复合材料成型工艺简介

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1、复合材料的成型工艺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、金属基复合材料的成型工艺工艺3 3、陶瓷基复合材料的成型、陶瓷基复合材料的成型工艺工艺11 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脂树脂体系确定后，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：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浸料叠层预浸料，在温度、时间和 压力等因素影响下使形状固定形状固定下来

2、，并能达到预期的性能要求。2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)模压模压成型成型 (3) (3)层压层压成型成型(4) (4)喷射喷射成型成型 (5)(5)纤维缠绕纤维缠绕成型成型 (6) (6)拉挤拉挤成型成型(7) (7)注射注射成型成型 (8) (8)树脂注射树脂注射和和树脂传递树脂传递成型成型(9)(9) 袋压法袋压法成型成型 3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：首先，在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物含有固化剂的树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物纤维织物

3、，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸胶均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。 1 1、 手糊成型工艺（手糊成型工艺（hand lay uphand lay up ） 然后，在一定压力作用下加热固化成型加热固化成型（热压热压成型成型）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。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，可以发挥多种脱模剂的综合性能多种脱模剂的综合性能。4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

4、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 5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，适宜尺寸大尺寸大、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。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。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，劳动卫生条件劳动卫生条件差。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。6模压成型工艺模压成型工艺是一

5、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。2 2模压成型工艺模压成型工艺（Compression-Molding）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短纤维的混合物的混合物放入敞开的金属对模中，闭模后加加热热使其熔化熔化，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，脱模后得到复合材料制品复合材料制品。7金属对金属对 模准备模准备涂脱模剂涂脱模剂模压成型模压成型模塑料、模塑料、

6、 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模压成型工艺流程图模压成型工艺流程图82.1 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，制品尺寸准确制品尺寸准确，表面光洁表面光洁，多数结构复杂的制品可一次成型一次成型，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。2.2 2.2 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，一般只适合制造批量大适合制造批量大的中、小型制品。9模压成型工艺模压成型

7、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。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。10（1）短纤维料模压法树脂预混或预浸短切纤维，然后模压成型制品。 （2）毡料模压法连续纤维预浸毡剪裁成所需形状后进行模压。 （3）碎布料模压法将预浸胶布边角料剪成碎块放入模具，压成制品。 （4）层压模压法将预

8、先浸渍好树脂的玻纤布或毡，剪成所需形状，层叠铺设放入模具进行模压。 （5）缠绕模压法将浸胶的玻璃纤维或布带缠绕在模型上，再在金属对模中模压。 （6）织物模压法将预先织成所需形状的二维或三维织物，经树脂浸渍后进行模压。 （7）定向铺设模压法将单向预浸渍布或纤维，定向铺设，进行模压。 （8）预成型坯模压法先将短切纤维制成制品形状（预成型坯），置入模具，加入树脂后进行模压。 （4）片状模塑料模压法将SMC片材（片状模塑料），经剪裁，铺层，然后进行模压。适合于大型制品的加工（例汽车外壳 ，浴缸等），此工艺方法先进，发展迅速。SMC片材（片状模塑料）：是用不饱和树脂作为粘结剂浸渍短切纤维或毡片，经增稠后

9、得到片状模塑料 。2.3 模压成型工艺的分类 （按增强材料物态和模压料品种分类）11模压成型设备汽车冲压模具 塑料椅模具电机冲压模具 122.4 模压料的制备模塑料（模压料）：在模压成型工艺中所用的原料半成品。是用树脂浸渍增强材料经烘干后制成。将一定量的模压料装入压模中， 在温度和压力的作用下压制成制品。用于模压成型的模压料包括：片状模塑料（SMC）、块状模塑料（BMC）、厚片状模塑料（TMC）、高强度模塑料（HMC）、高强度片状模塑料（XMC）。复合材料模压制品所用的模压料是树脂基体中添加有增强材料的中间制 品。13原材料质量/份F-46环氧树脂100NA酸酐80N，N-二甲基苯胺1丙酮18

10、0玻纤270应用最多的是酚醛、环氧树脂； 举例：模压料典型配方应用最多的是玻璃纤维； 辅助材料 树脂基体材料 2.4.1 模压料的组成：短纤维增强材料 原材料质量/份616酚醛树脂100KH-5501乙醇100玻纤150原材料质量/份液体三聚氰胺树脂100 KH-5501 硬脂酸锌2 颜料3-4 玻纤4614b.特点：纤维松散且无定向、流动性好，制备过程纤维强度损失大。（1）预混法a. 定义：是先将玻纤切成15-30mm，然后与一定量的树脂搅拌均匀，再经撕松、 烘干而制得。由纤维（或织物）浸渍树脂制备模压料的生产工艺可分为：预混法、 预浸法2.4.2 模压料的制备工艺：纤维切割树脂调配热处理混

11、合撕松烘干包装、存放可采用手工预混法或机械预混法。15玻璃纤维树脂调配热处理浸胶烘干切割包装、存放（3）设备：主要有纤维切割机、捏合机、撕松机 c.工艺流程：b.特点：纤维成束状，比较紧密，在备料过程中纤维强度损失较小，模压料的流 动性及料束之间的互溶性稍差。（2）预浸法a. 定义：是将整束玻纤通过浸胶、烘干、短切而制得。16指标：树脂含量；挥发物含量；不溶性树脂含量。 生产过程原材料控制：1）、树脂溶液粘度 一般情况下降低胶液粘度，有利于对纤维浸渍，并可减少捏合过程的强度损失。 粘度过低时影响树脂对纤维的粘结。 2）、纤维长度过长结团、不利于捏合 过短影响强度 机械预混2040 mm 手工预

12、混3050 mm 3）、浸渍时间（捏合时间）浸透的前提下，尽可能缩短浸渍时间，因为捏合时间长，纤维强度损失大。 2.4.3. 模压料的质量控制174）、烘干条件烘干温度与时间是控制挥发物含量与不溶性树脂含量的主要因素。 快速固化酚醛预混料：80， 2030min 慢速固化酚醛预混料：80， 5070min 环氧酚醛预混料： 80， 2040min 5）、其他捏合机结构形式、撕松机结构形式、转速等对质量控制也有影响。2.4.4. 模压料的工艺性及其影响因素模压料的工艺性：流动性、收缩率、压缩性。 1 ） 模压料的流动性 是指在一定温度和压力下模压料充满模腔的能力。 一般的讲； 流动性好，可选用较

13、低成型温度、压力，能成型复杂制品。 流动性过大，会导致树脂流失或纤维局部聚集，制品性能下降。 18流动性差，需选用较高成型温度、压力，不易成型复杂制品。流动性过小，物料不能充满模腔或局部缺料，无法成型。 热塑性聚合物，其流动性控制较简单，温度升高即可达到粘流状态，使物料充满模具，冷却后即失去流动性，制品定型。 热固性聚合物的流动性，其影响因素十分复杂。压力时间温度一定流动速度压力增加时，可提高聚合物剪切变 形和剪切速率，使大分子链局部取 向，以及部分分子链断裂，分子量 减小等因素导致流动性增加。如右 图 。成型压力 剪切速率，流动性 原因： a. 压力的影响19在较低温度范围内T 流动性 温度

14、继续升高 流动性原因： 温度升高时，分子链活动能力增加，分子间 作用力减小，流动性增加。温度继续升高， 聚合物交联反应加快，占居主导地位，则流 动性下降。 如右图， 温度对流动性的影响有极值点。b. 温度的影响温 度时间、压 力一定流动速 度在Tk以前， 温度起主导作用，T流动性; 在Tk以后, 聚合交联速度起主导作用， T交联速度流动性。温度对热固性聚合物流动性的综合影响A总的流动曲线；B粘度对流动性影响曲线；C固化速度对流动性影响曲线温 度流动性TkBCA20时间温度、压力一 定流动速 度在固化前的一段时间内，粘度对温度敏感，随时间增加，聚合物内部温度 提高，粘度下降，流动性提高。过此之后

15、聚合交联反应进一步进行，并且 占据了主要地位，分子量迅速增加，流动性下降。 当温度、压力一定时，加热 时间的影响十分显著。在开始一段时间内t流动 性 继续延长时间 流动性 见右图。c. 加热时间的影响d. 高聚物分子结构的影响 分子量愈大，粘度愈大。分子量愈大一般链段愈多，分子链重心的相对移 动愈难，即粘度愈大，流动性愈差。粘度与分子量间的关系： 0剪切速度较低时的表观粘度A 经验常数Mw重均分子量 刚性高分子流动性差，由于刚性高分子的链段长，因此流动困难。 分子量相同，支链愈多、愈短，粘度愈低，流动愈好。 21e. 高聚物分子量分布的影响在剪切速率小时，分子量分布宽的比分子量分布窄的粘度高。在剪切速率大时，分子量分布宽的比分子量分布窄的粘度小。分子量分布不同对流动曲线的影响1分子量分布宽；2分子量分布窄loglog12f. 其他 树脂含量高 流动性大。过高影响产品质量，增加产品成本 。 挥发份含量高 流动性大。过大产品收缩率大，易生产翘曲变形 。 纤维长度短 流动性大。但增强效果差。 模具光洁 流动性大。模压料熔体只要求有合适的流动 性，并不是流动性愈大愈好。流 动性过大会产生一系列不良现象 。如： 浪费材料质量不好 纤维与树脂离析； 和模时溢料过多；产品不同部位聚胶、贫胶。 22a制品在压制温度下的尺寸，mmb制品在室温下的尺寸，mmc模具空腔在室温下的尺寸，mm计