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1、复 合 材 料 成 型 与 加 工 技 术 手糊成型工艺及设备 手糊成型 又称接触成型Hand Lay Up 工艺流程 原材料 增强材料 纤维 织物 碳纤维 玻璃纤维 芳纶纤维 硼纤维 碳纤维织物 玻璃纤维织物 芳纶纤维织物 混杂纤维织物 增强体 基 体 热固性 热塑性 酚醛 氰酸酯 双马来酰亚胺 聚酰亚胺 聚 砜 聚醚砜 聚苯硫醚 聚醚酰亚胺 环氧 聚醚醚酮 聚酰亚胺 基体 Hand Lay Up 手糊成型工艺的优点 1 不受尺寸 形状的限制 2 设备简单 投资少 3 工艺简单 4 可在任意部位增补增强材料 易满足产品设计要求 5 产品树脂含量高 耐腐蚀性能好 手糊成型工艺的缺点 1 生产效
2、率低 劳动强度大 卫生条件差 2 产品性能稳定性差 3 产品力学性能较低 2 1 原材料的选择 选用的原材料必须满足3点要求 1 产品设计的性能要求 2 手糊成型工艺要求 3 价格便宜 材料容易取得 2 1 1 聚合物基体的选择 选用原则 室温下固化凝胶 能配成粘度适中的胶液 0 2 0 5Ps 双酚A型环氧树脂 Tg 240 260 四缩水甘油基 4 4 一二氨基二苯甲烷 TGDDM 芳香胺 二氨基二苯砜 DDS 不饱和聚酯 乙烯基酯 3 辅助剂 不饱和聚酯树脂的辅助剂包括交联剂 引发剂 促进剂 阻聚剂 光敏剂等 1 交联剂 要求 高沸点 低粘度 能溶解树脂 引发剂 促进剂 染料等 反应活性
3、大 能使共聚反应在室温或较低温度下 进行 能与树脂共聚形成均相共聚物 常用交联剂 苯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 乙烯基甲苯 邻苯二甲酸 二丙烯酯 邻苯二甲酸二丁酯 最常用的是苯乙烯 2 引发剂 引发剂可以产生自由基 引发树脂体系进行固化反应 引 发剂一般为过氧化物 其通式为 ROOR 引发剂的主要类 型有 氢过氧化物 酸过氧化物 酮过氧化物 酯过氧化 物 二酰基过氧化物 最常用的有 过氧化二苯甲酰 过氧化环己酮 混合物 过氧化甲乙酮 混合物 O O C6H5 C OO C C6H5 3 促进剂 常用的引发剂其临界温度均在60 以上 说明单独 使用有机过氧化物 不能满足不饱和聚酯树脂室温 固化的要求
4、在促进剂的存在下 有机过氧化物的 分解活化能 显著下降 可以使有机过氧化物的分 解温度降到室温以下 这种能使引发剂降低分解活化能 降低引发 温度的物质称为促进剂 引发剂 促进剂体系称为引发系统 常用的引发剂 促进剂体系有 过氧化苯甲酰 叔胺体系 过氧化环己酮 环烷酸钴 常用叔胺的反应活性顺序 N N二甲基对甲苯胺 二甲基苯胺 二乙基苯胺 A 过氧化苯甲酰 叔胺体系 叔胺类用量20 固化时间 010天 二乙基苯胺0 2 30分钟 二甲基苯胺0 2 18分钟 N N二甲基对甲苯胺0 2 4分钟 叔胺促进剂对固化速度的影响 不饱和聚酯树脂 1 过氧化苯甲酰 B 酮过氧化物 环烷酸钴引发体系 也是不饱
5、和聚酯树脂低温固化最常见的引发体 系 环烷酸钴对聚酯固化速度的影响见下表 引发剂及用量促进剂及用量固化时间 2 过氧化甲乙酮048 60min 2 过氧化甲乙酮0 01 环烷酸 钴 84min 2 过氧化环己酮028 60min 2 过氧化环己酮0 01 环烷酸 钴 60min 4 阻聚剂 为了增加不饱和聚酯树脂的贮存稳定性 调节适 用期 常在聚酯树脂中加入阻聚剂 一般在树 脂生产过程中就加入 最常用的阻聚剂有 对苯二酚 叔丁基对苯二酚 硝基苯 亚硫酸盐等 自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2的反应 速度慢104倍 一般聚酯树脂制品固化时 表面应 覆盖聚酯薄膜 若不用薄膜覆盖 也应使成型表
6、面形成与空气隔离的物质如蜡类 否则自由基与 周围空气中的O2 H2O反应 耗去大部分自由基 造成表面固化不完全而发粘 2 1 2 1增强材料的种类 1 玻璃纤维种类 E 玻璃纤维 无碱纤维 含碱0 8 以下 C 玻璃纤维 中碱纤维 含碱8 左右 A 玻璃纤维 有碱纤维 含碱12 15 S 玻璃纤维 高强纤维 含碱0 3 M 高弹玻璃纤维 L 防辐射玻璃纤维 2 1 3 增强材料的表面处理 一 表面处理的意义 去污 增强了玻璃与树脂界面的粘接 防止水分或其 它介质的侵入 改善了界面状态 有效地传递应力 使 玻璃纤维与树脂间形成一个牢固的整体 偶联剂是一种改善玻纤的表面性质 即能与玻纤起化 学反应
7、形成化学键结合 又能与树脂起化学反应形成化学 键结合的表面处理剂 它可以加强复合材料的界面结合 保护纤维 防止水分等有害介质的侵入 它可以改善复合 材料的界面状态 有效传递应力 使多种材料间形成一个 复合牢固的整体 poor adhesion with a incompatible silane coupling agent good adhesion with a compatible silane coupling agent 4 玻璃纤维的处理方法 后处理法 对于 纺织型浸润剂 第一步除去浸润剂 有两种方法 a 洗涤法 在皂水或有机溶液中清洗 然后烘干 b 热处理法 250 450 1h
8、 第二步用表面处理剂处理 要求产品质量较高时 处理步骤为 浸渍 水洗 烘干 前处理法 把表面处理剂就加入到 浸润剂 里 在 拉丝时表面处理剂就被覆盖在了玻璃纤维上 迁移法 把表面处理剂加入到树脂胶液中 当玻璃 纤维浸胶时 树脂会迁移到纤维与树脂的界面上 迁移法需要热处理后使用 CARBON FIBERS Carbon fiber surfaces are chemically inactive and must be treated to form surface functional groups that promote good chemical bonding with the pol
9、ymer matrix 1 Oxidative surface treatments The gas phase oxidation Nitric acid 2 Nonoxidative surface treatments Coated by styrene maleic anhydride copolymers methyl acrylate acrylonitrile copolymer and polyamides 2 2手糊成型模具与脱模剂 2 2 1模具的结构与材料 一 结构 单模 对模 拼装模 阳模 阴模 阳模 制品内表面尺寸准确 光滑 成型方便 便 于通风 阴模 制品外表面尺寸
10、准确 光滑 阴模深操作不 便 通风条件不好 卫生条件差 对模 由阴阳模两部分组成 制品内外表面均光滑 厚度准确 不适合成型批量少及大型制品 模 具 设备投资大 拼装模 一些形状复杂的产品 为了脱模方便 需 要利用拼装模 即把模具分成几块进行拼装 脱 模时可以分块进行 比较方便 二 材料 木材 石膏 水泥 玻璃钢 陶土 金属等 必须满足以下要求 1 满足产品尺寸 精度 外观及数量的要求 2 有足够的强度与刚度 不易变形 损坏 3 不受树脂及辅助材料的浸蚀 不影响树脂固化 4 易脱模 使用周期长 5 价格便宜 材料易得 1 木材 要求均质 无节 常用红松 银杏 枣木等 木材模具表面需要封孔处理 其
11、特 点是质轻 易加工 但不耐久 适合于小批 量生产小型制品 2 石膏 用半水石膏成型 制造简便 造价低 不耐用 怕冲击 适合于小批量生产形状 复杂的制品 3 水泥 制造方便 成本低 有一定强度 适 合于制造形状简单 表面要求不高的制品 4 石蜡 适合于制作难以取出的型心 一次性 使用 成型后融化掉 5 金属 常用钢材 铸铝等 耐久 不易变形 但加工费用高 适合于小型 大批量生产 的高精度制品 6 玻璃钢 由木模或石膏模翻制 质轻 耐久 制造方便 适合于中小型制品的批量生产 2 2 3 玻璃钢高级模具 属于平整度高 光洁度高的高级模具 2 2 3 1 玻璃钢高级模具的要求 1 具有足够的强度 刚
12、度 2 具有一定硬度 耐热性能承受树脂固化放热的 收缩作用 3 尺寸精确 无潜藏气孔 残留划痕度小于 0 1 m 4 光泽度达到80 90光泽单位或者目测反光 2 3 1 原材料准备 2 3 1 1 胶液准备 胶液粘度 粘度控制在0 2 0 8Pa s之间 粘度过高不易涂刷和浸透增强材料 粘度过低 在树脂凝胶前发生胶液流失 使制品出现缺陷 2 3 手糊成型工艺 主要工艺参数 胶液粘度 凝胶时间 凝胶 时间 指在一定温度条件下 树脂中加入定量 的引发剂 促进剂或固化剂 从粘流态 到失去流动性 变成软胶状态凝胶所需 的时间 一般采用引发剂 促进剂用量调节 影响凝胶时间的主要因素 引发剂 促进剂用量
13、 引发剂 促进剂用量 大 凝胶时间缩短 胶液体积的影响 胶液体积越大 热量不易散 失 凝结快 环境温度 湿度的影响 气温越高 凝结越快 湿度越小 凝结越快 制品表面积影响 制品表面积大 凝结快 树脂胶液配制 1 不饱和聚酯树脂胶液配方及配制 树脂 引发剂 促进剂 预混 操作前 引发剂作用 控制反应速度 使树脂最终反应完全 一 般为过氧化物 起固化剂的作用 促进剂的作用 促使引发剂降低引发温度 在较低温度下 分解产生大量游离基 加快反应速度 降 低引发剂用量 胶液配制方法 按配方比例将引发剂或促进剂的一种先 与树脂搅拌均匀 再加入另一种搅匀 切忌同时加入 否则会生成硬块 不饱和聚酯树脂的品种 1
14、 通用型 303 306 307 314 701 702 703 781等 2 耐温型 309 311 313 711 712等 耐温 性为l00 712为120 3 耐蚀型 711 2608 X41 X42等 711又称 双酚A型 2608 X41 X42又称二甲苯型 4 韧性型 3193 721 802等 5 光稳定型 782 783等 6 自熄型 731 732 736 737等 耐温性能 900 配方用量 g 306 不饱和聚酯树脂 50 3193 不饱和聚酯树脂 50 过氧化环己酮 50 DBP溶液 3 4 环烷酸钴 2 溶液 2 苯乙烯石蜡液 石蜡含量0 5 2 4 2 环氧树脂胶
15、液配制 配制方法 先将稀释剂及其他辅助剂 与树脂搅匀 使用前加入 固化剂搅匀 环氧 固化剂 胺类 稀释剂 辅助剂 2 3 1 2 增强材料准备 下料时应注意以下几点 1 布的方向性 2 拼缝应各层错开 3 对圆形制品 布的45 方向变 形能力好 可沿此方向裁成布条 糊制 4 注意经济使用 预处理 干 烘干 不潮湿 净 无油污 2 3 1 3 胶衣糊准备 胶衣树脂的配制 33号胶衣树脂 100份 重量百分比 wt 50 过氧化环己酮二丁酯糊 引发剂H 白色 4份 6 萘酸钴苯乙烯溶液 促进剂E 紫色 2 4份 1 种类与功效 33号间苯二甲酸型胶衣树脂 耐水 36PA树脂 不透明 自熄 39号胶
16、衣树脂 间苯二甲酸 HET酸酐 耐热 自熄 21号胶衣树脂 新戊二醇 耐水煮 耐热 不污染 柔韧耐磨 2 配置 胶衣树脂 引发剂 促进剂 2 3 2 糊制 2 3 2 1 表面层 胶衣层 一般采用加了颜料的胶衣树脂制作 也可用普通树 脂制作 需用玻璃纤维表面毡增强防裂 表面层的作用 形成富树脂层 光洁美观 耐侵蚀 耐水 耐酸碱 耐候等 厚度控制 0 25 0 5mm 单位面积用胶300 500g m2 操作方法 a 刷涂 需两遍垂直涂刷 一遍基本固化 后再刷另一遍 开始凝胶时铺纤维毡 b 喷涂 影响胶衣喷涂的因素 1 触变指数的影响 用喷射距离调节 距离400 500mm 压力0 4 0 5MPa 2 温度的影响控制胶衣树脂温度25 30 3 胶衣层中气泡的影响 4 苯乙烯含量的影响 喷涂时苯乙烯挥发可造成固化不好 5 水分影响 胶衣层中严禁水分混入 包括树脂中和模具上 2 3 2 2 铺层控制 铺层的拼接形式 搭接产品外形发生变化 对接外形较好 制品平直 2 3 2 3 铺层二次固化拼接 对于较厚的制品 由于树脂固化放热量大 易产 生产品的变形与分层 应分两次铺层固化 在接缝区加一层
