复合材料成型工艺大全及说明

复合材料成型工艺大全及说明复合材料成型工艺是复合材料工业的进展根底和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速进展，老的成型工艺日臻完善，的成型方法不断涌20地用于工业生产。视所选用的树脂基体材料的不同，各方法适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：材料制造与制品成型同时完成一般状况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必需依据制品的使用要求进展设计，因此在选择材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必需满足制品的物化性能、构造外形和外观质量要求等。 〔2〕制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流淌液体，增加材料是松软纤维或织物，因此用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它材料简洁的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。层压及卷管成型工艺 1、层压成型工艺 层压成型是将预浸胶布依据产品外形和尺寸进展剪裁、叠加后，放入两个抛光的金属模具之间，加温加压成型复合材料制品的生产工艺。它是复合材料成型工艺中进展较早、也较成熟的一种成型方法。该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。现在，印刷电路板材已广泛应用于各类收音机、电视机、机和移动机、电脑产品、各类把握电路等全部需要平面集成电路的产品中。 艺主要用于生产各种规格的复合材料板材，具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点，但一次性投资较大，适用于批量生产，并且只能生产板材，且规格受到设备的限制。层压工艺过程大致包括：预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序。2、卷管成型工艺卷管成型工是用预浸胶布在卷管机上热卷成型的一种复合材料制品成型方法，其原理是借助卷管机上的热辊，将胶布软化，使胶布上的树脂熔融。在一定的张力作用下，辊筒在运转过程中，借助辊筒与芯模之间的摩擦力，将胶布连续卷到芯管上，直到要求的厚度，然后经冷辊冷却定型，从卷管机上取下，送入固化炉中固化。管材固化后，脱去芯模，即得复合材料卷管。卷管成型按其上布方法的不同而可分为手工上布法和连续机械法两种。其根本过程是：首先清理各辊筒，然后将热辊加热到设定温度，调整好胶布张力。在压辊不施加压力的状况1后放下压辊，将引头布贴在热辊上，同时将胶布拉上，盖贴在引头布的加热局部，与引头布相搭接。引头布的长度约为800～1200mm，视管径而定，引头布与胶布的搭接长度一般为150～250mm。在卷制厚壁管材时，可在卷制正常运行后，将芯模的旋转速度适当加快，在接近设计壁厚时再减慢转速，至到达设计厚度时，切断胶布。然后在保持压辊压力的状况下，连续使芯模旋转1～2圈。最终提升压辊，测量管坯外径，合格后，从卷管机上取出，送入固化炉中固化成型。 3、预浸胶布制备工艺 预浸胶布是生产复合材料层压板材、卷管和布带缠绕制品的半成品。 〔1〕原材料预浸胶布生产所需的主要原材料有增强材料〔如玻璃布、石棉布、合成纤维布、玻璃纤维毡、石棉毡、碳纤维、芳纶纤维、石棉纸、牛皮等〕和合成树脂〔如酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂等。 〔2〕预浸胶布的制备工艺预浸胶布的制备是使用经热处理或化学处理的玻璃布，经浸胶槽浸渍树脂胶液，通过刮胶装置和牵引装置把握胶布的树脂AB之为玻璃的浸胶。树脂传递模塑成型〔RTM〕 树脂传递模塑成型简称M〔nrg。M起始于0年代，是手糊成型工艺改进的一种闭模成型技术，可以生产出两面光的制品。在国外属于这一工艺范畴的还有树脂注射工艺〔ResinInjection〕和压力注射工艺(PressureInfection)。 RTM的根本原理是将玻璃纤维增加材料铺放到闭模的模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增加材料，然后固化，脱模成型制品。 从上前的争论水平来看，RTM技术的争论进展方向将包括微机把握注射机组，增加材料预成型技术，低本钱模具，快速树脂固化体系，工艺稳定性和适应性等。 RTM成型技术的特点：①可以制造两面光的制品；②成型效率高，适合于中等规模的玻璃钢产品生产〔0/年以内；③RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工人安康；④增加材料可以任意方向铺放，简洁实现按制品受力状况铺放增加材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建厂投资少，上马快。RTM技术适用范围很广，目前已广泛用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等工业领域。已开发的产品有：汽车壳体及部件、消遣车构件、螺旋浆、8.5m长的风力发电机叶片、天线罩、机器罩、浴盆、沐浴间、游泳池板、座椅、水箱、亭、电线杆、小型游艇等。 工艺及设备 成型工艺RTM全部生产过程分11道工序，各工序的操作人员及工具、设备位置固定，模具由小车运送，依次经过每一道工序，实现流水作业。模具在流水线上的循环时间，根本上反映了制品的生产周期，小型制品一般只需十几分钟，大型制品的生产周期可以把握在1h以内完成。 成型设备 成型设备主要是树脂压注机和模具。 ①树脂村注机 树脂压注机由树脂泵、注射枪组成。树脂泵是一组活塞式往复泵，最上端是一个空气动力泵。当压缩空气驱动空气泵活塞上下运动时，树脂泵将桶中树脂经过流量把握器、过滤器定量地抽入树脂贮存器，侧向杠杆使催化剂泵运动，将催化剂定量地抽至贮存器。压缩空气充入两个贮存器，产生与泵压力相反的缓冲力，保证树脂和催化剂能稳定的流向注射枪头。注射枪口后有一个静态紊流混合器，可使树脂和催化剂在无气状态下混合均匀，然后经枪口注入模具，混合器后面设计有清洗剂入口，它与一个有0.28MPa压力的溶剂罐相联，当机器使用完后，翻开开关，溶剂自动喷出，将注射枪清洗干净。 ②模具 RTM模具分玻璃钢模、玻璃钢外表镀金属模和金属模3种。玻璃钢模具简洁制2023钢模具可使用4000次。外表镀金属的玻璃钢模具可使用10000次以上。金属模具在RTM工艺中很少使用，一般来讲，RTM的模具费仅为SMC的2%～16%。 〔2〕RTM原材料 RTM用的原材料有树脂体系、增加材料和填料。 树脂体系：RTM工艺用的树脂主要是不饱和聚酯树脂。 增加材料：一般RTM的增加材料主要是玻璃纤维，其含量为%～%〔重量比；常用的增加材料有玻纤维连续毡、复合毡及轴向布。 填料：填料对RTM工艺很重要，它不仅能降低本钱，改善性能，而且能在树脂固化放热阶段吸取热量。常用的填料有氢氧化铝、玻璃微珠、碳酸钙、云母等。袋压法、热压罐法、液压釜法和热膨胀模塑法成型袋压法、热压罐法、液压釜法和热膨胀模塑法统称为低压成型工艺。其成型过程是用手工铺叠方式，将增加材料和树脂〔含预浸材料〕按设计方向和挨次逐层铺放到模具上，到达规定厚度后，经加压、加热、固化、脱模、修整而获得制品。四种方法与手糊成型工艺的区分仅在于加压固化这道工序。因此，它们只是手糊成型工艺的改进，是为了提高制品的密实度和层间粘接强度。 玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维和环氧树脂为原材料，用低压成型方法制造的高性能复合材料制品，已广泛用于飞机、、卫星和航天飞机。如飞机舱门、整流罩、机载雷达罩，支架、机翼、尾翼、隔板、壁板及隐形飞机等。 〔1〕袋压法 袋压成型是将手糊成型的未固化制品，通过橡胶袋或其它弹性材料向其施加气体或液体压力，使制品在压力下密实，固化。袋压成型法的优点是：①产品两面光滑；②能适应聚酯、环氧和酚醛树脂；③产品性能比手糊高。 袋压成型分压力袋法和真空袋法2种： ①压力袋法压力袋法是将手糊成型未固化的制品放入一橡胶袋，固定好盖板，然后通入压缩空气或蒸汽5～a，使制品在热压条件下固化。 ②空袋法 此法是将手糊成型未固化的制品，加盖一层橡胶膜，制品处于橡胶膜和模具之间，密封周边，抽真空5～a，使制品中的气泡和挥发物排解。真空袋成型法由于真空压力较小，故此法仅用于聚酯和环氧复合材料制品的湿法成型。〔2〕热压釜和液压釜法热压釜和液压釜法都是在金属容器内，通过压缩气体或液体对未固化的手糊制品加热、加压，使其固化成型的一种工艺。 热压釜法 热压釜是一个卧式金属压力容器，未固化的手糊制品，加上密封胶袋，抽真空，然后连同模具用小车推动热压釜内，通入蒸汽〔压力为1.5～a，并抽真空，对制品加压、加热，排出气泡，使其在热压条件下固化。它综合了压力袋法和真空袋法的优点，生产周期短，产品质量高。热压釜法能够生产尺寸较大、外形简洁的高质量、高性能复合材料制品。产品尺寸受热压釜限制，目前国内最大的热压釜直径为2.5m，长18m，已开发应用的产品有机翼、尾翼、卫星天线反射器，载入体、机载夹层构造雷达罩等。此法的最大缺点是设备投资大，重量大，构造简洁，费用高等。液压釜法液压釜是一个密闭的压力容器，体积比热压釜小，直立放置，生产时通入压力热水，对未固化的手糊制品加热、加2MPa80～100℃200℃。此法生产的产品密实，周期短，液压釜法的缺点是设备投资较大。〔3〕热膨胀模塑法 热膨胀模塑法是用于生产空腹、薄壁高性能复合材料制品的一种工艺。其工作原理是承受不同膨胀系数的模具材料，利用其受热体积膨胀不同产生的挤压力，对制品施工压力。热膨胀模塑法的阳模是膨胀系数大的硅橡胶，阴模是膨胀系数小的金属材料，手糊未固化的制品放在阳模和阴模之间。加热时由于阳、阴模的膨胀系数不同，产生巨大的变形差异，使制品在热压下固化。

喷射成型技术喷射成型技术是手糊成型的改进，半机械化程度。喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大，如美国占9.1%，西欧占11.3%，日本占21%。目前国内用的喷射成型机主要是从美国进口。 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，当沉积到确定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排解气泡，固化后成制品。喷射成型的优点：①用玻纤粗纱代替2～4③产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好；④可削减飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗；⑤产品尺寸、外形不受限制。其缺点为：①树脂含量高，制品强度低；②产品只能做到单面光滑；③污染环境，有害工人安康。 喷射成型效率达15kg/min，故适合于大型船体制造。已广泛用于加工浴盆、机器外罩、整体卫生间，汽车车身构件及大型浮雕制品等。〔2〕生产预备场地：喷射成型场地除满足手糊工艺要求外，要特别留意环境排风。依据产品尺寸大小，操作间可建成密闭式，以节约能源。材料预备：原材料主要是树脂〔主要用不饱和聚酯树脂〕和无捻玻纤粗纱。模具预备：预备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。喷射成型设备：喷射成型机分压力罐式和泵供式两种：①泵式供胶喷射成型机，是将树脂引发剂和促进剂分别由泵输送到静态混合器中，充分混合后再由喷枪喷出，称为枪内混合型。其组成局部为气动把握系统、树脂泵、助剂泵、混合器、喷枪、纤维切割喷射器等。树脂泵和助剂泵由摇臂刚性连接，调整助剂泵在摇臂上的位置，可保证配料比例。在空压机作用下，树脂和助剂在混合器内均匀混合，经喷枪形成雾滴，与切断的纤维连续地喷射到模具外表。这种喷射机只有一个胶液喷枪，构造简单，重量轻，引发剂铺张少，但因系内混合，使完后要立即清洗，以防止喷射堵塞。②压力罐式供胶喷射机是将树脂胶液分别装在压力罐中，靠进入罐中的气体压力，使胶液进入喷枪连续喷出。主要由两个树脂罐、管道、阀门、喷枪、纤维切割喷射器、小车及支架组成。工作时，接通压缩空气气源，使压缩空气经过气水分别器进入树脂罐、玻纤切割器和喷枪，使树脂和玻璃纤维连续不断的由喷枪喷出，树脂雾化，玻纤分散，混合均匀后沉落到模具上。这种喷射机是树脂在喷枪外混合，故不易堵塞喷枪嘴。 〔3〕喷射成型工艺把握 喷射工艺参数选择：①树脂含量 喷射成型的制品中，树脂含量把握在60%左右。 ②喷雾压力 当树脂粘度为0.2Pa·s，树脂罐压力为0.05～0.15MPa时，雾化压力为0.3～0.55MPa，方能保证组分混合均匀。 ③喷枪夹角 不同夹角喷出来的树脂混合交距不同，一般选用20°夹角，喷枪与模具的距离为350～400mm。转变距离，要高速喷枪夹角，保证各组分在靠近模具外表处交集混合，防止胶液飞失。 喷射成型应留意事项： ①环境温度应把握在〔25±5〕℃。过高，易引起喷枪堵塞；过低，混合不均匀，固化慢； ②喷射机系统内不允许有水分存在，否则会影响产品质量； ③成型前，模具上先喷一层树脂，然后再喷树脂纤维混合层； 整气压，把握树脂和玻纤含量； ⑤喷枪要均匀移动，防止漏喷，不能走弧线，两行之间的重叠富庶小于1/3，要保证掩盖均匀和厚度均匀； ⑥喷完一层后，马上用辊轮压实，要留意棱角和凹凸外表，保证每层压平，排出气泡，防止带起纤维造成毛刺； ⑦每层喷完后，要进展检查，合格后再喷下一层； ⑧最终一层要喷薄些，使外表光滑； ⑨喷射机用完后要马上清洗，防止树脂固化，损坏设备。

泡沫塑料夹层构造制造技术〔1〕原材料 泡沫塑料夹层构造用的原材料分为面板〔蒙皮〕材料、夹芯材料和粘接剂。 ①面板材料主要是用玻璃布和树脂制成的薄板，与蜂窝夹层构造面板用的材料一样。 ②粘接剂 剂，主要取决于泡沫塑料种类，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用不饱和聚酯树脂粘接。 ③泡沫夹芯材料 塑料的种类很多，其分类方法有两种： 基体分，可分为：聚氯乙烯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料，聚乙烯泡沫塑料，聚氨酯泡沫塑料，酚醛，环氧及不饱和聚酯等热固性泡沫塑料等。 ，可分为硬质、半硬质和软质三种。 用泡沫塑料芯材生产夹层构造的最大优点是防寒、绝热，隔音性能好，质量轻，与蒙皮粘接面大，能均匀传递荷载，抗冲击性能好等。 〔2〕泡沫塑料制造技术 生产泡沫塑料的发泡方法较多，有机械发泡法、惰性气体混溶减压发泡法、低沸点液体蒸发发泡法、发泡剂分解放气发泡法和原料组分相互反响放气发泡法等。①机械发泡法利用猛烈机械搅拌，将气体混入到聚合物溶液、乳液或悬浮液中，形成泡沫体，然后经固化而获得泡沫塑料。②惰性气体混溶减压发泡法利用惰性气体〔如氮气、二氧化碳等〕无色、无臭、难与其它化学元素化合的原理，在高压下压入聚合物中，经升温、减压、使气体膨胀发泡。③低沸点液体蒸发发泡法将低沸点液体压入聚合物中，然后加热聚合物，当聚合物软化、液体到达沸点时，借助液体气化产生的蒸气压力，使聚合物发泡成泡沫体。④化学发泡剂发泡法借助发泡剂在热作用下分解产生的气体，使聚合物体积膨胀，形成泡沫塑料。⑤原料化学反响发泡法此法是利用能发泡的原料组分，相互反响放出二氧化碳或氮气等使聚合物膨胀发泡成泡沫体。泡沫塑料夹层构造制造 泡沫塑料夹层构造的制造方法有：预制粘接法、现场浇注成型法和连续机械成型法三种。 ①预制粘接法 将蒙皮和泡沫塑料芯材分别制造，然后再将它们粘接成整体。预制成型法的优点是能适用各种泡沫塑料，工艺简洁，不需要简洁机械设备等。其缺点是生产效率低，质量不易保证。 型法 先预制好夹层构造的外壳，然后将混合均匀的泡沫料浆浇入壳体内，经过发泡成型和固化处理，使泡沫涨满腔体，并和壳体粘接成一个整体构造。 法 适用于生产泡沫塑料夹层构造板材。其它成型工艺聚合物基复合材料的其它成型工艺，主要指离心成型工艺、浇铸成型工艺、弹性体贮存树脂成型工艺〔M、增加反响注射成型工艺〔RRIM〕等。 离心成型工艺在复合材料制品生产中，主要是用于制造管材〔地埋管，它是将树脂、玻璃纤维和填料按确定比例和方法参与到旋转的模腔内，依靠高速旋转产生的离心力，使物料挤压密实，固化成型。 离心玻璃钢管分为压力管非压力管两类，其使用压力为0～18MPa。这种管的管径一般为φ400～φ2500mm，最大管径或达5m，以φ1200mm以上管径经济效果最正确，离心管的长度2～12m，一般为6m。 离心玻璃钢管的优点很多，与一般玻璃钢管和混凝土管相比，它强度高、重量轻，防腐、耐磨〔是石棉水泥管的5～10倍、节能、耐久〔50年以上〕及综合工程造价低，特别是大口径管等；与缠绕加砂玻璃钢管相比，其最大特点是刚度大，本钱低，管壁可以按其功能设计成多层构造。离心法制管质量稳定，原材料损耗少，其综合本钱低于钢管。离心玻璃钢管可埋深15m，能随真空及外压。其缺点是内外表不够光滑，水力学特性比较差。 离心玻璃钢管的应用前景格外广阔，其主要应用范围包括：给水及排水工程干管，油田注水管、污水管、化工防腐管等。 〔1〕原材料 离心管的原材料有树脂、玻璃纤维及填料〔粉状和粒状填料〕等。 树脂：应用最广的是不饱和聚酯树脂，可依据使用条件和工艺要求选择树脂牌号和固化剂。 增加材料：主工是玻璃纤维及其制品。玻纤制品有连续纤维毡、网格布及单向布等，制造异形断面制品时，可先将玻纤制成预制品，然后放入模内。填料：填料的作是用增加制品的刚度、厚度、降低本钱，填料的种类要依据使用要求选择，一般为石英砂、石英粉、辉绿岩粉等。〔2〕工艺流程离心制管的加料方法与缠绕成型工艺不同，加料系统是把树脂、纤维和填料的供料装置，统一安装在可往复运动的小车上。 〔3〕模具 离心法生产玻璃钢管的模具，主要是钢模，模具分整体式和拼装式两种：小于φ800mm管的模具，用整体式，大于φ800mm管的模具，可以用拼装式。 模具设计要保证有足够的强度和刚度，防止旋转、震惊过程中变形。模具由管身、封头、托轮箍组成。管身由钢板卷焊而成，小直径管身可用无缝钢管。封头的作用是增加管模端头的强度和防止物料外流。托轮箍的作用是支撑模具，传递旋转力，使模具在离心机上高速度旋转，模具的管身内外表必需平坦，光滑，一般都要精加工和抛光，保证顺当脱模。 2、浇注成型工艺 浇注成型主要用于生产无纤维增加的复合材料制品，如人造大理石，钮扣、包埋动、植物标本、工艺品、锚杆固定剂、装饰板等。 浇注成型比较简洁，但要生产出优质产品，则需要娴熟的操作技术。 钮扣生产工艺 用聚酯树脂浇注的钮扣，具有硬度高，光泽好，耐磨、耐烫、耐干洗、花色品种多及价格低等优点，80%以上。生产钮扣的原料主要是不饱和聚酯树脂、固化剂〔引发剂承受过氧化甲乙酮〕和关心材料〔包括色浆、珠光粉、触变剂等。 聚酯钮扣承受离心浇注式棒材浇注法生产，先制成板材或棒材，然后经切板、切棒制成钮扣，再经热处理、刮面、刮底、铣槽、打眼、抛光等工序制成钮扣。 〔2〕人造石材生产工艺 不饱和聚酯树脂和填料制成的。由于所选用的填料不同，制成的人造石材分为人造大理石、人造玛瑙、人造花岗石和聚酯混凝土等。 生产人造石材的原材料是不饱和聚酯树脂，填料和颜料： ①树脂 生产人造石材的树脂分面层和构造层两层，外表装饰层树脂要求收缩性小，有韧性、硬度好，耐热、耐磨、耐水等，同时要求易调色。辛戌二醇邻苯型树脂用于人造石材，辛戌二醇间苯型树脂用于生产卫生洁具。固化体系，常用过氧化甲乙酮、萘酸钴溶液。②填料生产人造石材的填料有很多，生产人造大理石的填料是大理石粉，石英粉、白云石粉、碳酸钙粉等，生产人造花岗石的填料是用粒料级配，不同品种花岗石用不同颜色的粒料，生产人玛瑙的填料要有确定透亮性，一般选用氢氧化铝或三氧化二铝等。③颜料 生产人造石材需要各色颜料，如制人造大理石或人造玛瑙浴盆，应选择耐热、耐水的色浆，制造装饰板及工艺品时，要选用耐光、耐水及耐久的颜料。 人造大理石、花岗石板材用的模具材料有玻璃钢、不锈钢、塑料、玻璃等。生产人造石板材的模板，要求外表平整，光泽、有足够的强度和刚度，能经受生产过程中的热应力、搬运荷载及碰撞等。 3、弹性体贮树脂模塑成型技术 弹性体贮树脂模塑成型〔ElasticReservirMolding,ERM〕是80年月在欧美消灭的工艺，它是用柔性材料〔开孔聚氨酯泡沫塑料〕作为芯材并渗入树脂糊。这种渗有树脂糊的泡沫体留在成型好的ERM材料中间，泡沫体使ERM制成的产品密度降低，冲击强度和刚度提高，故可称为压制成型的夹层构造制品。 ERM与SMC一样，同属于模压成型的片状模塑料，只是由于ERM具有夹层构造的构造，给它带来优于SMC的特点： 〔1〕重量轻：ERM比用毡和SMC制成的制品轻30%以上； 〔2〕ERM制品的比刚度优于SMC、铝和钢制成的制品； 〔3〕搞冲击强度高：在增加材料含量一样的条件下，ERMSMC抗冲击强度高很多； 〔4〕物理力学性能高：在增加材料含量一样的条件下，ERM制品的物理力学性能优于SMC制品； 〔5〕投资费用低：ERM成型机组比SMC机组简洁，ERM制品成型压力比SMC制品低10倍左右，故生产ERM制品时可以承受低吨位压机和低强度材料模具，从而削减建投资。 ERM