聚合物基复合材料复习2

1、CH4.聚合物基复合材料成型加工方法1手糊成型：用手工或在机械辅助下将树脂（UP、EP）与增强材料铺覆在模具上，固化成型复合材料制品的一种方法。 工艺流程：增强材料剪裁磨具准备涂脱模剂喷涂胶衣层成型操作脱模修边装配2. 手糊成型特点：（1）操作简便（2）投资少、费用低、能生产大型和复杂制品、制品可设计 性好；（3）属劳动密集型、成型效率低；制品质量受操作者技术水 平限制；生产周期长，产品强度较其它方法低。3. 玻纤及其织物 无捻粗纱：主要用于喷射成型中填充死角或局部增强。无捻粗纱布：为常用玻纤织物，易被树脂浸润，增厚效率高短切原丝毡（手糊常用）：浸润性好，气泡容易排除加捻布：有平纹、斜纹、缎纹

2、、单向布等，常用斜纹，制成的 FRP比无捻布强度高。4树脂 对树脂要求：（1）能够配制成粘度适宜的胶液、并能在较低的温度下凝胶、固化；（2）固化时无低分子物产生、无毒或低毒、价廉。常用UP、PF 、 EP UP：工艺性能好，价格便宜，制品性能满足大部分使用要求，应用广泛；PF：具有优异的阻燃性能，适用于对阻燃性能要求极高的场合，如飞机、船舶、公共场所的内装饰材料；EP：主要用于对力学性能要求较高的复合材料制品5脱模剂为非极性或极性很弱的物质具备条件：使用方便、安全、不腐蚀模具、不影响树脂固化、成膜均匀、对树脂附粘力小。分为： 薄膜型：聚酯膜、PP、PE、聚四氟乙烯膜等溶液型：如：过氯乙烯粉 5

3、-10份，甲苯和丙酮（1:1）90-95份油膏石蜡型脱模剂：硅脂、黄干油、凡士林、石蜡、汽车上光蜡6. 填料降低固化收缩率和热膨胀系数；改善制品性能；增粘或赋予触变性；降低成本常用 CaCO3、石棉、铝粉（提高冲击强度）、石英粉、Al2O3粉、TiO2（提高粘附力）、金属粉、三氧化锑、7. 触变剂赋予树脂触变性 触变性：在混合、搅拌、涂刷等动作状态下，树脂粘度变低，而静止时粘度又变高的现象。8. 玻纤制品准备（1）按强度要求铺设玻璃布。各向同性制品：纵横交错铺放；各向异性制品：按强度要求增强。（2）对形状复杂制品，玻璃布需从中间剪开的，应尽量少开刀，且开刀部位应层间错开。（3）玻璃布的搭接长度

4、一般为50mm，厚度要求均匀的制品可采用错缝对接。（4）锥体：扇形裁布（5）尽量减少接头：接头越多，强度越低9. 树脂胶液配制树脂+各种助剂搅拌均匀用前加入固化剂。配制的关键是凝胶时间和固化程度的控制凝胶时间是指在一定温度下树脂、引发剂、促进剂混合后到凝胶所用的时间。1 树脂成型工艺要求树脂在成型操作完以后的一段时间内凝胶，使树脂能充分浸透增强材料，如果凝胶时间过短，在成型操作过程中树脂粘度迅速增加，树脂胶液难以浸透增强材料，造成粘结不良，影响产品质量；如果树脂凝胶时间过长，成型操作完成后长期不能凝胶，引起树脂胶液流失和交联剂挥发，使制品固化不安全，强度降低。2 树脂的凝胶时间除与配方有关外，

5、还与环境温度、湿度、制品厚度有关。因此在每次生产之前，必须做凝胶试验，随时修改配方。UP的凝胶时间的控制可以通过添加促进剂来调整。凝胶时间随促进剂的用量的增加而减少。EP凝胶时间控制：凝胶时间的控制不方便，因为固化剂用量基本固定，通过选择不同活性的固化剂来调节。10. 固化度：固化反应的程度，以百分率表示，控制固化度，对保证制品质量的有关系很大。固化度脱模程度：能够完整地脱下来固化度使用程度：能够达到使用的程度11 .胶衣层：热固性树脂在固化过程中都会产生一定的收缩，由于这种收缩作用使玻璃布纹在制品的表面上凸出来，这对于某些表面质量要求高的制品是很不利的，为了改善复合材料的表面质量，延长其使用

6、寿命，在制品表面往往做一层树脂含量高、性能较好的面层，它可以是纯树脂层，也可用表面毡增强，通常称为胶衣层。胶衣层作用： 避免树脂固化后由于收缩而使玻璃布纹理凸显出来； 改善FRP的表面质量，延长使用寿命。注意：胶衣层太薄，St过量挥发，使胶衣层干燥而不是固化。 胶衣层太厚，冲击外力下易裂。 胶衣层没有凝胶就糊制玻璃钢，易起皱12. 喷射成型工艺半机械化手糊用喷枪将玻纤和树脂同时均匀喷到模具上，经小辊压实后，固化成玻璃钢制品。13. 袋压成型：在手糊成型的制品上，装上橡胶袋或PE、PVA袋，并加压到未固化的制品表面而使之成型。一般采用加热固化，使成型周期缩短。袋压成型优点：制品两面平滑，质量高，

7、成型周期短，适合聚酯、环氧、酚醛树脂袋压成型缺点：成本高，不适用于大尺寸制品袋压成型可生产：圆型零件，小制件，两面光滑的小制件，模压法不能生产的复杂制件。14. 袋压成型分两类：加压袋法：未固化的手糊或喷射成型制品，上面放橡胶袋后，固定好盖板，通入压缩空气或蒸汽，制面在表面受压的状态下固化。真空袋法：（制品+模具）一同放入橡胶袋中（或用PVA薄膜包裹），抽真空，制品表面在大气压力下固化成型。15袋压成型工艺：（1）装袋：对未固化、无气泡的制品，立即装袋。达到最大真空度后，用刮板从中心开始，除去制品中和PVA袋下的气泡和多余树脂（2）固化：可在固化炉或热压釜中固化，或用载体（空气，CO2，水蒸气

8、，水，油等）加热 固化炉：绝热，气体加热，空气强制循环，有自动记录系统 热压釜：用空气或CO2加压，绝热，蒸汽加热，热空气强循环，有自动记录系统16. 玻璃钢的修补（1）胶衣层修补 浅伤痕：打磨后上抛光膏上抛光 深伤痕：丙酮擦洗表面后，画笔蘸上胶衣树脂填补，固化后，打磨抛光，上蜡（2）强度要求不高的气泡、裂纹修补：用锉刀打开气泡，扩锉裂缝，用钢丝刷打磨，毛刷 清除粉尘，注入树脂胶乳，固化后，用砂纸打磨后抛光。（3）强度要求不高的小孔的修补：强度要求高时，还要加入玻纤）17. 复合材料夹层结构的制造 复合材料夹层结构是指三层以上的材料或结构组成的复合结构。 夹层结构是两层薄而高强的面板材料，中间

9、夹着一层厚而轻质的芯材，-为了满足轻质高强的要求 芯材的加入是为了满足维持两板间的距离，这一距离使得惯矩、弯曲刚度等跟h相关的力学参数得到增加，满足材料力学的要求。面板材料是夹层结构的主要受力部分。而夹心材料有蜂窝芯材、泡沫塑料、强芯毯、软木等，它在夹层材料中起连接和支撑面层板的作用，承受的是剪切应力。18. 玻璃布蜂窝芯子的制造 波纹法：波纹法首先在波形模具上，按手糊或模压成型工艺制成半六角形的波纹板，然后用粘结剂粘合成蜂窝芯子； 展开法：在展开法中将粘结剂通过不同的方式涂在玻璃布上形成胶条，相邻两层涂有胶条的玻璃布应使胶条错开，即上一层玻璃布的胶条的位置正好在下一层玻璃布上两相邻胶条的中间

10、。以这种方法相粘结在一起的玻璃布形成一块蜂窝芯子板。待蜂窝芯子板中的粘结剂充分固化后，再把蜂窝芯子板放在切纸机上切成一条条具有所要求高度的蜂窝芯子条，然后将蜂窝芯子条展开，即成蜂窝。19. 机械涂胶法印胶法和擦胶法的区别：主要是胶辊与玻璃布的运动方向的不同。在印胶法中胶辊与玻璃布的转动方向一致，胶液与玻璃布的接触区域大，而在擦胶法中胶辊与玻璃布的转动方向不一致，胶液与玻璃布的接触区域只在一个点上。因而印胶法发生透胶的可能性比擦胶法大。20. 影响蜂窝夹层的性能的因素 含胶量，玻璃布的厚度，提高上述若干量均可增加蜂窝的容重、增加强度（抗压强度） 蜂窝空型尺寸的影响，孔大，强度低，容重低 蜂窝高度

11、的影响：蜂窝的高度增加，蜂窝的容重，压缩强度降低，但弯曲强度和刚度增加。21泡沫夹心结构 泡沫塑料的特点：质量轻、导热系数低、隔音、防震、耐水。 泡沫塑料是气体填充的轻质高分子材料，是一种气固两相材料 闭孔和开孔两种 按照聚合物种类：酚醛、环氧、聚氨酯、聚苯乙烯 按照硬度分：硬质、半硬质、软质，按照残余变形来区分。将泡沫塑料压缩，使其变形达到50%，减压后观察其残余变形，当残余变形大于10%的称为硬质泡沫塑料；残余变形大于2%-10%称为半硬质泡沫塑料，当残余变形小于2%的，称为软质泡沫塑料。残余变形是指卸载后未能恢复的变形 22. 泡沫塑料的制造方法 物理法、化学法、机械法 物理发泡法，惰性

12、气体或者低沸点液体发泡，惰性气体发泡，高压下将气体压入聚合物，然后降压升温。优点：无残渣。缺点：需要复杂的高压设备 化学发泡法：1原料组分相互反应,放出气体，形成泡沫结构2化学发泡剂的分解产生气体，形成泡沫结构23. 热塑性树脂，分为两步：1 将原料放入模内压制胚料（保持压力）,在一定温度和压力下，树脂软化，发泡剂开始分解，等树脂达到粘流态后，气体形成微小的气泡均匀的分布在液态树脂中，因存在压力，气泡无法在胀大，此时冷却物料至玻璃化温度即得坯料2 将坯料放入限制模内，重新加热，聚合物在高弹态下，坯料中气体膨胀，当物料胀满到限制模后，再冷却至玻璃化温度，得到热塑性泡沫 热固性树脂：物料处于黏流阶

13、段进行24. 发泡剂化学发泡剂是指在加热条件下，能分解产生气体从而使聚合物发泡的无机或有机化合物。 无机发泡剂：碳酸铵、碳酸氢钠等 有机发泡剂：偶氮类 偶氮二异丁腈、二偶氮苯胺、偶氮二甲酰胺等。25. 模压成型：模压料在金属对模中，于一定的温度和压力下，压制成型复合材料制品的过程。 优点：生产效率高、适合大批量生产；制品尺寸精确、表面光洁、有两个精致表面；价廉；易实现机械化和自动化；一次成型，无需二次加工。缺点：模具设计、制造复杂；初次投资大，制品尺寸受限制 26. 块状（散状）模塑料（BMC ）模压法:（bulk molding compound）BMC是短切玻纤浸渍加增稠剂的树脂（也可是热

14、塑性的）后形成的一种半成品料。多为聚酯模塑料。此法成型工艺优良，适合复杂形状的整体成型，效率高、价廉，适合大批量生产，能成型嵌件、空洞、螺纹、筋、凸台等结构。片状模塑料（SMC ）模压法:（sheet molding compound） SMC是短纤维或毡片充分浸渍树脂糊后，两面覆盖PE膜形成的片状半成品模塑料。27. 辅助原料：稀释剂：降低树脂的黏度，改善浸渍性能，通常为丙酮酒精等非活性稀释剂 偶联剂：纤维的表面改性，KH-550 粉状填料：提高模压料的流动性，降低收缩率， MoS2 增黏剂：大大改善树脂压制时的高温黏度28. 短纤维模压料的制备工艺-预混法、预浸法、浸毡法（1）预混法：短切

15、玻纤热处理（除去浸润剂） 切割 蓬松 与树脂混合 撕松 烘干 存放 特点：纤维松散无定向、产量大、比容大、流动性好、纤维强度损失大（2）预浸法有手工、全机械之分，适用于连续纤维。29. 模压料的质量控制三个质量指标：树脂含量、挥发物含量、不溶性树脂含量P240-24129. 影响模压料质量的几个因素（1）溶剂的加入量：调粘度（溶剂加入量的多少以树脂溶液的比重来衡量）溶剂过多时，粘度太小，纤维离析；溶剂过少时，粘度大浸渍不利（2）短切纤维长度： 机械预混法中，短切纤维长度不超过20-40mm，手工法不超过30-50mm，否则易产生缠结。（3）浸胶时间：在保证均匀浸透的情况下，浸渍时间尽量短。（尤

16、其是机械预混法中，过长的浸胶时间易产生纤维脆损。）（4）烘干条件：控制挥发物含量。30. 模压料存放：（1）塑料袋（或铝箱）密封，避光，避热，防潮，防杂质。（2）启用期：3-7天，制备后不可即用，存放几天后挥发减少， 质量均匀性提高。（3）存放期：与存放条件气候有关31. 模压料的工艺性：（1）流动性：过大，导致物料或树脂流失，或使树脂和纤维局部 聚集；过小，模压时充模困难（1）流动性 树脂的反应程度对其流动性影响很大，浸胶时要处于A阶段，烘干后要求处于B阶段，树脂在B阶段的反应程度用不溶性的树脂含量来衡量（2）挥发分含量（溶剂）：过高，流动性增加，成型时树脂大量流失，制品翘曲。（3）模压料形

17、态：预混料流动性好于预浸料 预混料制品的性能低于预浸料（4）纤维长度：长度增长，制品性能提高、物料流动性下降（5）收缩率：模压料的收缩率是指在室温下模具和模压制品在相应方向上的尺寸差的百分数。收缩率是由制品的热收缩和化学结构收缩组成的。 树脂本性（PF>EP）； 配方： 增强材料含量上升，收缩率下降； 挥发物增加，收缩率上升。（6）压缩比：模压料的压缩比是指在压力方向上压制前坯料的尺寸和压制后制品相应方向上的尺寸的比值。预混料制品>预浸料制品32. 短纤维模压料的模压成型工艺中，为什么模压成型的压力比其他工艺方法要高得多？短纤维模压成型工艺中玻纤含量大，纤维有20-50mm长，模压

18、时，要使玻纤与树脂一起流动，需要树脂粘度相当大，以使树脂与纤维间紧密粘结在一起，所以模压成型的压力比其他工艺方法要高得多。33. 片状模塑料：SMC组成： 树脂糊 + 浸渍短纤维（长纤维）的毡片上下两面各覆盖一层PE膜片状模塑料的组成：树脂、引发剂、填料、内脱模剂、增稠剂34. 填料的选择 颗粒的大小-界面的多少 油吸附量，油吸附量随比表面积增大而增大，油吸附量小的填料可以在复合材料中用量百分数增加，因此片状模材料要求采用较低的油吸附量。 触变性：一般而言，填料都具备一定的触变性，但是生产SMC不能用灵敏触变性的填料，避免工作压力下，黏度下降太多，导致树脂与增强材料的分离。因此不能选择具有灵敏

19、触变效应的填料。34. 增稠剂 SMC和BMC，在制备时要求树脂黏度较小，有利于其与玻纤和填料的侵润，侵润结束后，要求坯料黏度升高，有利于模压及降低制品的收缩率。因此需要加入增黏剂就能满足这种要求。其作用是使UP的粘度迅速增加，粘度达到工艺要求后又相对稳定。对增稠剂的要求： 浸渍阶段，增稠缓慢 浸渍后，为尽快压制成型减少库存，增稠要迅速 SMC黏度达到要求后，增稠过程立即停止，稳定，以获得较长的贮存寿命 增稠了的SMC在成型温度下的黏度，要求有利于料流在压力下充满模腔，又能使玻纤随着树脂流动 增稠作用要有良好的重现性。增稠剂： UP系统中常用：Ca、Mg的氧化物和氢氧化物（常用CaO/Ca(O

20、H)2 ） Mg和环状酸、酐的组合系统 LiCl和MgO的组合系统第一类增稠剂应用最为普遍。影响增稠速度的因素： 物理因素：树脂糊混合时的温度、湿度、时间、等， 化学因素：树脂的化学组成、增稠剂的类型、添加剂的种类等 1 增稠剂的活性，譬如水分和CO2 等均可降低MgO的活性 3 水分、温度等的影响，在片状模塑料生产过程中，较高的温度可降低树脂系统产生化学增稠作用之前的黏度，有利于树脂的输送和对玻璃纤维的浸渍；另一方面较高的温度又使浸渍后树脂粘度迅速增加。因此片状模塑料在制备后常进行加温，以促进稠化，缩短启用期。35. 工艺控制中的几个关键问题：（1）加压时机问题：加压时机是指装模后在一定时间

21、一定温度下适宜的操作。 加压过早：树脂本身反应程度低，分子量小粘度低，压力下易流失，在树脂中产生局 部聚集或局部纤维裸露。 加压过缓：树脂反应程度高，分子量剧增，粘度大，物料难以充满模腔。加压时机取决于：模压料的品种、质量指标、装模温度（时间）、加压前的升温速度等。 eg： （a）快速成型用镁酚醛模压料，合模10-50s即可加压，加压方式为多次； （b）慢速成型用镁酚醛模压料，80-90下装模后，30-60min后，在105下一次加压。（2）卸压放气: 原因是原料含有挥发物、固化时产生挥发性副产物。（a）慢速加制工艺：加压前的升温时间长，易排出，不需放气措施。（b）快速加制工艺：加压初期压力升

22、高到一定值后，即卸压抬模放气，加压充模，反复多次。（3）温度制度：（装模温度、升温速度、成型温度、保温） （a）装模温度：取决于模压料的品种、质量指标、制品结构、生产效率 eg：快速成型镁酚醛：150-170 酚醛环氧：80-90 生产效率高的：高 结构复杂、大型制品：由室温到90不等 (b) 升温速度：通常为1-2/min 。 过快：固化不均，产生内部应力 过慢：影响生产效率 (c) 成型温度：适当提高成型温度，可缩短模压周期，提高制品性能和产量。 温度过高：反应快，粘度高，压制困难，收缩率大，制品肿胀、开裂，变形、翘曲温度过低：保温时间长，固化不完全，制品差。36. 层压成型工艺是把一定层

23、数的浸胶布（纸）叠在一起，送入多层液压机，在一定的温度和压力下压制成板材的工艺。层压成型工艺属于干法、压力成型范畴，是复合材料的一种主要成型工艺。可用于生产各种绝缘材料板、人造板、塑料贴面板、覆铜箔层压板等。层压工艺的特点是制品表面光洁、质量较好且稳定、生产效率高。37. 层压成型工艺叠料 进模 热压 冷却 脱模 加工 热处理热压过程中的温度控制第一阶段（预热）：使胶布树脂熔化并深度浸渍增强材料、去除部分挥发物第二阶段（保温）：使树脂低速固化。当流出的树脂硬化不能拉丝时，即开始加压升温第三阶段（升温）：反应温度逐步提高，固化速度逐步加快，但不能过快第四阶段（热压保温）：使树脂充分固化第五阶段（

24、冷却）：38. 缠绕成型：是指连续（2） 如果任意地将纤维缠到芯模上，这很容易，但这样的制品有的地方厚，有的地方薄，有的地方架空。我们的目的是按照制品的受力要求缠绕出所需的制品。所以，把纤维按一定的规律均匀地缠绕在芯模上，称为缠绕规律。一定形状的制品。缠绕成型工艺按制备时的基体所处的状态分为:干法、湿法、半干法（1）干法：缠绕前预先将玻纤制成预浸带，卷成卷待用。使用时，预浸带经过加热装置，加热软化后绕制在芯模上。 特点：可高速缠绕100-200m/min，缠绕张力均匀，设备清洁，工作环境好，易实现自动化缠绕。但缠绕设备复杂，投资大。（2） 湿法：玻纤集束后浸胶，在张力控制下直接缠绕在芯模上，固

25、化成型。 特点：设备简单，对原材料要求不高，但： 纱带质量不易控制、检验； 张力不易控制； 缠绕设备（如浸胶辊、张力控制辊等）要经常维护，不断洗刷，避免在辊上发生纤维缠绕。（3）半干法：在湿法的基础上增加了烘干工序，与干法相比，缩短了烘干时间，降低了烘干程度，使缠绕过程可以在室温下进行。 特点：既除去了溶剂，又提高了缠绕速度和质量。39. 缠绕成型的特点：与其他成型方法相比，（1） 缠绕成型制品比强度高，可超过Ti合金，制品质量高而稳定，易实现机械自动化生产，成本低（通常采用廉价的无捻粗纱为原料），生产效率高。（2） 制品各向异性，强度方向性明显，层间剪切强度低（3）制品的几何形状有局限性，适

26、用于制造圆柱体、球体。（4） 设备及辅助设备较多，投资较大40. 缠绕规律分析找出制品结构尺寸与缠绕参数（缠绕角、速比等）之间的函数关系（1）缠绕成型工艺要求 连续纤维和芯模相对运动，在芯模上绕制各种花纹，类似于在车床上车螺纹。 工作转速慢些，刀架速度快些宽螺距螺纹;工作转速快些，刀架速度慢些细螺距螺纹（2） 如果任意地将纤维缠到芯模上，这很容易，但这样的制品有的地方厚，有的地方薄，有的地方架空。我们的目的是按照制品的受力要求缠绕出所需的制品。所以，把纤维按一定的规律均匀地缠绕在芯模上，称为缠绕规律。（3）就压力容器的缠绕规律而言，可以分为：A 螺旋缠绕：又称为测地线缠绕，芯模绕自己的轴线匀速转动，绕丝头按特定速度沿芯模轴线方向往返运动，于是在芯模的筒身和封头上就实现螺旋缠绕。41. 缠绕成型用内衬和芯模（1）内衬：压力容器应当承受一定压力，若只用玻璃钢，由于其透气性，受压后会渗漏 需加内衬。内衬作用