帽形薄壁梁的铺层设计及制造工艺

1、目录1复材简介11.1复合材料介绍11.2复合材料帽形梁的介绍21.3复合材料定义及分类2 1.3.1定义2 1.3.2分类3 1.3.2.1按增强材料形态分为以下三类3 1.3.2.2按基体材料分类3 1.3.2.3按材料作用分类3 1.3.3复合材料的基本特性4 1.3.4复合材料的其他性能42 复合材料帽型薄壁梁材料的选取52.1帽型梁零件原材料材料选择5 2.1.2增强材料的选择8 2.1.3辅助材料的选择102.2模具结构与材料13 2.2.1模具结构13 2.2.2模具材料的选取132.3玻璃钢高级模具15 2.3.1模具设计要则15 2.3.2玻璃钢高级模具检验要求15 2.3.

2、3玻璃钢高级模具材料选择152.4玻璃钢高级模具的制造工艺16 2.4.1过渡母模的制造16 2.4.2玻璃钢模具（GFRP)的翻制16 2.4.3模具表面处理17 2.4.4模具表面质量检测173帽型薄壁梁工艺制造173.1帽型薄壁梁的成型方法173.2铺层设计的要求183.3制品层数的计算193.4铺层控制193.5工艺流程20 3.5.1原材料准备20 3.5.1.1胶液配制20 3.5.1.2增强材料准备21 3.5.1.3胶衣糊准备21 3.5.2糊制22 3.5.3具体铺层23 3.5.4固化24 3.5.4.1真空袋热压罐固化24 3.5.4.2固化的过程25 3.5.5脱模和修

3、整264、验收依据265、检验265.1破坏性检265.2无损检验266.结论27 结束语29 谢 辞30 参考文献31帽形薄壁梁的铺层设计与制造工艺【摘要】复合材料薄壁梁能够承受机身中拉压和剪切载荷作用，其结构的总体和局部刚度好，减少了应力集中和钉孔对壁板截面积的削弱，在减重方面有很大优势。因此，研究复合材料薄壁梁的铺层设计具有非常重要的意义和用途。本文提出了一种基于现代模型的复合材料薄壁梁铺层设计方法，实现了在压减复合载荷作用下的帽形薄壁梁铺层结构和参数设计。【关键词】 复合材料 帽形薄壁梁 铺层设计 制造工艺【 abstract 】 composite thin walled beams

4、 in modern aircraft has been more and more widely application.Of composite thin walled beams to withstand the fuselage in tension and compression and shear load, the structure of the general and local rigidity, reduces the stress concentration and the nail hole on the panel of the cross-sectional ar

5、ea of the undercut, has great advantage in weight loss.Therefore, study of composite thin walled beams design of covering layer has very important significance and use.This paper presents a method based on the modern model of the composite thin walled beams overlay design method, realized in Yajian

6、combined loads under the cap shaped thin walled beam layer structure and parameter design.【keywords】 Composite Cap shaped thin walled beam Layer design Manufacturing process1复材简介1.1复合材料介绍 复合材料作为最新发展起来的一大类新型材料，对科学技术的发展产生了极大的推动作用。对航空航天事业的影响尤为显著。随着科学技术的发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料的性能要求越来越高，因而对复合材料也提出了更高的要求 自从

7、先进复合材料投入应用以来，有三件值得一提的成果。第一件是美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机-里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它以结构小巧重量轻而称奇于世。第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机，这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门，用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器，用硼/铝复合材料制造主机身隔框和翼梁，用碳/碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬，发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制成，被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。在这架代表近代最尖端技术成果的航天收音机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合

8、材料。第三件是在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使收音机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。 从当前的复合材料应用来看，航空复合材料具备以下几个方面的特点：在材料方面，飞主承力结构应用高韧性复合材料；在工艺方面，呈现出以热压罐工艺为主，积极开发液体成型工艺及其他低成本成型工艺的态势，对复合材料构件的制造综合考虑性能，成本因机设计理念的广泛认知，复合材料已逐渐在主承力结构上站稳了脚跟。复合材料在主承力结构上的应用技术是体现航空复合材料水

9、平及应用程度的重要标志。近代工程结构，特别是航空航天结构的飞速发展，迫切需要尽可能的减轻结构质量和节省材料，同时又能满足结构的安全可靠和使用性能的要求。因此，复合材料薄壁梁越来越多地被航天结构所采用，这种结构比普通的复合材料板壳结构进一步减轻了结构质量。为了合理地运用这种结构形式，对于复合材料薄壁构件的分析计算已成为结构设计中的一项重要的内容。1.2复合材料帽形梁的介绍 先进复合材料帽形梁是复合材料薄壳梁结构中最常采用的一种梁的形式。复合材料薄壁梁可认为是由复合材料板条组成的构件，由于复合材料的可设计性，制成的薄壁梁更能充分发挥材料的效能。 复合材料帽形薄壁梁在复合材料薄壳加梁结构中应用广泛。

10、这种结构形式的面板主要受面内力作用，面板的铺层情况受内力的情况而定。它的设计不但要进行结构设计包括刚度、强度的设计，还要考虑工艺设计。采用经典层合板理论，合理设计单向板的铺层，减少制造过程中残余应力带来的复合材料帽形薄壁梁的翘曲，缩口的变形。 本文进行了复合材料薄壁梁的分析和设计。零件如图1所示 图1 帽型薄壁梁1.3复合材料定义及分类1.3.1定义复合材料(composite materials)是由两种或两种以上不同的材料，在宏观尺度上复合而成的一种完全不同于其组成材料的新型材料。复合材料的定义包括以下四个方面：它包含两种或两种以上物理上不同并可用机械方法分离的材料；它可以通过将几种分离的

11、材料混合在一起而制成。混合的方法是，在人为控制下将一种材料分散在其他材料之中，使其达到最佳性能；复合后的性能优于各单独的组成材料，并在某些方面可能具有组成材料所没有的独特性能；通过选取不同的组成材料、改变组成材料的含量与分布等微结构参数，可以改变复合材料的性能，即材料性能具有可设计性并拥有最大的设计自由度。 复合材料的组成材料称为组分材料。组分材料分为两部分：一部分为连续相即基体(matrix)，起到黏结增强体予以赋形并传递应力和增韧作用：另一部分为分散相即增强体(reinforcedbody)，承担结构的各种工作载荷。增强体分为纤维(fibre)：连续纤维、短切纤维、晶须；颗粒：微米颗粒与纳

12、米颗粒；片材：人工晶片与天然片状物。基体主要分为有机聚合物、金属、陶瓷、水泥和碳(石墨)等。构造出的复合材料，能改善的性能主要有强度、刚度、疲劳寿命、耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性、吸引性、质量、抗振性、导热性、绝热性、隔声性等。当然，上述各种性能不可能同时都有所改善，工程实际中也不存在这样的要求。1.3.2分类1.3.2.1按增强材料形态分为以下三类、纤维增强复合材料： a.连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界处； b.非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中；、颗粒增强复合材料：微小颗粒状增强材料分散在基体中；、板状增强体、编织复合材料：以平面二维

13、或立体三维物为增强材料与基体复合而成。其他增强体：层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体 纤维增强复合材料分为以下五种： 玻璃纤维复合材料； 碳纤维复合材料； 有机纤维（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、聚烯烃纤维等）复合材料； 金属纤维（如钨丝、不锈钢丝等）复合材料； 陶瓷纤维（如氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维等）复合材料。1.3.2.2按基体材料分类（1）聚合物基复合材料：以有机聚合物（主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶）为基体制成的复合材料；（2）金属基复合材料：以金属为基体制成的复合材料，如铝基复合材料、钛基复合材料等；（3）无机非金属基复合材料：以陶瓷材料（也包括玻璃和水泥)为基体制成的

14、复合材料。1.3.2.3按材料作用分类 （1）结构复合材料：用于制造受力构件的复合材料； （2）功能复合材料：具有各种特殊性能（如阻尼、导电、导磁、换能、摩擦、屏蔽等）的复合材料。此外，还有同志复合材料和异质复合材料。增强材料和集体材料属于同种物质的复合材料为同质复合材料。1.3.3复合材料的基本特性（1）复合材料是由多相材料复合而成，其共同的特点是： 可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能。例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料，既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。 可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。例如，针对方向性材料强度的设计

15、，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。例如，可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。（2）复合材料最大的特性是可设计性好：它可以根据不同的用途要求，灵活地进行产品设计，具有很好的可设计性。 对于结构件来说，可以根据受力情况合理布置增强材料，达到节约材料、减轻质量的目的。 对于有耐腐蚀性能要求的产品，设计时可以选用耐腐蚀性能好的基体树脂和增强材料； 对于其他一些性能要求，如介电性能、耐热性能等，都可以方便地通过选择合适的原材料来满足要求。复合材料良好的可设计性还可以最大限度地克服其弹性模量、层间剪切强度低等缺点。1.3.4复合材料的其他性能 轻质高强，

16、比强度和比刚度高，例如，普通碳钢的密度为7.8 g/cm3。玻璃纤维增强树脂基复合材料的密度为1.52.0 g/cm3，只有普通碳钢的1/41/5，比铝合金还要轻1/左右，而机械强度却能超过普通碳钢的水平。 电性能好，例如，玻璃纤维增强的树脂基复合材料具有优良的电绝缘性能，并且在高频下仍能保持良好的介电性能，因此可作为高性能电机、电器的绝缘材料； 耐腐蚀性能好，聚合物基复合材料具有优异的耐酸性能、耐海水性能、也能耐碱、盐和有机溶剂。 热性能良好，玻璃纤维增强的聚合物基复合材料具有较低的导热系数，是一种优良的绝热材料；金属基和陶瓷基复合材料能在较高的温度下长期使用，但是聚合物基复合材料不能在高温

17、下长期使用，即使耐高温的聚酰亚胺基复合材料，其长期工作温度也只能在300 左右。 工艺性能优良，能满足各种类型制品的制造需要 弹性模量好，碳纤维等高模量纤维作为增强材料可以提高复合材料的弹性模量 防老化现象好， 抗疲劳性能好， 减振能力强，例如：用同样尺寸和形状的梁体进行试验，金属材料的梁9s才停止振动，而碳纤维复合材料则只要2.5s，可见阻尼之高。2 复合材料帽型薄壁梁材料的选取2.1帽型梁零件原材料材料选择复合材料的原材料，包括基体相和增强相的原材及添加剂。基体相材料指作为基体的各种聚合物，包括环氧树脂、热固性树脂和热塑性树脂，增强相材料则是指各种纤维，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、高密度

18、聚乙烯纤维等。2.1.1基体材料的选择（1）树脂选择环氧树脂 环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。环氧树脂的性能和特性:、 形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。、 固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0180温度范围内

19、固化。、 粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。、 收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。、 力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。、 电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。、 化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化

20、环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。、 尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。、 耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。（2）环氧树脂的分类 根据分子结构，环氧树脂大体上可分为五大类：、 缩水甘油醚类环氧树脂、 缩水甘油酯类环氧树脂、 缩水甘油胺类环氧树脂、 线型脂肪族类环氧树脂、 脂环族类环氧树脂复合材料工业上使用量最大的环氧树脂品种是上述第一类缩水甘油醚类环氧树脂，而其中又以二酚基丙烷型环氧树脂（简称双酚A型环氧树脂）为主。其次是缩水

21、甘油胺类环氧树脂。、 缩水甘油醚类环氧树脂缩水甘油醚类环氧树脂是由含活泼氢的酚类或醇类与环氧氯丙烷缩聚而成的。、二酚基丙烷型环氧树脂 二酚基丙烷型环氧树脂是由二酚基丙烷与环氧氯丙烷缩聚而成。工业二酚基丙烷型环氧树脂实际上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多数的分子是含有两个环氧基端的线型结构。少数分子可能支化，极少数分子终止的基团是氯醇基团而不是环氧基。因此环氧树脂的环氧基含量、氯含量等对树脂的固化及固化物的性能有很大的影响。工业上作为树脂的控制指标如下：a环氧值。环氧值是鉴别环氧树脂性质的最主要的指标，工业环氧树脂型号就是按环氧值不同来区分的。环氧值是指每100g树脂中所含环氧基的物质的量

22、数。环氧值的倒数乘以100就称之为环氧当量。环氧当量的含义是：含有1mol环氧基的环氧树脂的克数。b无机氯含量。树脂中的氯离子能与胺类固化剂起络合作用而影响树脂的固化，同时也影响固化树脂的电性能，因此氯含量也环氧树脂的一项重要指标。 c有机氯含量。树脂中的有机氯含量标志着分子中未起闭环反应的那部分氯醇基团的含量，它含量应尽可能地降低，否则也要影响树脂的固化及固化物的性能。d挥发分。e粘度或软化点。 、酚醛多环氧树脂 酚醛多环氧树脂包括有苯酚甲醛型、邻甲酚甲醛型多环氧树脂，它与二酚基丙烷型环氧树脂相比，在线型分子中含有两个以上的环氧基，因此固化后产物的交联密度大，具有优良的热稳定性、力学性能、电

23、绝缘性、耐水性和耐腐蚀性。它们是由线型酚醛树脂与环氧氯丙烷缩聚而成的。 、其它多羟基酚类缩水甘油醚型环氧树脂 这类树脂中具有实用性的代表有：间苯二酚型环氧树脂、间苯二酚-甲醛型环氧树脂、四酚基乙烷型环氧树脂和三羟苯基甲烷型环氧树脂，这些多官能缩水甘油醚树脂固化后具有高的热变形温度和刚性，可单独 或者与通用E型树脂共混，供作高性能复合材料（ACM）、印刷线路板等基体材料。 、脂族多元醇缩水甘油醚型环氧树脂 脂族多元醇缩水甘油醚分子中含有两个或两个以上的环氧基，这类树脂绝大多数粘度很低；大多数是长链线型分子，因此富有柔韧性。、其它类型环氧树脂a缩水甘油酯类环氧树脂 缩水甘油酯类环氧树脂和二酚基丙烷

24、环氧化树脂比较，它具有粘度低，使用工艺性好；反应活性高；粘合力比通用环氧树脂高，固化物力学性能好；电绝缘性好；耐气候性好，并且具有良好的耐超低温性，在超低温条件下，仍具有比其它类型环氧树脂高的粘结强度。有较好的表面光泽度，透光性、耐气候性好。b缩水甘油胺类环氧树脂 这类树脂的优点是多官能度、环氧当量高，交联密度大，耐热性显著提高。上前国内外已利用缩水甘油胺环氧树脂优越的粘接性和耐热性，来制造碳纤维增强的复合材料（CFRP）用于飞机二次结构材料。c脂环族环氧树脂 这类环氧树脂是由脂环族烯烃的双键经环氧化而制得的，它们的分子结构和二酚基丙烷型环氧树脂及其它环氧树脂有很大差异，前者环氧基都直接连接在

25、脂环上，而后者的环氧基都是以环氧丙基醚连接在苯核或脂肪烃上。脂环族环氧树脂的固化物具有以下特点：较高的压缩与拉伸强度；长期暴置在高温条件下仍能保持良好的力学性能；耐电弧性、耐紫外光老化性能及耐气候性较好。d脂肪族环氧树脂 这类环氧树脂分子结构里不仅无苯核，也无脂环结构。仅有脂肪链，环氧基与脂肪链相连。环氧化聚丁二烯树脂固化后的强度、韧性、粘接性、耐正负温度性能都良好。2.1.2增强材料的选择碳纤维(carbon fiber,简称CF),是一种由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500所形成的纤维状，含碳量在95%以上的新型纤维材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性,又兼备纺织纤维的柔软可加工性,

26、是新一代增强纤维。他的比重不到钢的1/4，比铝还要轻，比强度是铁的20倍。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳（石墨）纤维在物理性能上具有低密度、强度大、模量高、密度低、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射等优良特性，线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。此外，还具有纤维的柔曲性和可编性，比强度和比模量优于其它纤维增强体。 碳纤维除了具有一般碳素材料的特性：耐高温、耐磨擦、导电、导热及耐腐蚀等，其外形有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。碳纤维还具有极好的

27、纤度纤度的表示法之一是9000米长纤维的克数，一般仅约为19克，拉力高达300kg/mm2。目前几乎没有其他材料像碳纤维那样具有那么多一系列的优异性能，因此在旨度、刚度、重度、疲劳特性等有严格要求的领域，在要求高温，化学稳定性高的场合，碳纤维复合材料具备不可替代的仇势。 （1）碳纤维的物理性质如下：碳纤维的密度在1.52.0g/cm3之间，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温(3000)石墨化处理，密度可达2.0g/cm3；碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。平行于纤维方向是负值(-0.72×10-6-0.90×10-6 K-1)，

28、而垂直于纤维方向是正值(32×10-622×10-6 K-1)； 碳纤维的比热容一般为7.12×10-1KJ/(kg·K)。热导率随温度升高而下降； 碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25时，高模量为775ìÙ/cm，高强度碳纤维为1500ìÙ/cm。碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值。因此当碳纤维复合材料与铝合金组合应用时会发生化学腐蚀。 （2）碳纤维的化学性质如下：碳纤维的化学性质与碳相识，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中，温度高于400时则出现明显的氧化，生成CO与CO2。在不接

29、触空气和氧化剂时，碳纤维具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500时强度才开始下降，而其他材料的晶须性能也早已大大的下降。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化，它还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性。表3-1 不同种类碳纤维的力学性能分类拉伸强度/GPa弹性模量/GPa高强度碳纤维2.94196高模量碳纤维2.74225中模量碳纤维1.96372耐火材料0.26392碳质纤维1.18470石墨纤维0.9898 （3）碳（石墨）纤维的主要用途 宇航工业 用作导弹防热及结构材料如火箭喷管、鼻锥、大面积防热层；卫星构架、天线、太阳能翼片底板、卫

30、星-火箭结合部件；航天飞机机头，机翼前缘和舱门等制件；哈勃太空望远镜的测量构架，太阳能电池板和无线电天线。 航空工业 用作主承力结构材料，如主翼、尾翼和机体；次承力构件，如方向舵、起落架、副翼、扰流板、发动机舱、整流罩及座板等，此外还有C/C刹车片。 交通运输 用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件；船舶和海洋工程用作制造渔船、鱼雷快艇、快艇和巡逻艇，以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水浆；海底电缆、潜水艇、雷达罩、深海油田的升降器和管道。 运动器材 用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓杆、滑雪板、雪车等。 土木建筑 幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度大的

31、管线、海水和水轮结构的增强筋、地板、窗框、管道、海洋浮杆、面状发热嵌板、抗震救灾用补强材料。 其它工业 化工用的防腐泵、阀、槽、罐；催化剂，吸附剂和密封制品等。生体和医疗器材如人造骨骼、牙齿、韧带、X光机的床板和胶卷盒。编织机用的剑竿头和剑竿防静电刷。其它还有电磁屏蔽、电极度、音响、减磨、储能及防静电等材料也已获得广泛应用。2.1.3辅助材料的选择稀释剂 为调节树脂粘度，使用时需加入一定量的稀释剂，同时也可增加填料用量。稀释剂分活性稀释剂和非活性稀释剂两类。非活性稀释剂不参与固化反应，尽起降低粘度作用，一般加入量为环氧树脂质量的5%15%，在树脂固化时大部分逸出，从而增大了树脂固化收缩率，降低

32、力学性能和热变形温度。活性稀释剂则参与树脂固化反应，对树脂固化后性能影响较小。但活性稀释剂一般有毒性，使用时必须谨慎。填料 为了降低成本，改善树脂基体性能（如收缩性，自熄性，耐磨性等），在树脂中加入一些填料，主要有粘土，碳酸钙，石墨，聚氯乙烯粉等各种性能填料。在糊制垂直或倾斜面层时，为避免“流胶”，可在树脂中加入少量活性SiO2（称触变剂），由于其比表面积大，树脂受到外力触动时才流动，这样在施工实际避免树脂流失，又能保证制品质量。固化剂 又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。 树脂固化是经过缩合、闭环、加成或催化等化学反应，使热固性树脂发生不可逆的变化过程，固化是

33、通过添加固化（交联）剂来完成的。 环氧树脂固化剂分类 a、碱性和酸性类固化剂：碱性类固化剂 包括脂肪族二胺和多胺、芳香族多胺、其它含氮化合物及改性脂肪胺。酸性类固化剂 包括有机酸、酸酐、和三氟化硼及其络合物。 b、加成型和催化型固化剂：加成型固化剂 这类固化剂与环氧基发生加成反应构成固化产物一部分链段，并通过逐步聚合反应使线型分子交联成体型结构分子，这类固化剂又称瓜型固化剂。如一级胺、多元硫醇、多元酚、低分子聚酰胺、有机酸及酸酐和低缩合物固化剂等。催化型固化剂 这类固化剂仅对环氧树脂发生引发作用，打开环氧基后，催化环氧树脂本身聚合成网状结构，生成以醚键为主要结构的均聚物，而固化剂本身不产生交联

34、反应。如叔胺、咪唑、双氰双胺、三氟化硼络合物、氯化亚锡、异辛酸亚锡及辛酸亚锡等。脱模剂 是一种用在两个彼此易于粘着的物体表面的一个界面涂层，它可使物体表面易于脱离、光滑及洁净。脱模剂用于玻璃纤维增强塑料、金属压铸、聚氨酯泡沫和弹性体、注塑热塑性塑料、真空发泡片材和挤压型材等各种模压操作中。在模压中，有时其他塑料填加剂如增塑剂等会渗出到界面上，这时就需要一个表面脱除剂来除掉它。理论上，脱模剂应当具有较大的抗拉强度，以使它在与模压树脂经常接触时不容易磨光。特别是在树脂中有磨砂矿物填料或玻璃纤维增强料时尤其如此。脱模剂应有耐化学性，以便在与不同树脂的化学成份（特别是苯乙烯和胺类）接触时不被溶解。脱模

35、剂还应具有耐热及应力性能，不易分解或磨损；脱模剂应粘合到模具上而不转移到被加工的制件上，以便不妨碍喷漆或其他二次加工操作。a、脱模剂类型及用途.按用法分类：内脱模剂、外脱模剂；.按寿命分类：常规脱模剂、半永久脱模剂；.按形态分类：溶剂型脱模剂、水性脱模剂、无溶剂型脱模剂、粉末脱模剂、膏状脱模剂b、按活性物质分类：硅系列主要为硅氧烷化合物、硅油、硅树脂甲基支链硅油、甲基硅油、乳化甲基硅油、含氢甲基硅油、硅脂、硅树脂、硅橡胶、硅橡胶甲苯溶液、蜡系列植物、动物、合成石蜡；微晶石蜡；聚乙烯蜡等。氟系列隔离性能最好，对模具污染小，但成本高聚四氟乙烯；氟树脂粉末；氟树脂涂料等表面活性剂系列金属皂（阴离子性

36、）、EO、PO衍生物（非离子性）无机粉末系列滑石、云母、陶土、白粘土等其它含掩蔽剂的含水脱模剂：用掩蔽剂固定水分子耐久型脱模剂：硅油硅树脂体系，800次以上多层复合型脱模剂：卤代烃膜聚乙烯脱模剂聚乙烯醇脱模剂芳香族聚砜类脱模剂模具处理之脱模剂含卤聚醚类脱模剂：降低蒸气压，提高分解温度，不会引起带电接触羰烷基硅烷脱模剂：内脱模，提高对水性油墨表面粘合性反应型脱模剂：涂覆后自身进行化学反应成膜，同时与模具表面粘着以上是一些有代表性的脱模剂，它们具有各自的特征，并可根据用途分别使用。例如，用来作为纤维粘着带等的背面处理剂、剥离纸、防粘剂（电线杆、电话箱、招牌、标志），防污染用（内、外壁涂饰、车辆、路

37、障、路栏等）防止粘合剂周围的余粘。c、脱模剂特点脱模性（润滑性）。形成均匀薄膜且形状复杂的成形物时，尺寸精确无误；脱模持续性好；成形物外观表面光滑美观，不因涂刷发粘的脱模剂而招致灰尘的粘着；二次加工性优越。当脱模剂转移到成形物时，对电镀、热压模、印刷、涂饰、粘合等加工物均无不良影响；易涂布性；耐热性；耐污染性；成形好，生产效率高；稳定性好。与配合剂及材料并用时，其物理、化学性能稳定；不燃性，低气味，低毒性；d、脱模剂性能理论上，脱模剂应当具有较大的抗拉强度，以使它在与模压树脂经常接触时不容易磨光。特别是在树脂中有磨砂矿物填料或玻璃纤维增强料时尤其如此。脱模剂应有耐化学性，以便在与不同树脂的化学

38、成份（特别是苯乙烯和胺类）接触时不被溶解。脱模剂还应具有耐热及应力性能，不易分解或磨损；脱模剂应粘合到模具上而不转移到被加工的制件上，以便不妨碍喷漆或其他二次加工操作。脱模剂化学原理、极性化学键与模具表面通过相互作用形成具有再生力的吸附型薄膜；、聚硅氧烷中的硅氧键可视为弱偶极子（Si+-O-),当脱模剂在模具表面铺展成单子取向排列时，分子采取特有的伸展链构型；、自由表面被烷基以密集堆积方式覆盖，脱模能力随烷基密度而递增；但当烷占有较大空间位阻时，伸展构型受到限制，脱模能力又会降低；、脱模剂分子量大小和粘度也与脱模能力相关，分子量小时，铺展性好，但耐热能力差。脱模剂选择与评价脱模剂的选择常用的脱

39、模剂有无机物、有机物以及高聚物三类。无机脱模剂，如滑石粉、云母粉以及陶土、白粘土等为主要组分配置的复合物，主要用作橡胶加工中胶片、半成品防粘用隔离剂。有机脱模剂包括脂肪酸皂（钾皂、钠皂、铵皂、锌皂等）、脂肪酸、石蜡、甘油、凡士林等。第三类脱模剂是高聚物，包括硅油、聚乙二醇、低分子量聚乙烯等，它们的脱模剂效率和热稳定性比有机物脱模剂好得多。脱模剂通常有粉状、半固体和液体之分，粉状和半固体可像蜡脂一样用毛刷或手涂于模具表面。液体可用喷雾或毛刷等工具涂于模具表面，从而形成隔离膜。液体脱模剂以喷涂为佳。 综上所述，脱模剂的选择要点是：、脱模性优良，对于喷雾脱模剂表面张力应在1723 N/m之间。、具有

40、耐热性，受热不发生炭化分解。、化学性能稳定，不与成型产品发生化学反应。、不影响塑料的二次加工性能。、不腐蚀模具，不污染制品，气味和毒性小。、外观光滑美观;、易涂布，生产效率高; e、脱模剂的复合使用为了得到良好的脱模效果和更加理想的制品，常常同时使用几种脱模剂，这样可以发挥多种脱模剂的综合性能。本次选用外脱模剂。2.2模具结构与材料2.2.1模具结构模具分单模和对模两类。单模又分阳模和阴模两种，本文采用阴模（凹模）结构。如图2所示： 图2，阴模结构 阴模的优点：使用阴模成型的制品外表面光滑且尺寸准确。 可以根据需要设计成整体式或拼装式，以保证复杂制品脱模便利。2.2.2模具材料的选取 适用于帽

41、型梁的模具材料有许多，以下是对几种模具材料的介绍：（1）殷瓦合金钢模具热膨胀系数小，常温下平均膨胀系数1.6×10-6/，且在室温80230时比较稳定。 强度、硬度不高，抗拉强度在590Mpa左右，屈服强度在410Mpa左右，布氏硬度在141HBS左右。 导热系数低，为10W/m.K ，仅为45钢导热系数的1/4左右。 塑性、韧性、延伸率、断面收缩率以及冲击韧性都很高，延伸率 = 3045%，收缩率=5070%。冲击韧性K=130-310 J/cm2。 殷瓦不能热处理强化，其特性与奥氏体不锈钢类似，但比奥氏体不锈钢还要难加工。切削加工中主要表现为切削力大、切削温度高。在加工过程中，还

42、具有软、粘特性和很大的塑性，不易断屑，加剧刀具的磨损，降低工件的加工精度，因而必须采用高性能刀具。（2）铝模具铝制模具重量轻,加工工艺性好,制造尺寸精度高,模具成本相对较低,并且在复合材料构件成型时有很好的导热性,模具升温速度快。但是铝的热膨胀系数相对较大,用其成型的复合材料制件尺寸稳定性差。再者,对于尺寸较大模具,在其铸造过程中往往会出现一些如砂眼、细小裂纹等铸造缺陷,导致其在使用中会产生漏气现象,而热压罐成型复合材料工艺是一个真空加压系统,要求模具必需有良好的气密性,否则真空系统泄漏,会造成复合材料构件内部质量降低,严重时造成报废。（3）钢模具钢制模具热膨胀系数比铝制的低一半,刚性大, 制

43、造尺寸精度高且表面光洁度好,气密性好,使用寿命长。但是,由于其密度大,因而模具自重大,使用搬运不太方便,同时模具型面加工难度相应较大,制造周期较长。（4）碳纤维/环氧FRP模具碳纤维/环氧树脂复合材料模具其明显的优点是质量轻,刚度大,热膨胀系数与所成型的复合材料构件一致,所制造的构件尺寸精确度高。同时复合材料模具型面由预浸料铺叠成型,可作任意的修补, 因而具有比较好的可修复性。但复合材料模具也有它的缺点:主要是相对金属模具使用寿命短,要求有较高的模具设计和制造水平。由于复合材料模具制造时必须有母模,用预浸料在母模上铺叠而成,这样其制造成本相应比较大。（4）玻璃钢高级模具 玻璃钢是目前应用最普遍

44、的模具材料。玻璃钢模具制造方便，精度较高，使用寿命长，制品可加温加压成型，尤其适用于表面质量要求高，形状复杂的玻璃钢制品。可供选用的其他模具材料有：木材、石膏-砂、石蜡、可溶性盐、低熔点金属、金属等。 综上介绍，选用玻璃钢高级模具。2.3玻璃钢高级模具2.3.1模具设计要则（1）模具设计要点：根据制品的数量、形状尺寸、精度要求、脱模难易、成型工艺条件（固化温度、压力）等确定模具材料与结构形式；模具应有足够的刚度和强度，能够承受脱模时的冲击，确保加工和使用过程中不变形；模具型面光洁度应比制品表面光洁度高出二级以上；模具拐角处的曲率应尽量加大；有一定耐热性，热处理变形小；质量轻，材料易得，造价便宜

45、。（2)设计程序：分析原始资料。包括产品图纸、工艺资料及实际条件；设计内容；选定原材料及制造方法；确定模具结构及脱模方法；编制模具制造工艺技术规程；、绘制模具图纸。2.3.2玻璃钢高级模具检验要求 玻璃钢高级模具应有足够的强度和刚度。 模具表面胶衣层要有一定硬度（巴柯尔硬度在40度以上）和耐热性，能够承受树脂固化时的放热、收缩等作用。 模具工作面外形尺寸准确、表面平顺，无潜藏气泡、针孔。 模具表面光泽度80-90光泽单位。 经抛光后的磨具表面残留划痕度0.1m2.3.3玻璃钢高级模具材料选择 a、胶衣树脂 应具有收缩率低、延伸率高、耐磨、耐热、硬度高等优良性能。最理想的是专用模具胶衣树脂。由于

46、环氧树脂具有其优良性能，经水磨和研磨抛光处理，同样能得到镜面效果的模具表面。所以为提高耐磨性可以在胶衣层可加入硬度高的填料，如瓷粉、石英粉、铸石粉、刚玉粉等。 b、玻璃纤维表面毡和玻璃纤维短切毡 毡用来增强胶衣防止微裂纹；形成富树脂层，以提高模具表面光洁度和耐蚀性能；消除玻璃布在模具表面产生的布纹痕迹。常用的表面毡牌号有MBS-30，短切毡有CM300、450、600。2.4玻璃钢高级模具的制造工艺2.4.1过渡母模的制造 石膏模成本低，但表面光顺度难以保证，而且石膏模干燥时间长，影响生产周期。木质组合结构模成本较高，但具有较好的加工性能及优良的表面。选材依据：生产周期、制品形状及造价。采用以

47、三合板为模面材料的木质组合结构过渡模。 其表面加工程序：涂铁红底漆 在用磨光机进行粗磨后，经样板卡测，目测，光顺度约为70%85%，涂铁红底漆，可嵌补模具表面的微小孔隙。刮腻子 用电动打磨，以聚氨酯树脂加滑石粉作腻子，固化后表面坚硬。干磨 用铁砂纸进行打磨，使表面形成均匀的封闭层，防止水磨时水渗透到过渡模内水磨 清除表面宏观的微粒和波纹，水砂纸应从低标号到高标号上清漆 使用聚氨酯清漆，能满足过渡模表面光亮、坚硬、耐磨、耐水、耐腐蚀光照检查 侧向光照检查，及时发现不光顺部位研磨抛光 最后进行研磨抛光处理，使用抛光机时，转速不宜过高。上脱膜蜡 在过渡膜表面形成，不能漏涂。2.4.2玻璃钢模具（GF

48、RP)的翻制胶衣层制作 胶衣应涂刷三层，每层厚度控制在0.2mm0.5mm。每层胶衣可采用不同颜色，以便检查漏涂。 最外层胶以黑色为主，灯光检测时黑色吸光，易发现模具表面不平整部位。模具翻制出后经水砂研磨，表面将被磨去0.2mm-0.3mm，留下坚硬的黑色模面。胶衣涂刷时必须在前层胶衣手触摸不粘后再涂刷下一层，并且第二层和第三层的涂刷方向应垂直。同时要注意清除模具表面胶衣中由于喷漆或其他方式带进来的微小气孔和尘埃。 胶衣制作完成后，先铺敷1-2层表面毡(规格40g/m245g/m2）作为底层，然后再铺敷一层短切毡。在铺敷过程中要用金属来回辊压，起到压实，浸透、排气作用。当整个毡层进入凝胶状态时

49、，开始铺糊无捻方格布。为提高高层间粘结强度和降低收缩率，国外普遍采用RM法即布毡交叉糊制法。也可在粘层之后，铺糊数层强芯毯，其厚度控制在原玻璃布厚度的4/5。用强芯毯的优点是模具好，抗冲击性好。 模具糊制厚度根据模具形状尺寸确定。为防止树脂固化收缩和使用过程的变形，必要时可预埋金属或木质加强筋。2.4.3模具表面处理 粗磨。400#、500 # 、600#水砂纸依次水磨。 水砂精磨。1000#、1200#、1500#水砂纸依次研磨。 研磨抛光。将抛光剂涂上后，停留1-2min，用布轮抛光机逐段抛光并反复进行。2.4.4模具表面质量检测 玻璃钢高级模具表面光泽度须达到90以上光泽单位，所成型的玻

50、璃钢制品才能具有“镜面效果”。光泽度的测量可用ss-82型光电光泽计检测，测试角度选定45º为宜。它不仅要求模面有较高的光泽度，而且还有平整度要求。 3帽型薄壁梁工艺制造3.1帽型薄壁梁的成型方法复合材料的成型方法有很多种，以下是适用于该槽型梁制件的几种成型方法：（1）喷射成型工艺原理及优缺点： 喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。 喷射成型的优点：用玻纤粗纱代替织物，可降低材料成本；生产效率比手糊的高24倍；产品

51、整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好；可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗；产品尺寸、形状不受限制。其缺点为：树脂含量高，制品强度低；产品只能做到单面光滑；污染环境，有害工人健康。（2）拉挤成型工艺及其优缺点： 拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续玻璃纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。这种工艺最适于生产各种断面形状的玻璃钢型材，如棒、管、实体型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（门窗型材、叶片等）等。 拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是：生产过程完全实现自动化控制，生产效率高；拉挤成型制

52、品中纤维含量可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高；制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求；生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故较其它工艺省工，省原料，省能耗；制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。 拉挤成型工艺的缺点是产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。(3)手糊成型及其优缺点： 手糊成型又称接触成型，是用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。 手糊成型工艺是复合材料最早的一种成型方法。虽然它在各国的复合材料成型工艺中所占比重呈下降趋势，但仍不失为主要的

53、成型工艺。这是由于手糊成型具有以下的优点所决定的：手糊成型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。工艺简便。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。制品树脂含量较高，耐腐蚀性好。手糊成型的缺点为：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。产品力学性能较低。综上所述，选用手糊成型工艺。3.2铺层设计的要求复合材料帽型薄壁梁铺层设计要求加薄壁梁中的铺层设计应当满足以下要求: 采用 0°, ±45°和 90°的标准铺层角; 取向相同的铺层叠置不能超过 3

54、层以上 ; 0°, ±45°和90°的四种铺层中每一种至少要占 10 %; 层合板的外层使用 ±45°的铺层以减少损伤的程度; 载荷为0°方向时避免采用 90°的层组 ,而用 0°或 ±45°层隔开; 蒙皮中 ±45°铺层的比例不少于 40 % ,筋条中 ±45°铺层的比例不少于 30 %。3.3制品层数的计算 手糊成型铺层层数可由式（5.1）计算得到。 (式5.1)式中：A制品的厚度，mm；mf增强纤维单位面积质量，kg/m2；kr树脂基体的厚度常数，mm/(kg·m-2)；kf增强纤维的厚度常数，mm/(kg·m-2)；c树脂与增强材料的质量比。代入数据得到铺层层数为： n= 11层采用 的对称层合板铺设。3.4铺层控制对于外形要求高的受力制品，同一铺层纤维要尽可能连续，切忌随意切断或拼接，否则将严重降低制品的力学性能，但是往往很难做到这点。因此要采用铺层拼接。铺层拼接设计原则：制品强度损失小