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1、LOGO 第五篇 其他材料成形 第十七章 其他材料成形 |17.1 高分子复合材料成形 |17.2 高分子胶黏剂粘接 |17.3 高分子涂料涂装 17.1 高分子复合材料成形 |17.1.1 高分子复合材料 |17.1.2 特殊成形工艺 u复合材料：包含基体相（基质相或连续相）和增强 相（分散相）两个基本组成的多相复合体 u基体相聚合物：橡胶、热塑性树脂或热固性树脂 u增强相：颗粒状（或弥散性）填料，增强纤维应用 最普遍 17.1.1 高分子复合材料 u助剂：偶联剂、润滑剂、颜料、抗静电剂、增塑 剂等 一、基体树脂 u热固性树脂：不饱和聚酯树脂约占80%，其次是环 氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂和
2、乙烯基酯树脂等 u热塑性树脂：聚酰胺、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚 和聚芳醚酮等 1不饱和聚酯树脂（略） u不饱和聚酯树脂：采用引发剂引发交联单体进而 引起分子结构中含有不饱和双键的聚酯预聚物所 交联而成的热固性树脂 聚酯预聚物：合成所采用的多元酸可以全部是 不饱和多元酸（一般为二元酸），也可以采用 部分饱和二元酸 交联剂：苯乙烯应用最广泛，其次是甲基丙烯 酸甲酯、邻苯二甲酸二丙烯酯、甲基苯乙烯、 三聚氰酸三丙烯酯等 其他：引发剂和促进剂，常用引发剂是有机过 氧化物，促进剂（用量一般树脂质量1%4% ）有金属皂和叔胺类化合物两大类 固化：室温固化（2050）、中温固化（ 50100）和高温固化（10
3、0160） 2环氧树脂 u环氧预聚物：缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、缩水甘油胺 类、线形脂肪族类和酯环族类五类 u固化剂（按化学结构）：有机胺类、有机酸酐类和有机聚 合物型等 有机胺类固化剂有脂肪族、芳香族和改性胺三类，有 机酸酐类固化剂常用的有顺丁烯酸酐、邻苯二甲酸酐 等，有机聚合物型固化剂有低分子量聚酰胺等 u固化剂（按固化物温度）：室温固化剂、中温固化剂和高 温固化剂 u促进剂：常用苯酚、DMP-30、双酚A、吡啶、三乙胺等 u增韧剂：非活性增韧剂和活性增韧剂两类 二、增强体 u最普遍增强体是增强纤维：有机增强纤维和无机 增强纤维两大类 u有机增强纤维：芳纶纤维、尼龙纤维、UHMWPE 纤
4、维、聚酯纤维、棉、麻、纸等 u无机增强纤维：玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、 硼纤维、碳化硅纤维、晶须、石棉纤维和金属纤维 等，玻璃纤维用得最多 1玻璃纤维 u玻璃钢：采用玻璃纤维增强的高分子复合材料（ 比强度超过型钢） 可以以纤维形式复合，也可以以玻璃纤维制品 形式复合 u（按性能）玻璃纤维：高强玻璃纤维、高模量玻 璃纤维、耐碱玻璃纤维、耐酸玻璃纤维、耐高温玻 璃纤维和普通玻璃纤维 u（按化学成分）玻璃纤维：无碱玻璃纤维、中碱 玻璃纤维和高碱玻璃纤维 u玻璃纤维及其制品：无捻粗纱、无捻粗纱织物、玻 璃纤维毡片、短切原丝、玻璃纤维布、玻璃带、单 向织物、三向织物以及组合体等 u应用：电绝缘层压板、
5、印刷线路板、车辆车体、贮 罐、高压容器、轴承、耐烧蚀件、船艇及玻璃钢模 具等 u2部分其他纤维（略） 17.1.2 高分子复合材料成形工艺 u高分子复合材料成形：手糊成形、缠绕成形、拉 挤成形、喷射成形、热压罐成形、袋压成形、离 心成形、压制成形、注射成形、树脂传递模塑成 形、拉拔成形和软模成形等 一、手糊成形 1原材料 u树脂胶液：黏度要低，能室温或较低温度下固化， 无低分子物产生，要有空气干燥性，固化收缩要小 ，价格便宜，无毒或低毒 u常用热固性树脂：不饱和聚酯、环氧树脂和酚醛树 脂 u增强体：主要是玻璃纤维（也有碳纤维），常使用 的玻璃纤维增强体有无捻粗纱、无捻粗纱布、加捻 布、短切玻璃
6、纤维毡和玻璃纤维织物等几种 u辅助材料：固化剂、交联剂、稀释剂、促进剂、填 料、触变剂和脱模剂等 2工艺流程 u手糊成形工艺流程：依次包括原材料准备、手糊成形 、固化、脱模和修整等工序 增 强 纤 维 表 面 处 理 裁 剪 模 具 清 理 涂 脱 模 剂 干 燥 树 脂 胶 液 配 置 图17.2 手糊成形工艺流程图 手糊成型固化脱模 修整成品 （1）原材料准备 u原材料准备：包括玻璃纤维准备、树脂胶液配制 和模具准备 （2）手糊成形 u手糊成形工序：包含胶衣层制备和糊制两个操作 u胶衣层制备：制品表面往往做一层树脂含量较高 、性能较好的面层，可以是纯树脂层，也可用表 面毡增强，可采用喷涂和
7、涂刷两种方法施工 胶衣层作用是改善复合材料制品的表面质量， 对制品起保护作用和延长使用寿命，厚度一般 0.250.5 mm u糊制：待胶衣层凝胶后（发软而不黏手）即可糊 制，先在模具上刷一层树脂然后铺一层玻璃布，涂 刷把气泡赶净，如此重复直至达到设计厚度，每次 糊制厚度不应超过7 mm （3）固化 u手糊制品一般采用常温固化，制品凝胶后再固化 到一定程度可脱模，脱模后可以加热处理或者继续 在大于15的室温条件下固化 不饱和聚酯复合材料制品在树脂凝胶前不宜加 热处理，否则会引起交联剂挥发损失 3特点及应用 u优点：操作简便，设备投资少，生产费用低，能 生产大型和复杂结构的制品，制品可设计性强，
8、模具制作相对简单等 u缺点：生产效率低，劳动强度大，生产周期长， 产品质量不够稳定，生产环境气味大和粉尘多 u应用：玻璃钢制品最常用简单的方法，可生产波 形瓦、浴缸、汽车壳体、飞机机翼、化工容器等 二、缠绕成形 图17.3 缠绕成形示意图 1连续纤维 2树脂槽 3纤维输送管 4输送架驱动器 5芯模驱动器 6芯模 1缠绕形式及规律 u（按缠绕时树脂物态）缠绕形式：干法、湿法和半干法 干法：缠绕前预先将玻璃纤维制成预浸渍（纱）带 并卷在卷盘上待用，使用时使浸渍带加热软化后绕 制在芯模上 湿法：玻璃纤维经集束后进入树脂胶槽浸胶，在张 力控制下直接缠绕在芯模上 半干法：在浸胶与缠绕之间增加烘干设备，将
9、纱（ 带）胶液中的溶剂基本挥发掉，然后缠绕在芯模上 u缠绕规律：环向缠绕、纵向缠绕和螺旋缠绕 （a）环向缠绕（b）纵向缠绕 （c）螺旋缠绕 图17.4 缠绕规律示意图 2原料和设备 u主要原料：树脂体和增强体 树脂体形态：液态树脂体、溶液树脂体、热塑性树 脂粉末 常用增强体：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和 UHMWPE纤维，形式包括无捻粗纱、表面毡、针织 毡、方格布带、高强纤维纱。 u缠绕设备：主要设备是缠绕机，辅助设备有浸胶装置、 张力装置、加热固化装置和纱架装置等 u缠绕机（按结构布局）：卧式、立式和倾斜式三种形式 3特点及应用 u优点：生产效率较高，制品中纤维含量高（最高 达80%）以至制
10、品强度高 u缺点：制品强度方向性比较明显，仅适用于制造 圆柱体、球体及某些正曲率回转体制品，对加工 设备性能要求较高 u应用：航空航天发电机机匣、火箭前锥体、飞机 副油箱、高压输油管、石油贮罐、压缩气体贮罐 等 三、拉挤成形 图17.5 拉挤成形示意图 1纤维粗纱 2树脂浸渍槽 3预成形模 4固化模 5拉拔牵引 u拉挤成形：将浸渍过树脂胶液的连续纤维束或带 状织物在牵引装置作用下通过成形模具定形、胶 凝、出模后加热固化而制成复合材料型材 1原料 u基体树脂：热塑性树脂和热固性树脂两大类，不 饱和聚酯树脂占拉挤树脂总量的90%左右 u增强体：绝大部分是玻璃纤维，无捻粗纱应用最 多，其次是连续玻璃
11、纤维毡 2工艺流程 u典型拉挤工艺：依次排纱、浸胶、预成形、固化成形、 牵引和切割工序 3特点及应用 u优点：设备造价低，生产效率高，易实现自动化，可连 续生产任意长的型材制品，纵向强度大，纵横向强度可 任意调整，原材料利用率高，基本无边角废料 u缺点：只能加工不含凹凸结构的长条状制品和板状制品 ，制品性能具有方向性，剪切强度较低 u应用：管材、板材、棒材、槽型材、工字型材等 四、其他成形 1喷射成形 u喷射成形：通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时 喷射到开模表面，经辊压、固化制取复合材料制 品的方法，属半机械化操作，国外发展方向是代 替手糊成形 图17.6 喷射工艺示意图 1无捻粗纱 2玻璃纤
12、维切断器 3甲组分树脂储罐 4乙组分树脂储罐 5喷枪 6喷射的产品 7回转模台 8隔离室 9抽风罩 10压缩空气 2热压罐成形 图17.7 热压罐系统示意图 1压缩气体 2零件 3真空袋 4热压罐 5模板 6抽真空 3袋压成形 u袋压成形：加压袋法和真空（减压）袋法两种方 法 加压袋法：用充气压力2.941034.9104Pa的 橡胶袋对手糊法成形制件毛坯加压固化的方法 真空袋法：将手糊法成形制件毛坯用玻璃纸或 聚酯薄膜覆盖，将覆盖制件毛坯放在带模套的 气球布或橡胶制袋中，接缝处用塑料（树脂） 密封，抽真空至8.0104Pa靠大气压力加压固化 图17.8 加压法成形示意图 1压盖 2橡胶袋 3
13、膜 4模具 5玻璃 布与树脂的敷层 6夹具 7空气 8充气袋 9模塑件 4压制成形 u压制成形：层压成形和模压成形两类 u模压成形主要方法：预混料模压法（BMC成形）和预 成形模压法（SMC成形） u预混料模压法：把团状模塑料加入金属模内或传递模腔 内经加压、加热、固化成形后得到制品的方法 团状模塑料（BMC）：以树脂为基体，加低收缩剂 、短切纤维、填料、固化剂、脱模剂、着色剂、化 学增稠剂等多种组分经搅拌捏合而成预混料 u预成形模压法：采用片状模塑料裁剪成所需形状 和尺寸（尺寸为制品投影50%80%），以确定的 层数和叠合形式放入模具内加热加压成形的方法 5树脂传递模塑成形 u树脂传递模塑成
14、形（RTM）：将增强体预先铺设在对 模模腔内，然后压实锁紧模具，随后将树脂胶液压力 注入模腔浸透到增强体空隙后固化脱模得到制品 6板材连续成形 图17.11 板材连续成形工艺示意图 1玻璃布 2玻璃毡 3浸槽 4 -挤液辊 5滑槽 6玻璃纸 7 烘房 8导向辊 9卷取辊(或切割机) 7软模成形 图17.12 用软模成形翼面 1环状物料 24个橡胶芯模 3钢模 17.2 高分子胶黏剂粘接 |17.2.1 高分子胶黏剂 |17.2.2 粘接原理 |17.2.3 粘接工艺 u粘接优点：操作简单、效率高、工艺灵活、简易 实用、成本低、变形小等 u缺点：黏结强度不太高，接头长期工作温度一般 150，少数
15、可200300范围内使用，易受光、 热、氧等作用而老化，使用寿命不很长 17.2.1 高分子胶黏剂 一、胶黏剂的组成 u高分子胶黏剂：具有胶结作用的黏料以及固化剂 、促进剂、增塑剂、增韧剂、稀释剂、填料等常 见助剂和阻燃剂、发泡剂、消泡剂、着色剂和防 腐剂等特殊助剂 二、胶黏剂的分类 u（按化学成分）胶黏剂：天然产物类和合成产物 类两大类，天然产物类包括葡萄糖衍生物、氨基酸 衍生物、天然树脂和沥青四类，合成产物类包括树 脂型、橡胶型和混合型三类 u（按粘接功能）胶黏剂：结构型、非结构型和特 种型三类 u（按固化方式）胶黏剂：传质型、反应型和热熔 型三大类 u（按用途）胶黏剂：汽车用、车辆用、电
16、气用、 土木建筑用、木工用等 树脂型 热固性：酚醛树脂、间苯二酚甲醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、 不饱和聚酯、聚异氰酸酯、聚丙烯酸双酯、有机硅、聚酰亚胺、 聚苯并咪唑。 热塑性：聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、 聚苯乙烯、聚酰胺、醇酸树脂、纤维素、聚氰基丙烯酸酯、饱和 聚酯、聚氨酯。 葡萄糖衍生物：淀粉、可溶淀粉、糊精、阿拉伯树胶、 海藻酸钠 氨基酸衍生物：植物蛋白、酪蛋白、血蛋白、骨胶、鱼 胶 天然树脂：木质素、单宁、松香、虫胶、生漆 沥青：沥青树脂、沥青质 天 然 产 物 类 合 成 产 物 类 有 机 胶 黏 剂 图17.13 胶黏剂按化学成分分类 橡胶型：再生橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、氰基橡胶、 聚 硫橡胶、硅橡胶、聚氨酯橡胶。 混合型：酚醛聚乙烯醇缩醛、酚醛氯丁橡胶、酚醛氰基橡胶、 环氧酚醛、环氧聚酰胺、环氧聚硫橡胶、环氧氰基 橡胶、环氧
