复合材料工艺及设备

第一章复合材料定义：是指两种或两种以上不同材料，用适当的方法复合成一种材料，其性能基复合材料复合材料最大特点，是性能具有可设计性。影响复合材料性能的因素很多，主要取决于增强材料的性能，含量及分布状况，基体材料的性能和含量，以及它们之间的界面结合状况。3.60250400摄氏60010001500基体材料的性能，一般硬度为陶瓷基复合材料大于金属基复合材料大于树脂基复合材料就力学性能而言，复合材料的力学性能取决于增加材料的性能，含量和分布，以及基体材料的性能和含量。复合材料的耐自然老化性能，取决于基体材料的性能和与增加材料的界面粘结。一般优劣次序为，陶瓷基复合材料大于金属基复合材料大于树脂基复合材料。导热性能的优劣比较为：金属基复合材料大于陶瓷基复合材料大于树脂基复合材料。选择成型方法时应考虑：①产品外形构造和尺寸大小②材料性能和产品质量要求③生产批量大小及供给时间〔允许的生产周期〕要求④企业可能供给的设备条件及资金⑤综合经济效益，保证企业盈利其次章手糊成型：又称接触成型。是用纤维增加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。手糊成型按成型固化压力可分为两类：接触压和低压〔接触压以上射成型。后者包括对模成型，真空成型，袋压成型，热压釜成型，树脂传递模塑〔RTM〕和反响注射模塑〔RIM〕成型。聚合物基体的选择：能配置成粘度适当的胶液，适宜手糊成型的胶液粘度为200-500厘泊聚合物集体包括不饱和聚酯树脂，环氧树脂和关心材料。其中，关心材料包括稀释剂〔分为活性稀释剂和非活性稀释剂，填料〔在糊制垂直或倾斜面层时，为避开“流胶SiO2处变剂，色料。增加材料包括玻璃纤维〔E-玻璃纤维，也称无碱纤维；C-玻璃纤维；A-玻璃纤维，有碱纤SML防辐射玻璃纤维，碳纤维〔聚丙烯腈纤维，沥青纤维，粘胶纤维，Kevlar纤维。玻璃纤维制品：玻璃纤维无捻粗纱，短切纤维毡，无捻粗砂布，玻璃纤维细布，单向织物手糊成型模具分为单模和对模。单模分为阳模和阴模。玻璃钢高级模具：用玻璃钢制作，可获得“镜面效果”的，高光泽度，高平坦度手糊制品的模具。高级模具的要求：具有足够的强度、刚度。具有确定硬度、耐热性能承受树脂固化放热的收缩作用。工作面外形尺寸准确，外表平顺，无潜藏气泡和针孔。80-90光泽单位或者目测有清楚的镜面反光。抛光后模具外表残留划痕度小于0.1μm。材料选择：胶衣树脂：应具有收缩率低，延长率高，耐磨耐热等优良性能。最抱负的是专用模具胶衣树脂。玻璃纤维外表毡和玻璃纤维短切毡：毡用来增加胶衣防止微裂纹；形成富树脂层，提高模具外表光滑度和耐腐蚀性能；消退玻璃布在模具外表产生的布纹痕迹。制造工艺：过渡模〔母模〕制造GFRP模具翻制模具外表处理模具外表质量检测脱模剂：为了使制品与模具分别而附于模具成型面的物质。主要分为：薄膜型脱模剂，混合溶液型脱模剂，蜡型脱模剂。80摄氏度以下，使用方法：将模具清洗干净在模具外表均匀的涂一薄层脱模蜡，停2-3分钟后，用干净毛巾用力擦至照出人影，停2小时，让蜡层中的溶剂挥发掉，并使蜡模硬化，在模具外表形成一层坚硬光亮的模层。然后再用一样的方法连续涂脱模蜡，直到模具外表上形成的蜡模厚度足够反复屡次使用。制品脱模后，只需把模具外表揩干净，即可重复使用。外表层：制品外表需要特制的面层，称为外表层。一般承受加了颜料的胶衣树脂〔俗称胶衣层〕制作，也可用参与粉末填料的一般树脂制作，或直接用玻璃纤维外表毡。外表层树脂含量高，故也称富树脂层。外表层的作用：不仅可以美化制品，而且可以保护制品不受四周介质侵蚀，提高耐侵蚀、耐水、耐酸碱、耐候等性能，具有延长制品使用寿命的功能。铺层拼接的设计原则：制品强度损失小，不影响外观质量和尺寸精度，施工便利。拼接并在接缝区多加一层附加布。欲使不饱和聚酯树脂的线性分子与交联剂变成体型构造，必需参与引发剂。引发剂指活性发剂开头产生游离基的最低温度为临界温度，大多在60-130摄氏度。在室温下引发剂不能分别出游离基〔低于临界温度引发剂用量。固化度：说明热固性树脂固化反响的程度，通常用百分率表示。固化度越大，树脂的固品，都必需有一段适当的固化时期，才能充分发挥玻璃钢制品的应用性能。推断玻璃钢固化度的方法：除承受丙酮萃取测定树脂不行溶分含量方法之外，常用的简洁1530方可脱模。喷射成型：通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时喷射到模具外表，经棍压、固化制得复合材料制件的方法。分为压力罐供胶试喷射成型机和泵供胶试喷射成型机。喷射成型设备：玻璃纤维切割喷射器，树脂胶液喷枪，静态混合器热压釜：能够对复合材料手糊制品或胶接构造同时进展加热和加压的专用设备。热压釜分三大局部：机械局部，功能局部，把握局部。树脂传递模塑〔RT：是一种闭模成型工艺方法，根本工艺过程为：将液态热固性树脂〔不饱和聚酯〕及固化剂，由计量设备分别从储桶内抽出，经静态混合器混合均匀，注入事先铺有玻璃纤维增加材料的密封模内，经固化，脱模，后加工而成制品。用于RTM工艺的树脂系统应满足以下要求：250300厘泊为最正确。80-140摄氏度。5-30分钟。RTM工艺特点：生产的制品两面光滑，尺寸稳定，简洁组合第三章玻璃钢夹层构造按夹芯材料分为：泡沫夹层构造，玻璃夹层构造，蜂窝夹层构造。强度要求不高，质量轻，绝热好的状况下。泡沫夹层构造的最大特点是质量轻，刚度大，保温隔热性能好。泡沫塑料压缩，使其变形到达50%时，减压后视其剩余变形，假设大于10%者称为硬直泡沫2%—10%2%沫塑料。泡沫塑料的发泡方法〕物理发泡法〔〕机械发泡法〕化学发泡法聚氨酯泡沫塑料用原材料(1〕异氰酸酯类聚酯或聚醚催化剂发泡剂外表活性剂其它助剂硬质聚氨酯泡沫塑料的制造分一步法和两步法硬质聚氨酯灌注发泡法〔一步法〕硬质聚氨酯泡沫塑料喷涂法〔二步法〕泡沫夹层构造的制造预制粘接法整体浇注成型法机械连续成型法第四章模压成型工艺是将确定量的模压料放入金属对模中，在确定的温度和压力作用下，固化成型制品的一种方法。片状模塑料〔SMC〕是用不饱和聚酯树脂，增稠剂，引发剂，交联剂，低收缩添加剂，填乙烯或聚丙烯薄膜包覆起来形成的片状模压成型材料。SMC的组分及其性能不饱和聚酯树脂交联剂，引发剂，阻聚剂增稠剂：所谓增稠剂是SMC的粘度由很低快速增高，最终到达满足工艺要求的熟化粘度并能相对长期稳定大多数SMC制造都承受ⅡA族金属氧化物或氢氧化物。例如氧化镁，氢氧化镁，氧化钙，氢氧化钙。增稠机理第一阶段：是金属氧化物或氢氧化物与聚酯端基—COOH进展酸碱反响，生成碱式盐其次阶段：是由生成的碱式盐〔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低收缩机理在SMCSMC阻挡了聚酯固化时的收缩。填料的性能及选择：包括填料细度，油吸附量及触变性三项触变性：是一种物理现象，当物料受到外力作用〔如剪切力，震荡等〕时，粘度显著下降，而当除此外力时，物料又渐渐恢复到原来的粘度。SMC简洁脱模。面处，熔化并形成障碍，阻挡粘着，从而到达脱模目的。模压工艺参数：在模压过程中，物料宏观上历经粘流，凝胶和硬固三个阶段。生产上称为压制制度，它包含温度制度和压力制度。温度制度包括：装模温度，升温温度，最高模压温度压力制度包括：成型压力，加压时机，放气充模加压时机：指在装模后经多长时间，在什么温度下进展加全压。合理选用加压时机是保证制品质量的关键之一。加压过早，树脂反响程度低，分子质量小，粘度低，在压力下极易流失，在制品中产生树脂集聚或局部纤维暴露。加压过迟，树脂反响程度过高，分子质量急加压时机应选在树脂猛烈反响放出大量气体之前。可承受下述三种方法来确定：一、凭阅历二、依据温度指示三、按树脂固化反响时气体释放量来确定加压时机第五章1.设计模具时必需充分考虑模压制品的物理机械性能与工艺特性，留意如下因素：复合材料的物理机械性能模压料的成型工艺性制品在成型后的收缩率及各向收缩率差异制品及模具外形应有利于物料充分流淌，排气模具的构造及加热装置有利于对模压料进展快速，高效，均匀，稳定的加热在满足使用要求前提下，应尽量简化模具构造和制造工艺2.压模按上，下模协作构造特征分类溢式压模〔放开式〕不溢式压模〔密闭式〕半溢式压模〔半密闭式压模〕压力以及开模脱出制品的脱模力。液压机是利用液体来传递压力的设备。液体在密闭容器中传递压力遵循静压传递原理及帕斯卡定律。液压机的性能参数〔1〕压力〔2〕液压机的最大及最小成型压力〔3〕运行速度液压机的选用最大使用压力工作台面尺寸上，下模板间距活塞缸最大行程第六章下，固化成型玻璃钢板材或其它外形简洁的复合材料制品的一种方法卷管成型工艺：是使用玻璃胶布在卷管机上热卷成型玻璃钢管材的一种方法。玻璃钢管的卷制成型常用三辊筒卷管机第七章1模称为增加塑料制品的工艺过程。1)干法缠绕：选用预浸纱带(或预浸布带2)湿法缠绕：将无捻粗纱〔或布带〕浸渍树脂胶液后直接缠绕到芯模上3)3〕半干法缠绕：将无捻粗纱〔或布带〕浸渍树脂胶液，预烘后随即缠绕到芯模上4.纤维缠绕增加塑料制品的优点：比强度高牢靠性高生产率高材料本钱低5.为什么纤维缠绕制品的强度比其它成型工艺制品的强度都高呢？径很细，降低了微裂纹存在几率缠绕成型避开了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中缠绕成型，可以把握纤维的方向和数量，是产品实现等等强度构造缠绕成型可使增加材料纤维含量高达80%6.缠绕线性必需满足如下两点要求：纤维既不重叠又不离缝，均匀连续布满芯模外表纤维在芯模外表位置稳定，不打滑缠绕规律：描述纱布均匀稳定连续排布芯模外表，以及芯模与导丝头间运动关系的规律7.环向缠绕：D—芯模直径 b—纱片宽 a—缠绕角W—纱片螺距W=πDctgαb=πDcosα当缠绕角小于70°时，纱布宽度就要求比芯模直径还大。这也是环向缠绕的缠绕角必需大70°的缘由。一个完整循环的概念：螺旋缠绕时，由导丝头引入的纤维自芯模上某点开头，导丝头经过假设干次来回运动后，又缠回到原来的起始点。这样，在芯模上所完成的一次〔不重复〕布线封头曲面，依据微分几何的克列洛定理，其测地线方程为：Sinα=ro/ra--测地线与封头曲面上子午线夹角r0—封头极孔圆半径r--测地线与交点处平行圆半径9.缠绕张力制度：纤维是连续地一圈一圈缠绕到芯模或内衬上去的，在缠绕张力作用下，每后绕层具有一样初张力，使制品强度和疲乏性能得到提高。第八章纤维缠绕机的进展经受了三个阶段：机械把握缠绕机数字程序把握缠绕机微机把握的纤维缠绕机固化炉的功用和特点:纤维增加热固性塑料在固化过程中需要外供热量。由于随着聚合反炉通称固化炉。固化炉的加热方式有电阻加热，远红外，蒸汽加热等，尤以前两种应用较普遍。第九章挤压：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，定长压模塑，故称拉挤成型工艺。挤压成型工艺参数固化温度和时间浸胶时间张力和牵引力玻璃纤维纱用量计算第十章热塑性复合材料〔FRTP)是指以热塑性树脂为基体，以各种纤维为增加材料而制成的复合材料。流道内流淌，但聚合物熔体有弹性，对变形具有抵抗力。因此，就须消耗适当的能量，即消头时，由于弹性变形的回复，使熔体膨胀，聚合物熔体的这种弹性变形，称为端末效应，也可以分别称为入口收缩效应和出口膨胀效应。熔体裂开：熔体裂开是聚合物熔体从模口挤出后，挤出物外表消灭凹凸不平或外形