10复合材料制备技术的新发展

1、 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 复合材料制备新技术复合材料制备新技术 复合材料成型技术的新发展复合材料成型技术的新发展 主讲：主讲： 梅启林梅启林 单位：材料学院单位：材料学院 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 一、挤拉一、挤拉-缠绕复合工艺缠绕复合工艺 n缠绕工艺缠绕工艺 n最突出特点最突出特点-有可能按复合材料

2、结构的载荷需要，沿最佳方向布置增强材料， 制成高结构效率制品。 n局限局限-沿制品轴向铺设纯纵向即0。角度纤维困难。 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 一、挤拉一、挤拉-缠绕复合工艺缠绕复合工艺 n拉挤技术拉挤技术 n纵向力学性能非常突出，横向强度很低-决定和制约拉挤发展的最核心技术问题最核心技术问题 原材料拉挤工艺和制品结构设计研究 School of Materials Science and EngineeringSchool of Material

3、s Science and Engineering 一、挤拉一、挤拉-缠绕复合工艺缠绕复合工艺 动态成型工艺动态成型工艺 n浸渍必须在相当短的时间内完成 n固化反应在物料的运动过程中完成 n原材料体系不同于其他工艺，需要配套 拉挤工艺适合产品：拉挤工艺适合产品： 等截面的角形、槽形、工字形、方管以及各种 组合截面的型材 拉挤拉挤缠绕组合工艺适合产品：缠绕组合工艺适合产品： 制造圆管形结构制品，非输送流体的管材 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 一、挤拉一、

4、挤拉-缠绕复合工艺缠绕复合工艺 n拉挤拉挤- -缠绕工艺缠绕工艺在拉挤工艺的固化成型之前的适当环节之间引入缠 绕工艺 n拉挤拉挤-缠绕工艺流程缠绕工艺流程 粗纱粗纱-浸渍浸渍-预成型预成型-缠绕缠绕-二次浸渍二次浸渍-成型成型-牵引牵引-成品成品 拉挤缠绕工艺简图 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 一、挤拉一、挤拉-缠绕复合工艺缠绕复合工艺 School of Materials Science and EngineeringSchool of Mater

5、ials Science and Engineering 一、挤拉一、挤拉-缠绕复合工艺缠绕复合工艺 n拉挤模具拉挤模具是拉挤工艺的重要组成部分，是拉挤工艺的 核心，素有拉挤”黑匣子”之称。 n常用拉挤模具的制造工艺流程如下：常用拉挤模具的制造工艺流程如下： 锻造-退火-粗铣-调质-精铣-淬火-精磨-抛光-电镀-抛光 n提高整个拉挤提高整个拉挤-缠绕工艺水平的关键缠绕工艺水平的关键 拉挤工艺与模具的关系 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 二、树脂膜注入成型

6、技术二、树脂膜注入成型技术 nRFI适合于制作大型、复杂型面、带加强筋条乃至带加强墙和梁 的结构件 RFI流程 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 二、树脂膜注入成型技术二、树脂膜注入成型技术 n成型工艺优点成型工艺优点 (1)可采用(210)Pas或更高粘度的树脂； (2)可采用固体树脂片； (3)要求预成型体、成型底模与顶盖模三者能紧密配合 (4)需要提供热与压力以帮助树脂流动并浸渍纤维。 n纤维预成型体的制作技术纤维预成型体的制作技术 确保结构的型面公

7、差与结构完整性关键 纤维应按预定方向以满足承裁要求，并将可能与蒙皮连接的各种加强 筋形式，如“”形、“”形、“L”形和“I”形，与蒙皮连成整 体，从面获得较高的整体承载能力。 目前最受关注的预成型体成型制作技术是目前最受关注的预成型体成型制作技术是铺叠加缝纫铺叠加缝纫的技术。的技术。 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 二、树脂膜注入成型技术二、树脂膜注入成型技术 缝纫示意专用缝纫机 解决复合材料最大的弱点解决复合材料最大的弱点-层间剪切强度低层间剪切强度低

8、 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 二、树脂膜注入成型技术二、树脂膜注入成型技术 n涉及缝纫技术的因素：涉及缝纫技术的因素： (1)缝纫线的选择：采用Kevlar线为主，有的也采用玻璃纤维束； (2)缝纫张紧力的选定； (3)缝纫参数：即行间距与行程方向； (4)缝纫类型：链式、锁式或其他； (5)缝纫机械：目前已有多头、快速和缝纫走线深度达38mm的机械 School of Materials Science and EngineeringSchool

9、of Materials Science and Engineering 二、树脂膜注入成型技术二、树脂膜注入成型技术 n模具设计与制造技术模具设计与制造技术 模具的作用与要求模具的作用与要求: n保证结构型面精度与构件尺寸 n保证树脂在压力作用下沿预成型体由下面上爬行及保证系统的真空 承受能力 n足够的结构刚度、尽可能小的热容量、较匹配的线胀系数和较轻的 自身质量 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 二、树脂膜注入成型技术二、树脂膜注入成型技术 RFI全流

10、程 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 二、树脂膜注入成型技术二、树脂膜注入成型技术 RFIRFI对叠层板力学性能影响对叠层板力学性能影响 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 三、西脉复合材料树脂注入模塑技术三、西脉复合材料树脂注入模塑技术 n概念：概念： 西脉复合材料树脂注入模塑技术西脉复合材料树脂注入模塑技术(Seem

11、ans resin infusion molding process),简称Scrimp技术，它与其他树脂传 递成型如RTM、SRTM、RFI、VRTM等，构成了树脂注射或渗透传递 法系列。 n仅仅是真空相助和单面软模就可使纤维体积含量提高仅仅是真空相助和单面软模就可使纤维体积含量提高 1015。 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 三、西脉复合材料树脂注入模塑技术三、西脉复合材料树脂注入模塑技术 n主要特点：主要特点： (1)模具构型平滑，投资低； (2)

12、只需要一个模具面以保结构件工作表面外观质量；另一面为软模，仅采 用真空袋，制作方便； (3)由一种特殊的介质为树脂快速流动与浸渍提供一个通道； (4)树脂向前移动的同时向厚度方向渗透树脂向前运动与向厚方向渗透几 乎是同步进行的； (5)整体真空渠道牵引树脂对纤维浸渍。 n对树脂的要求对树脂的要求 n聚酯、乙烯基酯和环氧均适合于聚酯、乙烯基酯和环氧均适合于Scrimp成型成型 n必须在常温下有必须在常温下有6h的工作寿命的工作寿命 n较低粘度较低粘度(00.6Pas) n有较高力学性能以适应制作特大结构件的需要有较高力学性能以适应制作特大结构件的需要 School of Materials Sc

13、ience and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 三、西脉复合材料树脂注入模塑技术三、西脉复合材料树脂注入模塑技术 nScrimp技术优点：技术优点： (1)无需预浸料； (2)无需顶浸料存放的冷库； (3)易与各种编织物体与缝纫技术联手 (4)大幅度降低预浸料铺放的劳动工时 (5)减少零件数量，提高结构的整体性； (6)较低的质量控制费用； (7)节省昂贵的辅助材料的开支。 几种成型方法比较几种成型方法比较 School of Materials Science and EngineeringSchool of

14、Materials Science and Engineering 四、软模成型法四、软模成型法 n概念：概念： 软模成型即利用橡胶在以定温度下的可控膨胀量所产生 的压力对复合材料叠层毛坯加压固化的一种成型方法。 n成型关键：成型关键： n膨胀橡胶的选择与膨胀量的产生时机及其控制 n既能加热又有足够刚性的组合模具的设计。 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 四、软模成型法四、软模成型法 软模成型飞机活动冀面软模成型飞机活动冀面用膨胀模成型带有帽形长桁盒形件的

15、模具分解用膨胀模成型带有帽形长桁盒形件的模具分解 本法中压力源既可以采用实芯可膨胀橡胶，也可采用能充气的橡胶囊。本法中压力源既可以采用实芯可膨胀橡胶，也可采用能充气的橡胶囊。 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 五、离心成型技术五、离心成型技术 n概念：概念： 离心成型工艺在复合材料制品生产中，主要是用于制造管材 (地埋管)，它是将树脂、玻璃纤维和填料披一定比例和方法加入 到旋转的模腔内，依靠高速旋转产生的离心力，使物料挤压密实， 固化成型。 n发展历程发展

16、历程 n20世纪60年代就在奥地利HOBAS公司 n中国20世纪80年代开始研究，“八五”期间引进两条生产线，并 于1996年投产，生产6m长管 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 五、离心成型技术五、离心成型技术 n离心的参数：离心的参数： n使用压力： 018MPa n管径：4002500mm，最大管径达5m，以 1200m以上管的经济 效果最佳 n管长 ：212m，一般为6m n离心玻璃纤维增强复合材料管的优点离心玻璃纤维增强复合材料管的优点 n与普通

17、玻璃纤维增强复合材料管和混凝土管相比，它强度高、质 量轻，防腐、耐磨(是石棉水泥管的(510)倍)、节能、耐久(50 年以上)及综合工程造价低，特别是大口径管等； n与缠绕加砂玻璃纤维增强复合材料管相比，其最大特点是刚度大， 成本低，管壁可以按其功能设计成多层结构。离心法制管质量稳 定，原材料损耗少其综合成本低于钢管而玻璃纤维增强复合 材料管则高出钢管成本30以上。 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 五、离心成型技术五、离心成型技术 托轮式离心机示意图托轮

18、式离心机示意图 1-主动托轮主动托轮 ；2-托轮；托轮；3-管模；管模；4-托轮箍；托轮箍；5-电机；电机；6-变速机变速机 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 五、离心成型技术五、离心成型技术 n离心制管工艺流程离心制管工艺流程 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 五、离心成型技术五、离心成型技术 n操作方法与工艺控制操

19、作方法与工艺控制 加料装置加料装置 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 五、离心成型技术五、离心成型技术 n纤维铺放纤维铺放 (1)预混法预混法。将短切玻璃纤维(长15mm)与树脂糊和填料预先混合均匀， 然后加入模内。 (2)自由铺放法自由铺放法。将玻璃纤维毡松散地卷成筒状。然后放入转动的模 具内，靠离心力和人工辅助铺放。 (3)预成型铺放法预成型铺放法。先将玻璃纤维预织成套管形状增强材料铺放到模 内，然后抽出滑动轴。 (4)机械铺放法机械铺放法。在加料小车的伸臂上，安装玻璃纤维切断器，伸臂 沿旋转模的长度方向往复运动，靠气流将短切的玻璃纤维均匀的 铺故在模内。此法应用最广，我国自己研制和引进的离心法制管 技术，都是采用此法。 School of Materials Science and EngineeringSchool of Materials Science and Engineering 五、离心成型技术五、离心成型技术 n树脂糊加料法树脂糊加料法 (1)预混法预混法。将配好的树脂糊与填料、纤维制成混合料，定量地加入 到旋转模内。 (2)树脂泵加料树脂泵加料。