复合材料成型工艺与特点

1、第五章复合材料的成型技术与特点5.1手糊、注射成型工艺技术与特点5.1.1手糊成形技术与特点1 )手膏成形的原理手膏成形工艺是最早在树脂类复合材料的生产中使用、应用的一般成形方法，是将纤维浸渍在树脂中后，用手工作业铺在模具上，粘接固化的成形工艺。 手膏成形技术很少受产品形状和大小的限制，对于模具费用低、品种多、产量小的大型产品，手膏成形技术非常适合。2 )手膏成形工艺的原材料用于手糊成形工序的原材料有补强材料、树脂、辅助材料。(1)补强材料手糊成型对补强材料的要求：补强材料容易渗透树脂具有一盏茶变形性，能够满足产品复杂形状的成型要求气泡容易扣除能够满足产品使用条件的物理化学性能要求价格合理(尽

2、可能便宜)，来源丰富。用于接触成型的补强材料有纤维玻璃及其机织物、碳纤维布及其机织物、芳酰胺纤维及其机织物等。 其中常用的纤维玻璃增强材料有无捻纱、无捻粗纱布、加捻布、剪切纤维玻璃毡、纤维玻璃机织物。(2)基材手糊成型工艺对基材的要求：手糊条件下容易渗透纤维增强材料，容易排除气泡，与纤维的粘接力强室温条件下能够胶凝作用、固化，并且要求收缩小，挥发物少黏性系数合适：一般为0.20.5Pas，胶流现象手糊成型技术中最常用的是不饱和聚酯类化合物树脂，其次是环氧树酯、酚醛树脂和呋喃树脂，乙烯树脂等也有少数应用。(3)辅助材料接触成形工艺中的辅助材料主要是指填充剂和色料两种，固化剂、稀释剂、强化剂等属于

3、树脂沉积基质系。3 )模具及离型剂(1)模具模具是各种接触成形工艺中的主要设备。 模具的好坏直接影响产品品质和成本，必须仔细修订制造。修改模具时，满足产品修改的精度要求，模具尺寸正确，表面光滑；需要一盏茶强度和刚性；脱模方便；有一盏茶热安定性；重量轻，材料源一盏茶，成本低。模具材料可以满足产品的尺寸精度、外观质量和寿命要求模具材料具有一盏茶的强度和刚性，在使用中必须保证模具不易变形和破损不被树脂侵蚀，不影响树脂硬化耐热性好， 产品硬化和加热硬化时模具不变形制造容易，脱模容易白天减轻模具重量，使生产容易价格便宜，材料容易获得。 可用作手膏成形模具的材料有木材、金属、石膏、水泥、低熔点金属、硬质泡

4、沫、玻璃钢等。离型剂的基本要求：不腐蚀模具，不影响树脂硬化，对树脂的粘接力小于0.01MPa成膜时间短，厚度均匀，表面光滑使用安全无毒的耐热、可加热硬化的温度下作用操作方便，价格低廉。手糊成型工艺的离型剂主要有薄膜型离型剂、液体离型剂和油膏、蜡类离型剂。4 )手糊成形的工艺流程(一)生产准备地点：手工糨糊成形车间的大小，应由产品大小和产量决定。 场所清洁、干燥、通风良好，空气温度保持在1535之间，应加工整修段，设置吸尘除尘和喷水装置。模具准备：准备工作包括清洁、组装、涂布离型剂等。树脂胶体液的配制：配制时，在防止胶体液混入气泡和防止胶体液混入气泡两个问题上，留心的配合量不可过多。 一次的配合

5、量请在树脂凝胶前用完。准备补强材料：根据设定修改要求选择补强材料的种类和规格。(2)糊制和硬化敷层膏制：敷层膏制分为湿式法和干式法两种：干式法敷层以预浸料为原料，首先将普利茅斯头材料(布)按数字大板块切割，敷层时加热软化，然后相继与模具紧密接触，排除层间气泡，使其紧密接触。 该方法多用于热冲压罐和袋的压塑成型。 湿垫直接在模具中浸渍补强材料，使模具一层一层地紧贴，扣除气泡使其紧密。 一般的手糊技术多用这种方法铺设。 湿式铺装进一步分为橡胶层膏制和结构层膏制。硬化：产品的硬化分硬化和老化两个阶段：从凝胶到三角化一般为24h，此时硬化度达到50%70% (伐可硬性为15 )，可以脱模，脱后在自然环

6、境条件下硬化12周使产品具有力学强度，称为老化，其硬化度达到85%的加热可以老化对聚酯类化合物玻璃钢在80下加热3h，对环氧玻璃钢后固化温度可以控制在150以内。 加热硬化方法很多，中小型产品可以在固化炉内加热硬化，大型产品可以采用模内加热或红外线加热。(3)脱模和修整脱模：脱模使产品不受损伤。 作为脱模方法，有在挤出脱模的模具中埋入挤出装置，脱模时旋转螺杆挤出产品的方法。 冲压脱模模具上残留有压缩空气或水的入口，脱模时将压缩空气或水(0.2MPa )压入模具与产品之间，在云同步上用木锤和橡胶锤敲打，将产品与模具分离。 大型产品(船等)的脱模，可以利用千斤顶、电动葫芦起重机、硬木楔等手工工具。

7、 复杂产品采用手工作业脱模的方法，先在模具上糊上二、三层玻璃钢，固化后从模具上剥离，然后放在模具上继续糊到设定厚度，固化后可容易地从模具上卸下。修剪：修剪有大小修剪和缺陷修补两种。 修整按尺寸成形的产品，按设定修正尺寸切除多馀部分缺陷修补包括穿孔修补、气泡、裂纹修补、破孔补强等。5 )手糊成形工艺的优缺点手工糨糊成型技术具有以下优点： (1)不需要复杂的设备，只需要简单的模具、手工工具，固定投资少，效果快，比较适合中国乡镇企业的发展；(2)生产技术容易掌握，只需接受短期的培训就能生产；(3)制作的复合材料产品受尺寸、形状限制(4)可以是圆顶、水族箱等；(5)可以与其他材料(例如，金属、木材、泡

8、沫等)集成为云同步；(6)可以现场制造不适合运输的大型产品(例如，大罐、大型屋顶)。但手工糨糊成型也有很多缺点： (1)生产效率低、速度慢、生产周期长，不太适合大量产品；(2)产品品质不稳定，由于操作员技能水平差异和制作环境条件的影响，产品品质稳定性差；(3)生产环境差、气味大6 )手糊成形的应用手工糨糊技术的设置修订是自由的，可以根据产品的技术要求，设计和修订理想的外观、造型及多种复合材料产品。 手工胶成形工艺制备的复合材料制品用途较广泛，主要有以下几点(一)建筑产品波形瓦、采光盖、风机、浴盆、尤针织面料式卫生间、冷水塔、活动房屋、玻璃钢大棚等。(二)造船业渔船、游艇、快艇、交通艇、救生艇、

9、灯塔、水中浮标、养殖船等。(3)机械、电气设备的设备罩、配电盘、医疗设备罩、电池盒、开关盒等。(四)体育游乐设施板、鹦鹉螺号、滑板运动、各种俱乐部、人工攀岩墙、冰车、风帆车、海底游乐设施等。5.1.2注射成型工艺技术与特点注射成型工艺是用喷漆枪将纤维玻璃和树脂喷涂在云同步上制造复合材料的工艺方法。 具体而言，分别从喷漆枪上的2个喷嘴喷出加入了引发剂的树脂和加入了助促进剂的树脂。 云同步上的斩首大刀是将连续的纤维玻璃切成断丝纤维，从喷漆枪的第三个喷嘴均匀地喷到模具表面上，用小轧辊凝固、固化而成的产品。注射成型工艺也被称为半机械化手糊法。 在国外，注射成型工艺的发展方向代替了手糊。 注射成型工艺的

10、优点是：利用粗线代替玻璃布，可以降低材料费。半机械操作，与手工糨糊法相比，生产效率提高24倍，特别是对于大型产品，这一优点更显着。 注射成型工艺无间隙，产品整体性好减少毛刺、裁断屑、浆液的残留损失。 注射成型工艺的缺点是树脂含量高，产品强度低，现场粉尘大，作业环境差。注塑机按注射方式分类，用：(1)高压型：泵将树脂送入喷漆枪，用泵压进行喷射用空气压缩机对树脂罐和固化剂罐加压，用该压力将树脂和固化剂按入喷漆枪进行喷射。 (2)气压型：树脂、固化剂或这些个的混合物，通过压缩空气喷出的力和空气雾化喷出。按混合形式分类时，(1内部混合型：是在喷漆枪内部混入引发剂进行喷射。 (2)外部混合型：分别有：将

11、含有助促进剂和引发剂的树脂从喷漆枪喷雾而成为雾状并相互混合，单独喷射引发剂的类型和喷射含有引发剂的树脂的类型。 (3)混合型：预先配合含有助促进剂和引发剂的树脂，并从喷漆枪喷出。1 )注射成型工艺过程在开始注射成型工艺之前，应该检查树脂的凝胶时间，测定方法是向小罐喷射少量的树脂，也要检查树脂相对于测定其凝胶时间的纤维玻璃的比例，一般的树脂相对于纤维玻璃的比例在2.5比1到3.5比1之间。橡胶涂层树脂胶凝作用后手不粘在一起变软 )，可以开始注射成型工艺作业。 如果没有橡胶涂层树脂，请先在模具上喷涂树脂。 然后启动斩首大刀，开始喷射树脂和纤维的混合物。 第一层喷薄(厚约1mm )，仔细卷起，先用短

12、马海毛卷起，然后螺旋卷起，使树脂和固化剂的混合均匀性和纤维玻璃完全润湿。 好好操作，确认这一层没有气泡，并且这一层要完全弄湿橡胶涂层树脂，等待这一层的凝胶然后喷到下一层。 下一层喷射约2mm的厚度，不过，过厚的话气泡难以除去，不能保证产品品质。 每次喷射各层气泡都要好好卷起去除。 反复进行直到达到设计的厚度。为了得到高强度的产品，必须与粗纱布并用，使用粗纱布时，向模具中喷射一盏茶量的树脂后，铺上粗纱布，仔细卷起有利于去除气泡。 在大多数喷射装置中，其喷射速度通常为2-10kg /min。和手膏成形一样，最终层可以使用表面毛毡，再涂上保护层。 固化、修剪、后固化及脱模等工序与手膏成形法相同。2

13、)注射成型工艺常见缺陷分析；(1)浸渍不良产生的原因和对策：树脂含量低的原因，可以适当增加树脂含量。 树脂黏性系数过大，请调节树脂黏性系数。 树脂触变不足导致树脂丢失时，请选择具有适当触变的树脂或添加触变剂。 粗纱质量差，不易渗透到树脂中，请更换粗纱。 由于固化时间过短，必须在喷雾操作中胶凝作用，调节树脂的凝胶时间。 例如，减少助促进剂的量，加入聚合抑制剂，调节环境温度。(2)脱落发生原因和对策：如果由于树脂含量多，请减少树脂排出量。 由于树脂的黏性系数、触变度低而引起时，请提高树脂的黏性系数和触变度。 如果由于喷漆枪和成形模面的距离小，请控制喷射的距离和方向。 如果由于粗纱的切断长度不合适宜

14、的原因，必须根据产品的大小和形状，改变纤维的切断长度。(3)固化不足及固化不均发生原因和对策：各喷嘴的喷出量不稳定配合不正常时，决定各喷嘴的喷出量，根据需要进行调整。 如果喷出的树脂不能形成适当的雾状，请调整雾化，使树脂成为雾状。 由于树脂和快捷粗纱的喷射形状不一致，模面和喷漆枪之间的距离和方向应保持适当。 由于喷漆枪形式，初期喷出的硬化剂量不足时，用吹气法将硬化剂调整到一定的喷出量后，喷出树脂和纤维。 空压机内混入冷凝水时，排出空压机内的冷凝水，定期排出。(4)粗纱的切断不良发生的原因和对策如果是：划片刀的磨损引起的，应该更换，一般是刀片的材质，使用一定时间后自主更换。 如果是因萨通讯端口支

15、重轮的磨损引起的，请根据磨损程度迅速更换。 如果粗纱的根数过多，应该减少粗纱的根数，通常最好切断2根粗纱。 由于斩首大刀气压低，请提高气压，增大空气压缩机的容量。(5)空洞、气泡如果发生原因和对策脱泡不一盏茶，请按照操作规范慎重操作。 如果是树脂浸渍不良引起的，加入防沫剂，再次检查树脂和纤维的品质。 如果很难判断脱泡的程度，可以将模具弄黑观察脱泡和浸渍。 如果是由于在胶凝作用前送入高温后的固化炉，应该在室温下固化后送入炉内使之固化。(6)厚度不均发生的原因和对策：由于无法掌握喷射操作，必须接受训练以提高熟练度。 由于不习惯脱泡操作，请选择合适的脱泡工具，熟练掌握脱泡操作。 如果由于纤维的切断性

16、差，请调整或更换斩首大刀。 如果由于纤维的分散性差，检查粗纱的质量。(7)白化及龟裂。发生的原因和对策：由于树脂的反应活性高，短时间硬化，硬化时的发热值大，引起树脂和纤维的界面剥离。 选择反应活性合适的树脂，检查引发剂和助促进剂的种类和用量以及固化条件。 丁纤维表面附着有妨碍树脂浸润的物质(如水、油、润滑工等)，要进行适当的处理，平时要注意粗线的保管和使用。 如果1次喷射太厚的原因，可以采用分割喷射，在控制硬化发热值的同时进行喷射。 如果喷漆枪中各喷嘴的喷出量不均匀，请调整树脂的喷出量。 树脂中混入水时，请改善树脂的保管、操作方法、使用条件，并始终对空压机的排水软管进行注水。5.2树脂传递模塑

17、成型技术和特点随着复合材料应用领域的扩大，复合材料工业发展迅速，成型技术日益完善，新的成型方法陆续出现。 目前树脂基复合材料的成型技术主要有手糊成型、注射成型工艺、树脂传递模成型(RTM )、模成型、注射成型工艺、结构反应注射成型工艺(SRIM )、真空袋成型、压力袋成型、高压灭菌锅成型初期复合材料零配件的生产多采用手工糊工艺，但手工糊产品品质稳定性差，劳动强度大，不能满足工业化生产的要求。 后来发展起来的喷射法，提高了生产质量和效率，应用于生产大而简单的形状零配件。 20世纪六十年代的SMC和BMC工艺的出现，为工业生产大型零配件提供了可行性。 在随后的20年中，SMC和BMC技术迅速发展成

18、熟，应用广泛34。 20世纪80年代，由于市场需求的多样性，以RTM工艺为代表的先进液体成形技术迅速发展。 这种技术是一种高性能、低成本的制造技术，工艺方法灵活，可以一次成形为带芯、肋、嵌入式大型结构，比其他任何工艺都有竞争力5。5.2.1 RTM树脂沉积基质及补强材料5.2.1.1 RTM树脂沉积基质的要求RTM成型品的质量好坏、性能高低及工艺上的操作与RTM选择的树脂有着怎样密切的关系？ 因此，研究应用于RTM的树脂沉积基质尤为重要。RTM用树脂系统应该满脚丫子：1 )黏性系数低，湿润性好，树脂顺利地通过型腔内，容易浸渍纤维2 )固化散热峰值低，优选1001803 )活性高，凝胶时间和硬化时间短，但注射时需要较长的适用期间4 )树脂系不含溶剂，固化时不析出低分子物，适合于在云同步中增加填充剂，特别是树脂的消泡性