聚合物基复合材料-成型工艺

第五章聚合物基复合材料第五章聚合物基复合材料成型工艺成型工艺材料科学与工程学院材料科学与工程学院高分子专业高分子专业第五章--聚合物基复合材料成型工艺本章教学目的：本章教学目的：1.了解复合材料各种成型工艺2.掌握常用成型方法（手糊法、层压法、喷射法等）3.了解模具及辅助材料3.了解模具及辅助材料4.熟悉复合材料成型用半成品的制备工艺5.掌握复合材料固化成型过程本章重点难点：本章重点难点：复合材料常用成型方法；复合材料固化成型过程2013-04-012制备复合材料的主要工艺过程预浸料生产准备预成型预浸料固化脱模整修湿法生产准备预成型固化脱模整修（毛坯）（T、t、p）图6-1复合材料成型加工的典型工艺流程图复合复合浸渍浸渍固化固化成型成型2013-04-013制备复合材料的主要工艺过程聚合物基复合材料的性能在纤维与树脂体系确定后，主要决定于成型工艺主要决定于成型工艺。成型工艺主要包括以下两个方面：成要以方一是成型，即将预浸料按产品的要求，铺置成一定的形状般就是产品的形状形状，一般就是产品的形状;二是固化，即把已铺置成一定形状的叠层预浸料，在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定下来，并能达到预期的性能要求2013-04-014到预期的性能要求。复合材料成型工艺分类层贴法：裱糊法、手糊法。湿法-玻璃钢工艺；干法层贴预浸料、再热压罐固化成型是目前先进复合材料最主要的成按预成型方法分类型工艺。增强材料一般为连续纤维的织物。沉积法：纤维喷积法预成型和纤维吸积法预成型。增强材方法分类料只能是短切纤维。缠绕法：将连续长纤维纱、布、带浸胶后连续地缠绕到相应产品内腔尺寸的芯模或内衬上然后固化的成型方法按成型压力分类应产品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后固化的成型方法。编织法：将增强材料编织成与产品形状尺寸基本一致的三维立体织物然后经树脂传递模塑等工艺浸渍固化得按开、闭维立体织物，然后经树脂传递模塑等工艺浸渍、固化，得到具有较高层向强度的复合材料制品。模分类2013-04-015复合材料成型工艺分类接触成型按预成型方法分类真空袋成型、气压袋成型、热压罐成型模压成型方法分类模压成型树脂传递模塑、树脂膜熔渗、吸胶成型按成型压力分类增强反应性注射成型树脂传递模树脂膜熔渗吸胶成按开、闭拉挤成型模分类2013-04-016复合材料成型工艺分类闭模成型：模压成型、树脂传递模塑RTM、注射成型增强反应性注射成型RRTM按预成型方法分类注射成型、增强反应性注射成型RRTM方法分类开模成型：手糊成型、喷射成型、真空袋成型、压力袋成型、热压釜成型、缠绕成型、按成型压力分类拉挤成型、离心浇铸成型。按开、闭其他成型：编织、吸积（吸胶）成型模分类2013-04-017复合材料制品的成型特点压力的作用：”克服摩擦阻力使塑料产生流动与其他材料不同，复合材料的材料和制品是在同一成型工艺过程”克服摩擦阻力使塑料产生流动”排除低分子物压实材料料和制品是在同成型艺过程中一次形成的。特点-低压成型低压成型措施：”使填料预成型”采用可低压成型的树脂配方”利用弹性介质传递压力2013-04-018、使纤维均匀地按设计要求分布在制2、使树脂适量均匀地分布在制品的各个设计要求分布在制品的各个部分;地分布在制品的各个部位，并适当固化;3在艺过程中要尽4充分掌握所用树3、在工艺过程中要尽量减少气泡，降低空隙率提高致密性；4、充分掌握所用树脂的工艺性能，制定合理的工艺规范隙率，提高致密性；合理的工艺规范。2013-04-019复合材料制品工艺设计内容复合材料制件的设计制造过程：根据制品性能要据单向板性能据材料工艺性求选材(F、M)铺层设计选择成型方法工装模具设计成型工艺实验（模线样板法）成型工艺实验2013-04-0110复合材料成型工艺选择成型工艺方法选择基点：n性能---材料性能和产品质量要求o产量---生产批量大小及供应时间三个基点o产量生产批量大小及供应时间p价格---预定价格和经济效益三个基点1）成型三要素赋形浸渍固化聚合物基复合材料由原材料→成品的整个过程涉及三个重要环节：2013-04-0111赋形浸渍固化三个重要环节：）成型三要素增强材料如何达到均匀或保证在设定方向上赋形增强材料如何达到均匀或保证在设定方向上，如何可信度很高的进行排列。浸渍空气→树脂，形成良好的界面黏结和低空隙率。浸渍机理：脱泡和浸润。浸渍浸渍机理：脱泡和浸润。浸渍好坏与难易与基体树脂、增强材料有关固化热固性：线性-三维网络热塑性：黏流或高弹态冷却硬化定型2013-04-0112复合材料成型工艺选择赋形(快)原料各自最佳点原料A最佳点因原料不同原料而变化原料C原料B浸渍(好)固化(快)生产效率高性能提高2013-04-0113图6-3成型三要素与原材料的相互关系）成型工艺选择”材料性能和产品质量要求；”批量大小及供应时间要求；三个基点”批量大小及供应时间要求；”预定价格和经济效益；三个基点”产品外形构造和尺寸大小；”企业的设备条件及资金；”企业的设备条件及资金；2013-04-0114工艺性概念与评定依据所谓复合材料的工艺性，是指复合材料或其各组成部分，在通过特定的工艺方法制造成特定制品的工艺过部分，在通过特定的工艺方法制造成特定制品的工艺过程中，操作的难易程度及制品质量保证的难易程度。评定依据：材料的组分和各组分的结构是表现出定工艺（1）产品质量：质量第一（2）经济性：相对指标结构是表现出一定工艺性的依据；具体的制件结构和制造艺方法是（2）经济性：相对指标（3）对人体危害性结构和制造工艺方法是表现工艺性的条件。2013-04-0115手糊成型工艺又称接触成型，也叫裱糊、层贴，采用手工方法将纤维增强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。缺点：优点：缺点生产效率低；制品质量不易控制、性能稳定性差；劳动优点设备简单、见效快；技术易掌握；不受制品尺寸和形状的限制；可与多种材料条件差、劳动强度大；同时复合；可现场制作大型制品;2013-04-0116手糊成型工艺湿法：将增强材料用含或不含溶剂胶液直接裱糊，其浸渍和预将增强材料用含或不含溶剂胶液直接裱糊，其浸渍和预成型过程同时完成。干法干法：采用预浸料按铺层序列层贴预成型，将浸渍和预成型过成坯或真空罐程分开，获预成型毛坯后，再用模压或真空袋-热压罐的成型方法固化。2013-04-0117）手糊成型的工艺流程模具清理涂脱模剂涂胶衣胶液配制表面层制作织物剪裁增强层制作补强层制作固化脱模切边加工产品检验①增强材料剪裁、胶液配制②模具的清理模③脱模剂涂刷PVA类蜡类新型液体脱模剂2013-04-0118PVA类、蜡类、新型液体脱模剂手糊成型工艺④胶衣层制作：因固化收缩导致玻璃布纹凸出，表面1）手糊成型的工艺流程④胶衣层制作：因固化收缩导致玻璃布纹凸出，表面质量差，通常在制品表面特制的面层，称为表面层、富树脂层(90%)采用玻璃纤维表面毡或加颜料的富树脂层(90%)。采用玻璃纤维表面毡或加颜料的胶衣树脂（胶衣层）制备。厚度：0.25~0.5mm、或300~500g/m2方法：涂刷（二遍，互相垂直）、喷涂脱泡⑤铺层糊制：表面层制作、增强层制作、加固件制作方法涂刷（遍，相垂直）喷涂2013-04-0119手糊成型工艺⑥固化：（凝胶-----定型-----熟化）1）手糊成型的工艺流程⑥固化（凝胶定型熟化）固化方式常温固化：温度＞15℃；湿度≤80%（15~30℃，8~24h）加热固化：烘箱固化炉模具加热红外线加热（60~80℃⑦脱模：气脱、顶脱、水脱加热固化：烘箱、固化炉、模具加热、红外线加热（60~80℃，1~2h）⑦脱模：气脱、顶脱、水脱切边与加修整：除毛边、飞刺、修补表面及内部缺陷，钻孔⑧切边与加工⑨验收装配：机械连接、胶接表面涂饰2013-04-0120⑨验收增强材料-易浸润，可变形2）手糊成型工艺的原材料增强材料易浸润，可变形①无捻粗纱布（方格布）：0.1~0.8mm变形性好，易被树脂浸透，易排除气泡，增厚效率高，价格低②加捻布（平纹布、斜纹布、缎纹布、单向布）0.05~0.6mm，表面平整、气密性好；表面含蜡、价格贵、不易浸透树脂、增厚效果差③玻璃布带：用于加强型材和特殊部位④短切毡：树脂浸透性好，气泡容易排除，变形性好，施工方便，制品含胶量高60~80%，防渗效果好。⑤短切纤维：填充死角表毡2013-04-0121⑥表面毡：表面富树脂层）手糊成型工艺的原材料1）要求：①粘度适宜，0.2~0.8Pa.S，对玻纤有良好浸润性；②可在室温下凝胶、固化，并且无低分子物产生；③毒或低毒③无毒或低毒；④价格便宜，来源广泛2）常树脂2）常用树脂：不饱和聚酯UP、环氧树脂3）辅助材料：①稀释剂；②填料（降低成本提高性能）②填料（降低成本，提高性能）③触变剂（适用垂直面施工，活性SiO2）；④颜料（一般选用无机颜料有机颜料影响固化）2013-04-0122④颜料（般选用无机颜料，有机颜料影响固化））手糊制品缺陷及原因1.胶衣起皱、龟裂、变色起皱①胶衣层太薄；②固化剂不足；③气温太低；原因：起皱①胶衣层太薄；②固化剂不足；③气温太低；④胶衣层厚度不均；⑤胶衣层固化不足龟裂①胶衣层太厚；②固化时热量过大；原因：龟裂①胶衣层太厚；②固化时热量过大；③固化剂用量过多；变色①固化剂用量过多；②胶衣流挂；变色①固化剂用量过多；②胶衣流挂；③颜色分离；④胶衣层厚度不均2013-04-0123）手糊制品缺陷及原因3制品翘曲和变形2.制品收缩原因：3.制品翘曲和变形原因：①拐角处圆弧半径过小；②脱模剂用量太多；①固化剂用量过大②制品太薄；③制品局部厚度过大；④胶衣层厚度不均，或固③制品厚度