；增强材料的预 成型制得毛坯；复合材料的固化成型。 5.1.2 复合材料成型工艺分类 n1 按预成型方法分类按预成型方法分类 1）层贴法 （手糊法）：包括采用布、带或毡等增强材料和低 粘度胶液的湿法手糊工艺和采用预浸料的干法层贴工艺。 2）沉积法：包括利用压缩空气将短切纤维喷积（射）到模具 表面的纤维喷积法预成型和利用抽空是短切纤维吸附到网模 上的纤维吸积法预成型。 3）缠绕法：是将

5、连续长纤维纱、布、带浸胶后连续地缠绕到 相应产品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后固化的成型方法。 4）编制法：将增强材料编制成与产品形状尺寸基本一致的三 维立体织物，是一种连续纤维纱新型预成型方法。 n按成型压力分类按成型压力分类 n1)接触成型：成型固化时不再施加压力，仅靠手工或简单 工具的辅助铺贴增强材料和树脂，包括湿法手糊工艺和喷 射成型工艺。 n2）真空袋成型：利用真空袋将铺层等预成型体模具密封， 由内向外抽去空气和挥发分，借助大气压力对制品产生低 于0.1MPa的压力，以降低制品孔隙率。 n3）气压室成型：在制品表面，制造一个密闭的气压室， 利用压缩气体、借助真空袋或橡皮胶囊等介质将气压

6、室气 体压力传递到制品上，实现对复合材料的加压。 4）热压罐成型：真空袋-热压罐成型是利用热压罐内部的加 热气体，对封入真空袋中的复合材料叠层坯料加压加热固 化。 5）模压成型：包括软塞法的低压成型和金属对模法的高压模 压成型。 6）树脂传递模塑(RTM)、树脂膜熔渗(RFI)、吸胶成型：利用 真空或压力使树脂流入模具，浸渍增强材料预成型毛坯， 再加热固化的液体模塑方法。 7）增强反应注射成型(RRIM):是将反应聚合和注塑加工相结 合的加工方法。 8）拉挤成型：将浸有树脂的纤维或预浸纱连续通过一定的加 热口模，挤出多余树脂，在牵引下固化。 n按开、闭模分类按开、闭模分类 n1）闭模成型：包括

7、模压成型、树脂传递模塑 (RTM)、注射成型、增强反应注射成型 （RRIM). n2) 开模成型：手糊成型、喷射成型、真空袋成 型、压力袋成型、热压釜成型、纤维缠绕成型、 拉挤成型、离心浇铸成型。 n3）其他：编制、吸积（吸胶）成型。 5.1.3 复合材料制品的成型特点 大都采用低压成型（模压和注射外），压力低于2MPa。 施加压力的作用：施加压力的作用： 使塑料产生流动，克服塑料流体与模具之间的摩擦力； 排除低分子物压实物料，得到致密均匀的制品。 采用低压成型的原因：采用低压成型的原因： 使填料预成型；采用可低压成型的树脂配方；利用弹 性介质传递压力使压力垂直作用于制品表面，加压效 果好。

8、5.1.4复合材料工艺过程要点 n1 纤维必须均匀地按设计要求分布在制 品的各个部分。 n2 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。 n3 工艺过程中尽量减少气泡，降低孔隙 率，条制品的致密性。 n4 充分掌握所用树脂的工艺性能，制定 合理的工艺规范。 5.1.5 复合材料制品工艺设计内容复合材料制品工艺设计内容 n根据制品性能要求选材(F.M); n根据单向板性能铺层设计； n根据材料工艺性选择成型方法； n工装模具设计（模线样板法）； n成型工艺实验。 5.1.6 复合材料成型三要素复合材料成型三要素 n赋形赋形：增强材料在设定的方向上均匀进 行排列。 n浸渍浸渍：是将增

9、强材料间的空气置换为基 体树脂，以形成良好的界面黏结和复合 材料的低孔隙率。 n固化固化：基体树脂的分子链结构由线形结 构形成三维网络结构。 nFig.5-3 成型三要素与原材料的相互关系？ 手糊成型是用手工或在机械辅助下，将增强材料和热固性树 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。 5.2 手糊成型工艺 湿法湿法：将增强材料（布、带、毡）用含或不含溶剂胶液直接 裱糊，其浸渍和预成型同时完成。 干法干法：采用预浸料按铺层序列层贴预成型，将浸渍和预成型 过程分开，或预成型毛坯后，再用模压或真空袋-热压罐的成 型方法固化成型。 工艺流程 模具准备

10、 涂脱模剂 树脂胶液配置 增强材料准备 手糊成型 固化脱模后处理检验制品 涂胶衣 增强层制作 典型的手糊成型CM的结构 1模具制造（木材、石蜡，金属，水泥，复材） 模具光泽度要高，对制品的表面光泽度有影响。 2脱模剂 应具备的条件： 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 操作简便，使用安全，价格便宜 脱模剂的使用温度应高于固化温度 薄膜型脱模剂：聚酯薄膜、PVA、玻璃纸等； 溶剂型脱模剂：PVA（低分子量）、水、酒精的溶液 蜡型脱模剂：硅酯，石蜡，硅油 一、模具准备 二、原材料准备 1树脂溶液（胶液）树脂溶液（胶液） 聚合物基体的选择聚合物基体的选择 选择手糊成

11、型用树脂基体应满足的要求：选择手糊成型用树脂基体应满足的要求： 能在室温下固化；能在室温下固化； 能制备成粘度适当的溶液；能制备成粘度适当的溶液； 无毒或低毒；无毒或低毒； 价格便宜。价格便宜。 适宜的凝胶时间。适宜的凝胶时间。 不饱和树脂不饱和树脂80；其次环氧树脂；其次环氧树脂； PI高性能树脂。高性能树脂。 胶液配方胶液配方 不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂： 引发剂：引发剂：BPO 60130； 促进剂促进剂( 活化剂活化剂):使室温固化，如使室温固化，如 萘钠钴、环烷酸钴；萘钠钴、环烷酸钴； 交联剂：苯乙烯交联剂：苯乙烯 填料：填料：e.g. 二氧化硅、碳酸钙、滑石粉、石墨等。降低成二氧

12、化硅、碳酸钙、滑石粉、石墨等。降低成 本，改善性能。本，改善性能。 环氧树脂环氧树脂：固化剂（胺类）；稀释剂；填料；色料。：固化剂（胺类）；稀释剂；填料；色料。 二、原材料准备 n 胶液的配制：胶液的配制： n两个因素：两个因素： n粘度，加稀释剂调节，粘度，加稀释剂调节，=0.2 0.5 Pas n凝胶胶时间：在一定温度下，由引发剂、促进剂、或固凝胶胶时间：在一定温度下，由引发剂、促进剂、或固 化剂来决定。（要求指标必须严加控制，事先做凝胶测化剂来决定。（要求指标必须严加控制，事先做凝胶测 试）。手糊作业完成后应能及时凝胶试）。手糊作业完成后应能及时凝胶 过短：粘度增加，增强材料不能被浸透，

13、作业难以完过短：粘度增加，增强材料不能被浸透，作业难以完 成。成。 过长：增长了生产周期，导致胶液流失、交联剂挥发、过长：增长了生产周期，导致胶液流失、交联剂挥发、 局部贫胶或不能完全固化。局部贫胶或不能完全固化。 n凝胶时间可通过合理的胶液配方来调节：凝胶时间可通过合理的胶液配方来调节： n不饱和树脂：引发剂、促进剂不饱和树脂：引发剂、促进剂 n环氧树脂：固化剂环氧树脂：固化剂 n 配制时，先将树脂（除固化剂外）及其他成分先调均匀，配制时，先将树脂（除固化剂外）及其他成分先调均匀， 施工前加入固化剂，均匀后马上使用施工前加入固化剂，均匀后马上使用。 二、原材料准备 2 2增强材料准备增强材料

14、准备 主要玻璃纤维及其织物 芳纶、碳纤维 （1）表面处理 （2）烘干 （3）下料，裁剪 3 3其他材料准备其他材料准备 填料：CaCo3,Al2O3,Sb2O3,MnS2 颜料： 触变剂：气相SiO2，膨润土，PVC细粉 二、原材料准备 防止流挂、滴落等现象 三、胶衣层准备 n胶衣层：胶衣层：热固性树脂在固化过程中会产生一定的收缩，这热固性树脂在固化过程中会产生一定的收缩，这 种收缩作用使纤维在制品表面凸出来。因此在制品表面做种收缩作用使纤维在制品表面凸出来。因此在制品表面做 一层树脂含量高、性能好的面层叫胶衣层。一层树脂含量高、性能好的面层叫胶衣层。 nNote： n胶衣层可以是纯树脂也可以

15、用短纤维增强胶衣层可以是纯树脂也可以用短纤维增强 n一般一般0.25-0.5mm。 n胶衣层影响制品表面硬度、耐磨、耐候、耐水等性能胶衣层影响制品表面硬度、耐磨、耐候、耐水等性能 n胶衣树脂可以市售，也可以自制胶衣树脂可以市售，也可以自制 n一般为不饱和聚酯和环氧树脂。一般为不饱和聚酯和环氧树脂。 喷（刷）胶衣层，也称表面层。树脂含量高，又称高树脂层。 作用：表面制品不仅美化制品，而且可保护制品不受周围介质 的侵蚀，提高CM的耐蚀性，具有延长制品使用寿命的功能。 胶衣层全部凝胶后全部凝胶后，开始手糊作业； 玻璃布铺层，铺层注意拼接缝。 (4)铺一层纤维，刷一层树脂，注意排除气泡。 (5) 糊制

16、完成后，最外层覆盖玻璃纸，氧气是不饱和树脂的阻聚 剂。 四、糊制成型 糊制过程 1.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 （ 有交错接与梯形接） 2.铺层二次固化拼接 对于较厚的制品，由于树脂固化放热量大，易产 生产品的变形与分层。应分两次铺层固化。一般 7mm时，需分两次铺层固化。（实验中注意！） 在接缝区加一层附加布增强;接缝距离S一般控制 在12cm。 铺层控制 四、糊制成型 对接铺层控制 交错接 梯形接 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

17、和清洁。然后糊以下各层。 铺层2次固化的拼接方法 五、五、 固化固化 n室温固化：温度室温固化：温度15，湿度，湿度80 n固化时间：要有适当的固化周期，才能发挥玻璃钢制品的固化时间：要有适当的固化周期，才能发挥玻璃钢制品的 应有性能。应有性能。 分为：凝胶阶段 定型阶段（硬化阶段） 熟化阶段（完全固化阶段） 固化度： 树脂固化反应的程度 常用丙酮萃取法测定 。 用百分率表示 六、六、 脱模及后处理脱模及后处理 注意时机，注意时机，24小时后（凝胶）可脱模，但仍要放置一周以小时后（凝胶）可脱模，但仍要放置一周以 上方可使用上方可使用 聚酯玻璃钢的强度一般到聚酯玻璃钢的强度一般到1年后才能稳定。

18、年后才能稳定。 n有的需加热后处理：有的需加热后处理： n作用：使制品充分固化，提高性能，缩短生产周期，提高作用：使制品充分固化，提高性能，缩短生产周期，提高 生产效率。生产效率。 环氧：环氧：150以内以内 不饱和聚酯：不饱和聚酯：5080 1、制品表面发粘 原因1： 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的异晴酸酯 ； （3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气； 空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用。 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。 七、七、 质量控制质量控制 2、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

19、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 七、七、 质量控制质量控制 3、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。 七、七、 质量控制质量控制 优点：优点： 不受产品尺寸和性状的限制，适应尺寸大、批量小、性不受产品尺寸和性状的限制，适应尺寸大、批量小、性 状复杂的产品；状复杂的产品； 设备简单，投资少，设备折旧费低；设备简单，投资少，设备折旧费低； 工艺简单；工艺简单； 易于满足

20、产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补 增强材料；增强材料； 制品树脂含量高，耐腐蚀性好。制品树脂含量高，耐腐蚀性好。 缺点：缺点： 生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；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，性能稳定性不高；产品质量不易控制，性能稳定性不高； 产品力学性能相对较低。产品力学性能相对较低。 七、手糊成型的特点七、手糊成型的特点 5.3 预浸料及其成型工艺预浸料及其成型工艺 ？ n 干法手糊干法手糊层贴预成型后的复合材料固化成型， 按加压方式不同，主要有以下几种成型工艺： n袋压成型法：包括真空袋、压力袋、

21、真空袋-热压 罐成型法； n层压成型法； n模压成型法。 预浸料及其制造方法预浸料及其制造方法 n预浸料（Prepregs）： 纤维或织物预先浸渍树脂，经一定处理后贮存 备用的半成品。只需裁剪后，经一定成型工艺加工 成所需要的制品。 n可分为单相预浸料和织物预浸料。 单向预浸料 对织物也可采用这种方法， 另外 湿法 干法（熔融的树脂直接浸附在纤维上）。 O OOO O O O O O O O O a喷丝架 平铺 b树脂浸渍槽 c干燥箱 去处水份或溶剂 e脱模纸f预浸料 光检测系统 d压实 去除空气 5.3.1 5.3.1 袋压成型工艺袋压成型工艺 袋压成型工艺，是在干法手糊预成型复合材料 上，

22、装上橡胶袋或塑料袋（PE，PVA），将气体压力 施加到未固化的复材制品表面，而使制品成型的工 艺方法。 是借助成型袋与模具之间 抽真空形成的负压或 袋外施加压力，使复合材料坯料紧贴模具，从而固 化成型的方法。 袋压成型工艺的分类袋压成型工艺的分类 参看参看 P176P176 图图5-65-6 1、开模仅用一个阳模或阴模，就可以得到形状复杂的制件。 2、制品两面较平滑； 3、能适应聚酯、环氧及酚醛树脂； 4、制品质量高，成型周期短。 袋压法的特点袋压法的特点 优点 缺点 成本较高，不适用于大尺寸制品。 袋压法的应用袋压法的应用 应用 适合袋压法生产的制品有： 原型零件； 产量不大的制品； 模压法

23、不能生产的较复杂制品 需要表面光滑的中小型制品 5.3.2 模压成型技术 模压成型模压成型(compression molding)： 是将一定量的复合材料叠层毛坯或模压料放入金属 对模中，在一定温度和压力作用下，使叠层毛坯或模塑 料在模腔内受热塑化、受压流动并充满模腔成型固化而 获得制品的一种工艺方法。 模压料包括：模压料包括：短纤维增强材料；树脂基体；辅助材料。 n在模压料充满模腔的流动过程中，树脂流动，增强材料也 随之流动，所以成型压力高，属高压成型高压成型。 n模压过程中模压料的变化：物料外观发生变化；结构和性 能也发生了质的变化。 n但增强材料基本保持不变，发生变化的主要是树脂。 一

24、、一、 概述概述 n随温度的变化，模压成型制品发生的变化：随温度的变化，模压成型制品发生的变化： 1、模压料（加热到一定温度时）树脂受热融化成粘流状 态，在压力作用下粘裹纤维一道流动，直至填满模腔（称 为Resin的流动阶段）； 2、（继续升温）模压料发生化学交联，分子量增大； 3、 温度再次升高，模压料交联反应继续进行，最后失去 流动性，树脂不熔不溶的体型结构，也称“固化阶段” n注意：各阶段连续出现，无明显界限，且发应是不可逆的。 一、一、 概述概述 n压力高，属高压成型；压力高，属高压成型； n对模具要求高对模具要求高高强度、高精度、耐高温高强度、高精度、耐高温金属；金属； n生产效率高

25、，制品尺寸精确度高，表面光洁，对结构复生产效率高，制品尺寸精确度高，表面光洁，对结构复 杂的制品可一次成型，无需二次加工。制品外观及尺寸杂的制品可一次成型，无需二次加工。制品外观及尺寸 的重复性好，易实现机械化和自动化等特点；的重复性好，易实现机械化和自动化等特点； n缺点：模具设计制造复杂；投资大（压力模具）；制品缺点：模具设计制造复杂；投资大（压力模具）；制品 尺寸受设备限制（适应中小尺寸尺寸受设备限制（适应中小尺寸CM制品）制品） 二、二、 模压成型工艺特点模压成型工艺特点 模压成型设备模压成型设备 1. 模压料准备模压料准备 模压料由三部分组成：模压料由三部分组成： 短纤维增强材料；短

26、纤维增强材料； 树脂基体；树脂基体； 辅助材料辅助材料 原料原料 短纤维增强材料：短纤维增强材料：GF、高硅氧纤维、高硅氧纤维、CF、尼龙或混杂；、尼龙或混杂； 树脂基体：酚醛树脂；环氧树脂，树脂基体：酚醛树脂；环氧树脂，PI，有机硅，有机硅 辅助材料：使模压料具有良好的工艺性能和满足制品的特殊辅助材料：使模压料具有良好的工艺性能和满足制品的特殊 要求。如：改善流动性、尺寸稳定性、阻燃性、耐腐蚀性等。要求。如：改善流动性、尺寸稳定性、阻燃性、耐腐蚀性等。 三、三、 模压成型工艺过程模压成型工艺过程 环氧树脂环氧树脂 60phr 616酚醛树脂酚醛树脂 40phr MoS2 4phr 丙酮丙酮

27、100phr 玻璃纤维玻璃纤维 150phr KH-550 2phr （偶联剂）（偶联剂） 模压料典型配方模压料典型配方 制备工艺流程制备工艺流程 GF热 处 理 （ 干 燥 ） 切 割混 合 树 脂 调 配 均 匀 混 合 撕 松烘 干 将 捏 合 成 团 的 物 料 进 行 蓬 松 ， 便 于 凉 干 和 烘 烧 模 压 料 装 入 塑 料 袋 中 封 闭 ， 待 用 1. 模压料准备模压料准备 撕松机结构示意图 1-电机；2-机体；3-配重；4-进料辊； 5、6-撕料辊；7-罩体 模压料的工艺性模压料的工艺性 a. a. 流动性流动性 b. b. 收缩性收缩性 c. c. 压缩性压缩性

28、1. 1. 模压料准备模压料准备 模压料的工艺性及其影响因素模压料的工艺性及其影响因素 a. a. 流动性流动性：是指在一定温度和压力下模压料充满模腔的能力 流动性好：可选择较低的成型温度和压力，也比较容易压制复杂的流动性好：可选择较低的成型温度和压力，也比较容易压制复杂的CMCM； 流动性差：可选择较高的成型温度和压力，不易压制复杂的流动性差：可选择较高的成型温度和压力，不易压制复杂的CMCM。 n对于热固性树脂：对于热固性树脂： n加热加热：使物料流动性增加，在压力作用下，产生流动，并充满模腔； 易使活性基因产生交联，流动性下降。 n加压加压：物料剪切变形，大分子部分取向及触变效应，流动性

29、增加；增 加活性分子间的碰撞机会，交联反应加速，流动性降低。 n交联反应是放热反应，系统温度的升高加速了交联反应的固 化过程，从而使流动性降低。 温度 流动性 Tk BC A 压力 时间温度一定 流动速度 温度对流动性的影响压力对流动性的影响 温度和压力对流动性的影响 应该指出： 模压料熔体只要求有合适的流动性，并不 是流动性愈大愈好。流动性过大会产生一 系列不良现象。 如： 合模时溢料过多； 浪费材料 纤维与树脂离析； 质量不好 产品不同部位聚胶、贫胶。 模压料的工艺性及其影响因素模压料的工艺性及其影响因素 b. 收缩性收缩性：模压制品从模具脱出后尺寸减小的特性称模压料的收：模压制品从模具脱

30、出后尺寸减小的特性称模压料的收 缩性。缩性。 产生收缩的原因：产生收缩的原因： n热收缩热收缩: 模压制品的线膨胀系数比模具材料（金属）大，所模压制品的线膨胀系数比模具材料（金属）大，所 以脱模冷却后，收缩率大于模具收缩率，使所得以脱模冷却后，收缩率大于模具收缩率，使所得CM制品制品 模具尺寸；模具尺寸； n结构收缩结构收缩: 固化过程中，交联反应使体积收缩。固化过程中，交联反应使体积收缩。 实际收缩率 Q实%100 b ba 计算收缩率 Q计%100 b bc aa制品在压制温度下的尺寸，制品在压制温度下的尺寸，mmmm b b制品在室温下的尺寸，制品在室温下的尺寸，mmmm c c模具空腔

31、在室温下的尺寸，模具空腔在室温下的尺寸，mmmm 模压料模压料收缩收缩的影响因素：的影响因素： （1）原材料的影响 a、环氧树脂比酚醛树脂、聚酯树脂的收缩率小。 原因： 环氧树脂固化时无小分子逸出；酚醛树脂固化 时有小分子逸出；聚酯树脂固化时苯乙烯交联 剂单体转化的收缩较大，另外部分苯乙烯逸出。 b、模压料中多加入纤维及填料可降低收缩率。 加入热塑性树脂粉可显著降低制品收缩，后面课 程讨论。 原因： 玻纤及填料的收缩率小于树脂。 （2）模具结构和制品形状的影响 模具的结构不同对制品的收缩尺寸也有影响， 模具刚度不够时，压制时变形会使尺寸增大，特别 对较薄的制品因为压制时的变形，使制品尺寸有时

32、会大于模具尺寸。因此，要根据生产经验考虑模具 结构的影响。 模压料模压料收缩收缩的影响因素：的影响因素： 原因： 充分固化比固化不充分收缩率小。 d. 一般提高成型压力，可使制品密实，减少收缩率。 b. 冷脱模比热脱模收缩率小 c. 一般模压温度低收缩率低。 （3）成型工艺条件的影响（温度与压力的影响） a. 保温、保压时间延长可减少收缩率 使制品在模内交联、定型。 原因： 模压料模压料收缩收缩的影响因素：的影响因素： c. 压缩性压缩性 压缩比： 是指模压料和模压制品比容的比值。 即制品密度与模压料密度的比值。 模压料密度 制品密度 制品比容 模压料比容 压缩比 压缩比过大，即模压料过于蓬松

33、，给装模带来困难， 对于压缩比太大的模压料，一般需要采取预成型工艺。 纤维状的模压料的压缩比一般为610。 模压料的工艺性及其影响因素模压料的工艺性及其影响因素 模具预热 脱模剂涂刷 料的称量 料预热 预成型 装模压制脱模 后处理 检验 成品 2. 2. 模压料成型工艺模压料成型工艺 模压料预热和预成型 n预热预热：压制前对模压料预先加热处理。 目的目的：是为了改善模压料的工艺性能；如增加流动性，便 于装模和降低制品的收缩率，同时提高模压料温度，缩短 固化时间，降低成型压力。 n预成型预成型：将模压料在室温下预先压成与制品相似的性状， 然后再压制。预成型操作可缩短成型周期，提高生产率及 制品的

34、性能。 2. 2. 模压料成型工艺模压料成型工艺 （2） 模压工艺参数 a .温度： b .压力 c .时间 n物料宏观宏观上历程：粘流、凝胶、硬固；粘流、凝胶、硬固； 微观微观上变成了网状体型结构网状体型结构。 2. 2. 模压料成型工艺模压料成型工艺 a.温度： n主要作用主要作用：促进树脂塑化（增加树脂分子热运动、降低 粘度）和固化。 n装模温度装模温度：物料放入模腔时模具的温度。主要取决 于模压料的品种和质量指标。 注意：在此温度下，应有利于赶出低分子物和使物料易于 流动，且树脂不致发生明显的化学变化。 n最高模压温度最高模压温度（过高过低都不好） 过高：树脂反应速度过快，物料流动性变

35、差，局部 固化，物料不能充满模腔，易产生内压力； 过低：不能完全固化 2. 2. 模压料成型工艺模压料成型工艺 b. 压力 n作用：克服模压料的内摩擦及物料和模腔的外摩擦，使 物料充满模腔； 克服物料挥发物（如：溶剂、水、及固化剂产物）的抵 抗力及压紧制品以保证精确的形状和尺寸。 c. 时间 n除升温速率与时间有关外，还有保温时间。 -保温时间：指在成型压力和模压温度下保温的时间。 作用是使制品固化完全和消除内应力。 2. 2. 模压料成型工艺模压料成型工艺 又称后固化处理又称后固化处理：制品脱模后放在烘箱中加热处理。 n目的目的：提高制品固化反应程度，通过提高温度，使尚未反 应的基团间继续交

36、联，增加交联密度。去除残留挥发物且 消除内应力。从而使制品的机械性能、耐热性、电绝缘性、 吸湿性等都有所提高。 (3) 后处理 2. 2. 模压料成型工艺模压料成型工艺 层压成型工艺层压成型工艺： 是把一定层数的浸胶布叠在一起，送入多层 液压机，在一定的温度和压力下压制成板材的工艺。 5.3.4 层压成型技术 层压成型工艺流程层压成型工艺流程 一、浸胶一、浸胶 增强材料浸渍树脂、烘干等工艺过程称为浸胶浸胶。 浸胶的工艺过程浸胶的工艺过程是：增强材料经过导向辊进人装有树脂 胶液的胶槽内，经过挤胶辊，使树脂胶液均匀地浸渍增 强材料，然后连续地通过热烘道干燥，以除去溶剂并使 树脂反应至一定程度(B阶

37、)，最后将制成的胶布或胶纸裁 剪成块。 浸胶所用设备是浸胶机：浸胶槽、烘干箱和牵引辊三部分。 立式浸胶机示意图立式浸胶机示意图 浸胶影响因素浸胶影响因素 胶液的浓度、粘度 浸渍的时间：3045S 浸渍过程中的张力、挤胶辊、刮胶辊等也会影响浸胶质量。 挥发分含量 可溶性树脂含量 树脂含量（4055）。 影响因素影响因素 质量控制质量控制 （1）含胶量的控制 X1 %100 1 21 W WW W1胶布质量 g； W2坯布质量 g； X1胶布含胶量 。 一般情况下，层压板用胶 布含胶量控制在3040；而 面层胶布含胶量应比内层胶布 含胶量稍高。 质量控制质量控制 实际生产中含胶量控制方法： 1）、

38、调整胶液粘度； 2）、调整浸胶时间； 3）、调节胶辊间距 （2）可溶性树脂含量控制 X2%100 21 31 WW WW W3溶解后胶布质量； X2可溶树脂含量。 可溶性树脂含量通过对干燥温度、时间调整来控制。 烘干温度高、时间长，可溶性树脂含量降低，反之 可溶性树脂含量高。9095 质量控制质量控制 （3）挥发份含量控制 X3%100 1 41 W WW W4烘干后胶布质量。 挥发份含量一般通过调整干燥速度（温度、时间） 来实现。 干燥温度提高过快，挥发份来不及跑掉会影响胶布 质量。挥发份含量的控制范围为：1.53%。 质量控制质量控制 二、成型二、成型 将一定层数的经过叠合的胶布置于两块不

39、锈钢横板 之间，在多层液压机中，经加热加压固化成型，再经冷 却、脱模、修整即得层压板制品。 热压成型过程主要由温度温度、时间时间和压力压力三要素 二、成型二、成型 1.温度控制温度控制 由胶料的固化特性、挥发分的种类及含量决定， 一般分阶段加热 时间时间 温度温度/ / 第一阶段第一阶段 第二阶段第二阶段第三阶段第三阶段 第四阶段第四阶段 第五阶段第五阶段 二、成型二、成型 压力控制压力控制 加压作用： 1. 用来克服挥发分的蒸气压力，这是主要作用； 2. 使粘稠的树脂有一定的流动性； 3. 使胶布受到一定的压缩，并使胶布层间有较好的接； 4. 防止复合材料在冷却过程中变形。 压力的控制： 成

40、型压力的大小根据树脂的固化特性来确定。如果树脂在固 化过程中有小分子逸出成型压力就大一些；树脂的固化温 度高，成型压力也要相应地增大。10MPa 5.4 5.4 喷射成型工艺喷射成型工艺 喷射成型工艺喷射成型工艺 是利用喷枪将玻璃纤维及树脂同时喷到模具上 而得到复合材料的工艺方法。 是将纤维喷积预成型、树脂喷液和浸渍在一个 过程中同时完成。 是为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化 成型工艺，它是手糊工艺的变形。 玻璃纤维无捻粗纱 聚酯树脂 加热 引发剂 促进剂 静态混合切割 喷枪喷射成型 模具 辊压 固化脱模 一、喷射成型工艺流程一、喷射成型工艺流程 喷射成型工艺示意图喷射成型工艺示意图 内

41、混合型喷射 外混合型喷射 内混合型树脂与引发剂混合后喷出，不产生引发剂蒸汽， 但是喷枪必须及时用溶剂清洗，否则喷枪易堵。 外混合型是引发剂与树脂在空气中混合，浪费材料，并有 污染。 二、二、 喷射成型分类喷射成型分类 工艺参数 1、纤维 含量 2833，长度2550mm 2、树脂含量60左右 3、胶液粘度0.30.8Pa.s， 触变度1.54 4、喷射量 胶860g/s 5、喷枪夹角 20，距模具350400mm 6、喷射压力0.30.35MPa 三、三、 喷射成型工艺控制喷射成型工艺控制 1、环境温度 255；2、压力要稳定； 3、喷射工序标准化； 4、树脂应加温、保温； 5、纤维切割要准确

42、； 6、准确调节胶及纤维的喷射量； 7、喷射前在模具上喷一层树脂； 8、喷枪移动要均匀，不能漏喷； 9、每一层喷完后应立即辊压，再喷第二层； 10、调整好喷枪的角度和距离； 11、特殊部位应用特殊方法处理。 工艺要点 三、三、 喷射成型工艺控制喷射成型工艺控制 优点：优点： 生产效率高，是手糊的生产效率高，是手糊的24倍；倍； 成本低（无捻粗纱）；成本低（无捻粗纱）； 无接缝；无接缝； 缺点：缺点： 树脂含量高，制品强度低；树脂含量高，制品强度低； 现场粉尘大，工作环境差；现场粉尘大，工作环境差； 四、喷射成型的特点四、喷射成型的特点 n缠绕成型工艺缠绕成型工艺 n拉挤成型工艺拉挤成型工艺 n

43、树脂传递模塑成型工艺树脂传递模塑成型工艺 5.5 成型工艺新技术 5.5.1 5.5.1 缠绕成型工艺缠绕成型工艺 一、概述 缠绕成型工艺： 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，然后固化脱模成为复 合材料制品的工艺过程。 缠绕成型工艺特点： （1）比强度高 （2）生产成本低 （玻璃纤维用量可达80）; （3）生产效率高 （可实现机械化、自动化操作）。 （4）制品几何形状有局限性 （圆柱、球等正曲率回转体）。 缠绕成型工艺分类： 干法缠绕：干法缠绕： 一、概述 将预浸纱带（或预浸布），在缠绕机上经加热至 粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。 特点： 制品质量稳定（含胶量

44、、尺寸等）； 缠绕速度快（100200m/min）; 劳动卫生条件好； 预浸设备投资大。 湿法缠绕：湿法缠绕： 一、概述一、概述 将无捻粗纱经浸胶后直接缠绕到芯模上的成 型工艺过程。 特点：不需要预浸渍设备，设备投资少； 便于选材； 纱片质量及张力需严格控制； 固化时易产生气泡。 半干法缠绕：半干法缠绕：将无捻粗纱浸胶后，随即预烘干，然后缠绕 到芯模上的成型工艺方法。 特点：与湿法相比增加了烘干工序，与干法相比缩 断了烘干时间，降低了烘干程度； 缠绕可在室温下进行; 即可除溶剂又提高了缠绕速度和制品质量； 一、概述一、概述 一、概述一、概述 二、缠绕工艺 1.原材料 主要有纤维增强材料与树脂两

45、大类。 （1）增强材料 主要是中碱、无碱粗纱。另外有玻璃布带、碳纤维 等。应根据不同产品对性能的要求进行选用。 一般情况下纤维需进行表面处理。 （2）树脂体系 包括树脂及各种助剂、填料等。 常用的有： 不饱和聚酯树脂，环氧树脂（双酚A型）、酚 醛环氧树脂（环氧改性酚醛树脂）。 选用要求：工艺性好； 断裂延伸率与纤维匹配； 固化收缩率低并毒性小; 来源广泛,价格低。 1.原材料 2.芯模与内衬 为使缠绕制品获得一定的结构尺寸及成型T艺的需要， 采用一个模具在其上缠绕。 芯模： 当内衬具有足够强度和刚度以满足缠绕工艺要求 时，不必另加芯模。 芯模要求：1. 足够的强度和刚度； 2. 满足制品的精度

46、要求； 3. 制造工艺简单，价格低； 4. 制品完成时能顺利清除。 内衬： 纤维缠绕成型的复合材料气密性较差，制成内压容器 当承受企压力后，会发生渗漏，一般采用内衬来解 决这个问题。 内衬材料要求：气密性好、耐腐蚀、耐高温、耐低温以及 满足成型丁艺的需要。 一般情况下，铝、钢、橡胶及塑料内衬基本上能满足 复合材料内压容器的要求。 2.芯模与内衬 3.缠绕规律 对缠绕线形的两点要求： （1）纤维既不重合又不离缝，均匀连续布 满芯模表面。 （2）纤维在芯模表面位置稳定，不打滑。 缠绕线型分类 环向缠绕 纵向缠绕 螺旋缠绕 所谓缠绕规律是描述纱片均匀、稳定、连续、排 布在芯模表面,以及芯模与导丝头间运动关系的规律。 （1）环向缠绕 芯模自转一周，导丝头近似移动一个纱片宽度的缠 绕，称环向缠绕。（只能缠绕直筒段） 环向缠绕 封头纱带筒身 b b 3.缠绕规律 纱片