复合材料工艺重点集结

1、绪论1. 复合材料是指由两种或两种以上的不同材料，通过一定的工艺复合而成的，性能优于原单一材料的多相固体材料。按基体材料不同可分为：金属基复合材料，无机非金属复合材料，树脂基复合材料。2. 复合材料的主要性能特点：轻质高强，可设计性好，工艺性能好，热性能好，耐腐蚀性能好，电性能好，其它特点：耐候性、耐疲劳性、耐冲击性、耐蠕变性，透光性等。 第一章1. 手糊成型：用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型，室温或加热、无压或低压条件下固化，脱模成制品的工艺方法。2. 手糊成型工艺的优点： 1、不受尺寸、形状的限制； 2、设备简单、投资少； 3、工艺简单； 4、可在任意部位增补增强材料，易满足产品设

2、计要求； 5、产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。3. 手糊成型工艺的缺点1、生产效率低，劳动强度大，卫生条件差；2、产品性能稳定性差；3、产品力学性能较低。4. 选用的原材料必须满足3点要求1、产品设计的性能要求2、手糊成型工艺要求3、价格便宜、材料容易取得5. 聚合物基体的选择选用原则： 1.能在室温下凝胶、固化。并在固化过程中无低分子物产生。2.能配制成粘度适当的胶液、适宜手糊成型的胶液粘度为0.2PaS0.5PaS。3.无毒或低毒。4.价格便宜。6. 不饱和聚酯树脂的固化原理： 固化是通过引发剂引发聚酯分子中的双键，与可聚合的乙烯类单体(如苯乙烯)进行游离基共聚反应，使线型的聚酯分子交联成三

3、维网状的体形大分子结构。7.不饱和聚酯树脂的固化过程即它与乙烯类单体共聚的过程，共聚反应过程的三个主要阶段：链引发、链增长、链终止。8.不饱和聚酯树脂的辅助剂包括交联剂、引发剂、促进剂、阻聚剂、光敏剂等。9. 交联剂要求：高沸点，低粘度，能溶解树脂、引发剂、促进剂、染料等，反应活性大，能使共聚反应在室温或较低温度下进行，能与树脂共聚形成均相共聚物。常用交联剂：苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲苯、邻苯二甲酸二丙烯酯、邻苯二甲酸二丁酯。最常用的是苯乙烯。10. 苯乙烯的优缺点：优点： 粘度低；与树脂有良好的共混性，能很好的溶解引发剂、促进剂；苯乙烯双键活泼，易于进行共聚反应；价格便宜，材料来源广。

4、缺点：沸点较低（145），易挥发，有一定毒性，对人体有害。11. 引发剂:引发剂可以产生自由基，引发树脂体系进行固化反应。引发剂一般为过氧化物,其通式为 ROOR。引发剂的主要类型有：氢过氧化物、酸过氧化物、酮过氧化物、酯过氧化物、二酰基过氧化物。最常用的有：过氧化二苯甲酰、过氧化环己酮（混合物）、过氧化甲乙酮（混合物）12. 过氧化物的特性指标：以活性氧含量；临界温度；半衰期来评价13. 促进剂:这种能使引发剂降低分解活化能，降低引发温度的物质称为促进剂。14. 阻聚剂:为了增加不饱和聚酯树脂的贮存稳定性，调节适用期，常在聚酯树脂中加入阻聚剂。最常用的阻聚剂有：对苯二酚、叔丁基对苯二酚、硝基

5、苯、亚硫酸盐等15.手糊制品为什么要在表面覆盖聚酯薄膜？自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2的反应速度慢104倍，一般聚酯树脂制品固化时，表面应覆盖聚酯薄膜。若不用薄膜覆盖，也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类，否则自由基与周围空气中的O2 、H2O反应，耗去大部分自由基，造成表面固化不完全而发粘。16. 环氧树脂的性能及特点：在树脂基复合材料中，用量仅次于不饱和树脂.其综合性能明显优于不饱和树脂。在受力构件、耐碱、电性能要求较高的场合一般使用环氧树脂。主要类型有1、“双酚A型环氧树脂” ,又称“E”型环氧树脂； 2、“脂环族环氧树脂”。 环氧树脂优、缺点P1317. 改性伯胺固化剂的优

6、点是：提高固化剂的分子量，减少挥发性，降低毒性。使分子中带有羟基，提高了固化反应活性。18. 环氧树脂的辅助剂通常有：（1）稀释剂（2）增韧剂（3）填料（4）色料19. 稀释剂其作用是降低环氧树脂的粘度，提高流动性。活性稀释剂： 降低树脂粘度的同时，参与固化反应的稀释剂。改善工艺性能的同时也改善材料的性能。非活性稀释剂：只起降低树脂粘度的作用，不参与固化反应的稀释剂。树脂固化时部分逸出，部分残留在制品内。20. 玻璃纤维种类E玻璃纤维，无碱纤维，含碱0.8以下C玻璃纤维，中碱纤维，含碱8左右A玻璃纤维，有碱纤维，含碱1215S玻璃纤维，高强纤维，含碱0.3M高弹玻璃纤维L防辐射玻璃纤维21.

7、玻璃纤维的电绝缘性主要取决于什么因素？在外电场的作用下，玻璃纤维内部的离子产生迁移时会导电，玻璃纤维的导电性主要取决于化学组成。碱金属离子最容易迁移，因此玻璃纤维成分中碱金属离子越多，其电绝缘性越差。22. 表面处理，就是在玻璃纤维表面涂一层叫做“表面处理剂”的物质，使纤维与树脂能牢固地结合，以达到提高玻璃钢性能的目的。常用的表面处理剂有：沃兰类表面处理剂，A151、A172;硅烷类表面处理剂，KH550、KH560等。23. 表面处理剂的作用机理 表面处理剂的分子中一般都含有两种性质不同的基团。其中一部分基团（如硅烷基）能与无机物（比如玻璃，金属）表面上的MOH起化学反应形成化学键；另一部分

8、基团能（如乙烯基）能与树脂起反应形成化学键。使无机物和树脂这两类性质差别很大的材料以化学键的形式“偶联”在一起，形成了一个牢固的整体。表面处理剂又称为“偶联剂”。它能改性玻璃纤维的表面性质和复合材料的界面状态，加强界面结合，可以有效防止水分等有害介质的侵蚀。24. 把表面处理剂就加入到“浸润剂”里（这种浸润剂称为增强型浸润剂），在拉丝时表面处理剂就被覆盖在了玻璃纤维上。这种纤维所制的布称为“前处理布”。25. 玻璃钢高级模具的要求（1）具有足够的强度、刚度。（2）具有一定硬度（巴柯儿硬度40以上）、耐热性能承受树脂固化放热的收缩作用。（3）尺寸精确、无潜藏气孔，残留划痕度小于0.1m。（4）光

9、泽度达到80-90光泽单位或者目测反光。26. 脱模剂应具备的条件：（1）不腐蚀模具，不影响固化，与树脂粘附力小；（2）成膜迅速、均匀、光滑；（3）使用简便、安全，价格便宜。27. 胶液的主要工艺指标是：胶液粘度；凝胶时间。28. 凝胶时间：指在一定温度条件下，树脂中加入定量的引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，变成软胶状态凝胶所需的时间。 29. 凝胶过快来不及操作，制品交联太严重、收缩大、发脆。 凝胶过慢增加了生产周期，且易发生流胶。影响凝胶时间的主要因素： 引发剂、促进剂用量。引发剂、促进剂用量大，凝胶时间缩短； 胶液体积的影响。胶液体积越大，热量不易散失，凝结快； 环境温度、

10、湿度的影响。气温越高，凝结越快；湿度越小，凝结越快 制品表面积影响。制品表面积大，凝结快。30. 固化：线型分子交联变成网状体型结构的过程。 分为：凝胶阶段 定型阶段（硬化阶段） 熟化阶段（完全固化阶段） 31. 手糊制品的成型工艺条件：温度15以上，湿度小于80。 32. 影响制品质量的因素：组分质量；成型与固化过程；制品辅助加工。 33. 在工厂车间，制定质量控制制度时参考，包括3方面：原材料质量控制 ; 成型工艺过程控制 ; 成品质量检验 34. 制品表面发粘原因：1.空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用。解决办法：（1）在树脂中加入0.02左右的液体石蜡；（2）在树脂中掺加5的异腈酸酯 ；

11、（3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气。2. 引发剂、促进剂的比例弄错或失效，更换引发剂、促进剂。 35. 喷射成型是为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺,是手糊工艺的变形。按喷射动力分：气动型和液压型。按胶混合形式分：内混合型、外混合型、先混合型 。内混合型树脂与引发剂混合后喷出，不产生引发剂蒸汽，但是喷枪必须及时用溶剂清洗，否则喷枪易堵。外混合型是引发剂与树脂在空气中混合浪费材料，并有污染。36. 树脂传递模塑(RTM) 将热固性树脂及固化剂混合均匀后注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模内，经固化、脱模制得制品的过程称为树脂传递模塑，简称（RTM）。 成型设备的三大部分：RTM成型机；压

12、机；模具 RTM成型工艺特点是什么？7点 P53 第四章1. 模压成型：将一定量的模压料放入金属对模中，在一定温度、压力作用下，固化成型制品的方法。优点：有较高的生产效率，适于大批量生产，制品尺寸精确，表面光洁，可以有两个精制表面，价格低廉，容易实现机械化和自动化，多数结构复杂的制品可一次成型，无需有损于制品性能的辅助加工，制品外观及尺寸的重复性好。缺点：压模的设计与制造较复杂，初次投资较高，制品尺寸受设备限制，一般只适于制备中、小型玻璃钢制品。2.模压料的质量指标：树脂含量；挥发物含量；不溶性树脂含量。 3. 影响模压料质量的主要因素：1）树脂溶液粘度2）纤维长度3）浸渍时间（捏合时间）4）

13、烘干条件5）其它 4. 简述树脂溶液粘度对短纤维模压料质量的影响。降低胶液粘度有利于树脂对纤维浸渍，并可减少捏合过程的纤维强度损失。粘度过低，在预混过程中会导致纤维离析，影响树脂对纤维的粘结。 5. 模压料的工艺性：流动性、收缩率、压缩性6. 模压料的收缩性指模压制品从模具脱出后尺寸减小的特性称模压料的收缩性。由制品的热收缩(可逆收缩)和结构收缩(化学收缩，不可逆收缩)组成。 7. 制品收缩的原因：热收缩与结构(化学)收缩 8. 模压料收缩的影响因素：（1）原材料的影响（2）模具结构和制品形状的影响（3）成型工艺条件的影响9. 压缩比：模压料和模压制品比容的比值。 10. SMC(片状模塑料)

14、基本组成：不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合物浸渍短切玻纤粗纱或玻纤毡，两表面加上保护膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片状模压成型材料。使用时除去薄膜，按尺寸裁剪，然后进行模压成型。 11. SMC具有的特点：1) 制品的重现性好， SMC的制造不易受操作者和外界条件的影响2) 加工制品操作处理方便，不粘手3) 作业环境清洁，大大改善了劳卫环境4) 片材质量均匀，适宜压制截面变化不大的大型薄壁制品5) 树脂和玻璃纤维可以流动，可成型带肋条和凸部的制品6) 成型的制品表面光洁度高7) 生产效率高、成型周期短、成本低12. SMC的组分：不饱和聚酯树脂

15、，交联剂、引发剂、阻聚剂，增稠剂13. 影响增稠效果的因素：a、聚酯树脂酸值的影响b、增稠剂活性的影响c、微量水分的影响d、温度的影响14. 低收缩添加剂的加入低收缩添加剂后可大幅度降低收缩率，使收缩率接近于零，还可使SMC制品表面光滑、无裂纹。作用机理：当SMC在模具中加热固化时，随体系的温度升高，树脂发生热膨胀，聚酯与苯乙烯开始发生聚合，相当于其在热塑性聚合物的内压力下进行固化，因而在未发生收缩前就被固定下来了。即热塑性树脂热膨胀力阻止了聚酯固化时的收缩。热塑性树脂固化稍迟，虽然聚合降温时也发生收缩，但是此时周围热固性树脂已经固化，故只能形成局部微孔收缩而不能形成整体收缩。常见的低收缩添加

16、剂：聚氯乙烯PVC；聚苯乙烯 PS ；聚乙烯 PE；氯乙烯醋酸乙烯共聚物 PVAc填料的性能指标：细度、油吸附量、触变性。 15.SMC成型工艺中，必须采用内脱模剂。内脱模机理：内脱模剂是一些熔点比模制温度稍低的化合物。与液态树脂相溶，但与固化后的树脂不相容。制品加热成型时，脱模剂从内部逸出到模压料与模具接触的界面处，融化并形成障碍，阻止粘着，达到脱模的目的。 常用的内脱模剂：硬脂酸70 硬酯酸锌133 硬酯酸钙150 硬酯酸镁14515. SMC生产工艺生产过程：（1）树脂糊的制备及上糊操作（2）玻纤切割与沉降（3）浸渍和压实（4）收卷（5）熟化与存放16. SMC工艺参数的确定: 一般参数

17、： 幅宽：0.451.5m，由设备确定厚度: 1.36.4mm纤维：含量2535，长度1250mm聚乙烯薄膜厚度：0.05mmSMC单重： 34kg/m2树脂糊粘度： 1050Pa.S涂敷量： 312kg/min17. 压制前的准备：(1)片状模塑料的质量检查(2)剪裁(3) 模压料预热和预成型(4) 装料量的估算(5) 脱模剂选用预热的目的：改善料的工艺性能；提高模压料温度，可缩短固化时间，降低成型压力，提高产品性能。模压料的预热方法：加热板预热、红外线预热、电烘箱预热、远红外预热及高频预热等模压料预成型：将模压料在室温下预先压成与制品相似的形状，然后再进行压制。 预成型操作可缩短成型周期，

18、提高生产效率及制品性能。18. 模压工艺参数压制制度：温度制度、压力制度。 温度制度 加温的作用：增加分子热运动和分子间化学反应的能力，促使树脂塑化和固化。 包括：（1）装模温度（2）升温速度（3）最高模压温度（4）保温时间（5）后固化处理 压力制度包括：（1）成型压力（2）加压时机（3）放气充模19. 典型模压工艺与常见缺陷分析P104，P105第七章1. 缠绕成型工艺：将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。分为干法缠绕、湿法缠绕。 干法缠绕 将预浸纱带（或预浸布），在缠绕机上经加热至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。特点：制品

19、质量稳定（含胶量、尺寸等）；缠绕速度快（100200m/min）; 劳动卫生条件好；预浸设备投资大。 湿法缠绕 将无捻粗纱经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程。特点：不需要预浸渍设备，设备投资少；便于选材；纱片质量及张力需严格控制，固化时易产生气泡。 2. 纤维缠绕制品的优点：（1）比强度高（比强度高的原因有四点 P160）; （2）生产成本低（玻璃纤维用量可达80）; （3）生产效率高（可实现机械化、自动化操作）。 3. .纤维缠绕制品比强度高的原因：1.一般材料的表面缺陷是影响其强度的重要因素。 2.缠绕成型避免了布纹经纬交织点与短切纤维末端的应力集中 3.缠绕成型，可以控制纤维的方向和

20、数量，使产品实现等强度结构 4.缠绕成型可使增强材料纤维含量高达80.4. 芯模材料对制品的影响主要有：膨胀系数对产品尺寸的影响；弹性模量对产品尺寸精度的影响；导热系数对产品固化度的影响；芯模中水份对产品固化的影响。选择芯模材料应注意的问题 14 P163 5. 所谓缠绕规律是描述纱片均匀、稳定、连续、排布在芯模表面,以及芯模与导丝头间运动关系的规律。对缠绕线形的两点要求：（1）纤维既不重合又不离缝，均匀连续布满芯模表面。 （2）纤维在芯模表面位置稳定，不打滑。 6. 缠绕线型分类：环向缠绕 纵向缠绕 螺旋缠绕 螺旋缠绕 芯模绕自轴匀速转动，导丝头以特定速度沿芯模轴线方向往复运动的缠绕方式称螺

21、旋缠绕。 7. 切点位置“时序相邻”和“位置相邻”的概念 在极孔圆周上按时间顺序相继出现的两个切点称为时序相邻的两切点。 时序相邻的切点的位置只能有两种情况：1）、两切点紧密排布，中间不能再加入其他切点，则称为两切点“位置相邻”。2）、两切点之间还可以加入其他切点，称此两切点位置不相邻。 8. 缠绕类型的选择: 平面缠绕适合于球形，扁球形制品。长形管状制品一般采用螺旋缠绕。缠绕内压容器时，极少采用纯螺旋缠绕，多采用螺旋缠绕与环向缠绕的组合缠绕。 原因：（1）几何条件的限制，即封头测地线要求，难以完全实现。（2）纯螺旋缠绕纤维交叉程度大，易产生分层。 9. 螺旋缠绕线型参数选择 (1)实际缠绕角

22、应控制在测地线缠绕角（ ）偏离810以内。 (2)切点数不易过多，切点过多时，切点处纤维交叉次数多，极孔附近容易出现架空。(3)螺旋缠绕与环向缠绕应交替进行。(4)封头应逐渐扩大，减少应力集中。10. 工艺参数1、纤维热处理：增强型浸润剂无捻纱，6080，24h；石蜡浸润剂型纤维， 350， 57h （除去纤维表面蜡类物质）。 2、浸胶方式：两种 P185，图33，34 胶含量控制： 20左右胶液粘度： 0.351.0 Pa.S 缠绕张力的影响： P185187 张力过小，制品强度偏低，容器充压时变形大，疲劳性能差；张力过大纤维磨损大，使纤维强度损失制品强度下降。张力大小应适中、均匀3. 缠绕

23、张力定义：在纤维缠绕过程中，纤维所受的紧张力称为缠绕张力。 4. 胶纱烘干作用：(1)除去树脂胶液中溶剂挥发份，防止起泡。(2)产生初凝，提高制品强度。表7-11说明一定温度及一定时间下，试件性能最好。5、缠绕速度两个基本运动：芯模旋转，导丝头往复直线运动。纱线速度缠绕速度湿法：0.9m/s干法：小车速度15表面温度40 7. 缠绕机床头箱的输出轴有几根？其作用是什么？主轴连接芯模，驱动其运转；第二根轴连丝杠，带动小车运动，进行环向缠绕；第三根轴连主动链轮，带动小车，进行螺旋缠绕。8. 线性缠绕 芯模转速与小车速度保持线性关系（导丝头匀速运动），即转速比为常数。这类缠绕称为线性缠绕。非线性缠绕

24、 导丝头必须变速运动,（转速比必须变化）,才能保证缠绕轨迹是测地线，这类缠绕称非线性缠绕。9. 影响炉温均匀性的因素1）设计方面的因素, 设计上应力求取得均匀的加热区；要求电热元件布置合理；各处的热交换均衡。2）使用因素, 炉子使用不当会干扰炉内温度分布，破坏温度的均匀性。使用时，放置的制品数量要适当，排布方式要合理。 10. 影响炉温测量准确度的因素1）仪表准确度的影响； 2）测温人员引起的误差，测温方法不当、读数不准等； 3）环境条件引入的误差。P239第十一章1. 挤出成型工艺过程：先将树脂和增强纤维制成粒料，然后再将粒料加入挤出机内，经塑化、挤出、冷却定型而成制品。是生产热塑性复合材料(Fiber Reinforced Thermo Plastics 简称FRTP)制品的主要方法之一。 应用：广泛用于生产各种增强塑料管、棒材、异形断