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1、复 合 材 料成 型 与 加 工 技 术曾竟成 教授杜 刚 讲师第3章 复合材料预浸料制备技术3.1 预浸料定义又称模塑料，是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续、短切纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。是进行铺层设计的基础，也是直接用来制造各种复合材料构件的原料。3.2 商用预浸料性能要求v具有较长的适用期（室温1个月，18 6个月）；v可准确控制增强材料的含量和排列方向；v成型时应有适当的粘性和铺设性；v挥发分含量尽可能小（一般2%，主承力构件预浸料0.8%）3.3 预浸料的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
2、混杂纤维织物预浸料用增强体基 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预浸料用基体单向预浸带窄预浸带碳纤维织物预浸料玻璃纤维织物预浸料3.4 国内外预浸料制备技术情况 目前预浸料制造已成为一种专门的工艺技术，由专业化工厂进行生产，制造技术有了很大提高，质量控制得到加强，实现了工艺过程的自动化，以保证产品的稳定性。 预浸料品种多样，能够满足不同成型方法对各类预浸料的要求。 不同规格、品种，不同性能的预浸料已商品化，可以适应国防工业和国民经济各个部门的应用。 北航材研究院预浸料已被在研先进直升机选用，具有年产100万平方米的生产能力，窄带预浸机
3、年生产能力90万米。 美国亚利桑那州 ICI合成纤维复合材料公司，生产的977-3型韧化改性预浸渍材料，被 洛克希德公司用来制造F-22战斗机的机体。该项计划包括制造和安装11架F-22飞行试验 机，2架地面试验F-22机体，并对F-22机身中35的复合材料进行性能测试研究工作。 977-3 改性预浸渍材料，是在宇航结构材料977 型树脂的的基础上，研制成功的一种新配方。它是一种热固性和热塑性混用复合材料，具有良好的韧性、抗溶剂性，以及高性能 飞机必须具备的湿/性能等。这种新型预浸渍材料，在固化时能把工程热塑材料的刚性和 高温热固材料的特性，有机地融合在一起。ICI公司认为，由于研制成功这种新
4、材料， 因此能与洛克希德公司合作完成为期 5年的项目计划3.5 预浸料制备技术热固性树脂基体预浸料制备技术溶液浸渍法热熔法热塑性树脂基体预浸料制备技术溶液浸渍法热压法热压机树脂粉末增强材料热熔法粉末浸渍法悬浮液浸渍、流态化床浸渍、静电吸附（1）溶液浸渍法优点：纤维易被树脂浸透，便于制造薄厚两型预浸料，设 备造价较低。缺点；需要去除并回收溶剂，树脂体积含量不易控制。（2）热熔法（直接热熔法和胶膜压延法） 直接热熔法（2）热熔法 胶膜压延法涂胶辊脱模纸冷却辊聚乙烯薄膜收卷树脂加热系统泵优点：没有溶剂，预浸料挥发分含量低，可连续化生产。缺点；不适合浸渍厚纤维或织物，高粘度树脂难于浸渍。3.6 预浸设
5、备北京航空材料研究院自行研制48英寸热熔预浸机 3.6 预浸设备北京航空材料研究院窄带预浸机实例1：无纬布预浸料（单向预浸料）制备技术滚筒法（溶液浸渍法）制备1.树脂配方（重量比）环氧树脂固化剂稀释剂100二乙烯三胺：8120140聚酰胺树脂：50100BF3MEA：31201402.工艺流程增强材料树脂基体辅助材料固化剂 准备稀释剂 准备滚筒排布机排纱 （或手工涂刷）常温晾置 或加热烘干预浸料基本性能测试复合材料构件贮存达到要求？无纬布原材料准备NY玻璃纤维无纬布碳纤维无纬布实例2：商用预浸料3218Z中温固化阻燃型环氧树脂玻璃织物预浸料1概述 3218Z是中温固化阻燃型环氧树脂。它可与各种
6、玻璃纤维织物复合制成预浸料，该预浸料可用热压罐法、真空袋法、模压法成 型复合材料。复合材料具有优良的力学性能、阻燃性能、耐环境 性能，可在80下长期工作。1.1 牌号及名称 3218Z/EW-220 中温固化环氧树脂/无碱玻璃纤维织物预浸料 3218Z/EW-100 中温固化环氧树脂/无碱玻璃纤维织物预浸料 3218Z/SW-280 中温固化环氧树脂/高强玻璃纤维织物预浸料 3218Z/SW-220 中温固化环氧树脂/高强玻璃纤维织物预浸料 3218Z/SW-110A 中温固化环氧树脂/高强玻璃纤维织物预浸料1.2 基本组成 3218Z环氧树脂无碱玻璃纤维织物高强玻璃纤维织物。 1.3 材料标
7、准 Q/6S 1842 20023218Z阻燃型环氧树脂溶液； Q/6S1841 2002 玻璃纤维织物/3218Z阻燃型预浸料 1.4 使用工艺说明书见Q/6S1841 2002 玻璃纤维织物/3218Z阻燃型预浸料 1.5 供应状态 成卷供应，宽度900mm，长度50100m。 1.6 应用概况已用于某型号机复合材料夹层结构地板和壁板的生产。1.7 研制及生产单位北京航空材料研究院研制生产。2 性能 2.1物理及化学性能 2.1.1 3218Z树脂的性能 （表21）2.1.2预浸料外观表面平整，颜色均匀一致；树脂分布均匀；无明显富树脂区 和贫树脂区，无皱褶，撕裂或其它永久变形。2.1.3
8、预浸料物理性能（表22）2.1.4.1 3218Z/EW220复合材料的物理性能（表23）2.1.4.2 层合板燃烧性能层合板燃烧性能应符合表24的规定。 2.2 力学性能3218Z/玻璃纤维织物层合板的力学性能见表252.3 工艺性能（表26）2.4 使用性能3218Z/EW220复合材料已用于某型号机夹层复合材料地板 和壁板蒙皮。 2.5使用工艺预浸料制备采用溶液法。 复合材料成型采用热压罐法，固 化工艺见图21。3218Z/EW-220热压罐成型工艺也可以用真空袋压法或模压 法成型。3 其它 3.1 包装每卷预浸料应用聚乙烯薄膜包覆并密封，预浸料外包装 应为硬质包装箱，并用软固定隔开，防
9、止碰撞。 3.2 运输按非危险品运输，包装箱应平放，防止受潮，避免碰撞 或剧烈振动。 3.3 贮存预浸料在室温2023的贮存期为45天; -18的贮存为 12个月。 4 使用建议 可用于工作温度80以下飞机或其它装置的承力构件， 尤其是有阻燃性能要求的部件。 可用于热压罐、模压、真空袋各种成形工艺。3.7 片状模塑料（Sheet Molding Compound, SMC ）制备技术 SMC是用UP、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂 和着色剂等混合成树脂糊浸渍短切玻璃纤维粗纱或玻璃纤维毡，并在两面用聚 乙烯或聚丙稀薄膜包覆起来形成的片状模压成型材料。Mg(OH)2 Ca(O
10、H)2 MgO CaOBPO2% TBP1% DCP1% CHP1%苯乙烯 甲基丙烯酸甲酯 乙烯基甲苯 邻苯二甲酸二丙烯酯PMMA PS PVAc PE PVC PB硅酸盐类 碳酸盐类 硫酸盐类 氧化物类卵磷酯 烷基磷酯酸 蜡类 硬酯酸 硬酯酸盐类SMC的种类SMCBMCTMC结构SMC高强SMCLS-SMCITP-SMC高弹SMC低密度SMC耐热SMC耐燃SMCBMC（Bulk Molding Compound）, 块状模塑料，纤维含量较低，纤 维长度较短，填料含量较大，强 度比SMC低，适用于制造小型制 品TMC（Thick Molding Compound）, 厚片状模塑料，SMC一般厚
11、度为 6.3mm，TMC厚度可达50.8mm。减 少聚乙烯薄膜的用量，降低成本，应 用更广泛按纤维形态与分布不同可分为SMC R（纤维不规则分布）、SMCC （连续纤维单向分布）、SMCD（ 不连续纤维定向分布）以及SMC C/R、SMCD/R。纤维含量在30 70，树脂采用高反应性的间苯二 甲酸聚酯树脂。是美国PPG公司最先发展的高强模 塑料。HMC是一种少加或不加填料，短切 纤维含量达6080，玻璃纤维 定向分布，树脂含量在35以下的 片状模塑料，具有极好的流动性和 成型表面，其制品强度是普通SMC 制品的3倍。XMC是一种含有7080定向连 续玻璃纤维，2030聚酯树脂 ，加适量或不加填
12、料的片状模塑料 。玻璃纤维以一定角度交叉布置， 标准粗纱角度为82。其制品在一定 方向的强度是钢材的4倍，而质量是 钢材的1/2。低收缩SMC（Low Shrinkage SMC） ，采用低收缩树脂或加入热塑性低收 缩添加剂制造，成品收缩可趋于零， 适于制造尺寸精度高和表面光洁度高 的制品渗透增稠片状模塑料（ Interpeneterating Thicking Process SMC ）,制品具有高度刚性、耐冲击 性、尺寸稳定性。3.7.1 山东金源玻璃钢有限公司SMC模塑料工艺流程图3.7.2 SMC机组3.7.2 SMC机组1000mm/SMC机组3.7.3 SMC模塑料树脂糊配方1）国
13、内SMC树脂糊配方196树脂 100苯乙烯 20氯乙烯乙酸乙烯共聚物 20过氧化二异丙苯 1硬脂酸锌 2氧化镁 3碳酸钙 1202）国外SMC树脂糊配方OCFE980 100苯醌 500mg/kg过氧化苯甲酸特丁酯 1硬脂酸锌 2.5氧化镁 1.5碳酸钙 50SMC井盖 防 眩 板电表箱3.8 预成型坯模塑料制备技术预成型坯模塑料是预先将纤维仿制成与制品结构、形状、尺寸相一致的坯料，在模内成型时再加入树脂混合物热压成制品。（深度及外形尺寸较大而形状不太复杂的制品）支耳毛坯编织炭/炭毛坯制备方法（1）喷射预成型短切的纤维和胶粘剂乳液同时喷射到一个旋转的敞开筛模上 。大尺寸预成型坯，纤维长度可调，纤维分布由手工控制。（2）通风室预成型在一个封闭室内将短切的纤维和胶粘剂乳液沉积在筛模上 。（3）湿浆室预成型短切纤维悬浮在含有胶粘剂的水中，通过泵将水从筛模内 抽出，经烘干后即得到预成型坯。3.9 预浸料质量控制预浸料化学性能物理性能力学性能红外光谱高压液向色谱粘性铺覆性树脂含量树脂流动度凝胶时间挥发分含量剪切性能弯曲性能剥离性能疲劳性能工艺性能
