复合材料成型工艺与设备(5.层压工艺与设备)

1、5.层压成型工艺及设备1层压成型工艺及设备5.1.1 层压工艺的发展现状及前景层压工艺： 是指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一种成型工艺。 起始于30年代，目前在航空、航天、汽车、船舶、电讯等工业广泛应用。层压成型工艺制品已经成为不可缺少的工程材料之一。 主要产品有：玻璃布层压板、木质层压板、棉布层压板、纸质层压板、石棉纤维层压板、复合层压板等。 5.1 概述2 工 艺 特 点： 生产的机械化、自动化程度较高；产品质量稳定；但一次性投资较大，适合于批量生产。 层压板可分为： 纸层压板、木层压板、棉纤维层压板、玻璃纤维层压板等品种。 主要应用范围： 电绝缘部件

2、；薄板适合于各领域；可用于制造齿轮、轴承、皮带轮等结构材料；用于飞机、汽车、船舶、电气工程等领域。 例如：复铜箔层压板，用于制造印刷电路板。35.2 胶布制备工艺及设备5.2.1 制备工艺 原材料增强材料： 玻璃布，石棉布，合成纤维布，玻璃毡，石棉毡，石棉纸，牛皮纸等。 树 脂： 酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂等。 胶布制备工艺过程 玻璃纤维布经化学处理或热处理后，浸渍树脂胶液，并控制胶含量。在一定温度、时间条件下烘干，使树脂由A阶转到B阶，即得到需要的玻璃纤维胶布。如P136工艺流程图。 胶布制备工艺参数 主要有：胶液

3、粘度、浸胶时间、烘干温度与时间、牵引张力。（1）、胶液粘度 一般通过胶液浓度及环境温度来控制。浓度的控制往往采用测试密度的方法来实现。各种玻璃布所用的胶液密度见P137，表6-1。（2）、浸胶时间 一般控制在1545s，不同的布浸透时间不同。（3）、张力控制 张力大小取决于：布自重、及布与各导向辊之间的摩擦力。 张力要均衡（不能一边松、一边紧），大小要适中，张力太大，布横向收缩变形，张力太小拉不紧。 5合适的张力可以使布平整地进入胶槽。 （4）浸胶布的烘干温度与时间 烘干过程完成的任务是：除去胶布中挥发份；使树脂由A阶转向B阶。 胶布的干燥分两个阶段：第一阶段：取决于表面对流传质；第二阶段：取

4、决于内部扩散。 a、温度制度卧式上胶机： 进口段90110，中部烘干段120150，出口段100以下。 立式上胶机： 进出口段3060，中部6080，顶部第三段85130（上下来回一次）。 6b、干燥时间的控制干燥时间 tL/v L烘箱有效长度；v胶布运行速度。 干燥时间取决于若干因素， tf（T,W,A,B） T温度; w风速; A树脂状况; B布状况。通过调节布的运行速度来调节。 c、气流控制通常布面风速控制在34m/s。 胶布质量指标及控制方法 （1）、含胶量的控制 X1%100121WWW7W1胶布质量 g；W2坯布质量 g；X1胶布含胶量 。 一般情况下，卷管用胶布含胶

5、量控制在4045；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。实际生产中含胶量控制方法：1）、调整胶液粘度；2）、调整浸胶时间；3）、调节胶辊间距8（2）、可溶性树脂含量控制X2%1002131WWWW 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；各种胶布的可溶性树脂含量控制指标见P140，表6-2。（3）挥发份含量控制X3%100141WWW W4烘干后胶布质量。 9 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

6、会影响胶布质量。挥发份含量的控制范围为：1.53%, 见表6-2。（4）流动度控制 流动度是胶布中含胶量，可溶性树脂含量，挥发份含量三项指标的综合反映。它表示树脂固化时的流动性能。 流动度是评价胶布性能的专用技术指标。流动度一般控制在2030mm之间，测定方法见：P141。10（5）贮存条件 胶布在室温下存放时，挥发份含量、可溶性树脂含量、流动度三项指标易发生变化。使出现胶布发脆、发粘、流胶等现象。 胶布应存放在干燥室内，贮存的干燥条件见P141，表63。115.2.2 浸胶设备浸胶机由卧式浸胶机和立式浸胶机两种。 卧式浸胶机 由玻纤布存放装置、干燥装置（干燥未浸胶玻纤布）、浸胶

7、装置、除尘装置、烘干箱体（烘干胶布）、牵引装置、切割装置、收卷装置等组成。见图6-1。 立式浸胶机 由送布装置、浸胶装置、牵引装置、烘干箱体、除尘装置、热风循环装置、收卷装置等组成。见图65。 浸胶机的废气处理 胶布烘干过程中，将有大量有机低分子物，酚醛、甲苯、酒精、二甲苯等物质排出，有一定毒性，直接排放会污染环境，需要进行处理。 处理方法： 燃烧净化法；冷凝回收法；液体吸收法；固体吸收法。135.3 层压工艺及设备5.3.1 层压工艺 下料 通常用连续切割机裁剪。 压制厚板时应将布裁的小一些。特别是布的纬向，纬纱收缩性较大，压制时会展开。裁小的比

8、例应由经验和具体实验确定。 不同性能胶布应分别堆放，例如：面层布、芯层布。 配叠（排版或配布）应注意以下几个问题（P147） 。 14 1）、两表面分别用23层面层胶布，（面层胶布的含胶量稍高，并掺有内脱模剂）; 2）、胶布的挥发份含量不宜过大，控制在16， 否则应干燥处理; 3）、临近面层的1020层胶布，应选用平整无破损的胶布，更不能搭接。中间部分使用不合格胶布的量也不得超过10; 4）、下料量 薄板按张数下料法实验法确定; 厚板按重量下料法计算法确定。 15 G)1 (FHd F板材面积 m2； H板材厚度 m； d板材密度 kg/m3； G板材用料量 kg；物料损失系数，

9、 5mm以下薄板， 取0.020.03；厚板 取0.030.08。胶布的计算下料量公式如下： 组合 顺序如下： 铁板（较厚）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。（1）组合原则 对于厚20mm以上的板材应单独压制。 厚、薄板一起压制时，应将薄板排放在两侧，厚板排放在中间，这样对产品质量有利。（2）垫衬材料的作用主要目的： 使板材受压、传热均匀；并起到传热、冷却的缓冲作用。 热压层压板的热压过程分为两个阶段： 预热预压阶段和热压阶段。 1）、预热、预压阶段 目的是使树脂熔化，除去挥发份，进一步浸渍玻璃布，并使树脂进入凝胶状态。不同类型板材的

10、预压工艺参数见表64, P1482）、热压阶段从加全压到热压结束几种热压板热压工艺参数见表65。 冷却脱模关闭热源，通冷却水，在保压状态下冷却。 冷却时间根据板材厚度确定，一般冷却到50以下，除去压力、脱模。板材取出温度过高时，表面易起泡且易翘曲变形。 后处理 是在烘房内进行的处理程序，目的是使树脂进一步固化。对不同的树脂后固化处理的温度、时间不同。 特别对后阶段固化慢的环氧酚醛板材，压制定型后，需要在120130，处理4875h。 层压工艺参数 成型压力、温度、时间是三个最重要的工艺参数。称为三大工艺参数。 （2）层压板热压升温曲线 （ P

11、150 图67）分为5个阶段： 预热阶段中间保温阶段升温阶段热压保温阶段冷却阶段 （1）成型压力的选定 成型压力根据树脂特性、板厚、树脂含量、流动度和升温速度确定。20图6-7 热压工艺五个阶段的升温曲线示意图时间温度/第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段第五阶段21（3）、压制时间的控制 压制时间与树脂的固化速度、层压板的厚度、压制温度等有关。 压制时间对制品的性能影响非常显著，压制时间对制品体积电阻系数，介质损耗角正切值，拉伸强度、吸水性能的影响见P151， 图6-8、6-9、6-10、6-11实验数据。 介质损耗角正切值tg愈小，说明其在交流电作用下发热量愈小，材料的绝缘性能愈好。 5.3.

12、1.8 层压工艺中出现的问题及解决措施 见表66。 复合材料层压板性能 见表67。225.3.2 层压设备 多层压机的结构特点及工作过程 多层压机的台面一般25001300mm，每层间距200mm。（1）、多层压机的特点， P153， 15； （2）、多层压机的结构， 图6-12； （3）、多层压机的工作过程。 将叠合体送入压机的热板之间，然后升温、加压、保温一定时间、冷却、取出制品。 多层压机的结构组成 （1）总体结构外形 图6-13， P153 23 由卧式缸、推拉架、升降台、升降台槽板、上固定板、压机主体、垫板、柱塞、下部活动板、吸钢板机、操作滚道等组成。 压机层数一般为718层，压机两侧各设一个升降台和推拉架，其作用是装板与卸板，滚道用来输送垫板、叠层、制品等。 （2）加热板 采用蒸汽加热、导热油加热、电阻加热、高频加热等。（3）升降台和推拉架，图6-13（4）翻板装置 P154，图6-15（5）吸板装置 P155，图6-16246.4 玻璃钢卷管工艺及设备6.4.1 卷管工艺原理及过程 是使用玻璃胶布在卷管机上经热卷成型玻璃钢管材的一种方法。是层压成型的一种变形。图6-17 手工添加卷制示意图图6-18 连续添加卷制示意图压辊（加热）后支撑辊前支撑辊胶布胶布塔接部位胶布压辊（热