层压塑料和增强塑料的成型

1、层压塑料与增强塑料的成型层压塑料与增强塑料的成型第七章层压塑料与增强塑料的成型 7.1 层压塑料概述 7.2 环氧树脂层压塑料 7.3 其他板材层压塑料 7.4 增强塑料概述 7.5 热固性增强塑料及其成型工艺 7.6 热塑性增强塑料及其成型工艺 7.7 碳纤维增强塑料 7.8 玻璃纤维增强塑料 7.9 增强塑料发展方向7.1 层压塑料层压塑料概述概述u层压塑料: 俗称层压板，使用片状材料增强的塑料，通过层压成型工艺制备。u片状材料： 木片，纸张、棉布。有木材层压塑料、竹材层压塑料等。u层压成型： 在一定的温度压力作用下，将多层相同的或者不同的浸有或者涂有树脂的片状底材物，通过树脂的粘合和融合

2、，制成坚实而又近于均匀的板状，管状、棒状或者其他简单的制品。产品示例：产品示例： 一、碳纤维实心棒 二、玻璃钢冷却塔 三、玻璃钢型材 u层压板的生产工艺流程u工 艺 特 点： 基本工艺过程包括叠料、进料、热压、出料等过程。其中热压中又分为预热、保温、升温、恒温、冷却五个阶段。生产的机械化、自动化程度较高；制品表面光滑产品质量稳定； 只能生产板材，且产品的尺寸大小受设备的限制。一次性投资较大，适合 于批量生产。 7.2 环氧树脂层压环氧树脂层压塑料塑料u 环氧树脂层压塑料是以布 毡或纸为基材，浸渍环氧树脂胶液,烘干得到环氧树脂胶布(又称预浸布 浸胶布 粘结片等)，再经叠层 高压热固化而成的板材或

3、形状简单的层压制品(如轴瓦 滑轮等)，也可用胶布经卷绕 热压固化制成的管材或棒材u 环氧层压塑料的品种有：机械承力层压板层压制品电器绝缘层压板环氧印刷线路板层压管层压棒环氧层压塑料品种用于：电工、机械、电子电器设备 机械承力层压板 电气绝缘层压板印刷线路板环氧树脂板7.2.1 环氧层压板环氧层压板u主要原料： 环氧胶液、增强材料u浸胶工艺： 浸渍：浸渍：充分浸透、胶层均匀、达到一定含胶量控制：胶液粘度、浸渍时间、玻璃布牵引张力、胶量控制装置 烘干：烘干：除去溶剂、水分及挥发物、轻度交联控制：烘箱温度、干燥时间、布面风度 质量指标：质量指标：含胶量、挥发物含量、可溶性树脂含量、流动度u工艺过程

4、裁剪 、叠合 放模 热压 后处理 脱模 冷却 检验 成品成型工艺过程：借助卷管机上的热辊，将胶布软化，使胶布上的树脂熔融。在一定的张力作用下，辊筒在运转过程中，借助辊筒与芯模之 间的摩擦力，将胶布连续卷到芯管上，直到要求的厚度。然后经冷辊冷却定型，从卷管机上取下，送入固化炉中固化。 管材固化后，脱去芯模，即得复合材料卷管。卷管成型工艺原理卷管成型工艺原理胶布胶布上辊筒上辊筒支撑辊支撑辊管芯管芯导向辊导向辊张力辊张力辊胶布卷筒胶布卷筒刹车轮刹车轮翼形螺翼形螺母母7.2.2 环氧层压管环氧层压管7.2.3 环氧层压棒环氧层压棒u与环氧层压管成型基本相同u所用芯棒较细，卷好后立即抽出再固化。7.3

5、其他板材层压塑料其他板材层压塑料u三大工艺参数 层压温度 层压压力 层压时间u总的来说，在保证制品性能的前提下，尽量降低层压温度和层压压力，缩短层压时间，提高生产效率，降低生产成本。u层压过程中的问题 表面发花 板芯发黑,四周发白 表面裂纹 表面积胶 板材分层 板料划出 板料翘曲 厚度偏差大7.4 增强塑料概述增强塑料概述u增强塑料是指用加有纤维性增强物的塑料所制的制品，其强度大大高于不增加增强物的塑料。它是一种聚合物与增强材相结合而提高力学强度的有机复合材料。增强塑料分增强热固性塑料和增强热塑性塑料两类，以热固性为主。u 树脂与增强材料复合后，增强材料可以起到增进树脂的力学或其他性能，而树脂

6、对增强材料可以起到粘合和传递载荷的作用，使增强塑料具有优良性能增强塑料。u热固性树脂：不饱和聚酯、酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂 、醇酸树脂、三聚氰胺甲醛树脂；u热塑性树脂：聚酰胺、氟树脂、聚碳酸酯、聚砜、丙烯酸类树脂（丙烯酸或甲基丙烯酸及其酯类的聚合物）、聚甲醛、ABS树脂、聚乙烯和聚丙烯等。u增强材料：金属材料、非金属材料和高分子材料，三者均以纤维状材料为主。u常用的增强纤维：玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、硼纤维和芳香族聚酰胺纤维。u粉状填料：碳酸钙、滑石粉、石英粉、氧化铝、氧化锌等7.4.1 增强塑料的特点增强塑料的特点u增强塑料的最主要特点是强度高： 比强度高 热性能好 耐化学腐蚀性强

7、电绝缘性能优良u缺点：弹性模量低，受力时变形较小、硬度低、耐热性能差、易老化7.4.2 增强塑料的组成增强塑料的组成增强塑料树脂增强材料热固性树脂热塑性树脂7.5 热固性增强塑料及其成型工艺热固性增强塑料及其成型工艺7.5.1 物料物料u组成：热固性树脂、增强材料、助剂u热固性树脂要求： 压缩比 收缩率 流动性 物料状态 装料量 硬化速度 储存性7.5.2 成型工艺条件成型工艺条件u成形工艺方法： 手糊成形工艺 喷射成形工艺 纤维缠绕成形工艺 层压成形工艺 卷管成形工艺 模压成形工艺 模压料成形工艺 离心成型成形工艺 挤拉成型成形工艺一：手糊成型一：手糊成型u塑料的手糊成型又称手工裱糊成型、接

8、触成型，是使用最早、最普遍的一种生产方法。是指在涂好脱模剂的模具上，采用手工作业，即一边铺设增强材料（增强材料如：玻璃布、无捻粗纱方格布、玻璃毡），一边涂刷树脂（树脂一般采用：合成树脂主要是环氧树脂和不饱和聚酯树脂）直到所需塑料制品的厚度为止，然后通过固化和脱模而取得塑料制品的这一成工艺。手糊成型属生产增强塑料制品的成型工艺之一。u具体工艺（玻璃布为例） 玻璃布处理 模具准备 浸渍液的制备 玻璃纤维的逐层糊制 脱模修整手糊成型工艺中常见的缺陷及解决方案手糊成型工艺中常见的缺陷及解决方案手糊成型特点u优点：快速、工艺简介、操作简便u缺点：质量不够稳定、产品质量不够档次、较难满足制品要求u总特点：

9、投资少，见效快、适用性强，适用于大尺寸、小批量、形状复 杂的产品生产二：喷射成型二：喷射成型u 喷射成型是在手糊成型工艺的基础上改进的而成的一种机械化、连续化的方法。u 优点：用无碱玻纤纱代替织物，可降低材料成本。生产效率比手糊的高24倍。产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好。可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗。产品尺寸、形状不受限制。u 缺点： 树脂含量高，制品强度低 单面光滑 污染大，工作环境差三：层压成型三：层压成型u层压成型是先用浸胶机将玻璃纤维和合成树脂制成浸胶玻璃纤维布，然后层叠组成迭合体，送入液压机，在一定温度和压力下硬化成型。u层压成型过程： 预

10、浸胶布的准备 胶布裁剪叠合 热压和冷却 脱模和加工 后处理四：纤维缠绕成型四：纤维缠绕成型u纤维缠绕成型是用连续的纤维，如玻璃纤维、碳纤维以及硼纤维和它们的编制物等做为增强材料，浸以树脂（常见的树脂有酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等），按一定的规律缠绕到芯模或衬胆上，层叠至所需的厚度，硬化后脱模，即成制品。u适用于制造圆筒、球形、管型、方盒形或异性回转体等1. 芯模u芯模设计的基本要求 要有足够的强度和刚度，能够承受制品成型加工过程中施加于芯模的各种载荷，如自重、制品重，缠绕张力，固化应力，二次加工时的切削力等； 能满足制品形状和尺寸精度要求，如形状尺寸，同心度、椭圆度、锥度（脱模），表面

11、光洁度和平整度等； 保证产品固化后，能顺利从制品中脱出； 制造简单，造价便宜，取材方便。u芯模分类 熔融性芯模、组合式芯模、内衬式芯模、橡皮袋式芯模、可拆式芯模2. 缠绕机u要求： 能够实现制品设计的缠绕规律和排纱准确； 操作简便； 生产效率高； 设备成本低。u缠绕机分类： 绕臂式平面缠绕机 滚翻式缠绕机 卧式缠绕机 轨道式缠绕机 纵环向电缆式缠绕机 球形缠绕机 行星式缠绕机3. 缠绕工艺u根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。u干法缠绕： 干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。u湿法缠绕： 湿法缠

12、绕是将纤维集束（纱式带）浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上。u半干法缠绕： 半干法缠绕是纤维浸胶后，到缠绕至芯模的途中，增加一套烘干设备，将浸胶纱中的溶剂除去，与干法相比，省却了预浸胶工序和设备；与湿法相比，可使制品中的气泡含量降低。三种缠绕方法中，以湿法缠绕应用最为普遍；干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。五：其他成型方法五：其他成型方法u卷管成型工艺u挤拉成型工艺u模压成型工艺和模压料成型工艺u离心成型工艺7.6 热塑性热塑性增强塑料及其成型增强塑料及其成型工艺工艺u热塑性增强塑料是以热塑性树脂为基体，以纤维材料为增强骨架的一种新颖、节能、轻质的复合材料，也是目前国际上极为活跃的

13、复合材料开发品种。 短纤维增强复合材料 连续纤维增强复合材料7.6.1 工艺特点工艺特点u热塑性增强塑料的注射的成型常见问题 流动性差 成型收缩小 脱模不良 易产生气体u热塑性复合材料的特殊性能 密度小、强度高 性能可设计性的自由度大 热性能 耐化学腐蚀性 电性能 废料能回收利用u热塑性复合材料的连接方法 铆接 焊接 薄板超声波焊接 缠绕焊接7.6.2 成型注意问题成型注意问题 宜用高温、高压、高速注射。 模温宜取高（对结晶性料应按要求调节），同时应防止树脂、玻纤分头聚积， 玻纤外露及局部烧伤。 保压补缩应充分。 塑件冷却应均匀。 料温、模温变化对塑件收缩影响较大，温度高收缩大，保压及注射压力增 大，可使收缩变小但影响较小。 由于增强料刚性好，热变形温度高可在较高温度时脱模，但要注意脱模后均匀冷却。 应选用适当的脱模剂。 宜用螺杆式注射机成型。尤其对长纤维增强料必须用螺杆式注射机加工，如果没有螺杆式注射机则应在造粒后象短纤维料一样才可在柱塞式注射机上加工。 7.7 碳碳纤维增强塑料纤维增强塑料u基体：树脂u增强材料：碳纤维u机械强度，耐疲劳强度超越玻璃纤维增强塑料，达到金属水