復合材料工學

1、備課筆記復合材料工藝：手糊成型噴射成型 夾層結構 模壓成型 SMC纏繞成型 擠出注射成型 連續(xù)成型 拉擠 纏繞 制板 制管處理劑作用理論1、耦聯(lián)目的：增加玻纖與樹脂間的粘結力2、耦聯(lián)作用：耦聯(lián)劑具有兩種或兩種以上性質(zhì)不同的官能團，一端親玻纖，一端親樹脂。從而起到玻纖與樹脂間的橋梁作用。3、耦聯(lián)機理： 不吸濕，帶羥基SiO2,Al2O3,Fe2O3帶羥基， MOH, M=Si, Fe, Al。玻纖表面分布基團水合完以后，留下來由不水合氧化物網(wǎng)絡構成的疏松表面。 吸水基，形成水合氧化層耦聯(lián)劑的主要功能是在纖維表面的氧化物分子團和樹脂的聚合物分子之間建立很強的化學鍵合，產(chǎn)生很強的耐水鍵。耦聯(lián)劑的部分

2、作用是提高表面能以保證樹脂很好的浸潤。處理劑種類和作用機理1、種類有機硅烷型，非有機硅烷型2、通式RSiX3 與聚合物作用端 與Si鍵合的可水解基團3、作用過程（1）水解RSiX3H2O RSi（OH）33HX（2）與纖維表面羥基結合R RHOSiOH HOSiOH O O H H H H O O M M 玻 纖（3）脫水 R R聚硅氧烷層 HOSiOSiOH O O M M 玻 纖（4）與樹脂結合R基團與樹脂基團相似相容 R R HOSiOSiOH 剛性鍵 O O M M 玻 纖（5）克服剛性鍵第一、形成改性區(qū)改性樹脂區(qū)機械性能介于纖維和樹脂的機械性能之間。產(chǎn)生方法：a、硅烷耦聯(lián)劑改變纖維表

3、面區(qū)域基體樹脂的固化行為。b、用含有長鏈R基團的硅烷耦聯(lián)劑，使得固化以后在纖維和樹脂之間出現(xiàn)一層性能不同于塊狀樹脂的樹脂層。第二、Plueddemann機制核心：兩個表面相互滑移但不產(chǎn)生永久性的聯(lián)鍵破壞。1974年Plueddemann提出界面上的運動或滑移可以松弛局部應力，但卻維持其化學鍵合。如圖：Plueddemann機制圖 R R R OSiO OSiO H2O OSiO O O H H H H O O O M M M 可 逆 水 解存在分子水時，水會擴散透過樹脂進入界面，共價鍵MO便發(fā)生可遞的水解過程。因為過程的可逆性，當水擴散出去之后，共價鍵重新恢復。 聚合物 聚合物 R R R R

4、 R R R R M M M M M M M M 玻璃 玻璃滑 移于是當一個與界面相平行的簡單剪應力作用時，兩個表面會相互滑移但不產(chǎn)生永久性的聯(lián)鍵破壞?？傊?纖維硅烷界面和硅烷樹脂化學鍵合 化學鍵合，相互擴散纖維的表面處理工藝1、玻纖前處理，后處理，遷移法三種。（1）前處理耦聯(lián)劑代替石蠟型浸潤劑，直接用于玻纖拉絲集束，使用時勿須脫蠟處理。強度完好，柔性較差。（2）后處理纖維先熱處理脫蠟，然后浸漬耦聯(lián)劑，再經(jīng)預烘、蒸餾水洗滌、干燥工序。熱處理導致強度下降。（3）遷移法耦聯(lián)劑直接加入樹脂配方中，讓它在浸膠和成型過程中遷移到玻纖表面發(fā)生耦聯(lián)作用。方法簡便，可增加纖維與樹脂間的粘結力，提高了強度與電性

5、能。熱固性樹脂的工藝性能： 浸潤性能 粘接性能 流動性能 固化性能手糊成型工藝：SMC生產(chǎn)流程工藝：發(fā)泡過程1、物理發(fā)泡壓入氣體發(fā)泡低沸點液體蒸發(fā)發(fā)泡2、機械混入“固化”氣泡3、化學發(fā)泡內(nèi)部化學反應發(fā)泡纏繞工藝：膠衣：加顏料的膠衣樹脂1、種類與功效33號間苯二甲酸型膠衣樹脂耐水36PA樹脂不透明、自熄39號膠衣樹脂，間苯二甲酸-HET酸酐耐熱、自熄21號膠衣樹脂，新戊二醇耐水煮、耐熱、不污染、柔韌耐磨2、配置膠衣樹脂 + 引發(fā)劑 + 促進劑噴射成型樹脂傳遞模塑：Resin Transfer MoldingRTM定義：將液態(tài)熱固性樹脂（通常為不飽和聚酯）及固化劑，由計量設備分別從儲桶內(nèi)抽出，經(jīng)靜

6、態(tài)混合器混合均勻，注入事先鋪有玻纖增強材料的密封模內(nèi)，經(jīng)固化，脫模，后加工而成制品。反應注射模塑：Reaction Injection MoldingRIM定義：利用高壓沖擊，混合兩種單體物料，工藝過程中既控制物料的反應溫度，又控制物料的注射率，是在模具內(nèi)直接成型制品的較先進的注射模塑工藝。蜂窩夾芯 PU (polyurethane)聚氨酯工藝反應機理(1)鏈增長反應 O H OC = N + OH NCO異氰酸酯 聚酯或聚胺酯(2)放氣反應 O H O HC = N + HOH NCOH NH + CO2異氰酸酯 水 氨基甲酸 胺(3)氨基與異氰酸酯反應 O H O HNH2 + C = N

7、 NCN 脲衍生物(4)交聯(lián)和支化反應 O H O OOCN + C = N OCN O=CNH氨基甲酸酯 異氰酸酯 脲基甲酸酯(5)縮二脲 H O H H ONCN + OCN N CN O=CNH脲衍生物 異氰酸酯 縮二脲(6)羧基聚酯與異氰酸酯反應 O O O HCOH + CN CN + CO2制造步驟二步放氣，四步聚合一步法 二步法預熱混合 預混合加熱發(fā)泡 噴涂發(fā)泡纏繞圖導絲頭 :平行雙輥式 直輥式 圓環(huán)式 梳形 三角形增稠機理第一階段：酸堿反應，生成堿式鹽。 OCOOH + MgO COMgOH O熟化COOH + Mg(OH)2 COMgOH +H2OCa再進行脫水COOMgOH

8、 + HOOC COOMgOOC+ H2OCOOMgOH + HOMgOOC COOMgOMgOOC+ H2O第二階段：以配位鍵形成絡合物 O歸于C基存在剩余自由電子，顧可形成配位鍵，而配位鍵在壓力時可消除。 COMg O O MgOC 稠化、熟化 O COMg連續(xù)成型工藝 :連續(xù)制管 連續(xù)制板 拉擠成型 復合管生產(chǎn)連續(xù)制管 EPF擠出塑料管芯材冷卻定型縱向纖維紗鋪層環(huán)向纖維纏繞鋪層預固化富樹脂表面層紫外和遠紅外固化冷卻牽引切割產(chǎn)品拉擠成型玻纖粗紗排布浸膠預成型擠壓模塑及固化牽引切割制品 獨特之處：外力拉撥，擠壓模塑連續(xù)制板橫向波板成型縱向波板成型離心法制管原材料配料裝模、離心成型固化脫模后固化