1 复合材料工艺及设备

1复合材料工艺及设备教学参考资料（图表部分）武汉理工大学材料学院彭进波2表1-7为几种主要成型工艺的特点及条件，供选择成型方法时参考表1-7主要成型工艺比较成型工艺成型温度（℃）成型周期成型压力（MPa）模具形式及材质适应产量个/月优点缺点手糊成型25～4030min～24h接触压力单模，木模，玻璃钢模，水泥模20～5001.产量及产品尺寸不受限制2.操作简便，投资少.成本低3.合理使用增强材料，在任意部位增厚1.操作技术要求高，质量稳定性差2.产品只能单面光法3.生产效率低4.劳动条件差袋压成型25～4030min～24h0.1～0.5阴模、玻璃钢模、木模20～2001.产品两面光洁2.适用于中等产量3.模具费低4.产品质量优于手糊1.操作技术要求高2.生产效率低3.不适用于大制品喷射成型20～4030min～24h接触压力单模、玻璃钢模、木模100～10001.生产效率较手糊高2.尺寸大小不受限制，适用大产品3.设备简单，可现场施工4.产品整体性好1.强度低2.产品单面光洁3.劳动条件差4.操作技术高树脂注20～404min～30min0.1～0.5玻璃钢对模、镀金属玻璃钢对200～20001.产品两面光洁2.适用中批量生产3.模具设备费低1.模具要求高，使用寿命短2.纤维含量低3射成型模4.能成型形状复杂制品3.产品强度低模压成型100～1704min～30min3～20金属模100～20001.适于大比量生产2.产品质量均匀3.制品外观质量高，尺寸精度高4.可成型复杂形状产品1.设备费用大2.模具质量要求高3.不适于小批量生产4.成型压力大缠绕成型20～100由缠绕张力决定名模、钢模根据产品尺寸大小面异1.充分发挥玻琉纤维强度2.产品强度高1.设备投资大2.仅限于生产回转体产品、管缶等连续成型80～130连续出产品0.02～0.2连续成型机组大批量定型产品1.生科效率高2.质量稳定3.产品长度不限1.设备投资大2.只能生产板或线型制品离心成型80～10010min～80min0.15～0.28金属模大比量1.生产效率高2.制品外表光洁3.可加砂、成本低4.制品质量高、刚度大1.设备投资大2.模具要求高3.只限于回转体管、缶产品表1-8为主要成型方法的技术经济比较。表1-8主要成型方法的技术经济分析成型方法设备投资生产效率制品强度工人技术要求技术复杂程度重复生产可能性4手糊成型11310101袋压成型336774喷射成型44110101模压成型887558缠绕成型6610449连续成型101051110注：1—最低；10—最高。表3-13顺酐型通用不饱和聚酯树脂牌号主要成份说明生产厂301303306307314319331963198顺酐、苯酐、乙二醇顺酐、苯酐、乙二醇、一缩乙二醇顺酐、苯酐、乙二醇、环已醇顺酐、苯酐、丙二醇顺酐、苯酐、乙二醇、丁醇顺酐、苯酐、乙二醇、已二酸顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇柔韧性顺酐含量高上海新华树脂厂701（188）702（189）703（405）781（191）721（196）802（182）711（198）712（199）顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇、二氧化硅顺酐、苯酐、丙二醇、2羟基—4苯酮顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇顺酐、苯酐、一缩乙二醇触变性光稳定性柔性耐温性常州建材253厂5顺酐、苯酐、丙二醇反丁烯二酸、问苯二甲酸、丙二醇306A306—2苯酐、顺酐、醋酐、乙二醇苯酐、顺酐、丙二醇、一缩乙二醇、环已醇天津合成材料厂317NA酐型323顺酐、乙二醇、HeT酸酐*顺酐、乙二醇、NA酸酐顺酐、乙二醇、双酚A—环氧丙烷加成物自熄性耐热性耐化学性上海新华树脂厂771（197）731（301）736（326）901（33）顺酐、乙二醇、双酚A—环氧丙烷加成物顺酐、乙二醇、HeT酸酐顺酐、苯酐、乙二醇、氯化石蜡、氧化锑顺酐、问苯二甲酸、丙二醇、一缩乙二醇耐化学性自熄性自熄性胶衣树脂常州建材253玫表3-6常用的胺类固化剂名称结构式胺当量固化条件沸点℃性能参考用量乙二胺HaHCHaCH2NH215.025℃/—周；80℃/3小时116有刺激性臭味，固化反应放热量大，适用期短，固化后树脂机械强度和热变形温度都较低。6～8二乙烯三胺H2NCHaCHaNHCHaCH2NH220.625℃/一周；100℃/30分208有刺激性，反应热大适用期短，固化8～106后的树脂耐化学药品性较好。二乙烯四胺HaN[(CHa)2NH]2(CHa)NH224.625℃/一周100℃/30分266毒性较二乙烯三胺低10～12二乙烯五胺HaN[(CHa)aNH]a(CHa)2NH227.625℃/一周100℃/30分340性能近于三乙烯四胺12～15多乙烯多胺NaH[(CHa)aNH]n(CH2)2NHa25℃/一周100℃/30分14～16已二胺NHa(CH2)6NH229同乙二胺39有毒15～16双氰胺HaN—||C—NH—CHNH21145～165℃/2-4小时不加热使用寿命长达几年，加热，反应很快。6～7间苯二胺5080℃/3～4小时150℃/2小时熔点（℃）63耐热，耐腐蚀性好，但要加热固化。14～间苯二甲胺3425℃/14天；80～100℃/4小时熔点（℃）12毒性小，用量大，可使树脂少用稀释剂18～β—羟乙基乙二胺NH2CH2CH2NHCH2CH2OH34.725℃/7天；80℃～100℃/3小时288毒性低易吸水16～三乙醇胺（HOC2H4）2N100～120℃/4小时188～19010mmHg易吸水10～7续表设备数量金额（元）干燥装置1台6.0万提升机（0.5吨）1台0.9万树脂容器2台1.5万树脂混合器2台0.9万自动输送装置1套21.0万通风设备2套6.0万模具30套13.5万其它设备1套9.0万车间面积740米2102.0万水、电、气配管—36.0万合计246.24万注：不包括锅炉费用例2、年产600艘丈—35渔船的手糊工艺车间设计请看图4.1-2表4.1-2设备金额概算设备规格数量金额（元）固化炉36m22座17600风机4940m2/h2台5000微型喷射成型机1台20000喷涂机械1台4500微型手提式切割机1台1500微型手提式打磨抛光机1台2000车床C620型1台3500钻床Z512—21台6508木工多用刨床1台800空气压缩机112型1台2000砂轮机S3ST—250型1台400电平车2DB型1辆8500磅称2台1000固化运输车2辆1000模具4套10000胶轮小推车2辆400台钳51台100手提式电站2台300其它7276车间面积1356M2254151不可予见费17336合计364058注：不包括炉锅费用根据武汉地区单层厂房建筑费用，6米柱顶厂房建筑费用为200元/米2，4米柱顶按150元/米2计算。1.生产用房投资生产用房面积设计为972M2，其投资金额=200×972=194400元。2.生产用房和辅助用房投资生产用房设计面积为240M2，辅助用房设计面积为144M2，其投资金额=150×（240+144）=57600元。则车间建筑面积总投资金额=19400+57600=252000元3.完工场地清理费用=2000元4.施工单位机构转移费=2000元则车间建筑工程总投资金额=252000+151+2000=254151元9（二）设备投资费用器具费用表4.1-11主要设备的概算编号设备名称单位数量单价（元）金额（元）1固化炉座28800176002风机台2250050003微型喷射成型机台120000200004喷涂机构台1450045005微型手提式切割机台1150015006微型手提式打磨抛光机台1200020007车床台1350035008钻床台16506509木工多用刨床台180080010空气压缩机台12000200011砂轮机台140040012电平车辆18500850013磅称台2500100014固化运输车辆2500100015模具套425001000016胶轮小推车辆220040017台钳台110010018手提式电钻台2150300合计79250设备备件费用=79250×3%=2378元设备运输费用=（79250+2378）×6%=4898元10酚醛树脂的重量比为7∶3的条件下进行。为了探求酚醛（锌）树脂用量的影响，试验了环氧：酚醛=6∶4时P、P11与t的关系，其结果见图6和图7。根据图2和图7数据求得不同温度下固化过程中不溶性树脂生成速度常数见表3。由表3可以看到，酚醛（锌）树脂用量越大，不溶性树脂生在速度常数也越大。当环氧∶酚醛由7∶3增至6∶4时，K增加一倍左右。图6环氧∶酚醛（锌）7*=6∶4时不溶性树脂含量与时间的关系1-120℃；2-140℃；3-160℃图7环氧∶酚醛（锌）=6∶4时固化过程中P11和时间的关系1-120℃；2-140℃；3-160℃不同配比下环氧-酚醛（锌）7*不溶性树脂生成速度常数（K×103）表3温度环氧∶酚醛160℃140℃120℃6∶423.07.72.97∶310.83.851.4填料在玻璃钢成型工艺中的作用济南市建筑材料科学研究所李厚德填料被作为橡胶的一种极其重要的辅助材料，它的作用已为人们所熟知。基于同样的认识，在玻璃钢中，人们对填料也寄予希望。下面就我们在这方面的试验情况，结合国内外有关资料，对填料在玻璃钢成型工艺中的作用作某些探讨。一、填料在玻璃钢中的作用玻璃钢用填料的种类很多，其特性也极其复杂，本文主要研究颗粒状填料。11目前，在玻璃钢成型工艺中，经常使用的颗粒状填料有：碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、氧化铝、氢氧化铝、石膏、陶土、铸石粉、三氧化二锑等。它们加入的主要作用：1、降低成型时的收缩率和热膨胀率；2、提高制品的表面光洁度；3、调整树脂的粘度特性；4、提高颜料的着色效果；5、改善树脂的各种性能，如机械强度、耐热性、耐药品性、耐磨耗性、自熄性、电气特性等；6、降低成本。但相应也带虾米一些弊病；1、制品不透明，并给工艺带来某些困难；2、添加无机填料会增大比重等。二、使用填料时应注意的几个特性正因为填料的添加能改善树脂的流动性，并提高制品的特性，所以对填料的选择，必须在与树脂的适应性及使用方法等方面进行充分的研究。我们认为，在进行填料选择时，必须注意下列几个特性：1、吸树脂量（亦称吸油量）吸树脂量为填料对树脂吸附量的最大限度，是研究预混料、BMC、SMC成型材料时不可缺少的指数。具体测定方法为：在表面皿上取试验用填料4克，以滴定管滴下液体树脂，然后用钢刀搅拌，当混合物连续运动，并用小刀能使其成螺旋形转动时，即为终点。用下式求：%100）试验用填料的重量（克树脂的量（毫升）吸树脂量吸树脂量与填料的粒子大小、粒度分布、粒子形状以及是否有吸附性有关，也受填料的表面处理之影响。在填料混合使用时，一般是将各填料的吸树脂量相加平均而得，但也要注意有的因混合使用而有所改变。12表1给出了典型填料对不饱和聚脂树脂的吸附量。2、悬浮特性在手糊和预对模成型用树脂中所配合的填料，添加量少，并在树脂中以悬浮状态使用。这种悬浮特性与树脂的分子量、粘度、有无极性、酸值大小等有关，并与填料的料子大小、粒形、比重有密切的关系。一般讲，细粒度的扁平粒形，低比重的填料能形成稳定的悬浮液。合适的界面活性剂的添加也能赋予稳定性。而稳定的县浮液的形成是进行手糊和预对模成型的先决条件。在手糊中我们发现，轻质碳酸钙在树脂中能形成稳定的悬浮液，而硫酸钡则不能，因而在使用酸硫钡作填料时必须采取相应的措施。3、粘度特性质粘度大小直接影响到手糊成型的作业性和BMC、SMC工艺中树脂对玻璃纤维的浸渍程度，因而必须选择恰当。增加填料的添加量，则树脂的粘度增大，但它随填料的种类而不同。手糊用树脂需要触变性，通常是加入1～5%的超细粒子的气溶胶。此外，还可加入粘土、玻璃粉末等无机填料或聚氯乙烯树脂粉末、氢化蓖麻油、聚酰胺等有机填料来实现触变性。气溶胶对一般的