复合材料的成型工艺2讲解

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1、1 第五章 复合材料的成型工艺第五章 复合材料的成型工艺 1 1、聚合物基复合材料的成型工艺、聚合物基复合材料的成型工艺 2 2、金属基复合材料的成型工艺、金属基复合材料的成型工艺 3 3、陶瓷基复合材料的成型工艺、陶瓷基复合材料的成型工艺 2 1 1、聚合物基复合材料的成型工艺、聚合物基复合材料的成型工艺 聚合物基复合材料的性能在纤维纤维与树树 脂脂体系确定后，主要决定于成型工艺成型工艺。 成型工艺 成型工艺主要包括以下两个方面： 3 4 5 片状模压料SMC 6 一是成型成型，即将预浸料预浸料按产品的要求，铺置 成一定的形状，一般就是产品的形状; 二是固化固化，即把已铺置成一定形状的叠层预

2、 叠层预 浸料浸料，在温度、时间和压力等因素影响下使形状形状 固定固定下来，并能达到预期的性能要求。 7 生产中采用的成型工艺生产中采用的成型工艺 (1) (1) 手糊手糊成型成型 (2)(2)注射注射成型成型 (3)(3)真空袋压法真空袋压法成型 成型 (4)(4)挤出挤出成型成型 (5)(5)压力袋压力袋成型 成型 (6) (6)纤维缠绕纤维缠绕成型成型 (7)(7)树脂注射树脂注射和和树脂传递树脂传递成型 成型 (8) (8)真空辅助树脂注射真空辅助树脂注射成型成型 8 (9)(9)连续板材连续板材成型 成型 (10) (10)拉挤拉挤成型成型 (11)(11)离心浇铸离心浇铸成型成型

3、(12)(12)层压或卷制层压或卷制成型成型 (13)(13)夹层结构夹层结构成型 成型 (14)(14)模压模压成型成型 (15)(15)热塑性片状模塑料热冲压热塑性片状模塑料热冲压成型 成型 (16)(16)喷射喷射成型成型 9 （a）手糊成形 （b）真空袋压成形 （c）加压袋法 （d)高压釜加压法 10 (1)(1)手糊成型工艺手糊成型工艺 手糊成型工艺是复合材料最早的最早的一 种成型方法，也是一种最简单最简单的方法， 其具体工艺过程如下： 11 首先，在模具上涂刷含有固化剂的树脂混含有固化剂的树脂混 合物合物，再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维纤维 织物织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物

4、，使其均均 匀浸胶匀浸胶并排除气泡后，再涂刷树脂混合物和铺 贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所 需厚度为止。 12 然后，在一定压力作用下加热固化成加热固化成 型型（热压成型热压成型）或者利用树脂体系固化时 放出的热量固化成型（冷压成型冷压成型），最后 脱模脱模得到复合材料制品。其工艺流程如下 图所示： 13 模具模具 准备准备 涂脱模剂涂脱模剂 手糊成型手糊成型 树脂胶树脂胶 液配制液配制 增强材增强材 料准备料准备 固化固化 脱模脱模后处理后处理 检验检验 制品制品 手糊成型工艺流程图手糊成型工艺流程图 14 为了得到良好的脱模效果和理想 的制品，同时使用几种脱模剂，可以 发挥多种脱

5、模剂的综合性能多种脱模剂的综合性能。 15 16 手糊成型工艺优点手糊成型工艺优点 不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸尺寸 大大、批量小批量小、形状复杂形状复杂产品的生产； 设备简单设备简单、投资少投资少、设备折旧费低折旧费低。 17 工艺简单工艺简单； 易于满足产品设计要求，可以在 产品不同部位任意增补增强材料任意增补增强材料 制品树脂含量较高树脂含量较高，耐腐蚀性好耐腐蚀性好 。 18 手糊成型工艺缺点手糊成型工艺缺点 生产效率生产效率低，劳动强度劳动强度大，劳动卫生劳动卫生 条件条件差。 产品质量产品质量不易控制，性能稳定性性能稳定性不高 。 产品力学性能力学性能较低。 19 2 2模压成

6、型工艺模压成型工艺 模压成型工艺模压成型工艺是一种古老的技术，早在20世 纪初就出现了酚醛塑料模压成型。 模压成型是一种对热固性树脂热固性树脂和热塑性树脂热塑性树脂 都适用的纤维复合材料成型方法。 20 21 模压成型工艺过程模压成型工艺过程 将定量的模塑料或颗粒状树脂模塑料或颗粒状树脂与短纤维的混合短纤维的混合 物物放入敞开的金属对模中，闭模后加热加热使其熔化熔化， 并在压力作用下充满模腔，形成与模腔相同形状的 模制品；再经加热再经加热使树脂进一步发生交联反应交联反应而固 化，或者冷却使热塑性树脂硬化热塑性树脂硬化，脱模后得到复合复合 材料制品材料制品。 22 金属对金属对 模准备模准备 涂

7、脱模剂涂脱模剂 膜压成型膜压成型 模塑料、模塑料、 颗粒树脂颗粒树脂 短纤维短纤维 固化固化 脱模脱模后处理后处理 检验检验 制品制品 加热、加压加热、加压 加热加热冷却冷却 膜压成型工艺流程图膜压成型工艺流程图 23 模压成型工艺优点模压成型工艺优点 模压成型工艺有较高的生产效率较高的生产效率，制品尺寸制品尺寸 准确准确，表面光洁表面光洁，多数结构复杂的制品可一次成一次成 型型，无需二次加工，制品外观及尺寸的重复性好重复性好 ，容易实现机械化和自动化机械化和自动化等。 24 模压成型工艺缺点模压成型工艺缺点 模具设计制造复杂模具设计制造复杂，压机及模具投资高投资高， 制品尺寸受设备限制，一般

8、只适合制造批量大适合制造批量大 的中、小型制品。 25 模压成型工艺模压成型工艺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 次于手糊手糊/ /喷射喷射和连续成型连续成型，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 越来越广泛。 26 模压制品 模压制品主要用作结构件、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。 由于模压制品质量可靠质量可靠，在兵器、飞机、导 弹、卫星上也都得到应用。 27 3. 3. 层压成型工艺层压成型工艺 层压成型工艺层压成型工艺，是把一定层数的浸胶布浸胶布(纸) 叠

9、在一起，送入多层液压机多层液压机，在一定的温度和压 力下压制成板材压制成板材的工艺。 层压成型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。 28 层压成型工艺 层压成型工艺生产的制品包括各种 绝缘材料板绝缘材料板、人造木板人造木板、塑料贴面板塑料贴面板、 覆铜箔层压板覆铜箔层压板等。 复合材料层压板的生产工艺流程层压板的生产工艺流程如下 29 层压板的生产工艺流程层压板的生产工艺流程 增强材料增强材料 热固性树脂热固性树脂 浸 胶浸 胶胶 布胶 布 裁裁 剪剪 叠叠 合合 热热 压压 脱脱 模模 切切 边边 产产 品品 30 层压成型工艺的优点层压成型工艺的优点是制品

10、表面光洁 、质量较好且稳定以及生产效率较高。 层压成型工艺的缺点层压成型工艺的缺点是只能生产板材 ，且产品的尺寸大小受设备的限制。 31 32 33 34 35 4 4喷射成型工艺喷射成型工艺 将分别混有促进剂和引发剂的不饱和聚不饱和聚 酯树脂酯树脂从喷枪两侧（或在喷枪内混合）喷 出，同时将玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱用切割机切 断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉均匀沉 积到模具上积到模具上。 36 当不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂与玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱 混合沉积到一定厚度时，用手辊滚压用手辊滚压，使纤使纤 维浸透树脂维浸透树脂、压实并除去气泡压实并除去气泡，最后固化成固化成

11、制品制品。 其具体工艺流程图如下： 37 玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱 聚酯树脂聚酯树脂加热加热 引发剂引发剂 促进剂促进剂 静态混合静态混合 切切 割割 喷喷 枪枪 模模 具具 喷喷 射射 成成 型型 辊压辊压 固化固化 脱模脱模 喷射成型工艺流程图喷射成型工艺流程图 38 喷射成型喷射成型对所用原材料有一定要求，例如 树脂体系的粘度应适中粘度应适中，容易喷射雾化容易喷射雾化、脱除脱除 气泡气泡和浸润纤维浸润纤维以及不带静电不带静电等。 最常用的树脂是在室温或稍高温度下即可 固化的不饱和聚酯不饱和聚酯等。 39 喷射法使用的模具与手糊法类似， 而生产效率生产效率可提高数倍，劳动强度劳动强

12、度降低 ，能够制作大尺寸制品制作大尺寸制品。 40 用喷射成型喷射成型方法虽然可以制成复杂复杂 形状的制品形状的制品，但其厚度和纤维含量厚度和纤维含量都较 难精确控制，树脂含量一般在60%以上 ，孔隙率孔隙率较高，制品强度较低制品强度较低，施工现 场污染和浪费较大。 41 利用喷射法喷射法可以制作大蓬车车身、 船体、广告模型、舞台道具、贮藏箱、 建筑构件、机器外罩、容器、安全帽等 。 42 5. 5. 连续缠绕成型工艺连续缠绕成型工艺 将浸过树脂胶液浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一 定规律缠绕到芯模缠绕到芯模上，然后固化脱模固化脱模成为增强塑增强塑 料制品料制品的工艺过程，称为缠绕工艺缠绕

13、工艺。 缠绕工艺流程图工艺流程图如下图所示： 43 44 45 缠绕工艺流程图 纱团纱团 集束集束 胶液配制胶液配制 浸 胶浸 胶烘干烘干 络纱络纱 胶纱纱绽胶纱纱绽 张力控制张力控制 纵、环向缠绕纵、环向缠绕 芯模芯模纵、环向缠绕纵、环向缠绕 张力控制张力控制 加热粘流加热粘流 固化固化脱模脱模打模喷漆打模喷漆成品成品 湿法缠绕成型工艺湿法缠绕成型工艺 干法缠绕成型工艺干法缠绕成型工艺 46 利用连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术制作复合材料制品时， 有两种不同的方式可供选择： 一是将纤维或带状织物纤维或带状织物浸树脂后，再缠绕在芯 模上； 二是先将纤维或带状织物纤维或带状织物缠好后，再浸渍树

14、脂 。 目前普遍采用前者。 47 缠绕机缠绕机类似一部机床，纤维通过树脂槽后 ，用轧辊用轧辊除去纤维中多余的树脂。 为改善工艺性能工艺性能和避免损伤纤维损伤纤维，可预先 在纤维表面徐覆一层半固化的基体树脂半固化的基体树脂，或者 直接使用预浸料直接使用预浸料。 48 纤维缠绕方式和角度缠绕方式和角度可以通过机械传动或计 算机控制。 缠绕达到要求厚度后，根据所选用的树脂类 型，在室温或加热箱内固化固化、脱模脱模便得到复合材 料制品。 49 利用纤维缠绕工艺纤维缠绕工艺制造压力容器压力容器时 ，一般要求纤维具有较高的强度较高的强度和模量模量 ，容易被树脂浸润容易被树脂浸润，纤维纱的张力均匀张力均匀

15、以及缠绕时不起毛不起毛、不断头不断头等。 50 另外，在缠绕的时候，所使用的芯模芯模应 有足够的强度和刚度足够的强度和刚度，能够承受能够承受成型加工过 程中各种载荷各种载荷（缠绕张力、固化时的热应力 、自重等），满足制品形状尺寸形状尺寸和精度要求精度要求 以及容易与固化制品分离容易与固化制品分离等。 51 常用的芯模材料芯模材料有石膏、石蜡、金 属或合金、塑料等，也可用水溶性高分水溶性高分 材料材料，如以聚烯醇聚烯醇作粘结剂制成芯模芯模。 52 连续纤维缠绕技术的优点连续纤维缠绕技术的优点 首先，纤维按预定要求排列的规整度规整度和精度精度 高高，通过改变纤维排布方式、数量，可以实现等等 强度设计强度设计，因此，能在较大程度上发挥增强纤维增强纤维 抗张性能抗张性能优异的特点， 53 其次，用连续纤维缠绕技术连续纤维缠绕技术所制得 的成品，结构合理结构合理，比强度比强度和比模量比模量高 ，质量质量比较稳定稳定和生产效率 生产效率较高等。 54 连续纤维缠绕技术的缺点连续纤维缠绕技术的缺点 设备投资费用设备