復(fù)合材料成型工藝與設(shè)備(5層壓工藝與設(shè)備)

1、5.層壓成型工藝及設(shè)備1層壓成型工藝及設(shè)備5.1.1 層壓工藝的發(fā)展現(xiàn)狀及前景層壓工藝： 是指將浸有或涂有樹脂的片材層疊，在加熱加壓條件下，固化成型玻璃鋼制品的一種成型工藝。 起始于30年代，目前在航空、航天、汽車、船舶、電訊等工業(yè)廣泛應(yīng)用。層壓成型工藝制品已經(jīng)成為不可缺少的工程材料之一。 主要產(chǎn)品有：玻璃布層壓板、木質(zhì)層壓板、棉布層壓板、紙質(zhì)層壓板、石棉纖維層壓板、復(fù)合層壓板等。 5.1 概述2 工 藝 特 點： 生產(chǎn)的機械化、自動化程度較高；產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；但一次性投資較大，適合于批量生產(chǎn)。 層壓板可分為： 紙層壓板、木層壓板、棉纖維層壓板、玻璃纖維層壓板等品種。 主要應(yīng)用范圍： 電絕緣部件

2、；薄板適合于各領(lǐng)域；可用于制造齒輪、軸承、皮帶輪等結(jié)構(gòu)材料；用于飛機、汽車、船舶、電氣工程等領(lǐng)域。 例如：復(fù)銅箔層壓板，用于制造印刷電路板。35.2 膠布制備工藝及設(shè)備5.2.1 制備工藝 原材料增強材料： 玻璃布，石棉布，合成纖維布，玻璃氈，石棉氈，石棉紙，牛皮紙等。 樹 脂： 酚醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、有機硅樹脂等。 膠布制備工藝過程 玻璃纖維布經(jīng)化學(xué)處理或熱處理后，浸漬樹脂膠液，并控制膠含量。在一定溫度、時間條件下烘干，使樹脂由A階轉(zhuǎn)到B階，即得到需要的玻璃纖維膠布。如P136工藝流程圖。 膠布制備工藝參數(shù) 主要有：膠液

3、粘度、浸膠時間、烘干溫度與時間、牽引張力。（1）、膠液粘度 一般通過膠液濃度及環(huán)境溫度來控制。濃度的控制往往采用測試密度的方法來實現(xiàn)。各種玻璃布所用的膠液密度見P137，表6-1。（2）、浸膠時間 一般控制在1545s，不同的布浸透時間不同。（3）、張力控制 張力大小取決于：布自重、及布與各導(dǎo)向輥之間的摩擦力。 張力要均衡（不能一邊松、一邊緊），大小要適中，張力太大，布橫向收縮變形，張力太小拉不緊。 5合適的張力可以使布平整地進入膠槽。 （4）浸膠布的烘干溫度與時間 烘干過程完成的任務(wù)是：除去膠布中揮發(fā)份；使樹脂由A階轉(zhuǎn)向B階。 膠布的干燥分兩個階段：第一階段：取決于表面對流傳質(zhì)；第二階段：取

4、決于內(nèi)部擴散。 a、溫度制度臥式上膠機： 進口段90110，中部烘干段120150，出口段100以下。 立式上膠機： 進出口段3060，中部6080，頂部第三段85130（上下來回一次）。 6b、干燥時間的控制干燥時間 tL/v L烘箱有效長度；v膠布運行速度。 干燥時間取決于若干因素， tf（T,W,A,B） T溫度; w風(fēng)速; A樹脂狀況; B布狀況。通過調(diào)節(jié)布的運行速度來調(diào)節(jié)。 c、氣流控制通常布面風(fēng)速控制在34m/s。 膠布質(zhì)量指標(biāo)及控制方法 （1）、含膠量的控制 X1%100121WWW7W1膠布質(zhì)量 g；W2坯布質(zhì)量 g；X1膠布含膠量 。 一般情況下，卷管用膠布含膠

5、量控制在4045；層壓板用膠布含膠量控制在3040；而面層膠布含膠量應(yīng)比內(nèi)層膠布含膠量稍高。實際生產(chǎn)中含膠量控制方法：1）、調(diào)整膠液粘度；2）、調(diào)整浸膠時間；3）、調(diào)節(jié)膠輥間距8（2）、可溶性樹脂含量控制X2%1002131WWWW W3溶解后膠布質(zhì)量； X2可溶樹脂含量。 可溶性樹脂含量通過對干燥溫度、時間調(diào)整來控制。 烘干溫度高、時間長，可溶性樹脂含量降低，反之可溶性樹脂含量高；各種膠布的可溶性樹脂含量控制指標(biāo)見P140，表6-2。（3）揮發(fā)份含量控制X3%100141WWW W4烘干后膠布質(zhì)量。 9 揮發(fā)份含量一般通過調(diào)整干燥速度（溫度、時間）來實現(xiàn)。 干燥溫度提高過快，揮發(fā)份來不及跑掉

6、會影響膠布質(zhì)量。揮發(fā)份含量的控制范圍為：1.53%, 見表6-2。（4）流動度控制 流動度是膠布中含膠量，可溶性樹脂含量，揮發(fā)份含量三項指標(biāo)的綜合反映。它表示樹脂固化時的流動性能。 流動度是評價膠布性能的專用技術(shù)指標(biāo)。流動度一般控制在2030mm之間，測定方法見：P141。10（5）貯存條件 膠布在室溫下存放時，揮發(fā)份含量、可溶性樹脂含量、流動度三項指標(biāo)易發(fā)生變化。使出現(xiàn)膠布發(fā)脆、發(fā)粘、流膠等現(xiàn)象。 膠布應(yīng)存放在干燥室內(nèi)，貯存的干燥條件見P141，表63。115.2.2 浸膠設(shè)備浸膠機由臥式浸膠機和立式浸膠機兩種。 臥式浸膠機 由玻纖布存放裝置、干燥裝置（干燥未浸膠玻纖布）、浸膠

7、裝置、除塵裝置、烘干箱體（烘干膠布）、牽引裝置、切割裝置、收卷裝置等組成。見圖6-1。 立式浸膠機 由送布裝置、浸膠裝置、牽引裝置、烘干箱體、除塵裝置、熱風(fēng)循環(huán)裝置、收卷裝置等組成。見圖65。 浸膠機的廢氣處理 膠布烘干過程中，將有大量有機低分子物，酚醛、甲苯、酒精、二甲苯等物質(zhì)排出，有一定毒性，直接排放會污染環(huán)境，需要進行處理。 處理方法： 燃燒凈化法；冷凝回收法；液體吸收法；固體吸收法。135.3 層壓工藝及設(shè)備5.3.1 層壓工藝 下料 通常用連續(xù)切割機裁剪。 壓制厚板時應(yīng)將布裁的小一些。特別是布的緯向，緯紗收縮性較大，壓制時會展開。裁小的比

8、例應(yīng)由經(jīng)驗和具體實驗確定。 不同性能膠布應(yīng)分別堆放，例如：面層布、芯層布。 配疊（排版或配布）應(yīng)注意以下幾個問題（P147） 。 14 1）、兩表面分別用23層面層膠布，（面層膠布的含膠量稍高，并摻有內(nèi)脫模劑）; 2）、膠布的揮發(fā)份含量不宜過大，控制在16， 否則應(yīng)干燥處理; 3）、臨近面層的1020層膠布，應(yīng)選用平整無破損的膠布，更不能搭接。中間部分使用不合格膠布的量也不得超過10; 4）、下料量 薄板按張數(shù)下料法實驗法確定; 厚板按重量下料法計算法確定。 15 G)1 (FHd F板材面積 m2； H板材厚度 m； d板材密度 kg/m3； G板材用料量 kg；物料損失系數(shù)，

9、 5mm以下薄板， 取0.020.03；厚板 取0.030.08。膠布的計算下料量公式如下： 組合 順序如下： 鐵板（較厚）襯紙單面鋼板板料雙面鋼板板料雙面鋼板板料單面鋼板襯紙鐵板。（1）組合原則 對于厚20mm以上的板材應(yīng)單獨壓制。 厚、薄板一起壓制時，應(yīng)將薄板排放在兩側(cè)，厚板排放在中間，這樣對產(chǎn)品質(zhì)量有利。（2）墊襯材料的作用主要目的： 使板材受壓、傳熱均勻；并起到傳熱、冷卻的緩沖作用。 熱壓層壓板的熱壓過程分為兩個階段： 預(yù)熱預(yù)壓階段和熱壓階段。 1）、預(yù)熱、預(yù)壓階段 目的是使樹脂熔化，除去揮發(fā)份，進一步浸漬玻璃布，并使樹脂進入凝膠狀態(tài)。不同類型板材的

10、預(yù)壓工藝參數(shù)見表64, P1482）、熱壓階段從加全壓到熱壓結(jié)束幾種熱壓板熱壓工藝參數(shù)見表65。 冷卻脫模關(guān)閉熱源，通冷卻水，在保壓狀態(tài)下冷卻。 冷卻時間根據(jù)板材厚度確定，一般冷卻到50以下，除去壓力、脫模。板材取出溫度過高時，表面易起泡且易翹曲變形。 后處理 是在烘房內(nèi)進行的處理程序，目的是使樹脂進一步固化。對不同的樹脂后固化處理的溫度、時間不同。 特別對后階段固化慢的環(huán)氧酚醛板材，壓制定型后，需要在120130，處理4875h。 層壓工藝參數(shù) 成型壓力、溫度、時間是三個最重要的工藝參數(shù)。稱為三大工藝參數(shù)。 （2）層壓板熱壓升溫曲線 （ P

11、150 圖67）分為5個階段： 預(yù)熱階段中間保溫階段升溫階段熱壓保溫階段冷卻階段 （1）成型壓力的選定 成型壓力根據(jù)樹脂特性、板厚、樹脂含量、流動度和升溫速度確定。20圖6-7 熱壓工藝五個階段的升溫曲線示意圖時間溫度/第一階段第二階段第三階段第四階段第五階段21（3）、壓制時間的控制 壓制時間與樹脂的固化速度、層壓板的厚度、壓制溫度等有關(guān)。 壓制時間對制品的性能影響非常顯著，壓制時間對制品體積電阻系數(shù)，介質(zhì)損耗角正切值，拉伸強度、吸水性能的影響見P151， 圖6-8、6-9、6-10、6-11實驗數(shù)據(jù)。 介質(zhì)損耗角正切值tg愈小，說明其在交流電作用下發(fā)熱量愈小，材料的絕緣性能愈好。 5.3.

12、1.8 層壓工藝中出現(xiàn)的問題及解決措施 見表66。 復(fù)合材料層壓板性能 見表67。225.3.2 層壓設(shè)備 多層壓機的結(jié)構(gòu)特點及工作過程 多層壓機的臺面一般25001300mm，每層間距200mm。（1）、多層壓機的特點， P153， 15； （2）、多層壓機的結(jié)構(gòu)， 圖6-12； （3）、多層壓機的工作過程。 將疊合體送入壓機的熱板之間，然后升溫、加壓、保溫一定時間、冷卻、取出制品。 多層壓機的結(jié)構(gòu)組成 （1）總體結(jié)構(gòu)外形 圖6-13， P153 23 由臥式缸、推拉架、升降臺、升降臺槽板、上固定板、壓機主體、墊板、柱塞、下部活動板、吸鋼板機、操作滾道等組成。 壓機層數(shù)一般為718層，壓機兩側(cè)各設(shè)一個升降臺和推拉架，其作用是裝板與卸板，滾道用來輸送墊板、疊層、制品等。 （2）加熱板 采用蒸汽加熱、導(dǎo)熱油加熱、電阻加熱、高頻加熱等。（3）升降臺和推拉架，圖6-13（4）翻板裝置 P154，圖6-15（5）吸板裝置 P155，圖6-16246.4 玻璃鋼卷管工藝及設(shè)備6.4.1 卷管工藝原理及過程 是使用玻璃膠布在卷管機上經(jīng)熱卷成型玻璃鋼管材的一種方法。是層壓成型的一種變形。圖6-17 手工添加卷制示意圖圖6-18 連續(xù)添加卷制示意圖壓輥（加熱）后支撐輥前支撐輥膠布膠布塔接部位膠布壓輥（熱