復(fù)合材料的制備方法課件

1、復(fù)合材料的制備方法復(fù)合材料的制備方法張強(qiáng) 2009034031復(fù)合材料制備工藝特點(diǎn)復(fù)合材料制備工藝特點(diǎn) （1）材料制造與制品成型同時完成）材料制造與制品成型同時完成 一般情況下 ，復(fù)合材料的生產(chǎn)過程，也就是制品的成型過程。材料的性能必須根據(jù)制品的使用要求進(jìn)行設(shè)計，因此在制造材料、設(shè)計配比、確定纖維鋪層和成型方法時，都必須滿足制品的物化性能、結(jié)構(gòu)形狀和外觀質(zhì)量要求等。 （2）制品成型比較簡便）制品成型比較簡便 一般熱固性復(fù)合材料的樹脂基體，成型前是流動液體，增強(qiáng)材料是柔軟纖維或織物，因此，用這些材料生產(chǎn)復(fù)合材料制品，所需工序及設(shè)備要比其它材料簡單的多，對于某些制品僅需一套模具模具便能生產(chǎn)。復(fù)合材

2、料的制備方法復(fù)合材料的制備方法 模具的制作工藝模具的制作工藝 復(fù)合材料成型工藝復(fù)合材料成型工藝 模具的制作工藝模具的制作工藝 主模制作主模制作 主模修整主模修整 主模表面處理主模表面處理 生產(chǎn)模的翻制生產(chǎn)模的翻制 主模制作 制作主模的材料有很多，一般要求作主模的材料易成形，易休整，且有穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。如木材，石膏，蠟等。我們通常用的都是木材。根據(jù)模具圖紙，由木工做出木制主模。 主模修整主模修整 主模必須經(jīng)過修理后方能進(jìn)行生產(chǎn)模的翻主模必須經(jīng)過修理后方能進(jìn)行生產(chǎn)模的翻制。修整包括打膩?zhàn)?，整形，尺寸的較正，制。修整包括打膩?zhàn)?，整形，尺寸的較正，加固。這一過程主要是對木模表面及整體加固。這一過程主要

3、是對木模表面及整體做基本的處理，以保證木模在尺寸及形式做基本的處理，以保證木模在尺寸及形式上與圖紙相吻合。上與圖紙相吻合。主模表面處理主模表面處理 這一工序中有噴膠衣，膠衣固化，打磨，拋這一工序中有噴膠衣，膠衣固化，打磨，拋光，打脫模蠟等。在前面工序中處理好的主模上光，打脫模蠟等。在前面工序中處理好的主模上噴上膠衣，然后等膠衣固化，膠衣固化后就用砂噴上膠衣，然后等膠衣固化，膠衣固化后就用砂紙打磨膠衣面。一般從幾十號的粗砂紙一直打到紙打磨膠衣面。一般從幾十號的粗砂紙一直打到一千號左右的細(xì)砂紙。打完砂紙后，開始拋光模一千號左右的細(xì)砂紙。打完砂紙后，開始拋光模具，最后打上脫模產(chǎn)品。直到此時，主模生產(chǎn)

4、就具，最后打上脫模產(chǎn)品。直到此時，主模生產(chǎn)就結(jié)束了。接下就可以用主模來制作生產(chǎn)模。結(jié)束了。接下就可以用主模來制作生產(chǎn)模。 這一過程中要用到許多材料及工器具。木材這一過程中要用到許多材料及工器具。木材及相應(yīng)的木工器具是必須的。此外還有：膩?zhàn)蛹跋鄳?yīng)的木工器具是必須的。此外還有：膩?zhàn)樱ㄒ卜Q原子灰），砂紙，從幾十號的粗砂紙到一（也稱原子灰），砂紙，從幾十號的粗砂紙到一千多號的細(xì)砂紙，膠衣（一般使用產(chǎn)品膠衣就可千多號的細(xì)砂紙，膠衣（一般使用產(chǎn)品膠衣就可以），模具清潔劑，封孔劑，拋光膏，脫模蠟等。以），模具清潔劑，封孔劑，拋光膏，脫模蠟等。此外還要用到一些小的工器具，如打磨器，拋光此外還要用到一些小的工器

5、具，如打磨器，拋光輪，膠衣噴槍，氣泵（或別的氣源）。輪，膠衣噴槍，氣泵（或別的氣源）。生產(chǎn)模的翻制生產(chǎn)模的翻制 噴模具膠衣噴模具膠衣 由于開始制作生產(chǎn)模，所以必須使用性能較好的模具膠由于開始制作生產(chǎn)模，所以必須使用性能較好的模具膠衣，以保證模具的最終效果。并要求噴射達(dá)到一定的厚度衣，以保證模具的最終效果。并要求噴射達(dá)到一定的厚度 模具鋪層模具鋪層 鋪層工序不能過快鋪層工序不能過快,一般情況下模具的厚度要達(dá)到產(chǎn)一般情況下模具的厚度要達(dá)到產(chǎn)品厚度的品厚度的3-5倍。所以鋪層的時間一般也較長，可倍。所以鋪層的時間一般也較長，可持續(xù)持續(xù)6-7天天 模具固化加固模具固化加固 模具可自然固化，也可加溫固化

6、，但一般最好有模具可自然固化，也可加溫固化，但一般最好有一段自然固化期。自然固化期后，要給模具加固，一段自然固化期。自然固化期后，要給模具加固，使模具在生產(chǎn)過程中不致于損壞。使模具在生產(chǎn)過程中不致于損壞。 生產(chǎn)模的表面處理生產(chǎn)模的表面處理 打砂紙，拋光，劃工藝線，打脫模產(chǎn)品打砂紙，拋光，劃工藝線，打脫模產(chǎn)品 幾個磨具的辨析 生產(chǎn)模 主模 胎模 過渡模生產(chǎn)模 用來生產(chǎn)產(chǎn)品的模具 ,從形狀上來說與產(chǎn)品的形狀正好相反 ;一般是玻璃鋼（FRP）的;主模 主?；蛘哒f母模: 用來制造生產(chǎn)模的模具;從形狀上來說與生產(chǎn)模相反,與產(chǎn)品相同,但決不是產(chǎn)品,厚度絕對大于產(chǎn)品 ;一般是玻璃鋼的,可以用來生產(chǎn)很多的生產(chǎn)

7、模 胎模 胎模或者說原始模: 指按產(chǎn)品圖紙或者模具圖紙生產(chǎn)出的第一件模具,一般來說 都不是玻璃鋼的,很多是木頭,各種板材的拼合體,或者是用CNC（數(shù)控機(jī)床）雕出來的,一般只能生產(chǎn)一件生產(chǎn)?；蛘咧髂?很難重復(fù)利用,或者說一般不重復(fù)利用;從形狀上來說主要是方便制造;而不一定是產(chǎn)品形狀; 過渡模 過渡模一般說來很少用到: 指生產(chǎn)量很大時,要生產(chǎn)很多的主模所產(chǎn)生的過渡性模具;形狀與產(chǎn)品相反,與生產(chǎn)模的形狀相同,一般是玻璃鋼的,主要是由于尺寸要求較嚴(yán),且要經(jīng)過多次翻轉(zhuǎn),必須提前對尺寸進(jìn)行一定的放大,所以不能直接用來做生產(chǎn)模;復(fù)合材料成型工藝 復(fù)合材料成型工藝是復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展基礎(chǔ)和條件。隨著復(fù)合材料應(yīng)

8、用領(lǐng)域的拓寬，復(fù)合材料工業(yè)得到迅速發(fā)展，其老的成型工藝日臻完善，新的成型方法不斷涌現(xiàn)，目前聚合物基符合材料的成型方法已目前聚合物基符合材料的成型方法已有有20多種多種 復(fù)合材料成型工藝 層壓成型工藝層壓成型工藝 層壓成型工藝層壓成型工藝 層壓成型是將預(yù)浸膠布按照產(chǎn)品形狀和尺寸進(jìn)行剪裁、疊加后，放入兩個拋光的金屬模具之間，加溫加壓形成復(fù)合材料制品的生產(chǎn)工藝。它是復(fù)合材料成型工藝中發(fā)展較早、也較成熟的一種成型方法。 層壓工藝主要用于生產(chǎn)各種規(guī)格的復(fù)合材料板材，具有機(jī)械化、自動化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，但一次性投資較大，適用于批量生產(chǎn)，并且只能生產(chǎn)板材，且規(guī)格受到設(shè)備的限制。 層壓工藝過程大致包

9、括：預(yù)浸膠布制備、膠布裁剪疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序?qū)訅撼尚蛯訅撼尚蛷?fù)合材料的層壓工藝的熱壓過程，一般分5個階段第一階段-預(yù)熱預(yù)壓階段 此階段的主要目的是使樹脂熔化，去除揮發(fā)物、浸漬纖維，并且使樹脂逐步固化至凝膠狀態(tài)。此階段的成型壓力為全壓的1/3-1/2。2種配方體系的預(yù)熱預(yù)壓工藝參數(shù)見表第二階段-中間保溫階段 這一階段的作用是使膠布在較低的反應(yīng)速度下進(jìn)行固化。保溫過程中應(yīng)密切注意樹脂的流膠情況。當(dāng)流出的樹脂已經(jīng)凝膠，不能拉成細(xì)絲時，應(yīng)立即加全壓。第三階段-升溫階段目的在于提高反應(yīng)溫度，加快固化速度。此時，升溫速度不能過快，否則會引起暴聚，使固化反應(yīng)放熱過于集中，導(dǎo)致材料層間

10、分層。第四階段-熱壓保溫階段 目的在于使樹脂能夠充分固化。從加全壓到整個熱壓結(jié)束，稱為熱壓目的在于使樹脂能夠充分固化。從加全壓到整個熱壓結(jié)束，稱為熱壓階段。而從達(dá)到指定的熱壓溫度到熱壓結(jié)束的時間，稱為恒溫時間。熱階段。而從達(dá)到指定的熱壓溫度到熱壓結(jié)束的時間，稱為恒溫時間。熱壓階段的溫度、壓力和恒溫時間，也是由配方?jīng)Q定。幾種配方體系的加壓階段的溫度、壓力和恒溫時間，也是由配方?jīng)Q定。幾種配方體系的加壓工藝參數(shù)見表壓工藝參數(shù)見表第五階段-冷卻階段 在保壓的情況下，采取自然冷卻或者強(qiáng)制冷卻到室溫，然后卸壓，取出產(chǎn)品。冷卻時間過短，容易使產(chǎn)品產(chǎn)生翹曲、開裂等現(xiàn)象。冷卻時間過長，對制品質(zhì)量無明顯幫助，但是

11、使生產(chǎn)效率明顯降低。RTM-樹脂傳遞模塑成型樹脂傳遞模塑成型 RTM是是一種閉模低壓成型的方法一種閉模低壓成型的方法。將纖維增強(qiáng)材料置。將纖維增強(qiáng)材料置于上下模之間；合模并將模具夾緊；在壓力下注射樹脂；于上下模之間；合模并將模具夾緊；在壓力下注射樹脂；樹脂固化后打開模具，取下產(chǎn)品。樹脂膠凝過程開始前，樹脂固化后打開模具，取下產(chǎn)品。樹脂膠凝過程開始前，必須讓樹脂充滿模腔，壓力促使樹脂快速傳遞到模具內(nèi)，必須讓樹脂充滿模腔，壓力促使樹脂快速傳遞到模具內(nèi)，浸漬纖維材料。浸漬纖維材料。 RTM是一是一低壓系統(tǒng)低壓系統(tǒng)，樹脂注射壓力范圍，樹脂注射壓力范圍0.4-0.5Mpa。當(dāng)制造高纖維含量（體積比超過當(dāng)

12、制造高纖維含量（體積比超過50）的制品，如航空航）的制品，如航空航天用零部件時，壓力甚至達(dá)天用零部件時，壓力甚至達(dá)0.7Mpa. 纖維增強(qiáng)材料有時可預(yù)先在一個模具內(nèi)預(yù)成型大致形纖維增強(qiáng)材料有時可預(yù)先在一個模具內(nèi)預(yù)成型大致形狀（帶粘結(jié)劑），再在第二個模具內(nèi)注射成型。為了提高狀（帶粘結(jié)劑），再在第二個模具內(nèi)注射成型。為了提高樹脂浸透纖維的能力，可選擇真空輔助注射（樹脂浸透纖維的能力，可選擇真空輔助注射（VARI-vacuum assisted resin injection）。）。 注意注意 樹脂一經(jīng)纖維材料浸透，樹脂注口要封閉，以便樹脂一經(jīng)纖維材料浸透，樹脂注口要封閉，以便樹脂固化。注射與固化可

13、在室溫或加熱條件下進(jìn)行。模具樹脂固化。注射與固化可在室溫或加熱條件下進(jìn)行。模具可以復(fù)合材料與鋼材制作。若采用加熱工藝，宜用鋼模?？梢詮?fù)合材料與鋼材制作。若采用加熱工藝，宜用鋼模。樹脂傳遞模塑成型樹脂傳遞模塑成型樹脂傳遞模塑成型樹脂傳遞模塑成型-原材 樹脂樹脂：一般多用環(huán)氧、不飽和聚酯、乙烯基酯及酚醛；當(dāng)加溫時，高溫樹脂如雙馬來酰亞胺樹脂亦可用。法國Vetrotex公司開發(fā)了熱塑性樹脂RTM。 纖維纖維：任意。常用玻纖連續(xù)氈、縫編材料（其纖維間的縫隙利于樹脂傳遞）、無捻粗紗布；玻纖與熱塑性塑料的復(fù)合紗及其織物與片材（法國Vetrotex商品名TWINTEX）。 芯材芯材：不用蜂窩，因蜂窩空格全被

14、樹脂填滿，壓力會導(dǎo)致其破壞?？捎媚腿軇┌l(fā)泡材料PU、PP、CLVC等。樹脂傳遞模塑成型樹脂傳遞模塑成型優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1） 制品纖維含量可較高，未被樹脂浸的部分非常少； 2） 閉模成型，生產(chǎn)環(huán)境好； 3） 勞動強(qiáng)度較低，對工人技術(shù)熟練程度的要求也比手糊與噴射成型低； 4） 制品兩面光，可作有表面膠衣的制品，精度也比較高； 5） 成型周期較短； 6） 產(chǎn)品可大型化； 7） 強(qiáng)度可按設(shè)計要求具有方向性； 8） 可與芯材、嵌件一體成型 9） 相對注射設(shè)備與模具成本較低。 缺點(diǎn) 1） 不宜制作較小產(chǎn)品 2） 因要承壓，故模具較手糊與噴射工藝用的模具要重和復(fù)雜，價位也高一些；噴射成型技術(shù)噴射成型技術(shù)噴

15、射成型技術(shù)噴射成型技術(shù) 噴射成型工藝是將混有引發(fā)劑和促進(jìn)劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側(cè)噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上，當(dāng)沉積到一定厚度時，用輥gun輪壓實(shí)，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。噴射工藝參數(shù)選擇 樹脂含量 噴射成型的制品中，樹脂含量控制在60%左右。 噴霧壓力當(dāng)樹脂粘度為0.2Pas，樹脂罐壓力為0.050.15MPa時，霧化壓力為0.30.55MPa，方能保證組分混合均勻 噴槍夾角不同夾角噴出來的樹脂混合交距不同，一般選用20夾角，噴槍與模具的距離為350400mm。改變距離，要高速噴槍夾角，保證各組分在靠近模具表面處交集混合，防止

16、膠液飛失。噴射成型的優(yōu)缺點(diǎn) 噴射成型的優(yōu)點(diǎn)：用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；生產(chǎn)效率比手糊的高24倍；產(chǎn)品整體性好，無接縫，層間剪切強(qiáng)度高，樹脂含量高，抗腐蝕、耐滲漏性好；可減少飛邊，裁布屑及剩余膠液的消耗；產(chǎn)品尺寸、形狀不受限制。 其缺點(diǎn)為：樹脂含量高，制品強(qiáng)度低；產(chǎn)品只能做到單面光滑；污染環(huán)境，有害工人健康。 纖維纏繞工藝 纖維纏繞工藝是樹脂基復(fù)合材料的主要制造工藝之一。是一種在控制張力和預(yù)定線型的條件下，應(yīng)用專門的纏繞設(shè)備將連續(xù)纖維或布帶浸漬樹脂膠液后連續(xù)、均勻且有規(guī)律地纏繞在芯模或內(nèi)襯上，然后在一定溫度環(huán)境下使之固化，成為一定形狀制品的復(fù)合材料成型方法。 根據(jù)纏繞時樹脂基體所處的化

17、學(xué)、物理狀態(tài)不同，纏繞工藝可分為干法、濕法及半干法三種。纏繞工藝流程圖纏繞工藝流程圖纖維纏繞成型工藝示意纖維纏繞工藝 纏繞的主要形式有三種:環(huán)向纏繞、平面纏繞及螺旋纏繞。環(huán)向纏繞環(huán)向纏繞的增強(qiáng)材料與芯模軸線以接近90度角（通常為85-89度）的方向連續(xù)纏繞在芯模上，平面纏繞平面纏繞的增強(qiáng)材料以與芯模兩端極孔相切并在平面內(nèi)的方向連續(xù)纏繞在芯模上，螺旋纏繞螺旋纏繞的增強(qiáng)材料也與芯模兩端相切，但是在芯模上呈螺旋狀態(tài)連續(xù)纏繞在芯模上。三種纏繞方法三種纏繞方法纖維纏繞工藝-干法 干法纏繞采用經(jīng)過事先浸膠而處于B階段的預(yù)浸紗帶。預(yù)浸紗帶是在專門的工廠或車間制造與提供的。干法纏繞時，在纏繞機(jī)上需先對預(yù)浸紗帶

18、進(jìn)行加熱軟化處理后再纏繞到芯模上。由于可以在纏繞前對預(yù)浸紗帶的含膠量、膠帶尺寸及質(zhì)量進(jìn)行檢測和篩選，因而可以較準(zhǔn)確地控制制品質(zhì)量。干法纏繞的生產(chǎn)效率較高，纏繞速度可達(dá)100-200m/min,工作環(huán)境也較清潔。但干法纏繞設(shè)備比較復(fù)雜且造價很高，纏繞制品的層間剪切強(qiáng)度也較低。纖維纏繞工藝-濕法 濕法纏繞是將纖維經(jīng)集束、浸膠后，在張力控制下直接纏繞在芯模上，然后再固化成型。濕法纏繞的設(shè)備比較簡單，但由于紗帶浸膠后立即纏繞，在纏繞過程中對制品含膠量不易控制和檢驗(yàn)，同時膠液中的溶劑固化時易在制品中形成氣泡、孔隙等缺陷，纏繞時張力也不易控制。同時，工人在溶劑揮發(fā)氣氛和纖維短毛飛揚(yáng)的環(huán)境中操作，勞動條件較

19、差。纖維纏繞工藝-半干法 與濕法工藝相比，半干法是在纖維浸膠到纏繞至芯模的途中增加一套烘干設(shè)備，將紗帶膠液中的溶劑基本上驅(qū)趕掉。與干法相比較，半干法不依賴一整套復(fù)雜的預(yù)浸漬工藝設(shè)備。雖然制品的含膠量在工藝過程中與濕法一樣不易精確控制且比濕法多一套中間烘干設(shè)備，工人的勞動強(qiáng)度更大，但制品中的氣泡、孔隙等缺陷大為降低。三種纏繞工藝方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表拉擠成型d 拉擠成型于拉擠成型于1951年首次在美國注冊專利，年首次在美國注冊專利，60年代發(fā)展很年代發(fā)展很慢，慢，7080年代進(jìn)入快速發(fā)展階段。我國起步則較晚，年代進(jìn)入快速發(fā)展階段。我國起步則較晚，直到直到90年代隨著拉擠專用樹脂技術(shù)的引進(jìn)生產(chǎn)才進(jìn)入

20、快速年代隨著拉擠專用樹脂技術(shù)的引進(jìn)生產(chǎn)才進(jìn)入快速發(fā)展時期。目前，引進(jìn)及國產(chǎn)拉擠生產(chǎn)線已超過發(fā)展時期。目前，引進(jìn)及國產(chǎn)拉擠生產(chǎn)線已超過200條。條。我國發(fā)展拉擠與歐美形式相似：先開發(fā)形狀簡單的棒材，我國發(fā)展拉擠與歐美形式相似：先開發(fā)形狀簡單的棒材，然后隨著化工防腐、電力、采礦等行業(yè)的發(fā)展與需求，開然后隨著化工防腐、電力、采礦等行業(yè)的發(fā)展與需求，開發(fā)了型材制品，目前這些技術(shù)已經(jīng)比較成熟。發(fā)了型材制品，目前這些技術(shù)已經(jīng)比較成熟。 拉擠工藝是一種連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料型材的方法，它是將紗拉擠工藝是一種連續(xù)生產(chǎn)復(fù)合材料型材的方法，它是將紗架上的無捻玻璃纖維粗紗和其他連續(xù)增強(qiáng)材料、聚脂表面架上的無捻玻璃纖維粗紗和其他連續(xù)增強(qiáng)材料、聚脂表面氈等進(jìn)行樹脂浸漬，然后通過保持一定截面形狀的成型模氈等進(jìn)行樹脂浸漬，然后通過保持一定截面形狀的成型模具，并使其在模內(nèi)固化成型后連續(xù)出模，由此形成拉擠制具，并使其在模內(nèi)固化成型后連續(xù)出模，由此形成拉擠制品的一種自動化生產(chǎn)工藝。利用拉擠工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品其拉品的一種自動化生產(chǎn)工藝。利用拉擠工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品其拉伸強(qiáng)度高于普通鋼材。表面的富樹脂層又使其具有良好的伸強(qiáng)度高于普通鋼材。表面的富樹脂層又使其具有良好的防腐性，故在具有腐蝕性的