聚合物复合材料成型工艺PPT课件

1、1基体材料(一) 热固性聚合物:.不饱和聚酯树脂a. 结构特征：由饱和二元酸、不饱和二元酸与二元醇经缩聚反应合成的线型预聚体。b.固化： 固化剂 - 乙烯、苯乙烯、丁二烯等单体。 引发剂 - 过氧化物（加热固化） 促进剂 - 苯胺类和有机钴，室温固化。第2页/共98页第1页/共98页2c.特点粘度低，工艺性好。综合性能好，价廉，用量约占80% 。有毒，体积收缩大，耐热性、强度和模量较低。一般不与高强度的碳纤维复合，与玻璃纤维复合制作次受力件。第3页/共98页第2页/共98页3a. 双酚型 其中R: CH3- C -CH3A 丙基- CH2 - F 亚甲基O- S -OS 砜 双酚型环氧含硬性苯

2、环，链刚性较高，只能用于聚合度低的树脂。耐热性好，强度高，韧性差。(2)、环氧树脂固化特点： 环氧活性基都在链两端，固化交联点不高。第4页/共98页第3页/共98页4b. 非双酚型 三聚氰酸环氧含三氮杂环，有自熄性，耐电弧性好。 链内含有环氧基，交联密度高，结合强度及耐热性均提高。第5页/共98页第4页/共98页5 c. c. 胺基环氧胺基环氧 含高极性的酰胺键，粘结性好，力学性能较高；但耐水性差，电性能有所下含高极性的酰胺键，粘结性好，力学性能较高；但耐水性差，电性能有所下降。降。 d. 脂环族环氧 不含苯环，含脂环，稳定性更高，热学性能好，耐紫外线，不易老化。粘度低，工艺性好。 e. 脂肪

3、族环氧 - 高韧性环氧 无六环状硬性结构，冲击韧性好，但与纤维结合力较差。 第6页/共98页第5页/共98页6环氧树脂固化： 环氧树脂分子中都含有活泼的环氧基团，可与多种固化剂交联，形成网状结构。常用固化剂： 二元胺类、二元酸酐类。 芳香族胺或咪唑类固化剂，可提高强度及耐热性，但冲击韧性会降低。潜伏剂： 单组份产品可加入潜伏剂，如双氰胺，室温下可存放6个月，145 165下，80 min可固化。第7页/共98页第6页/共98页7 粘附力好，韧性较好，收缩率低。复合材料强度高，尺寸稳定。 电性能好。介电强度高，耐电弧优良的绝缘材料。 耐酸碱耐溶剂性强。 热稳定性良好。环氧树脂特点：第8页/共98

4、页第7页/共98页8(3)(3)酚醛树脂酚醛树脂 由酚由酚 和醛和醛 缩合而成。缩合而成。 酚酚/ /醛醛 0.90.9，碱催化可得体型热固性树脂。，碱催化可得体型热固性树脂。OH C - HOH153固化： 加热固化 加固化剂，如六次甲基四胺或有机酸。 碱性固化剂仍需加热，酸性固化剂可室温固化。分子结构第9页/共98页第8页/共98页9特点： 耐热性高，可达315。价格最低。粘附性较差，收缩率大,气孔率高，性脆。改性： 引入柔性链。如：聚乙烯醇缩丁醛 降低树脂中 -OH 基的含量。如：以苯胺或二甲苯取代部分苯酚。提高电性能。 硼酸改性酚。吸水性、耐热性、脆性和电学性能均提高。 第10页/共9

5、8页第9页/共98页10应用：应用： 酚醛树脂一般不与碳纤维复合，与玻璃纤维复合后，多用于电器绝缘材料。酚醛树脂一般不与碳纤维复合，与玻璃纤维复合后，多用于电器绝缘材料。 碳含量高碳含量高7878，碳化收率达，碳化收率达6363，因此可用于制作烧蚀材料，用于导弹、航天，因此可用于制作烧蚀材料，用于导弹、航天器再入大气层的防护层。器再入大气层的防护层。第11页/共98页第10页/共98页11（二）热塑性聚合物热塑性聚合物 与热固性聚合物相比：与热固性聚合物相比： 力学性能、耐热性、抗老化性等都较差。力学性能、耐热性、抗老化性等都较差。 工艺简单、周期短、成本低、密度小、应用广。工艺简单、周期短、

6、成本低、密度小、应用广。 聚丙烯 柔性无极性链。与纤维浸润性、结合力较差。复合增强效果有限。原料来源广泛，价格低，普通民用。. 聚酰胺（尼龙） 链中含大量酰胺键，链间以氢键连接。结合力强，强度高，耐磨性好。使用温度100，吸水率高。 常用品种：尼龙6、66、1010、610等。 第12页/共98页第11页/共98页12 (3)(3)聚碳酸酯聚碳酸酯 由双酚由双酚A A的钠盐与碳酸双酰氯缩聚而成的钠盐与碳酸双酰氯缩聚而成 O- C- -O-C + NaClCH3CH3ONaO- -C- -ONa + Cl-C-Cl CH3CH3O 刚性苯环；变形小，抗蠕变，尺寸稳定。可与玻璃纤维和碳纤维复合。第

7、13页/共98页第12页/共98页13(4)(4)聚砜聚砜 以砜和苯环连结成硬性链，可在以砜和苯环连结成硬性链，可在100100150150下长期使用。下长期使用。 可与碳纤维复合，用于宇航和汽车工可与碳纤维复合，用于宇航和汽车工业。业。 此外：耐高温的聚酰亚胺、双马来酰此外：耐高温的聚酰亚胺、双马来酰亚胺等杂环结构的聚合物，耐温可达亚胺等杂环结构的聚合物，耐温可达300300400400，也常作为复合材料的基材。，也常作为复合材料的基材。第14页/共98页第13页/共98页14聚合物基复合材料基本性能 具有较高的比强度和比模量。具有较高的比强度和比模量。 抗疲劳性能好，安全性高。抗疲劳性能好

8、，安全性高。 减振、隔音、保温、隔热。减振、隔音、保温、隔热。 弹性模量不高、断裂延伸率小、抗冲击强弹性模量不高、断裂延伸率小、抗冲击强度差、横向强度、层间剪切强度低。度差、横向强度、层间剪切强度低。 手工劳动强度大，质量不稳定。手工劳动强度大，质量不稳定。 第15页/共98页第14页/共98页15品种1 1、GFGF增强热固性塑料（增强热固性塑料（GFRPGFRP）- - 玻璃钢玻璃钢 第16页/共98页第15页/共98页16、聚酯玻璃钢 加工性能最好。低粘度，可室温固化；价低，用量占80% 。、环氧玻璃钢 综合力学性能最好，耐蚀性好；粘度大，施工困难。酚醛玻璃钢 耐热性最好, 50%50%

9、 、尺寸稳定性提高、尺寸稳定性提高第19页/共98页第18页/共98页19第20页/共98页第19页/共98页203、高强度纤维增强塑料第21页/共98页第20页/共98页21 、C纤维增强塑料 比强度，比模量最高的材料；耐腐蚀耐热都很 好。抗冲击性差，价格昂贵。 、芳纶纤维增强塑料 与塑料相容性好，价格适中，应用前景广泛。 抗拉强度与C纤维相当，冲击强度远高于C纤维； 振动衰减是玻璃钢的45倍。 抗压性能差。第22页/共98页第21页/共98页22、B B纤维增强塑料纤维增强塑料 突出优点是刚度好，价格比突出优点是刚度好，价格比C C纤维还贵。纤维还贵。、SiCSiC纤维增强塑料纤维增强塑料

10、 突出优点是与树脂相容性好。突出优点是与树脂相容性好。碳纤维头盔地铁闸瓦第23页/共98页第22页/共98页23芳纶纤维增强C纤维增强第24页/共98页第23页/共98页24第25页/共98页第24页/共98页25聚合物基复合材料的性能在与体系确定后，主要决定于。主要包括以下两个方面：第26页/共98页第25页/共98页26一是，即将按产品的要求，铺置成一定的形状，一般就是产品的形状;二是，即把已铺置成一定形状的，在温度、时间和压力等因素影响下使下来，并能达到预期的性能要求。第27页/共98页第26页/共98页27基体树脂的选取： 受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续受力结构件首选热固性树

11、脂；大量使用、连续挤压次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。挤压次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。 90)(7)表面处理过程第36页/共98页第35页/共98页36(8)脱模剂种类薄膜型脱模剂 聚酯薄膜（0.04mm 或0.1mm） 变形性小，价格贵平板、波形板聚乙烯醇薄膜柔软性好，形状较复杂件聚乙烯薄膜变形性较好，价格便宜，但表面光洁度较聚酯薄膜差，不易铺平，不能重复使用。第37页/共98页第36页/共98页37液体脱模剂聚乙烯醇溶液 100150，干燥慢醋酸纤维素150200，光亮、平整、毒性小：价格贵，与环氧玻璃钢易粘结，常与其它脱模剂配合使用聚苯乙烯 环氧树脂 ，100 ,有毒过氯

12、乙烯渗透性好，多孔性模具，不能与制品直接接触，120 硅橡胶和硅油150200，涂模后宜烘烤150200/1-2h第38页/共98页第37页/共98页38油膏、蜡类脱模剂油膏类 硅脂、HK-50耐热油膏、变压器油、黄干油、凡士林油蜡类 省工省料、价格便宜，脱模效果好，80 脱模剂使用：清洗模具表面，涂蜡，毛巾布干擦，（溶剂挥发）硬化第39页/共98页第38页/共98页391940年 美国 玻璃纤维增强聚酯 雷达罩1958年 我国 玻璃钢艇A第40页/共98页第39页/共98页40第41页/共98页第40页/共98页41色料填料+尺寸修整缺陷修补第42页/共98页第41页/共98页42不受产品尺

13、寸和形状限制，适宜、产品的生产；、设备； ；第43页/共98页第42页/共98页43易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位制品，。第44页/共98页第43页/共98页44 低，大，差。 不易控制，不高。 产品较低。第45页/共98页第44页/共98页45将分别混有促进剂和引发剂的从喷枪两侧（或在喷枪内混合）喷出，同时将由喷枪中心喷出，与树脂一起。氧化甲乙酮第46页/共98页第45页/共98页46对所用原材料有一定要求，例如树脂体系的，、和以及等。最常用的树脂是在室温或稍高温度下即可固化的等。第47页/共98页第46页/共98页47第48页/共98页第47页/共98页48第49页/共98页第4

14、8页/共98页49玻璃粗砂代替织物，降低成本；可提高24倍；产品整体性好，无接痕；可减少飞边，裁布屑；尺寸不少限制。树脂含量高，制品强度低；单面光滑；污染环境优点缺点大型船体浴盆机械外罩第50页/共98页第49页/共98页50是一种古老的技术，早在20世纪初就出现了酚醛塑料模压成型。模压成型是一种对和都适用的纤维复合材料成型方法。第51页/共98页第50页/共98页51将定量的放入金属对模中，经加热、加压固化成型的方法。第52页/共98页第51页/共98页52模压料的组成 合成树脂 （环氧树脂、酚醛树脂） 增强材料 （无捻粗纱、有捻粗砂、连续玻璃纤维束、 辅助材料 稀释剂、表面处理剂（偶联剂）

15、、固化剂和促进剂、脱模剂、着色剂、填料硬脂酸盐熔点相差20%重量2%沃兰硅烷钛酸酯甲基丙烯酸氯化铬络合物 15-20%碳酸钙、滑石粉、石英粉、云母粉活化填料第53页/共98页第52页/共98页53第54页/共98页第53页/共98页54模压成型工艺有，多数结构复杂的制品可，无需二次加工，制品外观及尺寸的，容易实现等。第55页/共98页第54页/共98页55，压机及模具，制品尺寸受设备限制，一般只的中、小型制品。第56页/共98页第55页/共98页56已成为复合材料的重要成型方法，在各种成型工艺中所占比例仅次于和，居第三位。近年来随着专业化、自动化和生产效率的提高，制品成本不断降低，使用范围越来

16、越广泛。第57页/共98页第56页/共98页57主要用作结构件、连接件、防护件和电气绝缘等，广泛应用于工业、农业、交通运输、电气、化工、建筑、机械等领域。由于模压制品，在兵器、飞机、导弹、卫星上也都得到应用。第58页/共98页第57页/共98页58，是把一定层数的(纸)叠在一起，送入，在一定的温度和压力下的工艺。属于干法压力成型范畴，是复合材料的一种主要成型工艺。第59页/共98页第58页/共98页59生产的制品包括各种、等。第60页/共98页第59页/共98页60第61页/共98页第60页/共98页61原材料质量原材料质量 含胶量 2546%（ 293%） 挥发物含量 微孔 （酚醛树脂基1.

17、53.3%） 不溶性树脂含量 预聚合程度 提高制品力学性能2550%第62页/共98页第61页/共98页62预预浸胶布制备浸胶布制备 使用经热处理热处理或化学处理的破璃布，经浸浸胶槽浸渍浸渍树脂胶液，通过刮胶装置和牵引装置控制胶布的树脂含量，在一定的温度下烘烤烘烤，使树脂由A阶转至B阶，从而得到所需的预浸胶布。 复合材料层压板材、卷管和布带缠绕制品的半成品1545 s低高低 三段第63页/共98页第62页/共98页63 胶布中的树脂熔化 （全压的1/31/2) 胶布在较低温度下开始固化 加快反应速度（升温不能过快，避免暴聚） 充分固化（树脂特性和层合板厚度） 避免翘曲、开裂层压工艺第64页/共

18、98页第63页/共98页64是制品表面光洁、质量较好且稳定以及生产效率较高。是只能生产板材，且产品的尺寸大小受设备的限制。第65页/共98页第64页/共98页65缠绕成型缠绕成型 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按一将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按一定规律缠绕在芯模上，然后固化脱模得成定规律缠绕在芯模上，然后固化脱模得成品。品。 湿法、干法、半干法。湿法、干法、半干法。 固化可室温或加热固化固化可室温或加热固化 适用于：中空高压容器。适用于：中空高压容器。 如：火箭发动机如：火箭发动机壳体、导弹发射筒、大型储罐、管材等。壳体、导弹发射筒、大型储罐、管材等。第66页/共98页第65页/共98页

19、66第67页/共98页第66页/共98页67聚脂、环氧树脂酚醛、热塑性树脂第68页/共98页第67页/共98页68芯模材料 熔、溶性材料 石蜡、低熔点金属 组装式芯模材料和内衬材料 金属芯模 石膏、木材 内衬 防腐与密封 橡胶、塑料、不锈钢、铝合金等 第69页/共98页第68页/共98页69800mm第71页/共98页第70页/共98页71优点 能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度； 比强度高，与钢质压力容器相比，重量可减轻4060 易实现机械化和自动化生产，产品质量稳定，可靠性高 生产效率高，缠绕速度快(240 m/min) 成本低：可合理配选若干种材料，达到最佳的技术经

20、济效果。第72页/共98页第71页/共98页72缺点缺点 适应性小，不能缠任意结构形式的制品，特别是表面有凹的制品； 需要有缠绕机芯根，固化加热炉投资大，技术要求高。第73页/共98页第72页/共98页73计算机控制的缠绕机玻璃钢固化玻璃钢管道第74页/共98页第73页/共98页74 拉挤成型工艺中，首先将浸渍过树脂胶液的或在牵引装置作用下通过而；第75页/共98页第74页/共98页75第76页/共98页第75页/共98页76第77页/共98页第76页/共98页77其次，在模中或固化炉中，制成具有特定横截面形状和长度不受限制的复合材料，如、等。第78页/共98页第77页/共98页78要求： 增

21、强纤维的强度高、集、和容易被树脂胶液。：玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、碳纤维以及金属纤维等。第79页/共98页第78页/共98页79排纱 排纱就是将增强材料放置在纱架上并将这些材料按照设计要求引出。 放纱形式：纤维内退 (纱架不动，玻璃纤维）；纤维外退（旋转，碳、芳纶等特种纤维） 不管在一层纱架上要穿多少束纤维，引出的纤维都不能互相之间产生缠结现象，必须严格独立，互不干扰。 第80页/共98页第79页/共98页80预成型 引导浸胶后的呈扁平带状纤维逐渐演变成最接近拉挤产品的形状。同时挤去增强材料中多余的树脂，并排除带入材料中的气泡，以获得结构致密的拉挤制品。 预成型模，从简单到复杂逐渐过渡的，长度约为0.6-1.2m。 拉挤成型棒材 管状预成型模，一块板上制作一定数量的、呈放射性分布的过纱孔。 管材 芯轴预成型模。 异型材 2到6块左右的预成型模组，以保证纤维与毡材能够较为顺利地合理过渡到合适的形状，与型材截面形状接近。第81页/共98页第80页/共98页81板状结构导纱槽型结构导纱模组第82页/共98页第81页/共98页82玻璃钢拉挤模具 第83页/共98页第82页/共98页83成型模具的设计 树脂体系固化反应的化学及物理特性 拉挤材料与模具壁的摩擦性能。 加热区温度的相互协调一致。 预热区、凝胶区及固