復合材料成型工藝夾層結構制造技術

1、復合材料成型工藝 夾層結構制造技術夾層結構一般是由三層材料制成的復合材料。 夾層復合材料的上下面層是高強度、 高模 量材料， 中間層是較厚的輕質材料， 玻璃鋼夾層結構實際上是復合材料與其它輕質材料的再 復合。采用夾層結構方式是為了提高材料的有效利用率和減輕結構重量，以梁板構件為例， 在使用過程中， 一要滿足強度要求， 二要滿足剛度的需要，玻璃鋼材料的特點是強度高，模 量低。因此，用單一的玻璃鋼材料制造梁板，滿足強度要求時，撓度往往很大，如果按允許 撓度進行設計， 則強度大大超過，造成浪費。 只有采用夾層結構形式進行設計，才能合理的 解決這一矛盾。這也是夾層結構得以發(fā)展的主要原因。由于玻璃鋼夾層

2、結構的強度高，重量輕，剛度大，耐腐蝕，電絕緣及透微波等，目前已 廣泛用于航空工業(yè)和宇航工業(yè)的飛機、導彈、 飛船及樣板、屋面板，能大幅度的減輕建筑物 的重量和改善使用功能。 透明玻璃鋼夾層結構板， 已廣泛用于寒冷地區(qū)的工業(yè)廠房、 大型公 用建筑及溫室的采光屋頂。 在造船和交通領域， 玻璃鋼夾層結構廣泛用于玻璃鋼潛艇、 掃雷 艇、游艇中的許多構件。 我國設計制造的玻璃鋼過街人行橋、 公路橋、 汽車和火車保溫泠藏 車等，均采用了玻璃鋼夾層結構，滿足了重量輕、強度高、剛度大、隔熱、保溫等多性能要 求。在要求透微波的雷過罩中，玻璃鋼夾層結構已成為其它材料不能與之相比的專用材料。1、玻璃鋼夾層結構的種類與

3、特點 根據夾層結構所用的芯材種類和形式不同， 玻璃鋼夾層結構分為： 泡沫夾層結構， 蜂窩 夾層結構，梯形板夾層結構，矩形夾層結構和圓形夾層結構。（ 1）泡沫塑料夾層結構 泡沫塑料夾層結構是采用玻璃鋼薄板作蒙皮（面板） ，泡沫塑 料做夾芯層， 泡沫塑料夾層結構的最大特點是蒙皮和泡沫塑料夾芯層粘接牢固、 受力不大和 保溫隔熱性能要求高的部件，如飛機尾翼、保溫通風管道及樣板等。（ 2）蜂窩夾層結構 蜂窩夾層結構是采用玻璃鋼薄板作蒙皮，蜂窩材料（玻璃布蜂窩、 紙蜂窩或其它棉布及鋁蜂窩等）做夾芯層。蜂窩夾層結構的重量輕，強度高，剛度大，多用 作結構尺寸大、強度要求高的結構件，如玻璃鋼橋的承重板、球形屋頂

4、結構、雷達罩、反射 面、冷藏車地板及箱體結構等。（ 3）梯形和矩形帶頭作用層結構這種帶頭作用層結構的面板（蒙皮）為玻璃鋼薄板，夾芯層是玻璃鋼梯形板或矩形板。 這種夾層結構方向性強， 僅適用于做高強平板， 不宜用于 彎曲形狀的制品。（ 4）圓環(huán)形夾層結構 它是用玻璃鋼薄板作蒙皮， 用玻璃鋼圓環(huán)做夾芯層。 這種夾層結 構的特點是芯材耗量少， 強度比較高， 平板受力無方向性， 最適宜做采光用的透明玻璃鋼夾 層結構板材，具有遮擋少、透光率高的特點。蜂窩夾層結構制造技術（ 1）蜂窩種類 蜂窩的強度與選用原材料和蜂窩幾何形狀有關， 根據平面投影幾何形狀， 蜂窩夾芯材料可分為六邊形、菱形、 矩形、 正弦曲線

5、形和有加強帶六邊形等。 在這些蜂窩夾 芯材料中， 以加強帶六邊形強度最高，正方形蜂窩次之。 由于正六邊形蜂窩制造簡單， 用料 省，強度也較高，故應用最廣。（ 2）原材料 夾層結構的蒙皮和夾芯材料種類很多，如果用鋁、鈦合金做蒙皮和芯材， 則稱為金屬夾層結構； 用玻璃鋼薄板， 木質膠合板和無機復合材料板做蒙皮， 用玻璃鋼蜂窩、 紙蜂窩及泡沫塑料做夾芯材料，則稱為非金屬材料夾層結構。目前，以玻璃鋼薄板做蒙皮、 玻璃鋼蜂窩和泡沫塑料做芯材的夾層結構應用最廣。玻璃纖維布（增強材料）生產玻璃鋼夾層結構的玻璃布分為面層布和蜂窩布兩種：面層布是經過增強處理的中堿和無堿平紋 布，其厚度一般為 0.10.2mm。

6、為加強蒙皮和蜂窩之間的粘度強度，常在兩者之間加一層 短切玻璃纖維氈。 選用含蠟玻璃布做蜂窩材料， 可以防止樹脂浸透到玻璃布背面， 減少蜂窩 塊層間的粘接，有利于蜂窩成孔拉伸。紙生產蜂窩夾層結構的紙，要求有良好的樹脂浸潤性和足夠的拉伸強度。粘接劑（樹脂）制造蜂窩夾層結構用的樹脂分蒙皮用樹脂、蜂窩用樹脂和蜂窩與蒙皮粘接用樹脂。 根據夾層結構的使用條件， 可分別選用環(huán)氧樹脂、 不飽 和聚酯樹脂、酚醛樹脂、 有機硅樹脂及鄰苯二甲酸二丙烯酯等。制造蜂窩膠條時， 通常采用 環(huán)氧樹脂、 改性酚醛樹脂、聚醋酸乙烯酯膠和聚乙烯醇縮丁醛膠等。在這些膠粘劑中，環(huán)氧樹脂粘接強度高，改性酚醛樹脂價格低，故應用較多。聚醋

7、酸乙烯酯膠無毒，價格便宜，可 以室溫固化， 但用此膠制造的蜂條， 不能浸聚酯膠膠液， 因為聚酯樹脂中的苯乙烯能溶解聚 醛酸乙烯，使蜂條開膠、破壞。（ 3）蜂窩夾芯制造 生產玻璃布夾芯材料時， 主要彩膠接拉伸法。其工藝過程是先在制 造蜂窩芯材的玻璃布上涂膠條， 然后重疊粘接成蜂窩疊塊， 固化后按需要蜂窩高度切成蜂窩 條，經拉伸預成型，最后浸膠，固化定型成蜂窩芯材。制造蜂窩夾芯疊塊的膠條上膠法，可 以采用手械涂膠，也可以使用機械化涂膠。（ 4）蜂窩夾層結構制造 玻璃布蜂窩夾層結構制造技術分濕法和干法兩種。 干法成型 此法是先將蜂窩夾芯和面板作好， 然后再將它們粘接成夾層結構。 為了保證芯材和面板牢

8、固 粘接，常在面板上鋪一層薄氈（浸過膠） ，鋪上蜂窩，加熱加壓，使之固化成一體。這種方 法制造的夾層結構， 蜂芯和面板的粘接強度可提高到 3MPa 以上。 干法成型的優(yōu)點主要是產 品表面光滑，平整， 生產過程中每道工序都能及時檢查， 產品質量容易保證，缺點是生產周 期長。濕法成型 此法是面板和蜂窩夾芯均處于未固化狀態(tài)，在模具上一次膠接成型。生 產時，先在模具上制好上、下面板，然后將蜂窩條浸膠拉開，放到上、下面板之間，加壓（0.01 0.08MPa）、固化，脫模后修整成產品。濕法成型的優(yōu)點是蜂窩和面板間粘接強度高，生產 周期短，最適合于球面、 殼體等異形結構產品生產。其缺點是產品表面質量差，生產

9、過程較 難控制。泡沫塑料夾層結構制造技術（ 1）原材料 泡沫塑料夾層結構用的原材料分為面板 （蒙皮） 材料、夾芯材料和粘接劑。面板材料 主要是用玻璃布和樹脂制成的薄板，與蜂窩夾層結構面板用的材料相同。粘 接劑 面板和夾芯材料的粘接劑，主要取決于泡沫塑料種類，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用 不飽和聚酯樹脂粘接。泡沫夾芯材料泡沫塑料的種類很多，其分類方法有兩種：一種是按樹脂基體分，可分為：聚氯乙烯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料，聚乙烯泡沫塑料，聚氨酯 泡沫塑料， 酚醛，環(huán)氧及不飽和聚酯等熱固性泡沫塑料等。 另一種是近硬度分， 可分為硬質、 半硬質和軟質三種。用泡沫塑料芯材生產夾層結構的最大優(yōu)點是防寒、絕熱

10、，隔音性能好， 質量輕，與蒙面粘接面大，能均勻傳遞荷載，抗沖擊性能好等。（ 2）泡沫塑料制造技術 生產泡沫塑料的發(fā)泡方法較多， 有機械發(fā)泡法、 惰性氣體混溶 減壓發(fā)泡法、 低沸點液體蒸發(fā)發(fā)泡法、 發(fā)泡劑分解放氣發(fā)泡法和原料組分相互反應放氣發(fā)泡 法等。機械發(fā)泡法 利用強烈機械攪拌，將氣體混入到聚合物溶液、乳液或懸浮液中，形 成泡沫體，然后經固化而獲得泡沫塑料。惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法利用惰性氣體（如氮氣、二氧化碳等）無色、無臭、難與其它化學元素化合的原理，在高壓下壓入聚合物中，經 升溫、減壓、使氣體膨脹發(fā)泡。低沸點液體蒸發(fā)發(fā)泡法將低沸點液體壓入聚合物中，然后加熱聚合物， 當聚合物軟化、 液體達到沸點時， 借助液體氣化產生的蒸氣壓力， 使聚合物 發(fā)泡成泡沫體?；瘜W發(fā)泡劑發(fā)泡法借助發(fā)泡劑在熱作用下分解產生的氣體，使聚合物體積膨脹，形成泡沫塑料。原料化學反應發(fā)泡法此法是利用能發(fā)泡的原料組分，相互反應放出二氧化碳或氮氣等使聚合物膨脹發(fā)泡成泡沫體。（ 3）泡沫塑料夾層結構制造 泡沫塑料夾層結構的制造方法有： 預制粘接法、 現場澆注 成型法和連續(xù)機械成型法三種。預制粘接法將蒙皮和泡沫塑料芯材分別