复合材料工艺设计及设备复习材料

1、. 复合材料工艺与设备增强纤维CF,GF的生产工艺与设备外表处理工艺与设备玻璃纤维在生产过程中辅助材料的作用：浸润剂的种类，作用种类：增强型浸润剂和纺织型浸润剂；作用：1、润滑-保护作用；2、粘结-集束作用； 3、防止玻璃纤维外表静电荷的积累；4、为玻璃纤维提供进一步加工和应用所需要的特性；5、使玻璃纤维获得与基材有良好的相容性及界面化学结合或化学吸附等性能C纤维生产工艺中，惰性气体和力的作用惰性气体作用：保护新生产的纤维不受氧化作为传热介质排除裂解产物非C元素。力的作用：使分子取向使分子构造规整产生轴向拉伸应力增强纤维在外表处理工艺中的影响因素玻璃纤维外表处理的影响因素：处理剂的种类；偶联剂

2、的用量11.5%；处理方法前处理法、后处理法、迁移法；烘焙温度与时间偶联剂与GF的硅层构造的最正确结合程度；偶联剂溶液的配制PH值的调节，一般用5%的氨水。手糊成型工艺与设备手糊工艺的特点：优点：1、守护成型不受产品尺寸和形状的限制，适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产；2、设备简单、投资少、设备折旧费低；3、工艺简单；4、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；5、制品树脂含量高，耐腐蚀性好；缺点：1、生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；2、产品质量不易控制，性能稳定性不高；3、产品力学性能较低。原材料选择原则：1、产品设计的性能要求；2、手糊成型工艺要求；3、价格廉

3、价，材料容易取得。聚合物基体的选择原则：1、能在室温下凝胶、固化。并在固化过程中无低分子物得产生。2、能配制成粘度适当的胶液，适宜手糊成型的胶液粘度为0.5-0.5pas。3、无毒或低毒；4、价格廉价。增强纤维的选择原则：以玻璃纤维为例，工艺特点：1、很好的疏松性；2、铺覆的变形性；3、纤维的均匀性。先进手糊法的种类：喷射成型、热压釜、树脂传递模塑与反响注射模塑。RTM树脂传递模塑根本工艺过程：将液态热固性树脂及固化剂，由计量设备分别从储桶抽出，经静态混合器混合均匀，注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模，经固化、脱模、后加工而成制品。RTM的工艺特点：这要设备投资少，即用地吨位压机能生产较大的

4、制品；生产的制品两面光滑、尺寸稳定、容易组合；允许制品带有加强筋、镶嵌件和附着物，可将制品制成泡沫夹层构造，设计灵活，从而获得最正确构造；制造模具时间短，可在短期投产；对树脂和填料的适用性广泛；生产周期短，劳动强度低，原材料损耗少；产品后加工少；RTM是闭模成型工艺，单体挥发少，环境污染小。玻璃钢高级模具的概念：指用玻璃钢制作的，可获得镜面效果的，高光泽度、高平整度的守护制品的模具。高级模具的要求：有足够的强度和刚度；模具外表胶衣要有一定的硬度和耐热性，能够承受树脂固化时的收缩、放热等效果；模具工作外表外形尺寸准确、平面平顺，无潜藏气泡和针孔等弊病；模具外表光泽度为80-90光泽单位，或侧目应

5、有清晰的镜面反光；经抛光后的模具外表残留划痕度0.1UM.脱模剂类型：薄膜型脱模剂、混合型脱模剂、蜡型脱模剂。脱模剂应具备条件：不腐蚀模具，不影响树脂的固化，对树脂粘附力小；成膜时间短，成膜均与、光滑；操作简单，使用平安，价格廉价；选用脱模剂是应注意，脱模剂的使用温度应高于固化温度。模压成型工艺：概念：将一定量的模压料放入金属对模中，在一定的温度和压力作用下，固化成型制品的一种方法。模压料：1、高强度短纤维模压料，其根本组成为：短纤维增强材料、树脂基体和辅助材料； 2、smc片状模压料两种模压料的区别：树脂基体的不同，前面一种主要是环氧，后面一种主要是UP；工艺参数，尤其是成型压力不同，SMC

6、的成型压力相对较低；产品类型不同，前者为高精度的零部件，后者多为薄膜类产品；生产效率不同，SMC由于增稠作用，其生产周期大大缩短；产品使用性能，前者力学、绝缘性突出，后者综合性能好，性价比好。层压板典型的热压曲线分析：第一阶段：为预热阶段。一般从室温到开场显著反响时的温度，这一阶段称为预热阶段。预热的目的主要是使胶布中的树脂融化，使挥发物跑掉，熔融树脂进一步浸渍玻璃布。此时压力一般为全压的1/31/2；第二阶段：为中间保温阶段。这一阶段的作用在于使胶布在较低的反响速度下进展固化。保温时间的长短主要取决于胶布老嫩程度及板料的厚度。在这一阶段应密切注意树脂沿钢板边缘流出情况。当流出的树脂已经凝胶，

7、即不能拉成丝时，应立即加全压，并随即升温。第三阶段：为升温阶段。这一阶段作用在于逐步提高反响温度，加快固化反响速度。一般来讲升温速度不宜过快。因为加热过快，则引起固化反响剧烈，放热集中，在玻璃钢板材中容易产生缺陷，如裂缝、分层等。第四阶段：为热压保温阶段。这一阶段的作用在于使树脂获得充分固化。所选择的温度主要取决于树脂的固化特性、时间和板材的厚度。第五阶段：为冷却阶段。在保压的情况下，采用自然冷却或强制冷却到室温，而后去除压力取出制品。温度时间第一阶段第三阶段第四阶段第五阶段第二阶段SMC的组成材料及要求：其主要树脂糊基体材料和玻璃纤维增强材料组成，其中树脂糊由不饱和聚酯及辅助剂引发剂、交联剂

8、及阻聚剂、增稠剂、低收缩填加剂、填料、颜料、脱模剂等组分组成的。不饱和聚酯树脂应满足要求：低粘度，便于浸渍玻璃纤维；易于同增稠剂反响，满足增稠要求；固化迅速，提高生产效率；热强度较高，保证制件脱模是不至于损坏；有足够的韧性，在制件发生*些变形是不致开裂。增强材料玻璃纤维应满足的要求：易切割；易分散；浸渍性好；抗静电；流动性好；强度高。引发剂应满足的要求：储存、操作平安；室温下不分解；制得的SMC储存时间长；到达一定温度时，分解速度快，交联效率高；价格低。增稠剂应满足的要求：制备时，要求粘度低，以保证树脂对玻璃纤维和填料的充分浸渍；当纤维和填料被浸渍后，又要求粘度迅速提高，以适应贮运和模压操作；

9、增稠后的胚料，在模压温度下能迅速充分冲面模腔，并使树脂与纤维不发生离析；增稠后的粘度，在贮存期必须稳定在可模压的围；增稠作用在生产中应该有稳定的重要性。填料应满足的要求：密度低；油吸附值低；不易腐蚀；本钱低SMC用量大；易分散；颗粒具有广泛细度；无杂质，色泽洁白；满足制品性能要求。增稠机理：第一阶段，是金属氧化物或氢氧化物与聚酯反响，生产碱式盐。碱式盐或者不在反响而进展第二阶段的络合反响，或者进一步脱水而使分子质量成倍增大。脱水反响有两种方式：一是碱式盐同聚酯的羧基脱水；一是碱式盐之间进展脱水。第二阶段：是由于生成的碱式盐金属原子同聚酯分子中的酯基氧原子以配位键形成络合物，于是，不饱和聚酯分子

10、质量由成盐反响而成倍提高，而众多络合键的形成提高了分子间力及摩擦力，粘度上升。胶布的质量指标及控制方法： 胶布的质量指标通常有含胶量、挥发分含量、可溶性树脂含量及流动度。胶布含胶量控制方法是：调节树脂胶液粘度；调节胶布的浸渍时间；调节胶锟的间距，这三种方法主要是调节胶锟间距，间距越大胶量越多。可溶性树脂含量控制方法：取决于胶布的使用要求，不同使用要求的胶布，其可溶性树脂含量不同；通常是通过控制烘干温度和时间来调整，温度高时间长，含量高。挥发分含量及其控制方法：通过调整烘干温度和时间来实现的。流动度及其控制方法：流动度是前三者指标的综合反响，胶布的流动度一般控制在20-30mm之间，同时随数值类

11、型、环境温度适当调节。贮存条件：胶布的存放，其三者指标会随贮存条件及存放的时间长短而发生变化，所以不同类型的树脂浸渍的胶布，存放条件应不同。为保证胶布三项指标稳定，胶布应存放在枯燥室。缠绕成型工艺缠绕的规律：缠绕规律的主要容：表象是线形，其必须满足两点要求，一是纤维既不重复又不离缝，均匀连续布满芯模外表，二是，纤维在芯模外表位置稳定不打滑；是描述纱片均匀稳定连续排布芯模外表以及与导丝头间运动关系的规律。缠绕线型：环向缠绕，螺旋缠绕，纵向缠绕纤维在芯模外表均匀布满的条件：由于芯模上的每条纱片，都在极孔圆周上有一个切点，只要满足以下两个条件，就可以实现经过假设干个完整循环后，纱片能一片挨一片的均匀

12、布满整个芯模外表。1、一个完整循环的各切点等分芯模转过的角度。即各切点均分布在圆周上。2、前一个完整循环与相继的后一个完整循环所对应的纱片在筒身段错开的距离等于一个纱片的宽度。一个完整循环的概念；螺旋缠绕时，由导丝头得纤维自芯模上*点开场，导丝头经过假设干次往返运动后，又回到原来的起始点上，这样，在芯模上所完成的一次不重复布线称为标准线，完成一个标准线的缠绕，称为一个完整循环。一个完整循环缠绕的切点数及分布规律：在一个完整循环，等分极孔切点排布顺序。纤维缠绕规律以及切点法所描述得线型应满足的3个条件：1缠绕规律外表上是纤维在芯模上的排布方式即线型，实际上是芯模的转动与小车平移或导丝头间的运动关

13、系。2线型满足的三个条件：均匀；布满；位置稳定切点法所描述的3个条件：均匀条件：极孔圆周上的诸切点等分极孔圆周；布满条件：前后相邻的两个完整循环所对应的纱片在筒身错开的距离等于一个纱片宽度；位置稳定：缠绕在芯模外表上的每条纤维轨迹都是相应曲面的测地线。线型设计的容与步骤：(1)根据产品构造尺寸，计算芯模的转角(计算值)；2查线型表，根据计算值查出相近的表值，然后反差确定线型；3转角的调整有3种方法：筒身长度可调，缠绕角不可调，调前者；容器尺寸不许变，调变缠绕角；允许改变极孔径就改变极孔半径；4根据选定的线型，画标准线展开图。缠绕力对制品性能的影响对制品机械性能的影响，纤维缠绕制品的强度和疲劳性

14、能与缠绕力有密切关系，力过大，制品强度偏低。力小，衬在冲压时变形就大，而容器的变形越大，其疲劳性能就越差。力过大，纤维由于磨损而使强度损失增大，制品温度下降。纤维之间力的均匀性对制品的性能影响也很大。为了使制品各缠绕层不出现松外紧现象，应使力逐层有规律的递减，以是外层纤维的初始应力状态一样，从而使容器冲压后，外层纤维能同时承受载荷。力对制品密实程度的影响，两者成正比。力对含胶量的影响，力增大含胶量降低，为了防止出现胶液含量沿壁厚不均匀-高外低，多采用分层固化或预浸材料。缠绕力制度：1、纤维初始应力值确实定；2、力递减制度。力制度必须考虑以下因素：保证各层纤维初应力相等，衬刚度，纤维强度与磨损，

15、胶液流失，力装置性能。缠绕制品的特点：1比强度高缠绕纤维直径很细，降低了微裂纹存在几率，同时合股纤维束可遏制裂纹的扩展，并能使应力在纤维间通过摩擦而相互传递，连续纤维特别是无捻粗纱由于没有经过纺织工序，强度损失大大减少；防止了纤维的应力集中；可以实现产品等强度构造设计纤维含量高达80%；2可靠性高；3生产率高，由于纤维制品质量高而稳定，可实现机械化自动化，生产率高，便于大批量生产；4材料本钱低。复材的夹层构造方法概念：夹层构造是由高强度蒙皮和轻质夹芯材料所构成的一种构造形式。玻璃钢夹层构造为玻纤布蜂窝或泡沫塑料等所组成的构造材料。分类：玻璃钢夹层构造按其所用夹芯材料类别通常可分为三种，即泡沫夹

16、层构造、玻板夹层构造和蜂窝夹层构造。GFRP的夹层构造的力学意义：简支梁的三点弯曲、分析挠度、跨距长度、P值、分材料E值与J惯性矩1bh3/12硬质聚氨酯泡沫塑料夹心生产工艺原理硬质聚氨酯泡沫塑料的制造分一步法和两步法。一步法是将所有的原料按配方混合在一起而形成泡沫塑料；二步法又分为预聚法和半预聚法两种，预聚法是使异氰酸酯先与聚酯或聚醚反响生成预聚体，在参加其他组分而形成泡沫塑料；半预聚法是使局部聚酯或聚醚先与所有的异氰酸酯作用，而后再参加剩余的聚酯或聚醚与其他组分的混合物使其成为泡沫塑料。聚氨酯的生成：异氰酸酯+聚酯或聚醚的羟基，同时与水反响生成CO2而发泡。泡沫的形成：聚氨酯泡沫塑料在形成

17、过程中，始终伴有复杂的化学反响，可归纳为6种。链增长反响。指异氰酸酯或聚酯生成聚氨酯的反响，即异氰酸酯与羟基之间反响O=HNCO+OHNCO放气反响。指异氰酸酯与水作用放出CO2的反响 HO=HNCO+HOHNCONH+CO2 氨基甲酸 胺与异氰酸酯的反响，这是中生成的胺又与异氰酸酯作用形成脲的衍生物反响。HO=HNH2+ONCN联和支化反响。指氨基甲酸酯中的氮原子上的氢与异氰酸酯反响。这一反响可使线型聚合物形成支化和交联构造。O=O=OCNH+OOCNO=CNH缩二脲的形成反响。它是由脲衍生物与异氰酸酯反响生成的。O=O=NHCNH+ONHCNO=CNH带有羧基聚酯与异氰酸酯反响。O=COO

18、H+OCNH+CO2上述六种化学反响，在制造泡沫塑料时，起聚合和发泡两种作用，必须平衡进展。无机非金属基复合材料的成型工艺及设备概念：无机非金属基复合材料通常是指用各种类型的纤维或晶须为增强材料，以水泥、玻璃、瓷、石膏等无机非金属材料为基体，通过不同的成型方法复合而成的一类新型的多相固态材料。GRC 玻璃纤维增强水泥基复合材料 玻璃纤维增强硅酸盐水泥/玻璃纤维增强氯氧镁水泥增强硅酸盐水泥基体的特点与增强纤维的选择原则/要求特点：纤维增强水泥基体复合材料与普通的混凝土相比，其显著特点是轻质高强，具有良好的断裂韧性。其拉压比一般可到达1/41/6普通混凝土为1/10。它即可做墙体材料，又可用于强度

19、要求不高的构造材料。要求：1、弹性模量高。纤维与水泥的弹性模量比越高，越有利于应力于基体传到纤维。2、纤维的变形能力要高。纤维的断裂延伸率愈大，则愈有利于纤维增强水泥基复合材料韧性的提高。3、抗拉强度高。所用纤维的抗拉强度至少要比水泥基体高2个数量级。4、泊桑比不宜过大。以保证纤维不致过早地与基体脱开。5、纤维与水泥有较好的化学相容性，同时不受水泥水化产物的侵蚀。6、使用短切纤维时，应有一定的长径比。目的在于兼顾抗拉、抗弯强度与韧性三者性能的协调。同时，纤维与基体之间要有良好的粘接强度。7、来源方便，价格廉价，对人体无害。GRC的耐久性问题GF的耐碱性用抗碱玻纤 使用低碱度水泥 使用涂层氯氧镁

20、水泥基复合材料的材料设计：氯氧镁水泥基复合材料是以氯氧镁水泥为基体，以各种类型的纤维增强材料及不同外加剂所组成，用一定的方法复合而成的一种多相固体材料。选材菱苦土MgO70%是氯氧镁水泥的主要成分。烧失量10%， 凝结时间初凝45min，终凝7h，细度120目筛余量10%，20安定性为合格。卤水或卤片MgCl26H2O及波美度要求。卤水的性能指标：MgCl245%，KCl+NaCl2%，MgSO4+CaSO42%玻璃纤维增强材料，氯氧镁水泥的PH值=10，应选用中碱或无碱玻璃纤维及制品做增强材料。填料，填料可改善制品性能，同时可调节生产浆料的稠度，控制料浆的可操作性。多空体系利用小填料填充封孔

21、，其粒度一般控制在120目以上。外加剂。为提高镁水泥复合材料的耐水性和使用寿命，通常要掺加一些有效的抗水性外加剂，如磷酸盐、焦磷酸钠、磷酸、亚麻油等他辅助材料，如涂料等热塑性复合材料：FRTP的成型工艺及设备概念：热塑性复合材料是指以热塑性树脂为基体，以各种纤维为增强材料而制成的复合材料。分类：胺树脂基体及复合后的性能分为高性能复合材料和通用型复合材料两类。高性能复合材料除具有比金属材料高的比强度和比模量外，最大的特点是能在200以上的高温下长期使用。按增强材料在复合材料中的形状分为：短纤维增强复合材料和连续纤维增强热塑性复合材料两类。热塑性片状复合材料是以连续玻璃纤维毡、短切玻璃纤维毡、布、

22、无捻粗纱和热塑性树脂复合而成的一种片状模塑料。纤维增强热塑性复合材料分为高性能复合材料和通用型复合材料两种。热塑性成型工艺中，热塑性树脂的工艺性FRTP的成型过程通常包括：使物料变形或流动，充满模具并取得所需要的形状，保持所得的形状成为制品。热塑性复合材料的工艺性能主要取决与树脂基体，因为纤维增强材料在成型过程中不发生物理和化学变化，仅使基体的粘度增大，流动性降低而已。热塑性树脂的分子呈线型，具有长链分子构造，这些长链分子相互贯穿，彼此重叠和缠绕在一起，形成无规线团构造。热塑性树脂的成型性能表现为良好的可挤压性、可莫塑性和课延展性等，所有这些性能都和温度密切相关。能够用于生产热塑性片状模塑料的

23、树脂有很多，如尼龙、聚乙烯和聚丙烯等。但目前世界各国主要还是用聚丙烯或改性聚丙烯生产片状模塑料。因为聚丙烯的优点较多；密度小0.9/cm3;抗冲击性好可以在-40100温度围使用 工艺性好到达熔融温度后，在压力下流动性能好，容易浸透玻璃纤维，冷却后能迅速硬化来源广、本钱低。由它生产的片状模塑料，能够提高冲压成型制品的生产率。热塑性复材FRTP在成型加工过程中，可能产生降解的原因，分析其防止降解的措施原因：水降解，有些基团怕水，易断裂；热降解，加工温度过高导致；氧降解， 被氧化； 应力降解，成型中受力、经疏松造成降解，纤维易撕裂。措施：控制工艺参数，如成型加工温度合理的选择工艺条件，使塑料制品在

24、不易降解的条件下进展；原材料烘干，含水量控制在0.05%以下。对原材料进展烘干，使水分含量控制在0.01%-0.05%以下；选择先进的仪器设备，改良设备及模具；对原材料的质量进展检测选用技术指标合格的原材料；参加稳定作用的稳定剂，尽可能不发生反响。FRTP的性能特点相对于FRP的优势比强度高。能重复加工成型，边角余料可回收利用，不污染环境，减少材料消耗，降低本钱成型周期短成型压力低贮存期长热固性玻璃钢具有较高的耐化学腐蚀性、耐水性和气密性等原材料来源充足，价格廉价本低，*些品种热塑性玻璃钢本钱比手糊聚酯玻璃钢低20%左右械化程度高，热塑性玻璃钢必须机械化生产，产品质量稳定，但初次投资费用较高。

25、挤出成型工艺与注射成型工艺的主要区别挤出成型工艺是生产热塑性复合材料制品的主要方法之一，其工艺工程是先将树脂和增强纤维制成粒料，然后再将粒料参加挤出机，经塑化、挤出、冷却定型而成制品。广泛用于生产增强塑料管、棒材、异型断面型材等，其优点是能加工大多数热塑性复合材料及局部热固性复合材料，生产过程连续，自动化程度高，工艺已掌握及产品质量稳定等，其缺点是只能生产线型制品。挤出成型主要包括加料、塑化、成型、定型四个过程。增强粒料从料斗进入挤出机的料桶，在热压作用下发生物理变化，并向前推进，有虑板、机头、料筒阻力，使粒料压实、排气，同时，外部热源与和物料摩擦热使料粒受热塑化，变成熔融粘流态，定量地从机头

26、挤出。注射成型是树脂基复合材料生产中的一种重要的成型方法，适用于热塑性和热固性复合材料，但以热塑性复合材料应用最广。注射成型是将粒状或粉状的纤维-树脂混合料从注射机的料斗送入机筒，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度降低的闭合模，竞购冷却定型后，脱模得制品，注射成型为间歇式操作过程。注射成型工艺包括闭模、加料、塑化、注射、保压、固化冷却定型、开模出料等工序。FRTP的注射成型过程主要产生物理变化。增强粒料在注射机的料筒加热熔化至粘流态，以高压迅速注入温度较低的闭合模，经过一段时间冷却，使物料在保持模腔形状的情况下恢复到玻璃态，然后开模取出制品。这一过程主要是加热、冷却过程，物料不发生化

27、学变化。拉挤成型工艺概念：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，连续生产玻璃钢线型制品的一种方法，它不同于其他成型工艺的地方时外力拉拨和挤压模塑，故称拉挤成型工艺。工艺流程：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分类：间歇式拉挤成型工艺、连续式拉挤成型工艺、立式拉挤成型工艺拉挤成型工艺特点：生产效率高，便于实现自动化；制品中增强材料的含量一般为40%-80%，能够充分发挥增强材料作用，制品性能稳定可靠；劳动强度低；生产过程中树脂损耗少；制品的纵向和横向强度可任意调整，以适应不同制品的使用要求；其长度可根据需要定长切割。原材料的特点：拉挤成型所用树脂主要有不饱和聚酯树脂、环氧树脂和乙烯基酯树脂等。美国用于拉挤工艺专用的不饱和聚酯树脂有五种：、硬质高反响性间苯型不饱和聚酯树脂。它与低收缩性填料相容性好，与传统聚酯树脂相比，拉挤速度可提高5倍；、中反响性间苯型不饱和聚酯，特别适用于制造直径为25mm以上的型材，且具有良好的耐腐蚀性；、硬质高反响性间苯型不饱和聚酯。特别适用于执照奶水和韧性制品；、中反响性间苯不饱和聚酯树脂。它适用于制造耐腐蚀性制品；