5聚合物基复合材料的制备工艺

5聚合物基复合材料工艺半成品的制备热塑性塑料粒料热固性模塑料连续纤维预浸料增强热塑性塑料片材复合材料成型工艺手糊工艺模压成型工艺RTM成型工艺喷射成型工艺连续缠绕成型工艺拉挤成型工艺挤出成型工艺RRIM工艺模塑粉短纤维增强热固性模塑料片状模塑料（SMC）制品成型工艺复合材料夹层结构蜂窝夹层结构制品成型工艺泡沫塑料夹层结构制品成型工艺5.1复合材料半成品制造工艺5.1.1热塑性塑料粒料5.1.2热固性模塑料5.1.3连续纤维预浸料5.1.4增强热塑性塑料片材模塑粉短纤维增强热固性模塑料片状模塑料（SMC）5.1.1颗粒填充热塑性塑料粒料的制造方法工艺流程：原料准备初混合塑炼造粒粒料原料准备包括过滤、吸磁、干燥、研磨、称量、预热等初混合在聚合物熔融温度以下、较缓和的剪切力作用，用捏合机、高速混合机等设备将物料按顺序加入、混合均匀。塑炼在高于树脂熔融温度和较大的剪切力作用下，在双滚筒炼胶机、密炼机、单螺杆挤出机等设备使物料热熔、剪切混合达到适当的柔软度和可塑性，同时除去挥发物。造粒5.1.1长纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法普遍采用电缆包覆式生产工艺：树脂干燥熔融挤出包覆机头冷却牵引成条送丝机构切粒粒料干燥包装优点：连续化生产，速度快；粒料质量高；劳动保护好。缺点：树脂包覆不良，粒料硬度不高，仅适宜于螺杆式注射机成型。双螺杆排气式挤出机混合法1.计量带式给料器；2.热塑性塑料；3.玻璃纤维粗纱；4.排气；5.条模；6.水浴；7.条料切粒机5.1.1短纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法优点：连续化生产；外观尚佳、质地致密，成型加工性和表面平滑性好，用柱塞式和螺杆式注射成型机均可成型；劳动保护好。缺点：对设备及设备材质要求高，噪音大。树脂干燥纤维短切初混合挤出+切粒粒料干燥称量包装该法是为解决高熔融粘度树脂的长纤维粒料因纤维在树脂中分散不好易引起制品性能和外观不良而开发，其工艺流程如下：“排气回挤造粒法”双阶排气式挤出机1.料斗；2.料筒；3.螺杆；4.节流阀；5.排气口；6.真空表；7.机头；8.口模；9.栅板；10.真空泵；11.冷凝器5.1复合材料半成品制造工艺5.1.1热塑性塑料粒料5.1.2热固性模塑料5.1.3连续纤维预浸料5.1.4增强热塑性塑料片材模塑粉短纤维增强热固性模塑料片状模塑料（SMC）5.1.2.1模塑粉的制造方法由微粒添加剂与合成树脂复合而成的粉状热固性塑料粉称为模塑粉，它包括压塑粉和注塑粉。应用最广的是线型酚醛树脂压塑粉（电木粉）。其制造方法通常有干法和湿法，其中干法辊压工艺流程如下：原料准备干混合粉碎热辊压并批包装干混合：按加料顺序加料，在球磨机、Z形捏合机、圆柱形转筒等设备上混合。热辊压：关键工序，一般在双辊机上进行，辊压温度和时间是主要工艺控制指标。如生产电木粉时，低温辊的温度为70-110oC、高温辊的温度为90-130oC。5.1.2.2短纤维增强热固性模塑料的制造方法根据纤维和树脂的不同，主要方法有预混法、预浸法、浸毡法和挤出法。配胶纤维预处理添加剂准备浸渍与混合撕松烘干并批++预混法工艺流程预浸法工艺流程粗纱准备、热处理树脂配胶纱细浸渍切割烘干存放+纤维松散、无定向，流动性好，宜做复杂的小型模压制品。但纤维强度损失较大，模塑料的质量不均匀，劳动条件差。纤维紧密、成束状，纤维强度损失较小，质量均匀，可制造较复杂的高强度模压制品，机械化程度较高，劳动强度小。但日产量比预混法小，只适宜于连续纤维制品。短纤维增强热固性模塑料的制造方法浸毡法工艺流程纱线准备切割蓬松树脂配制烘干成品撒毡复合浸胶该法与预浸法工艺大体相同，不同点在于：先将短切纤维均匀铺洒在玻璃底布上，再用玻璃面布覆盖，然后使夹层浸胶。挤出法用螺杆挤出机生产玻璃纤维模塑料，克服了浸渍法使用大量有机溶剂的缺点，改善了生产条件，产品质量稳定，生产自动化程度高。不足的是纤维被磨损、剪断的情况较严重。该法适用于生产过程中不需排放低分子挥发物的玻璃纤维模塑料。5.1.2.3片状模塑(压)料（SMC）片状模塑料(SMC)树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡，两边覆盖PE薄膜而成的片状模塑料。应用最广泛的成型材料之一。主要原料:不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、低收缩剂、填料等。SMC视用途和要求又发展出一系列新品种，如BMC、TMC、HMC等。团状模塑料(BMC)组成与SMC相似，可用于模压和挤出成型;纤维含量较低，纤维较短（6～18mm），填料含量大;制品强度比SMC低，适合于压制小型制品，而SMC适合于大型薄壁制品。片状模塑(压)料（SMC）厚片状模塑料（TMC）组成和制作与SMC相似，厚达50mm。厚度大，玻璃纤维能随机分布，改善了树脂对纤维的浸润性。可以采用注射和传递成型。高强度模塑料（HMC和XMC）主要用于制造汽车部件。HMC中填料少，采用短切玻纤，65%左右，定向分布；具有极好的流动性和成型表面，其制品强度约是SMC制品强度的3倍。XMC不含填料，采用定向连续纤维，含量达70%～80%。片状模塑料（SMC）的特点重现性好，不受操作者和外界条件的影响；操作处理方便，操作环境清洁、卫生，改善了劳动条件；流动性好，可成型为异形制品；模压工艺对温度和压力要求不高，可变范围大，可大幅度降低设备和模具费用；纤维长度40～50mm，质量均匀性好，适宜于压制截面变化不大的大型薄壁制品；制品表面光洁度高，添加低收缩剂后，表面质量更为理想；生产效率高，成型周期短，易于实现全自动机械化操作，生产成本相对较低。SMC制造的工艺流程SMC生产主要包括树脂糊制备、上糊操作、纤维切割沉降及浸渍、树脂稠化等过程，其工艺流程图如下：树脂固化剂填料低收缩添加剂稠化包装沉降浸渍收卷纱线切割树脂糊制备薄膜其它增稠剂SMC成型机片状模塑料（SMC）的制造工艺树脂糊的制备及上糊操作间歇法：①将不饱和聚酯和苯乙烯倒入配料釜中，搅拌均匀；②加入引发剂，混匀；③加入增稠剂和脱模剂；④低速搅拌下加入填料和低收缩添加剂；⑤在各组分分散完后，停止搅拌，静置待用。连续法:将SMC配方中的树脂糊分为两分，即增稠剂、脱模剂、部分填料和苯乙烯为一份，其余组分为另一份，分别计量，混匀后送入SMC机组上的相应贮料容器内，由管路计量泵进入静态混合器，混匀后输送到SMC机组的上糊区，再涂布到聚乙烯薄膜上。片状模塑料（SMC）的制造工艺浸渍和压实已涂布树脂糊的下承载薄膜在机组牵引下进入短切玻璃纤维沉降室，短切玻璃纤维均匀沉降在树脂糊上，达到要求的沉降量后，随传动装置离开沉降室，并和涂布有树脂糊的上承载薄膜相叠合，然后经过辊阵中，在张力和辊的作用下，下、上承载薄膜将树脂糊和短切玻璃纤维紧紧压在一起，经过多次反复，使短切玻璃纤维浸渍树脂并赶走其中的气泡，形成密实而均匀的连续SMC片料。SMC成型设备玻璃纤维毡制片机带式制片机组辊式制片机组鼓轮式制片机1234567891011低部PE薄膜顶部PE薄膜树脂糊树脂糊割刀割刀粗纱切割器粗纱压紧辊中空钢鼓轮SMC成品SMC的典型配方类型配方一般型耐腐蚀型低收缩型配比树脂邻苯二甲酸型100间苯二甲酸型100邻苯二甲酸型10065~75%引发剂PhCO3Bu-t1PhCO3Bu-t1PhCO3Bu-t1低收缩剂热塑性聚合物0-10-热塑性聚合物25-40填料CaCO370-120BaSO460-80CaCO3120-180内脱膜剂硬脂酸铅1-2硬脂酸铅1-2硬脂酸铅1-2增稠剂MgO或Ca(OH)21-2MgO或Ca(OH)20.5-2MgO或Ca(OH)21-2颜料2-5--阻聚剂少量少量少量玻璃纤维25~35%5.1复合材料半成品制造工艺5.1.1热塑性塑料粒料5.1.2热固性模塑料5.1.3连续纤维预浸料5.1.4增强热塑性塑料片材模塑粉短纤维增强热固性模塑料片状模塑料（SMC）5.1.3连续纤维预浸料的制造溶液浸渍法（如图）：生产工艺：各组分溶解到溶剂+纤维→烘干（除溶剂）→按需切割热熔浸渍法和胶膜辗压法熔融法：熔融树脂(加隔离纸)→涂于纤维上→纤维另一面附一层隔离纸→压实辊→收卷。胶膜法：与熔融法类似，差别在于树脂是形成胶膜，而非熔融流出。粉末法制备预浸料粉末静电法：在连续纤维表面沉积带电树脂粉末，用辐射加热方法使聚合物粉末永久的粘附在纤维上。粉末悬浮法：①水悬法：水中悬浮的树脂颗粒粘附到连续运动的纤维上；②气悬浮：细度为10～20μm聚合物颗粒在硫化床中悬浮。连续纤维预浸料的制造5.1复合材料半成品制造工艺5.1.1热塑性塑料粒料5.1.2热固性模塑料5.1.3连续纤维预浸料5.1.4增强热塑性塑料片材模塑粉短纤维增强热固性模塑料片状模塑料（SMC）增强热塑性塑料片材（RTPS）与热固性复合材料相比，热塑性复合材料以其良好韧性、快速成型和可回收利用的优势倍受重视。将增强材料和热塑性树脂预先制成半成品板材，再将它剪裁成坯料，模压或冲压成各种制品。这种半成品称为增强热塑性塑料片材(ReinforcedThermoplasticsSheet,RTPS)。最常见的是玻璃纤维毡增强热塑性塑料(GlassMatReinforcedThermoplastics)，即GMT，约占RTPS的90%。GMT及其特点GMT概念利用连续或短切玻璃纤维针刺毡和热塑性树脂（如聚丙烯）复合而成的一种高强、质轻增强热塑性复合材料。可回收利用，节能、环保。GMT特点与金属板材比，质轻、耐腐蚀、隔热、隔音、绝缘性好。与SMC比，储存期长、成型周期短、回收利用、无污染、冲击韧性高。与短纤维增强热塑性复合材料比，GMT强度高，刚性好，抗蠕变性能好，使用寿命长，制品尺寸稳定性好。RTPS的制造方法悬浮沉积工艺将玻璃纤维、热塑性树脂粉末、悬浮助剂和水一起搅拌形成均匀悬浮液，通过流浆箱、成形网，滤出水后形成湿片，再经干燥、粘结、压轧成为增强热塑片材。流态化床法先将粉末树脂放入孔床中，再通入空气使粉末树脂流态化。然后使分散的纤维从容器中通过，于是玻纤周围附着粉末树脂。附着树脂的玻纤通过切断器被切成定长，降落在输送网带上，通过热轧区和冷却区后制成增强热塑性片材。熔融浸渍工艺静电吸附法熔融浸渍工艺制造GMT简图PPPPPP热固结玻纤毡玻纤毡静电吸附法制造RTPS简图热轧区冷却区吸附玻纤薄膜卷材热塑性树脂薄膜1.静电磨擦辊；2.玻璃纤维；3.静电发生器1112223GMT产品及应用南京原丝无纺毡复合片材有限公司()5.2复合材料制品成型工艺5.2.1手糊工艺5.2.2模压成型工艺5.2.3RTM成型工艺5.2.4喷射成型工艺5.2.5连续缠绕成型工艺5.2.6拉挤成型工艺5.2.7挤出成型工艺5.2.8RRIM成型工艺手糊成型工艺—流程制品固化检验增强材料准备手糊成型脱膜模具准备后处理树脂胶液配制涂脱膜剂手糊成型工艺—生产准备场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度保持在15～35℃之间，后加工整修段，要有抽风除尘和喷水装置。模具准备清理、组装、涂脱模剂等。树脂胶液配制防止胶液中混入气泡；配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。增强材料准备按设计要求选择增强材料的种类和规格。手糊成型工艺—糊制与固化铺层糊制①干法铺层：先将预浸料裁剪成坯料，加热软化，一层一层紧贴在模具上，排除层间气泡。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层：直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层紧贴在模具上，消除气泡。一般手糊工艺多用此法铺层。手糊工具有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、电钻、打磨抛光机等。固化（硬化和熟化）硬化：从凝胶到硬化一般要24h，固化度达50%～70%，可以脱模。熟化：室温下固化1～2周才能使制品具有力学强度，固化度达85%以上。加热可促进熟化过程，聚酯玻璃钢，80℃加热3h。手糊成型工艺—脱模和修整脱模①顶出脱模在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。②压力脱模模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（0.2