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1、树脂基复合材料树脂基复合材料- -树脂基复合材料成型工艺树脂基复合材料成型工艺成型工艺成型工艺复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基符合材料的成型方法已有 20 多种，并成功地用于工业生产，如：（1）手糊成型工艺-湿法铺层成型法；（2）喷射成型工艺；（3）树脂传递模塑成型技术（RTM 技术）；（4）袋压法（压力袋法）成型；（5）真空袋压成型；（6）热压罐成型技术；（7）液压釜法成型技术；（8）热膨胀模塑法成型技术；（9）夹层结构成型技术；（10）模压料生产工艺；（11）ZM
2、C 模压料注射技术；（12）模压成型工艺；（13）层合板生产技术；（14）卷制管成型技术；（15）纤维缠绕制品成型技术；（16）连续制板生产工艺；（17）浇铸成型技术；（18）拉挤成型工艺；（19）连续缠绕制管工艺；（20）编织复合材料制造技术；（21）热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺；（22）注射成型工艺；（23）挤出成型工艺；（24）离心浇铸制管成型工艺；（25）其它成型技术。视所选用的树脂基体材料的不同，上述方法分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点： （1）材料制造与制品成型同
3、时完成 一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。（2）制品成型比较简便 一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此，用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它 材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。一一 接触低压成型工艺接触低压成型工艺接触低压成型工艺的特点是以手工铺放增强材料，浸清树脂，或用简单的工具辅助铺放增强材料和树脂。接触低压成型工艺的另一特点，是成型过程中不需要施加成型压力
4、（接触成型），或者只施加较低成型压力（接触成型后施加0.010.7MPa 压力，最大压力不超过 2.0MPa）。接触低压成型工艺过程，是先将材料在阴模、阳模或对模上制成设计形状，再通过加热或常温固化，脱模后再经过辅助加工而获得制品。属于这类成型工艺的有手糊成型、喷射成型、袋压成型、树脂传递模塑成型、热压罐成型和热膨胀模塑成型（低压成型）等。其中前两种为接触成型。 接触低压成型工艺中，手糊成型工艺是聚合物基复合材料生产中最先发明的，适用范围最广，其它方法都是手糊成型工艺的发展和改进。接触成型工艺的最大优点是设备简单，适应性广，投资少，见效快。根据近年来的统计，接触低压成型工艺在世界各国复合材料工
5、业生产中，仍占有很大比例，如美国占 35%，西欧占 25%，日本占 42%，中国占 75%。这说明了接触低压成型工艺在复合材料工业生产中的重要性和不可替代性，它是一种永不衰落的工艺方法。但其最大缺点是生产效率低、劳动强度大、产品重复性差等。1、原材料、原材料接触低压成型的原材料有增强材料、树脂和辅助材料等。（1）增强材料增强材料接触成型对增强材料的要求：增强材料易于被树脂浸透；有足够的形变性，能满足制品复杂形状的成型要求；气泡容易扣除；能够满足制品使用条件的物理和化学性能要求；价格合理（尽可能便宜），来源丰富。用于接触成型的增强材料有玻璃纤维及其织物，碳纤维及其织物，芳纶纤维及其织物等。（2）
6、基体材料基体材料接触低压成型工艺对基体材料的要求：在手糊条件下易浸透纤维增强材料，易排除气泡，与纤维粘接力强；在室温条件下能凝胶，固化，而且要求收缩小，挥发物少；粘度适宜：一般为 0.20.5Pas，不能产生流胶现象；无毒或低毒；价格合理，来源有保证。 生产中常用的树脂有：不饱和聚酯树脂，环氧树脂，有进也用酚醛树脂，双马来酰亚胺树脂，聚酰亚胺树脂等。几种接触成型工艺对树脂的性能要求：成型方法对树脂性能要求胶衣制作1、 成型时不流淌，易消泡2、 色调均匀，不浮色3、 固化快，不产生皱纹，与铺层树脂粘接性好手糊成型1、 浸渍性好，易浸透纤维，易排除气泡2、 铺敷后固化快，放热少、收缩小3、 易挥发
7、物少，制品表面不发粘4、 层间粘接性好喷射成型1、 保证手糊成型的各项要求2、 触变性恢复更早3、 温度对树脂粘度影响小4、 树脂适用期要长，加入促进剂后，粘度不应增大袋压成型1、 浸润性好，易浸透纤维，易排出气泡2、 固化快，固化放热量要小3、 不易流胶，层间粘接力强（3）辅助材料辅助材料接触成型工艺中的辅助材料，主要是指填料和色料两类，而固化剂、稀释剂、增韧剂等，归属于树脂基体体系。2、模具及脱模剂、模具及脱模剂（1）模具模具模具是各种接触成型工艺中的主要设备。模具的好坏，直接影响产品的质量和成本，必须精心设计制造。设计模具时，必须综合考虑以下要求：满足产品设计的精度要求，模具尺寸精确、表
8、面光滑；要有足够的强度和刚度；脱模方便；有足够的热稳定性；重量轻、材料来源充分及造价低。模具构造模具构造 接触成型模具分为：阴模、阳模和对模三种，不论是哪种模具，都可以根据尺寸大小，成型要求，设计成整体或拼装模。 模具材料模具材料 造反模具材料时，应满足以下要求：能够满足制品的尺寸精度，外观质量及使用寿命要求；模具材料要有足够的强度和刚度，保证模具在使用过程中不易变形和损坏；不受树脂侵蚀，不影响树脂固化；耐热性好，制品固化和加热固化时，模具不变形；容易制造，容易脱模；昼减轻模具重量，方便生产；价格便宜，材料容易获得。能用作手糊成型模具的材料有：木材，金属，石膏，水泥，低熔点金属，硬质泡沫塑料及
9、玻璃钢等。脱模剂基本要求：脱模剂基本要求：不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘接力小于0.01MPa；成膜时间短，厚度均匀，表面光滑；使用安全，无毒害作用；耐热、能以受加热固化的温度作用；操作方便，价格便宜。 接触成型工艺的脱模剂主要有薄膜型脱模剂、液体脱模剂和油膏、蜡类脱模剂1、 手糊成型工艺手糊成型工艺（1）生产准备）生产准备场地 手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在 1535之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。模具准备 准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。树脂胶液配制 配制时，要注意两个问题：防止胶液中混入气泡；配胶
10、量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。增强材料准备 增强材料的种类和规格按设计要求选择。（2）糊制与固化）糊制与固化铺层糊制 手工铺层糊制分湿法和干法两种：干法铺层 用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。湿法铺层 直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。手糊工具 手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、电钻、打磨抛光机等。固化 制品固化分硬化和熟化两个阶段
11、：从凝胶到三角化一般要 24h，此时固化度达 50%70%（巴柯尔硬性度为 15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化 12 周才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达 85%以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80加热 3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在 150以内。加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。（3）脱模和修整）脱模和修整脱模 脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种：顶出脱模 在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。压力脱模 模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（0.2MPa）压入模具和制品之间，同
12、时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。大型制品（如船）脱模可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。复杂制品可采用手工脱模方法 先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。修整 修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。尺寸修整 成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；缺陷修补 包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。2、 喷射成型技术喷射成型技术喷射成型技术是手糊成型的改进，半机械化程度。喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大，如美国占 9.1%，西欧占 11.3%，日本占 21%。目前国内用的喷射成型机主要是从美
13、国进口。(1)喷射成型工艺原理及优缺点喷射成型工艺原理及优缺点喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。喷射成型的优点：用玻纤粗纱代替织物，可降低材料成本；生产效率比手糊的高 24 倍；产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好；可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗；产品尺寸、形状不受限制。其缺点为：树脂含量高，制品强度低；产品只能做到单面光滑；污染环境，有害工人健康。 喷射成型效率达 15kg/min，故
14、适合于大型船体制造。已广泛用于加工浴盆、机器外罩、整体卫生间，汽车车身构件及大型浮雕制品等。（2）生产准备）生产准备场地 喷射成型场地除满足手糊工艺要求外，要特别注意环境排风。根据产品尺寸大小，操作间可建成密闭式，以节省能源。材料准备材料准备 原材料主要是树脂（主要用不饱和聚酯树脂）和无捻玻纤粗纱。模具准备模具准备 准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。喷射成型设备喷射成型设备 喷射成型机分压力罐式和泵供式两种：泵式供胶喷射成型机，是将树脂引发剂和促进剂分别由泵输送到静态混合器中，充分混合后再由喷枪喷出，称为枪内混合型。其组成部分为气动控制系统、树脂泵、助剂泵、混合器、喷枪、纤维切割喷射器等。树
15、脂泵和助剂泵由摇臂刚性连接，调节助剂泵在摇臂上的位置，可保证配料比例。在空压机作用下，树脂和助剂在混合器内均匀混合，经喷枪形成雾滴，与切断的纤维连续地喷射到模具表面。这种喷射机只有一个胶液喷枪，结构简单，重量轻，引发剂浪费少，但因系内混合，使完后要立即清洗，以防止喷射堵塞。压力罐式供胶喷射机是将树脂胶液分别装在压力罐中，靠进入罐中的气体压力，使胶液进入喷枪连续喷出。安是由两个树脂罐、管道、阀门、喷枪、纤维切割喷射器、小车及支架组成。工作时，接通压缩空气气源，使压缩空气经过气水分离器进入树脂罐、玻纤切割器和喷枪，使树脂和玻璃纤维连续不断的由喷枪喷出，树脂雾化，玻纤分散，混合均匀后沉落到模具上。这
16、种喷射机是树脂在喷枪外混合，故不易堵塞喷枪嘴。 （3）喷射成型工艺控制）喷射成型工艺控制喷射工艺参数选择：树脂含量 喷射成型的制品中，树脂含量控制在 60%左右。喷雾压力 当树脂粘度为 0.2Pas，树脂罐压力为 0.050.15MPa 时，雾化压力为 0.30.55MPa，方能保证组分混合均匀。喷枪夹角 不同夹角喷出来的树脂混合交距不同，一般选用 20夹角，喷枪与模具的距离为 350400mm。改变距离，要高速喷枪夹角，保证各组分在靠近模具表面处交集混合，防止胶液飞失。喷射成型应注意事项：环境温度应控制在（255），过高，易引起喷枪堵塞；过低，混合不均匀，固化慢；喷射机系统内不允许有水分存在，否则会影响产品质量；成型前，模具上先喷一层树脂，然后再喷树脂纤维混合层；喷射成型前，先调整气压，控制树脂和玻纤含量；喷枪要均匀移动，防止漏喷，不能走弧线，两行之间的重叠富庶小于 1/3，要保证覆盖均匀和厚度均匀；喷完一层后，立即用辊
