复台材料成型工艺

原料及设备准备工作成型修整及检验成品树脂固化剂促进剂填料颜料连续长丝纱布毡短切纤维成型模具胶液配制表面处理半成品加工成型固化脱模加工及修饰检验制品树脂体系增强体脱模剂模具准备：复合材料加工过程示意图预浸料/预混料制备复合材料成型工艺复合材料固化工艺聚合物纳米复合材料及其制备工艺预浸料是指定向排列的连续纤维（单向、织物）浸渍树脂后所形成的厚度均匀的薄片状半成品。预混料是指不连续纤维浸渍树脂或与树脂混合后所形成的较厚的片（SMC、GMT）团状（BMC）或粒状半成品以及注射模塑料（IMC）。浸渍法制备预浸料示意图预浸料制备热固性预浸料：湿法：溶液浸渍法干法：热熔预浸法轮鼓缠绕法热塑性预浸料：按树脂状态不同，分为预浸渍技术和后浸渍技术两大类。预浸渍技术：—溶液浸渍；—熔融浸渍。特点是预浸料中树脂完全浸渍纤维。后浸渍技术：预浸料中树脂以粉末、纤维或包层等形式存在，对纤维的完全浸渍要在复合材料成型过程中完成。预混料制造SMC和BMC制造：这是一类可直接进行模压成型而不需要事先进行固化、干燥等其它工序的纤维增强热固性模塑料。其组成包括短切玻璃纤维、树脂、引发剂、固化剂或催化剂、填料等。SMC一般使用专用SMC机组制造；BMC常用捏合法制造。GMT和IMC制造：GMT是一种类似于热固性SMC的复合材料半成品。所采用的增强剂是无碱玻璃、无纺毡或连续纤维。制造工艺有熔融浸渍法和悬浮浸渍法。IMC一般使用双螺杆挤出机制造，由切割机切断，长度一般为3–6mm。预混料制造手糊成型（HandLayUp）预浸料（高压釜）成型低温固化预浸料成型SCRIMP,RIFT,VARTM真空袋法法成型（Vacuumbagprocess）树脂转移模塑成形法（RTM）缠绕成形法（FW）反应注射成型(RIM-ReactionInjectionMolding)拉挤成型（Pultrusion）手糊成型（HandLayUp）手糊成型是用于制备热固性树脂复合材料的一种最原始、最简单的成型工艺。手糊成型示意图依次在模具表面上施加脱模剂、胶衣、一层粘度为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂（须待胶衣凝结后）、一层纤维增强材料（玻纤、芳纶、碳纤维），纤维增强材料有表面毡、无捻粗纱布（方格布）等几种。以手持辊子或刷子使树脂浸渍纤维增强材料，并驱除气泡，压实积层。铺层操作反复多次，直到达到制品的设计厚度。树脂因聚合反应，常温固化。可加热加速固化。手糊成型（HandLayUp）树脂环氧树脂纤维玻纤、碳纤、芳纶等。虽然厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透，亦可用。芯材任意。原材料手糊成型（HandLayUp）适合少量生产可室温成型，设备投资少，模具折旧费低可制造大型制品和型状复杂产品树脂和增强材料可自由组合，易进行材料设计可采用加强筋局部增强，可嵌入金属件可用胶衣层获得具有自由色彩和光泽的表面（如开模成型则一面不平滑）玻纤含量较喷射成型高无捻粗纱布50%左右织物35%-45%短切原丝毡30%-40%优点手糊成型（HandLayUp）属于劳动密集型生产，产品质量由工人训练程度决定玻纤含量不可能太高；树脂需要粘度较低才易手工操作，溶剂量高，力学与热性能受限制手糊用树脂分子量低；通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康和安全。缺点手糊成型（HandLayUp）典型产品舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。手糊成型（HandLayUp）树脂转移模塑成形法（RTM）树脂转移模塑成形示意图先将增强剂置于模具中形成一定形状，再将树脂注射进入模具、浸渍并固化的一种复合材料生产工艺，是FRP的主要成型工艺之一。其最大特点是污染小，为闭模操作系统，另外在制品可设计性、可方向性增强、制品综合性能方面优于SMC、BMC。树脂转移模塑成形法（RTM）SPARTAN注射机北京科拉斯化工技术有限公司SPARTAN--RTM专用树脂注射系统树脂转移模塑成形法（RTM）原材料树脂：一般多用环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛；当加温时，高温树脂如双马来酰亚胺树脂亦可用。法国Vetrotex公司开发了热塑性树脂RTM。纤维：任意。常用玻纤连续毡、缝编材料（其纤维间的缝隙利于树脂传递）、无捻粗纱布；玻纤与热塑性塑料的复合纱及其织物与片材（法国Vetrotex商品名TWINTEX）。芯材：不用蜂窝，因蜂窝空格全被树脂填满，压力会导致其破坏。可用耐溶剂发泡材料PU、PP、CLVC等。树脂转移模塑成形法（RTM）优点1）制品纤维含量可较高，未被树脂浸得部分非常少；2）闭模成型，生产环境好；3）劳动强度低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低；4）制品两面光，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高；5）成型周期较短；6）产品可大型化；7）强度可按设计要求具有方向性；8）可与芯材、嵌件一体成型；9）相对注射设备与模具成本较低。树脂转移模塑成形法（RTM）缺点1）不易制作较小产品；2）因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用模具要重和复杂，价位也高一些；3）能有未被浸渍的材料，导致边角料浪费。树脂转移模塑成形法（RTM）典型产品小型飞机与汽车零部件、客车座椅、仪表壳树脂转移模塑成形法（RTM）缠绕成形法（FW）湿法缠绕的工艺原理图缠绕成形法（FW）缠绕线成型图缠绕成形法（FW）缠绕成形法（FW）缠绕成形法（FW）通常采用直接无捻粗纱作为增强材料。粗纱排列在纱架上。粗纱自纱架上退绕，通过张力系统、树脂槽、绕丝嘴，由小车带动其往复移动并缠绕在回转的芯轴（模）上。纤维缠绕角度与纤维排列密度根据强度设计，并由芯轴（模）转速与小车往复速度之比，精确地控制。固化后将缠绕的复合材料制品脱模。对某些两端密闭的产品不用脱模，芯模即包在复合材料产品内，作为内衬。缠绕成形法（FW）原材料树脂：任意。多用环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛树脂。纤维：任意。无捻粗纱、缝编和无纺织物。生产管罐时，常用表面毡、短切原丝作为内衬材料。芯材：可用。虽然复合材料制品通常是单一壳体，一般不用。缠绕成形法（FW）优点1）因为纤维迳直以合理的线型铺设，承担负荷，故复合材料制品的结构特性可非常高；2）由于同内衬层组合，可制得耐腐蚀、耐压、耐热的制品；3）可制造两端封闭的制品；4）铺放材料快、经济、用无捻粗纱，材料费用低；5）可采用树脂计量，然浸胶后的纤维通过挤胶或口模，控制树脂含量；6）可大量生产和自动化；7）机械成型，复合材料材质及方向性均匀，质量稳定。缠绕成形法（FW）缺点1）制品形状限于圆柱形或其它回转体；2）纤维不易沿制品长度方向精确排列；3）对于大型制品，芯模成本高；4）成品外表不是“模制”的，不尽如人意；5）对于承受压力的制品，如选择树脂不合适或无内衬，就易发生渗漏。缠绕成形法（FW）缠绕成形法（FW）典型产品管道、贮罐、气瓶（消防呼吸气瓶、压缩天然气瓶等）、固体火箭发动机壳体。反应注射成型(RIM-ReactionInjectionMolding)RIM示意图将两种或两种以上的组分在混合区低压（0.5MPa）混合后，即在低压（0.5-1.5MPa）下注射到闭模中反应成型，此即为工艺过程。若组分一为多元醇，一为异氰酸酯，则反应生成聚氨酯。为增加强度，可直接在一种组分内行加入磨碎玻纤原丝和（或）填料。弈可采用长纤维（如连续纤维毡、织物、复合毡、短切原丝等的预成型物等）增强，在注射前，将长纤维增强材料预先置模具内。用此法可得到高力学性能的制品。这种工艺称为SRIM（StructuralReactionInjectionMolding-结构反应注射成型）。反应注射成型(RIM-ReactionInjectionMolding)原材料树脂：常用聚氨酯体系或聚氨酯/脲混合体系；亦可采用环氧、尼龙、聚酯等基本；纤维：常用长0.2-0.4mm的磨碎玻璃纤维；芯材：不用。反应注射成型(RIM-ReactionInjectionMolding)优点1)制造成本比热塑性塑料注射工艺低；2)可制造大尺寸、形状复杂的产品；3）固化快，适于快速生产。缺点采用磨碎玻璃纤维增强原料费用高，荐用矿物复合填料取代之。反应注射成型(RIM-ReactionInjectionMolding)主要产品汽车仪表盘、保险杠、建筑门、窗、桌、沙发、电绝缘件。反应注射成型(RIM-ReactionInjectionMolding)拉挤成型（Pultrusion）主要采用玻璃纤维无捻粗纱（使用前预先放置在纱架上），它提供纵向（沿生产线方向）增强。其它类型的增强材料有连续原丝毡、织物等。它们补充横向增强，表面毡则用于提高成品表面质量。树脂中可加入填料，改进型材性能（如阻燃），并可降低成本。拉挤成型的程序是1）使玻璃纤维增强材料浸渍树脂；2）玻璃纤维预成型后进入加热模具内，进一步浸渍（挤胶）、基体树脂固化、复合材料定型；3）将型材按要求长度切断。现在已有变截面的、长度方向呈弧型的拉挤制品成型技术。拉挤成型（Pultrusion）拉挤成型将增强材料浸渍树脂有两种方式：胶槽浸渍法通常采用此法，即将增强材料通过树脂槽浸胶，然后进入模具。此法设备便宜作业性好，适于不饱和聚酯树脂，乙烯基酯树脂。拉挤成型（Pultrusion）胶槽浸渍法拉挤成型（Pultrusion）注入浸渍法玻纤增强材料进入模具后，被注入模具内的树脂所浸渍。此法适于凝胶时间短、粘度高、生产附产物的树脂基体，如酚醛、环氧、双马来酰亚胺树脂。拉挤成型（Pultrusion）拉挤成型（Pultrusion）注入浸渍法原材料树脂：常用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂；纤维：拉挤用玻璃纤维无捻粗纱、连续原丝毡、缝编毡、缝编复合毡、织物、玻纤表面毡、聚酯纤维表面毡等；芯材：一般不用，现有以现场PU发泡材料为芯材，外为连续拉挤框型型材，作为保温墙板的。拉挤成型（Pultrusion）优点1）典型拉挤速度0.5-2m/min，效率较高，适于大批量生产，制造长尺寸制品；2）树脂含量可精确控制；3）由于纤维呈纵向，且体积比可较高（40%-80%），因而型材轴向结构特性可非常好；4）主要用无捻粗纱增强，原材料成本低，多种增强材料组合使用，可调节制品力学性能；5）制品质量稳定，外观平滑。拉挤成型（Pultrusion）缺点1）模具费用较高；2）一般限于生产恒定横截面的制品。拉挤成型（Pultrusion）典型产品建筑屋顶横梁、椽子、门窗框架型材、墙板、石油开采抽油杆、钢筋、锚杆、帐篷竿、梯子、桥梁、工具把、手机微波站罩壳、汽车板簧、传动轴、电缆管、光纤光缆芯、钓鱼竿、隔栅、汽车空调器罩、地铁第三轨保护罩。拉挤成型（Pultrusion）拉挤成型的碳纤维抽油杆真空袋法法成型（Vacuumbagprocess）真空袋法成示意图真空袋成型工艺是将产品密封在模具和真空袋之间，通过抽真空对产品加压，使产品更加密实，力学性能更好的成型工艺方法。该方法适用于手糊、喷射和预浸料工艺，并可以配合烘箱、热压罐使用。典型真空袋成型工艺的铺层方式真空袋成型工艺的典型铺层方式：1.铺预浸料2.铺脱模布3.铺透气毡4.铺真空袋膜5.抽真空加压6.产品脱模按照上述铺层，用导流布、导流管取代3和4即可。该工艺广泛应用于船舶、风力叶片、火车等领域。真空树脂导入法的典型铺层方式1增强材料铺完后，铺导流布2铺导流管3导流布与导流管4铺真空袋膜5树脂浸润过程（一）6树脂浸润过程（二）7树脂浸润结束此法是手糊法与喷射法的延伸。将手糊或喷射好的积层在树脂的A阶段与模具在一起，在积层上覆以橡胶袋，周边密封，在后用真空泵抽真空，使积层受到不大于1个气压的压力，而被压实、固化、成型。真空袋法法成型（Vacuumbagprocess）原材料树脂：主要采用环氧树脂、酚醛树脂。不饱和聚酯树脂与乙烯基酯树脂则因真空泵将树脂中的苯乙烯（交联剂）过度抽出，可能会造成问题，故一般不用；纤维：玻纤、碳纤、芳纶等。虽然厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透，亦可用。芯材：任意。真空袋法法成型（Vacuumbagprocess）1）采用普通的湿法铺层技术，通常可获得高纤维含量的制品；2）可制造大尺寸产品；3）