纏繞成型工藝

纏繞成型工藝纖維纏繞工藝的分類：纏繞工藝：將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為復合材料制品的工藝過程。決定產(chǎn)品形狀的模具基本纖維纏繞機浸膠浸膠膠紗紗錠張力控制固化打模噴漆脫模芯模制造膠液配制紗團集束烘干絡紗加熱粘流縱、環(huán)向纏繞張力控制縱、環(huán)向纏繞成品濕法纏繞成型工藝干法纏繞成型工藝玻璃鋼玻璃鋼.高壓儲氣罐/碳纖維球1.1.1干法纏繞將預浸紗帶(或預浸布)，在纏繞機上經(jīng)加熱軟化至粘流狀態(tài)并纏繞到芯模上的成型工藝過程。干法纏繞特點:制品質(zhì)量穩(wěn)定(預浸紗由專用預浸設備制造，能較嚴格地控制紗帶的含膠量和尺寸)；纏繞速度快(100～200m/min);纏繞設備清潔，勞動衛(wèi)生條件好；預浸設備投資大。干法纏繞制品質(zhì)量較穩(wěn)定，并可大大提高纏繞速度，可達到100m／min～200m／min。纏繞設備清潔．勞動衛(wèi)生條件較好。1.1.2濕法纏繞將無捻粗紗(或布帶)經(jīng)浸膠后直接纏繞到芯模上的成型工藝過程。此法無須另行配置浸漬設備。對材料要求不嚴，便于選材，故比較經(jīng)濟紗片質(zhì)量及纏繞過程中張力不易控制。特點：不需要預浸漬設備，設備投資少；對材料要求不嚴，便于選材；紗片質(zhì)量不易控制和檢驗；張力不易控制；膠液中存在大量溶劑，固化時易產(chǎn)生氣泡；浸膠輥、張力輥等要經(jīng)常維護刷洗。濕法纏繞工藝流程:打磨噴漆打磨噴漆膠液配制紗團集束固化浸膠脫模張力控制縱、環(huán)向纏繞芯模制造制品浸膠纏繞原材料增強材料：增強材料：應用最廣、量最大的是玻璃纖維。此外有碳纖維，Kevlar纖維等。纏繞設備臥式纏繞機臥式纏繞機纏繞設備立式纏繞機臥式纏繞機臥式纏繞機立式纏繞機立式纏繞機纏纏繞機構紗紗架浸浸膠槽張張力控制器1.1.3半干法纏繞將無捻粗紗(或布帶)浸膠后，隨即預烘干，然后纏繞到芯模上的成型工藝方法與濕法相比，增加了烘干工序，除去了溶劑。與干法相比，無需整套的預浸設備，縮短了烘干時間，使纏繞過程可在室溫下進行。提高了制品質(zhì)量。1.2纖維纏繞制品的優(yōu)點(1)比強度高FWRP的比強度3倍于鈦，4倍于鋼i)材料表面缺陷是影響其強度的重要因素。表面積越大，缺陷率越高。纏繞纖維直徑很細，降低了微裂紋存在幾率；所用纖維主要是無捻粗紗由于沒有經(jīng)過紡織工序，強度損失大大減少。(ii)避免了布紋經(jīng)緯交織點與短切纖維末端的應力集中(iii)可以控制纖維的方向和數(shù)量，使產(chǎn)品實現(xiàn)等強度結構(ⅳ)增強材料纖維含量高達80%(2)可靠性高纖維纏繞復合材料制品基本解決了金屬韌性隨強度的提高而降低這一矛盾。(3)生產(chǎn)效率高,制品質(zhì)量高而穩(wěn)定，可實現(xiàn)機械化、自動化操作，生產(chǎn)效率高，便于大批量生產(chǎn)。(4)材料成本低,所用增強材料大多是無捻粗紗等連續(xù)纖維，減少了紡織和其它加工費用，材料成本低。1.3原材料主要有纖維增強材料與樹脂基體兩大類:（1）增強材料主要是中堿、無堿粗紗。另外有玻璃布帶、碳纖維、芳綸纖維等。應根據(jù)不同產(chǎn)品對性能的要求進行選用。(1)航空和航天制品多選用性能優(yōu)異價格昂貴的碳纖維和芳綸纖維，民用產(chǎn)品多選用連續(xù)玻璃纖維；(2)滿足制品的性能要求；(3)纖維都必須進行表面處理；(4)與樹脂浸漬性好，浸透速度快；(5)各股纖維張力均勻；(6)成帶性好，不起毛，不斷頭。（2）樹脂體系樹脂及各種助劑、填料常用：不飽和聚酯樹脂，環(huán)氧樹脂(雙酚A型)、酚醛－環(huán)氧樹脂(環(huán)氧改性酚醛樹脂)。不飽和聚酯：含有非芳族的不飽和鍵,由不飽和二元羧酸或酸酐、飽和二元羧酸或酸酐與多元醇縮聚而成的具有酯鍵和不飽和雙鍵的相對分子質(zhì)量不高的線型高分子化合物。不飽和聚酯樹脂：在聚酯化縮聚反應結束后，趁熱加入一定量的乙烯基單體，配成粘稠的液體，這樣的聚合物溶液稱之為不飽和聚酯樹脂。2芯模外形同制品內(nèi)腔形狀尺寸一致，對芯模要求：1)足夠的強度和剛度。制造過程中要求芯模能夠保證制品的結構尺寸及承受張力、固化熱應力的載荷等。(2)必須滿足制品的精度要求。(3)制作工藝簡單、周期短，材料來源廣，價格低。(4)制品完成后，要求芯模能順利清除干凈，而不影響制品質(zhì)量。2.1芯模材料主要是鋼材、木材、塑料、鋁、石膏、水泥、低熔點金屬、低熔點鹽類等，國外較多用低熔點金屬、低熔點鹽，制造芯模時將其熔化澆鑄成殼體，脫模時加入熱水攪拌溶解或用蒸汽熔化。2.1.1芯模材料對制品的影響膨脹系數(shù)影響產(chǎn)品尺寸精度；彈性模量影響產(chǎn)品力學性能及尺寸精度；導熱系數(shù)影響產(chǎn)品固化度；芯模中水份影響產(chǎn)品固化，甚至引起分層開裂。采用易敲碎的材料;可溶或易熔鹽類；將其熔化用鑄造法澆鑄成殼體，脫模時加入熱水溶解低熔點金屬；由可溶或易熔粘結劑粘起來的集合體。2.12.1.分瓣式采用弓形鋁合金片構成回轉體，外表面涂刮一層石膏層采用石膏隔板支撐金屬細管，捆扎后外表刮國外較多用，制造芯模時將其熔化澆鑄成殼體，脫模時加入熱水攪拌溶解或用蒸汽熔化。石膏，封頭亦用石膏制作用金屬管捆扎成芯模，外表層刮石膏隔板式捆扎式框架裝配式2.2.1.4優(yōu)點：由芯軸、預制石膏板、鋁管及石膏面層等部分構成優(yōu)點：由芯軸、預制石膏板、鋁管及石膏面層等部分構成高溫固化，石膏脫水對制品質(zhì)量有影響，不適于加壓固化；一個芯模使用一次，僅適用于單件和小批量生產(chǎn)成型工藝簡單、成本低，適用于大型芯模，尺寸精度高缺點：2.2圓筒芯模開縮式芯模開縮式芯模整體式芯模開縮式芯模：芯模有中心軸，沿軸一定距離有一組可伸縮輻條式機構支撐輪狀環(huán)。用于支撐芯模外殼。脫模時，通過液壓的機械裝置，使芯模收縮并從固化的制品中脫下來、然后再將芯?；謴偷皆嘉恢?。整體式芯模：1、具有經(jīng)拋光的高精度表面2、具有錐度，不小于1/1000(便于脫模)2.3纏繞規(guī)律纏繞規(guī)律：描述紗片均勻、穩(wěn)定、連續(xù)、排布在芯模表面，以及芯模與導絲頭間運動關系的規(guī)律。要求：(1)纖維既不重疊又不離縫，均勻連續(xù)布滿芯模表面。(2)纖維在芯模表面位置穩(wěn)定，不打滑。2.3.1(1)環(huán)向纏繞芯模繞自軸勻速轉動，導絲頭在筒身區(qū)間作平行于軸線方向運動。芯模自轉一周，導絲頭近似移動一個紗片寬度的纏繞。(只能纏繞直筒段)纏繞角通常為纏繞角通常為85-90°封頭紗帶筒身b(2)螺旋纏繞：芯模繞自軸勻速轉動，導絲頭依特定速度沿芯模軸線方向往復運動。可以纏繞圓筒段，也可纏繞端頭(封頭)。纖維纏繞軌跡：由圓筒上的螺旋線和封頭上與極孔相切的空間曲線組成。（3）縱向纏繞（又稱平面纏繞）導絲頭在固定平面內(nèi)做勻速圓周運動，芯模繞自軸慢速旋轉，導絲頭轉一周，芯模轉動微小角度，反映在芯模表面上近似一個紗片寬度。紗片與芯模軸線間成0°~25°交角，纖維軌跡是一條單圓平面封閉曲線。平面纏繞、纏繞角的正切值：平面纏繞、纏繞角的正切值：平面纏繞參數(shù)關系圖紗片與芯模的交角lcle1le22r12r2baD△θsπDlcbα平面纏繞的速比：平面纏繞的速比：單位時間內(nèi)，芯模旋轉周數(shù)與導絲頭繞芯模旋轉的圈數(shù)比或繞絲頭轉一圈時導絲頭繞芯模旋轉的圈數(shù)。紗片寬度纏繞角2.3.1連續(xù)纖維纏繞在芯模表面上的排布型式（1）一個完整循環(huán)的概念螺旋纏繞時，由導絲頭引入的纖維自芯模上某點開始(空間點)，導絲頭經(jīng)過若干次往返運動后，又纏回到原來的起始點上(空間點)。這樣在芯模上所完成的一次(不重復)布線稱為“標準線”。完成一個標準線纏繞稱為一個完整循環(huán)?！皹藴示€”是反映纏繞規(guī)律的基本線型。纖維在芯模表面均勻布滿的條件（2）一個完整循環(huán)的切點數(shù)及分布規(guī)律a、切點位置“時序相鄰”和“位置相鄰”的概念在極孔圓周上按時間順序相繼出現(xiàn)的兩個切點稱為時序相鄰的兩切點。時序相鄰的切點的位置只能有兩種情況：1)兩切點緊密排布，中間不能再加入其他切點，稱為兩切點“位置相鄰”。2)兩切點之間還可以加入其他切點，稱兩切點位置不相鄰。b、單切點與多切點的概念單切點纏繞：完成一個完整循環(huán)纏繞，極孔圓周上只有一個切點的情況。多切點纏繞:完成一個完整循環(huán)纏繞，極孔圓周上有多個切點的情況完成一個完整的循環(huán)纏繞有兩種情況：1)時序相鄰的兩切點位置也相鄰。即在出現(xiàn)與初始切點位置相鄰的切點以前，極孔上只有一個切點，這種纏繞線形稱單切點線型。2)在出現(xiàn)與起始切點位置相鄰的切點以前，極孔上已經(jīng)出現(xiàn)了兩個或兩個以上切點，即時序相鄰切點位置不相鄰，這種纏繞線形稱為多切點線型。在極孔上的切點線型排布1233124單切點線型雙切點線型纖維從切點1繞到與它時序相鄰的切點2時，芯模轉過中心角為360o/2n=3n=4n=3n=4n=51231231234123412345142531352415432c、一個完整循環(huán)的n個切點必將等分極孔圓周由于芯模勻速轉動，絲嘴每往返一次的時間又相同。因此，一個完整循環(huán)的n點切點必將等分極孔圓周。3）纖維在芯模表面均勻布滿的條件a、一個完整循環(huán)的諸切點均布在極孔圓周上。b、位置相鄰的兩切點所對應的紗片在筒身段錯開的距離等于一個紗片寬度。2.3.2纖維纏繞芯模轉角(即纏繞中心角)與線型的關系設完成一個n切點的完整循環(huán)纏繞，芯模轉角為θ，導絲頭每往返一次芯模轉角為θn，則：當從切點1繞到切點2或從切點2繞到切點3時，芯模轉過中心角將是360°土Δθ，或者再加上360°的整數(shù)倍。θn的推導：單切點：θ1=(1+N)360°±Δθ（N=0，1，2，······）其中Δθ是使位置相鄰的兩切點對應的紗片在筒身段錯開一個紗片的距離。1123兩切點：一個完整循環(huán)導絲頭往返2次才錯過一個Δθ，導絲頭往返一次時應錯開Δθ/2。θ2=[(1+N)360°±Δθ]/2=(1/2+N)360°±Δθ/233124三切點：θ3=[(1+N)360°±Δθ]/3=(1/3+N)360°±Δθ/3n=3n=3123123但是，n≥3時各切點的排序與時間順序不一定一致，例如θ3有2個值：θ3-1=（1/3+N）360°±Δθ/3θ3-2=（2/3+N）360°±Δθ/3θ5有4個值：θ5-1=（1/5+N）360°±Δθ/5θ5-2=（2/5+N）360°±Δθ/5θ5-3=（3/5+N）360°±Δθ/5θ5-4=（4/5+N）360°±Δθ/5則對于θn有θn＝（K/n+N）360°±△θ/nK值需要使K/n為最簡真分數(shù)。在一個完整循環(huán)中，切點數(shù)不同，纖維纏繞的線型不同，導絲頭往返一次芯模轉角不同；如果在一個完整的循環(huán)中，切點數(shù)相同而切點排布順序不同，則線型也不相同，導絲頭往返一次的芯模轉角也不同。導絲頭往返一次的轉數(shù)導絲頭往返一次的轉數(shù)作為纏繞線型的“代號”。11n=3n=4n=5123123123412341234514253352415432““線型”以導絲頭往返一次芯模旋轉的轉數(shù)來表示:S0＝θn/360°M=K+nNS0-表示線型；M——一個完整循環(huán)芯模轉數(shù)；n——切點數(shù)，也是一個完整循環(huán)導絲頭往返次數(shù)。不考慮芯模轉角微調(diào)量θn＝(K/n+N)360°±△θ/nS0＝K/n+N＝M/n連續(xù)纖維纏繞在芯模表面上的排布型式2.3.32.3.3單位時間內(nèi)，芯模轉數(shù)與導絲頭往返次數(shù)之比，完成一個完整循環(huán)，芯模轉數(shù)與導絲頭往返次數(shù)之比。一個完整循環(huán)的芯模轉數(shù)一個完整循環(huán)中導絲頭往返數(shù)不同的線型嚴格對應著不同的轉速比定義線型在數(shù)值上等于轉速比考慮到速比微調(diào)部分(即紗片寬度對應角度)的影響，實際轉速比：θn=(K/n+N)360°±Δθ/n2.4纏繞工藝設計纏繞工藝設計包含內(nèi)容：根據(jù)產(chǎn)品使用和設計要求、技術質(zhì)量指標，進行結構造型、纏繞線型和芯模設計；選擇原材料；根據(jù)產(chǎn)品強度要求、原材料性能及纏繞線型進行纏繞層數(shù)計算；根據(jù)選定的原材料和工藝方法，確定工藝流程及工藝參數(shù)；根據(jù)纏繞線型選定纏繞設備，或為纏繞設備設計提供參數(shù)。2.4(1)制品的結構形狀和幾何尺寸:平面纏繞適合于球形、扁橢球形、長徑比小于4的筒形制品。也適用于兩封頭不等極孔容器的纏繞。長形管狀制品一般采用螺旋纏繞。為防止纖維打滑，平面纏繞通常采用預浸紗纏繞，同時，極孔直徑一般不超過筒體直徑的30%。(2)強度要求:螺旋纏繞:纖維在筒身上交叉程度相當大，從強度觀點看是不利的。因為交叉點處的纖維在承載狀態(tài)下有被拉直的趨勢，纖維交叉程度大就容易產(chǎn)生分層和損壞；其次，由于纖維交叉孔隙率偏高，而孔隙率是使制品剪切強度降低的主要原因。平面纏繞:纖維在筒體是不交叉的，而以完整的纏繞層依次逐層重疊，排列較好。因此，平面纏繞可望獲得高強度，并因而減輕制品質(zhì)量。封頭封頭紗帶筒身b平面纏繞環(huán)向纏繞螺旋纏繞(3)載荷特性平面和環(huán)向組合纏繞:當制品受到內(nèi)壓以外的荷載，設計靈活性較大。只要改變各方向玻璃纖維的數(shù)量就能獨立和方便地調(diào)變縱向和環(huán)向強度。螺旋纏繞：在設計和工藝上對于內(nèi)壓以外荷載的適應性較差。(4)纏繞設備：2.4.2螺旋纏繞線型參數(shù)選擇紗片與芯模軸線的交角紗片與芯模軸線的交角1，纏繞角：選定線型的纏繞角應等于或接近測地線纏繞角，曲面上兩點之間的短程線，是在一個曲面上，每一點處測地曲率均為零的曲線。濕法纏繞，實際纏繞角應控制在與測地線纏繞角()偏離8～10°以內(nèi)。2，切點數(shù)：選少切點線型。切點數(shù)越多，纖維交叉次數(shù)越多，使極孔附近區(qū)域的纖維堆積架空現(xiàn)象嚴重，導致應力集中，影響纖維強度的發(fā)揮。3，封頭包絡圓：極孔包絡圓應逐漸擴大，使纖維在極孔周圍排布均勻，減輕纖維在極孔附近的堆積。減弱應力集中程度，不致使封頭外形曲線發(fā)生過大變化，有利纖維強度的發(fā)揮。4，纏繞程序：對于小車環(huán)鏈式纏繞機，纏繞角不宜選大小。否則，將使鏈條長度增大，設備笨重。同時超越長度也增大，使纏繞張力難以控制。5，鏈條長度：沉浸式浸膠沉浸式浸膠表面帶膠式浸膠2.4.3浸膠方式：通過擠膠輥壓力來控制含膠量通過控制刮刀與膠輥距離，以改變膠輥表面膠層厚度，從而控制含膠量。膠槽纖維擠膠輥膠槽纖維刮刀膠輥浸膠槽應裝備恒溫水浴，以控制膠液溫度(粘度)。膠含量控制：20％左右膠液粘度：0.35～1.0Pa.S2.4.4纏繞張力的影響：（纖維纏繞過程中所受的張緊力）1，制品機械性能：張力過小，制品強度偏低，容器充壓時變形大，疲勞性能差；張力過大纖維磨損大，使纖維強度損失，制品強度下降。張力大小應適中、均勻。采用低捻度、張力均勻的纖維，并應盡量保持紗片內(nèi)各束纖維是平行的剪切強度與張力的關系剪切強度與張力的關系2，制品密實度：接觸成型壓力：接觸成型壓力：纏繞在曲面上的纖維，其纏繞張力產(chǎn)生的垂直于芯模表面的法向力。T0—纏繞張力，N/cm；r—芯模半徑，cm；α—纏繞角使制品致密48121680706050N(0.1MPa)H0(%)體積密度與成型壓力關系3，含膠量：隨著纏繞張力增大，含膠量降低。濕法纏繞中，由于纏繞張力的徑向分量—法向壓力的作用，膠液將由內(nèi)層被擠向外層，出現(xiàn)膠液含量沿壁厚不均勻—內(nèi)低外高現(xiàn)象。采用分層固化或預浸材料可減輕或避免這種現(xiàn)象。單紗張力(g)含膠量(%)0~55~1015~2025~3033.8830.3826.2024.054，纏繞速度：濕法纏繞：受纖維浸膠過程的限制，芯模轉速很高，會出現(xiàn)膠液在離心力作用下，從纏繞結構向外遷移和濺灑的可能。紗線速度應小于0.9m/s干法纏繞：保證預浸纖維的樹脂通過加熱裝置后能達到必要的粘流狀態(tài)；避免空氣雜質(zhì)被吸入纏繞結構。,5，固化制度：常溫固化、加熱固化加熱的溫度范圍，考慮樹脂聚合反應的時間和傳熱時間，固化制度主要由樹脂系統(tǒng)性能和制品要求的物化性能決定。固化制度的確定由樹脂系統(tǒng)性能和制品要求的物化性能決定。升溫速率恒溫溫度保溫時間降溫冷卻6，升溫速度：升溫階段要平穩(wěn)，升溫速度不應太快。(1)化學反應激烈，低分子物質(zhì)易急劇逸出形成大量氣泡。特別在低沸點組分沸點以下時，為了趕出氣泡，升溫應慢些。過了沸點后，升溫可適當快些。(2)纖維纏繞玻璃鋼制品的導熱系數(shù)僅為金屬的1/150，升溫速度快，結構各部分溫差很大。特別是為使制品內(nèi)部達到反應溫度而又不使外表層溫度過高甚至固化，升溫速度應嚴格控制。7，恒溫：使樹脂固化完全，并使制品各部分固化收縮均勻平衡，避免由內(nèi)應力引起的變形和開裂。1)樹脂聚合反應所需時間；(2)傳熱時間，即通過不穩(wěn)定導熱使制品內(nèi)部達到最高固化溫度所需的時間。8，降溫冷卻：要緩慢，不能驟冷纖維纏繞制品結構中，順纖維方向與垂直纖維方向的線膨脹系數(shù)相差近4倍，若冷卻較快，各方向各部位收縮不一致，特別是垂直纖維方向的樹脂基體將承受拉應力。垂直纖維方向的拉伸強度低，可能發(fā)生開裂破壞。9環(huán)境溫度：15℃以上保證膠紗在繞制過程中的浸漬效果、避免某些固化劑的低溫析出。

附錄資料：不需要的可以自行刪除聚合物成型新工藝振動輔助成型原理及特點：原理：動態(tài)注射成型技術如果在注射成型過程中引入振動，使注射螺桿在振動力的作用下產(chǎn)生軸向脈動，則成型過程料筒及模腔中熔體的壓力將發(fā)生脈動式的變化，改變外加振動力的振動頻率與振幅．熔體壓力的脈動頻率與振幅也會發(fā)生相應的變化，熔體進入模腔進行填充壓實的效果也必然會發(fā)生相應的變化。通過調(diào)控外加振動力的振動頻率與振幅．可以使注射成型在比較低的加工溫度下進行，或者是可以降低注射壓力和鎖模力，從而減小成型過程所需的能耗，減小制品中的殘余應力，提高制品質(zhì)量。分類：在機頭上引入機械振動；機頭引入超聲振動；在擠出全過程引入振動振動力場對擠出過程作用的機理擠出過程中的振動力場作用提高了制品在縱向和橫向上的力學性能，并且使二者趨于均衡這種自增強和均衡作用是聚合物大分子之間排列和堆砌有序程度提高的結果，也是振動力場對聚合物熔體作用的結果，可以解釋為是振動力場作用使聚合物熔體大分子在流動過程中發(fā)生平面二維取向作用而產(chǎn)生“擬網(wǎng)結構”的結果。在振動塑化擠出過程中，由于螺桿的周向旋轉和軸向振動，聚合物熔體受到復合應力作用，在螺槽中不僅受到螺槽周向剪切力作用，而且也受到軸向往復振動剪切力作用。由于軸向振動作用具有交變特征，因此，與周向剪切作用的復合作用在空間和時間維度上進行周期性變化，可以把這種復合作用描述成空間矢向拉伸時也不會解離。在縱向上由于有牽引拉伸作用，取向程度較高，大分子鏈、片晶較多地沿拉伸方向排列，因而其力學性能較高；其他方向上因擬網(wǎng)結構被固化，也出現(xiàn)部分大分子取向，表現(xiàn)為制品的橫向力學性能的提高和縱橫向性能趨于均衡；而在薄膜擠出吹塑時，制品厚度小，由于軸向振動分量作用減弱了縱向流動剪切和拉伸的誘導取向作用，動態(tài)擠出時的薄膜制品的縱向拉伸強度較穩(wěn)態(tài)擠出時有所下降。總說：在高分子材料成型加工過程中引入振動，會對高分子材料成型過程產(chǎn)生一系列影響。振動力場能量的引入并不是能量的簡單疊加，而是利用高分子材料成型過程在振動力場作用下表現(xiàn)出來的非線性特性，降低成型過程能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，是一種新型的低能耗成型方法。特點：振動擠出對塑料制品性能的影響在動態(tài)塑化擠出成型過程中，振動力場被引入塑化和成型的全過程，不僅對物料的輸送、熔融、塑化和熔體輸運過程產(chǎn)生了影響，而且改變了聚合物熔體在制品成型過程中的流動狀態(tài)，并對制品的微觀結構形成歷程和形態(tài)產(chǎn)生了重要的影響。振動塑化過程的脈動剪切作用可以提高聚合物熔體中微觀有序結構的程度與分布，如大分子的取向，這種局部有序性在制品成型的過程中并不會完全松弛，在熔體冷卻過程中對結晶聚合物的晶體的形成或分子的取向結構產(chǎn)生一定的影響，得到在微觀水平上具有更有序的長程結構的聚合物制品。因此，在不添加任何塑料助劑的情況下，振動塑化擠出加工可提高制品的力學性能。另一方面，振動塑化過程具有強烈的脈動剪切和拉伸效果，與穩(wěn)態(tài)加工過程中的單向剪切作用相比，這種作用對于改善復雜流體中的多相體系之間的混合與分散具有明顯的效果，能有效的促進多相體系中的均質(zhì)、均溫進程，提高多相體系微觀結構的均化程度因此，通過振動塑化擠出加工制備的高分子材料具有優(yōu)化的分散結構和力學性能，這種制備與成型技術對于制備高分子材料及其制品具有明顯的優(yōu)勢。上述結果表明，引入振動力場后，在產(chǎn)量相同的條件下，輸送塑化的能耗需求降低，螺桿的長徑比可以相應減少，而且在一定的振動參數(shù)范圍內(nèi)，不但能夠保證甚至還能提升制品綜合性能。眾多的實驗研究和生產(chǎn)實踐表明：將振動力場引入聚合物成型加工的全過程可以降低聚合物熔體黏度、降低出口壓力、減少擠出脹大、提高熔融速率、增加分子取向、降低功耗、提高制品力學性能等。在聚合物的加工全過程中引入的振動力場，對聚合物的加工過程產(chǎn)生了深刻影響，表現(xiàn)出許多傳統(tǒng)成型加工過程中沒有的新現(xiàn)象，如加工溫度明顯降低、熔體粘度減小、擠出脹大減小、制品產(chǎn)量和性能提高，以及振動力場的引入能有效促進填充、改性或共混聚合物體系中各組份間的分散、混合和混煉等。在塑料擠出加工中引入振動場，側重于通過改變擠出加工中的過程參數(shù)(壓力、溫度、功率)來改善擠出特性，使之更有利于塑料的擠出成型加工；同時，振動場的作用也使擠出成型制品質(zhì)量得以提高。而在塑料注射成型中，振動場的引入側重于改善制品的物理機械性能；當然，振動場的存在對加工的壓力、溫度和熔體的流動性也有一定的影響，總之，在塑料成型加工中應用振動技術通過引入振動場使加工過程發(fā)生了深刻變化。塑料熔體的有效粘彈性由于振動場的作用，宏觀上表現(xiàn)為熔體的粘度減小。流動性增加，擠出壓力或注射壓力降低，流率增大，功耗降低。振動改善了塑料成型加工過程，使成型制品的性能也得到一定程度的提高。氣輔成型的原理、特點、應用現(xiàn)狀及前景：氣體輔助注射成型技術的工藝過程是：先向模具型腔中注入塑料熔體，再向塑料熔體中注入壓縮氣體。輔助氣體的作用，推動塑料熔體充填到模具型腔的各個部分,使塑件最后形成中空斷面而保持完整外形。與普通注射成型相比，這一過程多了一個氣體注射階段，且制品脫模前由氣體而非塑料熔體的注射壓力進行保壓。在成型后的制品中，由氣體形成的中空部分被稱為氣道。由于具有廉價、易得且不與塑料熔體發(fā)生反應的優(yōu)點，因此一般所使用的壓縮氣體為氮氣。氣體輔助注射成型的流程以短射制程為例，一般包括以下幾個階段。第一階段：按照一般的注塑成型工藝把一定量的熔融塑膠注射入模穴；第二階段：在熔融塑膠尚未充滿模腔之前，將高壓氮氣射入模穴的中央；第三階段：高壓氣體推動制品中央尚未冷卻的熔融塑膠，一直到模穴末端，最后填滿模腔；第四階段：塑膠件的中空部分繼續(xù)保持高壓，壓力迫使塑料向外緊貼模具，直到冷卻下來；第五階段：塑料制品冷卻定型后，排除制品內(nèi)部的高壓氣體，然后開模取出制品。(1)熔體注射階段：在模具中注射填充量不足的塑料熔料。(2)氣體填充階段：在熔融塑料未完成充滿模腔前，將計量的定量氣體由特殊噴嘴注射入熔體中央部分，形成擴張的氣泡，并推進前面的熔化芯部，從而完成填充模具過程。氣體注射時間、壓力、速度非常重要。(3)冷卻保壓階段：在工作循環(huán)的冷卻階段，氣體將保持較高的壓力，氣體壓力將補償塑料收縮導致的體積損失。達到某種程度時，氣泡將進一步滲透到熔體中，即二次氣體滲透。(4)最終排氣階段：塑料冷卻定型后，將氣體從最終模制件中抽出。根據(jù)具體工藝過程的不同，氣體輔助注射成型可分為標準成型法、副腔成型法、熔體回流法和活動型芯法四種。1、標準成型法標準成型法是先向模具型腔中注入經(jīng)準確計量的塑料熔體，再通過澆口和流道注入壓縮氣體。氣體在型腔中塑料熔體的包圍下沿阻力最小的方向擴散前進，對塑料熔體進行穿透和排空，最后推動塑料熔體充滿整個模具型腔并進行保壓冷卻，待塑料制品冷卻到具有一定剛度和強度后，開模將其頂出。2、副腔成型法副腔成型法是在模具型腔之外設置一個可與型腔相通的副型腔。首先關閉副型腔，向型腔中注射塑料熔體，直到型腔充滿并進行保壓。然后開啟副型腔，向型腔內(nèi)注入氣體。由于氣體的穿透，使多余出來的熔體流入副型腔。當氣體穿透到一定程度時，關閉副型腔，升高氣體壓力以對型腔中的熔體進行保壓補縮),最后開模頂出制品。3、熔體回流法熔體回流法與副腔成型法類似，所不同的是模具沒有副型腔。氣體注入時，多余的熔體不是流入副型腔，而是流回注射機的料筒。4、活動型芯法活動型芯法是在模具型腔中設置活動型芯。首先使活動型芯位于最長伸出位置，向型腔中注射塑料熔體，直到型腔充滿并進行保壓。然后注入氣體，活動型芯從型腔中逐漸退出以讓出所需的空間。待活動型芯退到最短伸出位置時，升高氣體壓力實現(xiàn)保壓補縮,最后制品脫模。氣體輔助注射成型技術所需配置的設備主要包括注射機、氣體壓力控制單元和供氣及回收裝置。氣體輔助注射成型技術的特點:傳統(tǒng)的注射成型不能將制品的厚壁部分與薄壁部分結合在一起成型，而且由于制件的殘余應力大，易翹曲變形，表面有時還會有縮痕。通常，結構發(fā)泡成型的缺點是，制件表面的氣穴往往因化學發(fā)泡助劑過分充氣而造成氣泡，而且裝飾應用時需要噴涂。氣體輔助注射成型則將結構發(fā)泡成型與傳統(tǒng)的注射成型的優(yōu)點結合在一起，可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下大幅度降低生產(chǎn)成本，具有良好的經(jīng)濟效益。氣體輔助注射成型技術的優(yōu)點主要體現(xiàn)在：●所需注射壓力小。氣體輔助注射成型可以大幅度降低對注射機噸位的要求，使注射機投資成本降低，電力消耗下降，操作成本減少。此外，由于模腔內(nèi)壓力的降低，還可以減少模具損傷，并降低對模具壁厚的要求，從而降低模具成本?！裰破仿N曲變形小。由于注射壓力小，且塑料熔體內(nèi)部的氣體各處等壓，因此型腔內(nèi)壓力分布比傳統(tǒng)注射成型均勻，保壓冷卻過程中產(chǎn)生的殘余應力較小，使制品出模后的翹曲傾向減小。●可消除縮痕，提高表面質(zhì)量，降低廢品率。氣體輔助注射成型保壓過程中，塑料的收縮可由氣體的二次穿透予以補償，且氣體的壓力可以使制品外表面貼緊模具型腔，所以制品表面不會出現(xiàn)凹陷。此外，該技術還可將制品的較厚部分掏空以減小甚至消除縮痕?！窨梢杂糜诔尚捅诤癫町愝^大的制品。由于采用氣體輔助注射成型可以將制品較厚的部分掏空形成氣道從而保證制品的質(zhì)量，因此采用這種方法生產(chǎn)的制品在設計上的自由度較大，可以將采用傳統(tǒng)注射成型時因厚薄不均必須分為幾個部分單獨成型的制品合并起來，實現(xiàn)一次成型。●可以在不增加制品重量的情況下，通過氣體加強筋改變材料在制品橫截面上的分布，增加制品的截面慣性矩，從而增加制品的剛度和強度，這有利于減輕汽車、飛機、船舶等交通工具上部件的重量?！窨赏ㄟ^氣體的穿透減輕制品重量，節(jié)省原材料用量，并縮短成型周期，提高生產(chǎn)率。●該技術可適用于熱塑性塑料、一般工程塑料及其合金以及其他用于注射成型的材料。氣體輔助注射成型技術的缺點是：需要增加供氣和回收裝置及氣體壓力控制單元，從而增加了設備投資；對注射機的注射量和注射壓力的精度要求有所提高；制品中接觸氣體的表面與貼緊模壁的表面會產(chǎn)生不同的光澤；制品質(zhì)量對工藝參數(shù)更加敏感，增加了對工藝控制的精度要求。氣體輔助注射成型技術的應用:氣體輔助注射成型技術可應用于各種塑料產(chǎn)品上，如電視機或音箱外殼、汽車塑料產(chǎn)品、家具、浴室、廚具、家庭電器和日常用品、各類型塑膠盒和玩具等。具體而言，主要體現(xiàn)為以下幾大類：●管狀和棒狀零件，如門把手、轉椅支座、吊鉤、扶手、導軌、衣架等。這是因為，管狀結構設計使現(xiàn)存的厚截面適于產(chǎn)生氣體管道，利用氣體的穿透作用形成中空，從而可消除表面成型缺陷，節(jié)省材料并縮短成型周期?！翊笮推桨孱惲慵?，如車門板、復印機外殼、儀表盤等。利用加強筋作為氣體穿透的氣道，消除了加強筋和零件內(nèi)部殘余應力帶來的翹曲變形、熔體堆積處塌陷等表面缺陷，增加了強度/剛度對質(zhì)量的比值，同時可因大幅度降低鎖模力而降低注射機的噸位?！裥螤顝碗s、薄厚不均、采用傳統(tǒng)注射技術會產(chǎn)生縮痕和污點等缺陷的復雜零件，如保險杠、家電外殼、汽車車身等。生產(chǎn)這些制品時，通過采用氣體輔助注射技術并巧妙布置氣道，適當增加加強筋數(shù)目，同時利用氣體均勻施壓來克服可能的缺陷，使零件一次成型，不僅簡化了工藝，還降低了生產(chǎn)成本。隨著氣體輔助注射成型技術的深入研究和廣泛應用，形式各異的新型氣體輔助注射成型技術也相繼問世，如外部氣輔注射成型、液輔注射成型、水輔注射成型、順序注射與氣輔注射相結合成型、局部氣體輔助注射、振動氣體輔助注射等。我國氣體輔助注射成型技術的應用起步雖然較晚，但隨著家電、汽車等工業(yè)的快速發(fā)展，對成型塑料制品的要求也在不斷提高，有力地推動了這項技術的引進、研究和推廣應用。氣體輔助注塑成型優(yōu)點在不降低質(zhì)量的前提下用現(xiàn)代注塑機和成型技術可以縮短生產(chǎn)周期。通過便用氣誶犏切扯射成型的方法，制品質(zhì)量得到提高，而且降低了模具的成本。使用氣體輔助注射成型技術時，它的優(yōu)點和費用的節(jié)約是非常顯著的。1、減少產(chǎn)品變形：低的注射壓力使內(nèi)應力降低，使翹曲變形降到最低；2、減少鎖模壓力：低的注射壓力使合模力降低，可以使用小噸位機臺；3、提高產(chǎn)品精度：低的殘余應力同樣提高了尺寸公差和產(chǎn)品的穩(wěn)定性；4、減少塑膠原料：成品的肉厚部分是中空的，減少塑料最多可達40％；5、縮短成型周期：與實心制品相比成型周期縮短，不到發(fā)泡成型一半；6、提高設計自由：氣體輔助注射成型使結構完整性和設計自由度提高：7、厚薄一次成型：對一些壁厚差異大的制品通過氣輔技術可一次成型：8、提高模具壽命：降低模腔內(nèi)壓力，使模具損耗減少，提高工作壽命：9、降低模具成本：減少射入點，氣道取代熱流道從而使模具成本降低；10、消除凹陷縮水：沿筋板和根部氣道增加了剛度，不必考慮縮痕問題。樹脂傳遞模塑成型（RTM）的成型原理、特點、及應用前景：RTM的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模具的模腔內(nèi)，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模成型制品。RTM成型技術的特點：1、可以制造兩面光的制品；2、成型效率高，適合中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn)（20000件/年內(nèi)）；3、RTM為閉模操作，不污染環(huán)境；不損害健康；4、增強材料可任意方向鋪放，容易實現(xiàn)按制品受力狀況合理鋪放增強材料；5、原材料及能源消耗少；6、建廠投資少。RTM技術適用范圍（見課件）很廣，目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等工業(yè)領域。已開發(fā)的產(chǎn)品有：汽車殼體及部件、娛樂車構件、螺旋槳、天線罩、機器罩、浴盆、淋浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。RTM成型、手糊成型、噴射成型、SMC成型四者的優(yōu)缺點比較：RTM的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模的模腔內(nèi)，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模成型制品。RTM成型技術的特點：①可以制造兩面光的制品；②成型效率高，適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn)（20000件/年以內(nèi)）；③RTM為閉模操作，不污染環(huán)境，不損害工人健康；④增強材料可以任意方向鋪放，容易實現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建廠投資少，上馬快。手糊成型工藝又稱接觸成型工藝。是手工作業(yè)把玻璃纖維織物和樹脂交替鋪在模具上，然后固化成型為玻璃鋼制品的工藝。優(yōu)點是成型不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復雜的產(chǎn)品的生產(chǎn)。設備簡單、投資少、見效快。適宜我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展。且工藝簡單、生產(chǎn)技術易掌握，只需經(jīng)過短期培訓即可進行生產(chǎn)。易于滿足產(chǎn)品設計需要，可在產(chǎn)品不同部位任意增補增強材料；制品的樹脂含量高，耐腐蝕性能好。缺點是生產(chǎn)效率低、速度慢、生產(chǎn)周期長、不宜大批量生產(chǎn)。且產(chǎn)品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性不高。產(chǎn)品力學性能較低。生產(chǎn)環(huán)境差、氣味大、加工時粉塵多，易對施工人員造成傷害。噴射成型工藝是將混有引發(fā)劑和促進劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側噴出，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，當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。噴射成型的優(yōu)點：①用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；②生產(chǎn)效率比手糊的高2～4倍；③產(chǎn)品整體性好，無接縫，層間剪切強度高，樹脂含量高，抗腐蝕、耐滲漏性好；④可減少飛邊，裁布屑及剩余膠液的消耗；⑤產(chǎn)品尺寸、形狀不受限制。其缺點為：①樹脂含量高，制品強度低；②產(chǎn)品只能做到單面光滑；③污染環(huán)境，有害工人健康。片狀模塑料SMC的成型工藝主要有以下兩類：①將玻纖含量為

25％～40％（根據(jù)具體要求而定）的SMC片材，按產(chǎn)品形狀要求剪裁成一定的尺寸，揭去兩面的PE薄膜，按一定要求疊放在熱的對模上進行加壓加溫成型；②先在熱模內(nèi)按要求鋪放好一定量（根據(jù)玻纖含量要求而定）的連續(xù)玻纖預成型氈，然后將不含玻纖或僅含少量玻纖（一般為5％以下）的SMC片材經(jīng)剪裁、撕去薄膜后疊放在預成型氈上，最后鋪上一層表面氈。在較慢的合模（約需lmin)下使材料流動而安全浸透預成型氈，并在加溫加壓下固化成型。

后一類工藝的最大特點是：可在成型前改變預成型氈的鋪設和局部纖維含量，來滿足制件局部的高強度要求，并獲得總體強度高于前一類工藝的制品。SMC工藝的特點是：(1)操作方便。整個生產(chǎn)過程易實現(xiàn)機械化、自動化，生產(chǎn)效率高，改善了濕法成型的作業(yè)環(huán)境和勞動條件。(2)產(chǎn)品的可沒計性強。可通過改變組份的種類和配方，改變成型工藝來滿足不同產(chǎn)品的不同要求。如耐腐蝕、絕緣、絕熱、零收縮、柔性、低密度、高強、A級表面、抗靜電等等。(3)成型流動性好?？沙尚徒Y構復雜的產(chǎn)品，特別適合制作大型薄殼異形制品。能實現(xiàn)制品變厚度，帶嵌件、孔洞、凸臺、加強筋、螺紋等功能。(4)產(chǎn)品內(nèi)外光潔，尺寸準確，適合制作汽車外圍件，電氣零部件，機械部件，防腐容器等產(chǎn)品。適合大規(guī)模生產(chǎn)，成本較低。(5)增強材料在生產(chǎn)與成型過程中均無損傷，長度均勻，制品強度較高，可進行輕型結構化設計，色彩艷麗。SMC工藝也有其不足之處，主要是SMC機組、壓機、模具要求高投入，同時，生產(chǎn)技術要求較高。5、微孔注射發(fā)泡成型原理、特點、應用現(xiàn)狀：在傳統(tǒng)的結構發(fā)泡注射成型中，通常采用化學發(fā)泡劑，由于其產(chǎn)生的發(fā)泡壓力較低，生產(chǎn)的制件在壁厚和形狀方面受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體受到限制。微孔發(fā)泡注射成型采用超臨界的惰性氣體（CO2、N2）作為物理發(fā)泡劑．其工藝過程分為四步：（1）氣體溶解：將惰性氣體的超臨界液體通過安裝在構簡上的注射器注人聚合物熔體中，形成均相聚合物/氣體體系；（2）成核：充模過程中氣體因壓力下降從聚合物中析出而形成大量均勻氣核；（3）氣泡長大：氣在精確的溫度和壓力控制大；（4）定型：當氣泡長大到一定尺寸時，冷卻定型。微孔發(fā)泡與一般的物理發(fā)泡有較大的不同。首先，微孔發(fā)泡加工過程中需要大量惰性氣體如CO2、N2溶解于聚合物，使氣體在聚合物呈飽和狀態(tài)，采用一般物理發(fā)泡加工方法不可能在聚合物一氣體均相體系中達到這么高的氣體濃度。其次，微孔發(fā)泡的成核數(shù)要大大超過一般物理發(fā)泡成型采用的是熱力學狀態(tài)逐漸改變的方法，易導致產(chǎn)品中出現(xiàn)大的泡孔以及泡孔尺寸分布不均勻的弊病。微孔塑料成型過程中熱力學狀態(tài)迅速地改變，其成核速率及泡核數(shù)量大大超過一般物理發(fā)泡成型。與一般發(fā)泡成型相比，微孔發(fā)泡成型有許多優(yōu)點。其一是它形成的氣泡直徑小,可以生產(chǎn)因一般泡沫塑料中微孔較大而難以生產(chǎn)的薄壁（1mm）制品；其二是微孔發(fā)泡材料的氣孔為閉孔結構，可用和阻隔性包裝產(chǎn)品；其三是生產(chǎn)過程中采用CO2或N2，因而沒有環(huán)境污染問題。

塑料發(fā)泡成型因其可減輕制品重量，且制品具有緩沖、隔熱效果而廣泛應用在日用品、工業(yè)部件、建材等領域。傳統(tǒng)的發(fā)泡成型通常使用特定的鹵代烷烴、有機化合物以及鹵代烷烴的替代品作為發(fā)泡劑。微孔泡沫塑料注射成型是在超臨界狀態(tài)下利用CO2及N2進行微孔泡沫塑料成型技術，目前已進人實用化階段。微孔泡沫塑料注射成型可生產(chǎn)壁厚為0.5mm的薄壁大部件及尺寸精度要求高的、形狀復雜的小部件。它推翻了長期一直認為發(fā)泡成型只能完成厚壁制品的生產(chǎn)的觀點。與傳統(tǒng)的發(fā)泡成型形成的最小孔徑為250μｍ的不均勻的微孔相比，微孔泡沫塑料成型及應用是建立在美國麻省理工學院(MIT)于20世紀90年代提出微孔泡沫塑料的概念和制備方法的基礎之上的。其設計思想主要有兩點：(1)當泡沫塑料中泡沫微孔尺寸小于材料內(nèi)部的缺陷時，泡沫微孔的存在將不會降低材料的強度。(2)由于微孔的存在使材料中原有的裂紋尖端鈍化，有利于阻止裂紋在應力作用下擴展，從而改善塑料的力學性能?，F(xiàn)在的工藝形成的微孔大小均勻，孔徑在1～10μｍ，這樣的微孔結構也賦予比傳統(tǒng)方法制備的制品更高的機械性能和更低的密度。在力學性能不損失的情況下，重量可降低10％～30%，而且可減少制品的翹曲、收縮及內(nèi)應力。微孔泡沫塑料注射成型可加工多種聚合物，如PP、PS、PBT、PA及PEEK等。

微孔發(fā)泡注射成型工藝過程可