12级复合材料工艺及设备复习资料

1、复合材料工艺设备参考资料复合材料与工程 考试形式笔试闭卷 考试时间和地点 时间：2015年7月8日10:20-12:00 地点：第二公教A115 题型与分数分布一单选题二多选题三填空题四简答题五综合题一、复合材料绪论1.复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料基本性能:性能的可设计性材料与结构的同一性发挥复合效应的优越性材料性能对复合工艺的依赖性2.工艺选择依据：a产品外形构造和尺寸b材料性能和产品质量要求c生产批量大小及供应时间d企业可能提供的设备条件及资金e综合经济效益，保证企业盈利3.大批量、数量多、外形复杂：模压成型；造型简单大尺寸：SMC

2、大台面压机成型；小批量产品：手糊成型；压力管道及容器：缠绕工艺；批量小的大尺寸：手糊成型、喷射成型；板材和线性制品：连续成型 工字形截面梁：拉挤成型4.实例（1）水表壳注射（2）沼气池SMC模压成型工艺（3）车用天然气瓶缠绕（4）汽车保险杠手糊成型（5）玻璃钢管材拉挤（6）PVC管材挤出（7）冷却塔手糊、模压（8）玻璃钢保温板连续制板（9）玻璃钢门窗模压（10）复合材料头盔RTM（11）塑料手机外壳注塑（12）油田抽油杆拉挤（13）大型冷藏车手糊二、手糊成型工艺: 定义：手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替铺层在模具上，然后固化成型为玻璃钢制品工艺工序：裁剪增强纤维准备模具（涂脱模剂）树脂胶液配置

3、（喷涂胶衣）手糊成型固化凝胶阶段定型阶段（硬化阶段）熟化阶段（完全固化阶段）脱模后处理（修边）装配分类a接触压成型：手糊、喷射b低压成型（接触压以上）：真空成型、RTM、RIM、对模优点：a设备简单b投资少、见效快c生产技术简单易学d产品不受尺寸、形状的限制e大型制品可现场制作f制品树脂含量较高，耐腐蚀性好缺点：a生产效率低、不适合批量大的产品b产品质量不够稳定c生产环境差。1.树脂基体的选择原则(1)能够配制成粘度适宜的胶液，易浸渍纤维，容易脱气泡，垂直面涂刷时不易流胶(2)能在室温或较低温度下凝胶、固化并要求固化时无低分子物产生；固化迅速且固化收缩小(3)层间粘接性能好(4)无毒或低毒(5

4、)价格便宜，来源广泛A基体种类：10a不饱和聚酯树脂粘度小，浸渍性好，低分子物及气体易排除，凝胶时间可以调节并能在低温常压下固化，但固化收缩率较大，制品强度较低。b环氧树脂综合力学性能最好，粘结能力最强，与玻纤复合界面剪切强度最高，尺寸稳定性好，耐蚀性好；粘度大，施工困难，成型需要加热。 C辅助材料：a着色剂（颜料糊、色浆）是用载体树脂加入软白料和各种不同的颜料，经二滚磨多次研磨而成。将其加入到胶衣树脂中，以调配胶衣颜色，加入量一般在4一8。（胶衣树脂是由高性能的树脂，加入触变剂、气相沉积二氧化硅和其他辅助材料配制而成。用胶衣树脂制作FRP制品的表面层具有色泽美观、光洁、耐大气老化、耐腐蚀等特

5、点）b填料:碳酸钙、滑石料、陶土、水泥等，可降低成本，降低收缩率；瓷土、玻璃粉、氧化铝粉、石英粉等，可提高产品强度、耐磨性；辉绿岩粉、瓷粉、铸石粉，可提高耐腐蚀性；炭黑、石墨粉、铝粉、金属粉可增加导电性活性瓷土经过特殊处理，可明显提高产品强度、刚度、减少收缩和变形，是玻璃钢专用填料；玻璃微珠呈空心结构，密度轻、可增加产品刚度、减少产品收缩和变形，且工艺性好。2.增强体的选择依据增强材料易被树脂浸透有足够的形变性，能满足制品复杂形状成型要求气泡容易排出能够满足制品使用条件物理化学性能要求价格合理、来源丰富。A玻璃纤维制品：(3) 加捻布(4) 短切毡(5)表面毡(6)针刺毡(7)缝编毡(8) 单

6、向织物 3.手糊成型模具：单模（阳模和阴模）和对模A模具的种类玻璃钢模：它是手糊工艺中应用最多的模具。（玻璃钢高级模具GRP）特点：制出产品美观、光亮；强度高，可重复使用数百次；尺寸准确，造型稳定，不易变形；制造简便，造价适中；制品可加温，加压成型。 木材金属石蜡水泥可溶性盐低熔点金属 石膏B脱模剂：a按用途分为：内脱膜剂（用于模压、热固化）、外脱膜剂（手糊、冷固化）按性状分为：薄膜型脱模剂/混合溶液型脱模剂/蜡类、油酯类脱模剂b基本要求：不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘附力小（0.01MPa）成膜时间短，厚度均匀，表面光滑使用完全，无毒害作用脱模剂使用温度要高于固化温度操作简便，价格便宜

7、。C脱模剂的作用机理（脱模历程）在模具表面喷涂脱模剂之后,硫化成型时的实际界面如图1。在图1 中,胶料与脱模剂的接触面为A 面,脱模剂面为B 面,脱模剂与模具的接触面为C 面;脱模剂层为凝聚层。脱模时,当在A 面和C 面剥离时称为界面剥离,而在B 面剥离时叫做凝聚层破坏。4.制品成型要素准备A表面处理剂：指对材料的表面进行某种处理以达到特定的目的时所使用的试剂。以利于增强材料与基体间形成一个良好的粘结界面，从而达到提高复合材料各种性能的目的 沃兰类表面处理剂（A-151）硅烷类表面处理剂（KH550）B胶液的主要工艺指标：胶液粘度：表征流动特性，粘度控制在0.20.8Pa.s之间，一般用稀释剂

8、调节（粘度过高不易涂刷和浸透增强材料；粘度过低，在树脂凝胶前发生胶液流失，使制品出现缺陷）凝胶时间：指在一定温度条件下，树脂中加入定量的引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，变成软胶状态凝胶所需的时间。（影响因素：a引发剂、促进剂用量。用量大，凝胶时间缩短b胶液体积的影响。胶液体积越大，热量不易散失，凝结快c环境温度、湿度的影响。气温越高，凝结越快；湿度越小，凝结越快d制品表面积厚度影响。制品表面积大，较薄，凝胶时间长。e交联剂蒸发损失）C制品厚度层数计算D影响制品质量的因素：组分质量、成型与固化过程、制品辅助加工a裂纹原因：胶衣层太厚胶衣树脂中苯乙烯加的太多，或者填料加得太多树脂固化

9、不良制品受到冲击。b制品表面发粘原因（暴露面固化不良）：车间湿度太大，因水对不饱和聚酯和环氧树脂的固化有阻聚作用空气中的氧对不饱和聚酯树脂的固化有阻聚作用使用过氧化苯甲酰作引发剂时,表层树脂中交联剂挥发过多，树脂中苯乙烯挥发，使比例失调，造成不固化固化温度太低（解决办法：a在树脂中加入0.02左右的液体石蜡b在树脂中掺加5的异腈酸酯c制品表面覆盖薄膜隔绝空气d更换引发剂、促进剂）三、喷射成型：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。A喷射成型主要由三个部分组成：喷射、输送管道、混合B按胶液喷射动力分：气动型（空气引射喷涂系统，靠压缩空气的喷射将胶液雾化并喷涂到芯模上

10、）液压型（靠液压将胶液挤成滴状并喷涂到模具上）按胶液混合形式可分为：内混合型（将树脂与引发剂分别送到喷枪头部的紊流混合器充分混合，因引发剂不与压缩空气接触，故不产生引发剂蒸气）外混合型（引发剂和树脂在喷枪外的空气中相互混合。由于引发剂在同树脂混合前必须与空气接触，而引发剂又容易挥发）先混合型（将树脂、引发剂和促进剂分别送至静态混合器充分混合，然后再送至喷枪喷出）C设备a树脂胶液喷枪b玻璃纤维切割喷射器c静态混合器原理：是以流体动力学的剪切应力场为基础实现几种介质相互混合的。（作用：介质连续地流经混合器，被混合元件机械地细分、转向和重新汇合，获得混合与均化）四、树脂传递模塑成型（RTM）：喷射法

11、和模压成型之间的一种对模成型法RTM五大工艺：a真空灌注工艺b手糊工艺c粘接工艺d加工工艺e涂装工艺1.RTM法是指在模具的型腔里预先放置增强材料(包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件)，合模夹紧后，从设置于适当位置的注入孔，在一定温度及压力下将配好的树脂注入模具中，使之与增强材料一起固化，最后启模、脱模而得到成型制品。(模具清理、脱模处理-胶衣涂布-胶衣固化-纤维及嵌件等安放-合模夹紧-树脂注入-树脂固化-启模-脱模-二次加工)A影响RTM工艺的因素(工艺参数):注胶压力: 在较低压力下完成树脂压注(RTM压注如何降低压力？a降低树脂粘度b适当的模具注胶口和排气口设计c适当的纤维排布设计d降

12、低注胶速度。温度: 注胶温度应尽量接近最小树脂粘度的温度(取决于树脂体系的活性期和最小粘度的温度。) RTM工艺过程对树脂的加热分为两步：注胶时加热 固化时加热速度: 希望获得高的注胶速度，以提高生产效率。(注胶速度取决于树脂对纤维的润湿性和树脂的表面张力及粘度）五、反应注射成型（RIM）:是将反应物（单体或齐聚物）精确计量，经高压碰撞混合后充入模内，混合物在模具型腔内固化成型。1. RIM加工工艺的主要步骤？充模过程：对于给定的化学体系和模具的具体几何形状，充模过程中，相关的加工参数是：原料始温T0，模壁温度Tw和流率Q或模压P。固化阶段：在固化阶段，最重要的加工参数是模壁温度、原料始温和脱

13、模时间。六、真空灌注工艺1.风力发电机的工作原理？是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。2.目前风力发电机叶片采用的是主要是玻璃钢材料，其主要成型方法是?真空灌注工艺: 将纤维增强材料直接铺放在模具上；在纤维增强材料顶上铺设一层剥离层，剥离层通常是一层很薄的低孔隙率、低渗透率的纤维织物；剥离层上铺放高渗透介质；然后用其真空袋包覆、密封。七、模压成型工艺：将一定量的模压料放入金属对模中，在一定温度、压力作用下，固化成型制品的方法。1.工艺参数（温度制度）:装模温度，升温速度，最高模压温度，保温时间，后固化处理。2.优点:a有较高的生产效率，适于大批量生产;b

14、制品尺寸精确，表面光洁，可以有两个精制表面c价格低廉，容易实现机械化和自动化;d多数结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;e制品外观及尺寸的重复性好。3.树脂溶液粘度对模压料质量的影响：降低胶液粘度有利于树脂对纤维浸渍，并可减少捏合过程的纤维强度损失。粘度过低，在预混过程中会导致纤维离析，影响树脂对纤维的粘结4.热固性塑料在模压前进行预热有哪些优点？改善料的工艺性能；提高模压料温度，能加快塑料成型时的固化速度，缩短成型时间；提高塑料的流动性，增进固化的均匀性，提高制品质量，降低废品率；可降低模压压力。5.模压热固性塑料与模压热塑性塑料的最大区别是？I热固性塑料：加热一方面使物

15、料熔融粘度降低，在压力作用下产生流动；另一方面活性基团发生交联反应，粘度升高达到无限大。加压一方面使物料流动产生剪切变形，大分子链发生局部取向及触变效应等导致聚合物粘度降低；另一方面，剪切作用增加了活性分子间的碰撞机会，降低了反应活化能使交联反应速度增快，熔体粘度随之增大。II热塑性聚合物，其流动性控制较简单，温度升高即可达到粘流状态，使物料充满模具，冷却后即失去流动性，制品定型6.热固性树脂模压工艺中，物料的变化可分为哪两个阶段并简述之。“粘流阶段”：当模压料在模具内被加热到一定的温度时，树脂受热熔化成为粘流状态，在压力作用下粘裹着纤维一道流动，直至充满模腔。 “硬固阶段”：继续提高温度，树

16、脂发生交联，分子量增大，流动性很快降低，表现为一定的弹性，最后失去流动性，树脂成为不溶不熔的体型结构。7.模压料的收缩性：模压制品从模具脱出后尺寸减小的特性称模压料的收缩性。A制品收缩的原因：I热收缩(可逆收缩)：一般模压料的线膨胀系数比模具材料大，制品脱模冷却后的收缩率大于模具收缩率，使得制品尺寸小于模具尺寸。II结构(化学)收缩：指缩聚(或聚合)反应，分子交联，链段之间更加紧密，低分子逸出等引起的不可逆体积收缩。B影响因素：(1)原材料的影响:a环氧树脂收缩率小: 环氧树脂固化前密度比较大，固化过程中无小分子逸出；酚醛树脂固化时有水分子逸出；聚酯树脂固化前密度较小，固化时苯乙烯交联剂单体转

17、化时，分子距离变化很大，因此收缩较大，另外部分苯乙烯逸出b多加入纤维及填料可降低收缩率(加入热塑性树脂粉(填料)可显著降低制品收缩)c挥发物含量增高，制品收缩率增大（2）模具结构和制品形状的影响（3）成型工艺条件的影响: 温度制度与压力制度的影响8模压料的工艺性(模压料的工艺性：流动性、收缩率、压缩性)及影响因素 八、SMC模压：将SMC片材（片状模塑料)，经剪裁，铺层，然后进行模压。1.SMC基本组成：不饱和聚酯树脂、增稠剂(氧化镁:增稠速度快，短时间内能达到最高粘度增加。控制SMC从生产到使用全过程的粘度变化)、引发剂、交联剂(苯乙烯)、低收缩添加剂（热塑性高分子聚合物）、填料、内脱模剂、

18、着色剂、阻聚剂（对苯醌和对苯二酚：防止不饱和聚酯树脂在室温下交联聚合）等混合物浸渍短切玻纤粗纱或玻纤毡，两表面加上保护膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片状模压成型材料。2.一般聚酯树脂的固化收缩率为710，加入低收缩添加剂后可大幅度降低收缩率。作用机理。树脂受热时膨胀，热固性树脂与热塑性树脂的固化时间不同，热固性树脂先聚合固化，在热塑性树脂的热膨胀压力下不能收缩；待温度下降时，热塑性树脂固化收缩，而周围的热固性树脂已固化定型，使得热塑性树脂只能在局部收缩造成微孔，而不使整体收缩变形。3增稠机理：第一阶段对达到熟化粘度的时间有决定意义，是分子质量提高和络合反应基础第二阶段反应对于加速稠化，提高最终

19、熟化粘度有重要作用。 九、层压成型工艺: 将浸有或涂有树脂的片材层叠，在加热加压条件下，固化成型玻璃钢制品的成型工艺。1.层压材料中，面层布和芯层布的差别？面层布的含胶量及流动性比芯层布稍大一些。2.层压成型工艺实际生产中含胶量控制方法有哪些？(1）调整胶液粘度(2）调整浸胶时间(3）调节胶辊间距十、缠绕成型工艺：将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱），按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强塑料制品的工艺过程。1.缠绕规律：描述纱片均匀、稳定、连续、排布在芯模表面,及芯模与导丝头间运动关系规律要求：a纤维既不重合又不离缝，均匀连续布满芯模表面b纤维在芯模表面位置稳定不打滑2.纤维缠

20、绕制品比强度高的原因有哪些？ 缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在几率。 缠绕成型避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中。 缠绕成型可以控制纤维的方向和数量，使产品实现等强度结构。 缠绕成型可使增强材料(纤维)含量高达803.缠绕成型的几种缠绕方式是什么样的？干法缠绕：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工艺。 湿法缠绕：将无捻粗纱经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程。 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。与湿法相比，增加了烘干工序工艺过程：4.分别简述环向缠绕、螺旋缠绕、纵向缠绕，有何区别？I环向缠绕：芯模绕自轴匀速转动

21、，导丝头在筒身区间作平行于轴线方向运动。只能缠绕直筒段,环向缠绕只能在筒身段进行，不能缠封头II螺旋缠绕：芯模绕自轴匀速转动，导丝头以特定速度沿芯模轴线方向往复运动的缠绕方式此缠绕方式不仅可以缠绕圆筒段，而且缠绕端头(封头)。缠绕方向相同的邻近纱片之间相接而不相交，不同方向的纱片则相交III纵向缠绕（平面缠绕）：导丝头在固定平面内做匀速圆周运动，芯模绕自轴慢速旋转，导丝头转一周，芯模转动的微小角度近似一个纱片宽度. 纱片依次连续缠绕到芯模上，各纱片均与极孔相切，相互间紧挨着而不交叉。十一、拉挤成型工艺及设备拉挤是指玻璃纤维粗纱或其织物在外力牵引下，经过浸胶、挤压成型、加热固化、定长切割，连续生

22、产玻璃钢线型制品的一种方法。1. 流程：玻璃纤维粗纱排布浸胶预成型挤压模塑及固化牵引切割制品卧式拉挤设备（分为间歇式牵引和连续式牵引两种）（常用）立式拉挤2成型物固化：成型模为热模，成型物在模中固化成型成型模不加热或给成型物以预热，而最终制品的固化是在固化炉中完成。3.拉挤成型工艺参数有哪些？固化温度与时间、浸胶时间、牵引张力及速度、纱团数量 4.拉挤成型工艺中预成型模的作用是什么？使浸透了树脂的增强材料进一步除去多余的树脂，排除气泡，并使其形状接近于成型模的进口形状。十二、挤出成型工艺1.工艺的特点:a具有很高的生产率b生产连续（如管、棒、板、薄膜、丝、电线、缆等）c可用来混合、塑化、造粒和

23、着色等2.塑料挤出机包括几部分组成？（1）主机：由挤压、传动、加热冷却三部分系统组成，作用主要是塑化并挤出塑料（2）辅机：由定型、冷却、牵引、切割、以及卷取或堆放等装置组成，作用是塑料成型：（3）控制系统：由电器、仪表和执行机构组成，作用是实现对整个挤出机组的自动控制。3.鱼雷头（分流器）作用：将塑料熔体变成薄环状，有利于进一步加热和塑化。4.以三段式螺杆挤出机为例，简述挤出过程中物料的变化情况。A加料段（固体输送区）：塑料在旋转着的螺杆作用下,过料筒内壁和螺杆表面的摩擦作用,向前输送和压实，形成固体床。塑料在加料段内呈固态向前输送（颗粒间存在着相对位移）B压缩段（熔融段）:固体床进入压缩段后

24、由于螺槽逐渐变浅，以及滤网、分流板和机头的阻力而使所受的压力逐渐升高，进一步被压实。同时，在料筒外加热和螺杆、料筒对物料的内摩擦热的作用下，塑料逐渐升温至粘流温度，开始熔融，固体床破裂，最终消失，塑料进入粘流态。（固体床中物料颗粒之间界面变得模糊，开始出现裂缝）C均化区(计量段):塑料进入均化段后将进一步塑化和均化，最后螺杆将物料定量、定压地挤入机头。（熔体输送区）十三、注射成型（开闭模时：慢快慢）1.注射机作用：加热塑料，使达到熔化状态；对熔融塑料加高压，使其射出而充满模具型腔2.移动螺杆式和柱塞式注射机主要由三大部分组成：A注射系统：塑料塑化和均化，并在很高的压力和较快的速度下，通过螺杆和

25、柱塞的推挤将熔料注射入模具。加料计量装置、料筒、柱塞和分流梭(分流梭是装在料筒前端内腔中而形状颇似鱼雷体的一种金属部件。它的作用是使料筒内的塑料分散为薄层并均匀地处于或流过料筒和分流梭组成的通道，从而缩短传热导程，加快热传递和提高塑化质量)、螺杆、喷嘴及加压和驱动装置。B锁模系统：在注射机上实现锁合模具、启闭模具(又称合模装置)和顶出制件的机构总称。C塑模（模具）：是在成型中赋予塑料制件以形状和尺寸的部件组合体。（a浇注系统（主流道、冷料穴、分流道、浇口）b成型零件c结构零件）3退火处理原因：塑料在料筒内塑化不均匀或在模腔内冷却速度不同，因此常会产生不均的结晶、定向和收缩，致使制品存有内应力实

26、质： 使强迫冻结的分子链得到松弛，凝固的大分子链段转向无规位置，从而消除这一部分的内应力；提高结晶度，稳定结晶结构，从而提高结晶塑料制品的弹性模量和硬度，降低断裂伸长率调湿处理原因：聚酰胺类塑料制件在高温下与空气接触时常会氧化变色。此外，在空气中使用或存放时又易吸收水分而膨胀，需要经过长时间后才能得到稳定的尺寸。4塑料制品中可能存在的内应力主要有？取向应力、温度应力、 体积不平衡应力、变形应力内应力的消除和分散：A控制工艺条件：适当提高注射机的料筒温度；提高喷嘴温度；提高模具温度；控制适宜的注射压力；缩短保压时间等；采用变速注射等。B制品和模具的合理设计。C塑料原材料的选择：分子链刚性大熔体粘

27、度高时，易产生内应力；塑料的平均相对分子质量较高，相对分子质量分布较窄时，制品的内应力较小。十四、连续成型工艺：是指从添加原材料到制成玻璃钢制品的整个过程都是在连续不断进行。1.连续制管工艺原理：卧式干法连续制管机组：采用预浸的无纬带或玻璃布带缠绕成型。卧式湿法连续制管机组：采用连续玻璃纤维粗纱，浸渍树脂胶液后进行缠绕成型。a湿法纵向纱浸胶：纵向纤维纱从纱架引出经浸胶后，通过分纱器均匀铺放在芯轴，形成纵向纱层，而后环向缠绕未浸胶环向纱。各环向层间反向缠绕，并由纵向纱所带多余胶液浸胶b湿法环向纱浸胶：环向纱从纱架引出经浸胶后，通过分纱器均匀铺放在芯轴上，形成环向纱层。而纵向未浸胶纤维纱靠环向缠绕

28、纱的余胶浸渍树脂立式连续制管机组A连续制管工艺对原料树脂有何要求？要求树脂粘度低，浸润性好，树脂的胶液配方要有较长的凝胶时间，较短的固化时间，较低的固化放热峰，以保证玻璃钢管材的充分固化和连续生产操作的进行。在配方设计中可适当引入低收缩添加剂，降低制品的固化收缩率。B热塑性和热固性复合结构管连续生产工艺（EPF）：一种连续制管工艺，即热塑性塑料管和热固性玻璃钢复合结构管连续生产工艺,其生产过程是将塑料管挤出技术和纤维缠绕工艺相结合的连续制管技术。2.连续制板工艺及设备: 分为横向波板成型机和纵向波板成型机组两大类 3.离心法制管是将树脂、玻璃纤维和填料按一定比例加入到旋转的模具内，依靠高速旋转产生的离心力，使物料在模内挤压密实，固化成型的一种方法。十五、夹层结构：是由高强度蒙皮和轻质夹芯材料