复合材料成型与加工技术

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1、复 合 材 料 成 型 与 加 工 技 术,第2章 手糊制备技术,2.1 手糊制备技术的优势（地位重要，不可替代） 制备技术简单，一看就会，但需要操作经验和技巧； 只需简单的操作工具和模具以及简易的场地，便于推广； 铺层根据需要随时可调，可增可减，操作自由度大； 适于多品种、单件或小批量生产，不受制品尺寸和形状的限制；,2.3 目前采用手糊成型生产的主要产品（摘自先进复合材料制造技术手册）： 波形瓦、浴盆、冷却塔、活动房、卫生间、贮罐、风机叶片、各类渔船和游艇、微型汽车和客车壳体、大型雷达天线罩及天文台屋顶罩、设备防护罩、雕像、舞台道具和飞机蒙布、机翼、火箭外壳、防热底板等大中型零件。,2.2

2、 手糊制品质量保证的基本条件： 根据制品的性能要求合理选用原材料；根据制品结构特点进行正确的结构设计（模具设计、铺层设计等），注意对各工序的质量检测、监控；提高工人的责任心和素质。,2.4 手糊成型常用原材料 增强材料主要是纤维织物和短纤维毡，用量最大的是玻璃布（精布和土工布），日本多采用毡类； 基体材料以热固性树脂为主，用量最多的是UP和EP。,2.5 手糊基本工艺过程,2.6 手糊聚合物基复合材料制品铺层构成,内表面层： 由胶衣或纯树脂或树脂表面毡喷涂或涂刷 过 渡 层： 树脂：60%70%，0.2平纹玻璃布或短切增强纤维毡。 结 构 层： 树脂：50%60%，0.20.4中碱玻璃布或增强

3、毡 外表面层： 0.2平纹布或富树脂层,实例1 餐桌椅手糊成型,（1）餐桌椅结构特点分析 具有一定的曲面形状； 双面光滑； 一次整体成型； 能够承受人或重物的压力。,（2）餐桌椅模具设计 成型模具材料选择 一般轻质材料（木材、水泥、石膏、复合材料、金属等）均可； 餐桌椅一次整体成型，且双面光滑，底座上有预埋固定架，制作数量较多； 采用玻璃钢对模具成型。（一方面玻璃钢模具制造成本相对不高，又可以满足数量较多的要求。）,（3）玻璃钢模具制备过程,木模,糊制玻璃钢下模,糊制玻璃钢上模,玻璃钢模具,根据餐桌椅的形状尺寸制作木模,木模表面打磨（间或刮腻子）,喷胶衣（加色浆）,铺表面毡,铺02玻璃布,铺0

4、4玻璃布,铺02玻璃布,铺表面毡,固化成型,修补和砂纸打磨（干、湿）,抛光、涂脱模剂,餐桌椅模具,脱模（木模去掉）,木模涂脱模剂,模具加强,玻璃钢模具制备流程图,（4）玻璃钢餐桌椅制备,1）主要原材料： 191UP； 33胶衣； 04中碱玻璃布； 02中碱玻璃布； 黄色色浆； 预埋固定架（焊接铁架）,2）UP树脂液配方 （需要控制树脂的凝胶时间）,3）手糊成型,首先检查阴、阳模型腔是否存在缺陷，如无，涂上脱模剂，进行抛光处理； 配制胶衣糊（33胶衣促进剂固化剂色浆）； 涂刷胶衣糊，待达到粘手但不沾手的程度； 配制UP树脂胶液（191UP固化剂促进剂色浆）； 分别在阴、阳模上铺02玻璃布一层；

5、在阴模上铺04玻璃布3层； 阴、阳模合模，用强力钳夹紧，常温固化成型； 脱模，检验，修边，修补等。,实例2 张家界景区游览车复合材料车体的手糊成型,（1） 景区游览车结构特点分析,游览车外形结构比较复杂，尺寸较大； 车体分成三部分：车顶、车座和裙边； 车座和裙边外表面光滑，车顶两面光滑； 车顶、车座和裙边分别整体成型，然后再连接安装成整体； 每节车箱需要承受四个游客的体重对车厢车座的作用； 车架和动力传动部分采用金属材料，其余均为复合材料； 车体能够经受住一定的外力冲击；,（2）选择复合材料制备游览车的优势：,（3）游览车的力学分析：,复合材料轻质高强，减重效果明显； 复合材料耐腐蚀性、抗冲击

6、性、抗疲劳性强； 复合材料具有一次整体成型优势 ； 景区自身的宣传效应，提高其知名度。,行驶速度控制在12km/h，外形设计不考虑气动影响； 游览车在起动、加减速或停止过程中产生的加速度惯性力对车厢的车顶和车座的结合部以及车顶的下弯曲部产生应力作用； 乘客的体重对游览车的车座的压力作用 ；,（4）各分部件设计 复合材料车顶：,车顶侧面为敞开式，前后两端为开口式； 车顶边沿设计有向内表面突出的纵横向加强筋； 每个车顶的质量小于45kg，经过计算的玻璃钢的壁厚平均为5.5mm，但实际厚度只有4.5mm，加强筋的截面尺寸为30mm 15mm；, 复合材料车座：,承受整个车体和乘客的重量； 车座由底板

7、、边板和座椅等部分组成，一次整体成型； 车座底板设计成单层实心结构，设计厚度10mm，而边板部分设计成双层空心结构，内部由衬板连接成整体结构，设计壁厚5mm左右； 其余大部分区域的设计厚度大约在4.5mm-5.5mm左右，有些部位需用加强筋进行补强；, 复合材料裙边 避免车座底部的动力、电器和其它连接机构外露； 使整个车体更加美观； 承载要求不高，可一次整体成型； 实际设计成组合式，便于装、拆、卸等要求； 大部分设计壁厚3mm，边缘与车座连接处为5mm。,（5）部件连接 车顶与车座采用胶粘剂粘接与密布铆钉相连接方案，连接缝用装饰铜带遮盖； 车座底板与车架间采用螺栓连接（压力、剪力）； 车座与裙

8、边采用铆钉铆接；,（6）复合材料车体及模具材料配方设计,（7）复合材料车体模具设计过程,1）车顶模具设计 设计成阴、阳对模；（两面光滑）,具体过程： 用木材加工成一个模面尺寸与车顶制品外表面尺寸相同的过渡阳模； 在过渡阳模上翻制一个环氧复合材料工作阴模，模具加强； 去掉过渡阳模，对工作阴模处理后，在工作阴模中糊制一个与车顶制品形状和尺寸相同的玻璃钢过渡模（即车顶制品毛坯）； 对玻璃钢过渡模进行尺寸和形状修正，使其表面尺寸和形状与实际要求的制品的形状和尺寸相同，进行处理； 在玻璃钢过渡模表面翻制车顶的工作阳模，模具加强； 对工作阴模和工作阳模进行表面处理后得到车顶的阴、阳对模。,2）车座和裙边模

9、具设计 阴模成型；（外表面光滑）,（8）复合材料车体制备工艺流程,（9）现场试车,在游览车坐满乘客的情况下，游览车运行良好，没有出现任何不良变形，达到设计要求。此外还通过了交通设施的阻燃性能、吊装、运输和撞击试验，已通过国家旅游局的车体质量检查。,复 合 材 料 成 型 与 加 工 技 术,第3章 模压制备技术,3.1 模压制备技术的主要特点,半干法或干法成型采用模压预浸料，工作环境好； 金属对模成型，能精确保证模压制品的形状和尺寸要求，且内外表面光滑； 加热加压成型，制品结构致密，固化程度高； 需要具备高加热、高加压设备电热板、液压机等； 机械化程度中等； 为获得高性能模压制品，工艺控制条件

10、较为复杂； 适宜成型制品尺寸较小，但形状相对复杂的制品受设备尺寸所限；,3.2 模压成型工艺的分类（按增强材料物态分）,（1）纤维料模压短纤维预浸料 （2）织物模压两向、三向或多向织物预浸料（提高制品层间剪切强度，成本高）； （3）层压模压预浸织物或毡，叠层铺放（薄壁制品）； （4）碎布料模压预浸织物剪成碎布块（具有一定深度或厚度，形状相对复杂的制品）； （5）SMC模压SMC模压料片材； （6）预成型坯模压将短纤维制成与制品形状和尺寸相似 的预成型坯，在放入金属模具时加入树脂；,3.3 模压成型工艺过程,（1）模压工艺流程,模具预热目的 模具温度与物料预热温度基本相同，因此两者之间不会产生温

11、度差； 降低模压压力，减少对型腔的磨损，延长模具的使用寿命； 缩短固化周期，提高生产效率。,模压料预热目的 提高物料流动性，可预压成型，便于装模； 去除物料中大部分的水分和挥发物，提高制品性能； 降低模压压力，减少对型腔的磨损，延长模具的使用寿命；,预热对线型酚醛模压料制品性能的影响,模压料的计量 物料量直接影响制品的尺寸精度，量过多，模具无法闭合，制品增厚；量过少，可能无法压制出所要求的形状或制品不致密。 目前对模压料的计量普遍的做法是预先对模具尺寸进行粗略的估算，然后通过试压，通过性能试验考核，找出相对合适的装料量。 装料量等于模压料制品的密度制品的体积，再加上35的挥发物、毛刺等损耗。

12、制品的体积粗略估算法： 、形状、尺寸简化法：将复杂形状的制品凭经验简化成一系列的标准几何形状，同时将尺寸也作相应变更后再进行计算。 、密度比较法：当模压料制品有相对应的金属或其它材料零件时。, 、铸型比较法 先在成型制品的金属模具中，用树脂、石蜡等铸型材料，铸成制品形状并称其质量，再按铸型材料的质量及密度与模压料密度比较，求出模压料制品质量。, 排气 在模具闭合后，再将模具开启一段时间，以排除模内的空气、水气及挥发物。排气一定要在物料尚未塑化时完成。排气可以缩短固化时间，提高制品的力学性能和电性能。 保压时间 树脂在模内固化的过程始终处于高温高压之下，从开始升温、加压到固化至降温、降压所需要的

13、时间或称为保持温度和压力的时间。 根据树脂性能制定适当的保压时间，过长过短均不适宜。过长，延长生产周期，使树脂交联过大，导致物料收缩过大，密度增加，树脂与填料间产生内应力，严重时会使制品破裂；过短，导致树脂固化不完全，降低制品性能，同时制品在脱模后会继续收缩而出现翘曲现象。,保压时间10min,保压时间7min,保压时间5min,0 2 4 6 8 10 变形/mm,120 100 80 60 40 20,制品热变形温度与保持时间的关系曲线,变形温度/,后处理目的 保证制品固化完全； 消除制品的热应力；,3.4 液压机（模压设备）,3.5 模压工艺参数确定,模压工艺参数：将模压料压制成合格制品

14、所需要的适宜外部条件（温度、压力、时间），在生产上称为压制制度，包含温度制度和压力制度。,（1）温度制度：包括装模温度、升温速度、最高模压温度和恒温、降温及后固化温度等。 装模温度：模压料含量的挥发物高，不溶性树脂含量低时，装模温度低，反之则高； 升温速度：由装模温度到最高压制温度的升温速率。对快速模压，装模温度压制温度，无升温速度；慢速模压，应选择适宜的升温速度。 最高模压温度：主要依树脂放热曲线确定。,（2）压力制度：包括成型压力、加压时机、放气等 成型压力：其作用是克服模压料的内摩擦及物料与模腔间的外摩擦，使物料充满模腔；克服物料挥发物的抵抗力及压紧制品以保证精确的形状和尺寸。 成型压力

15、决定因素：模压料的种类及质量指标；制品结构形状尺寸； 薄壁制品大于厚壁制品；圆柱形制品大于圆锥形制品；制品结构复杂度。成型压力高，有利于制品质量提高。但过大的成型压力，容易损伤纤维降低制品强度。,几种模压料的成型压力,加压时机：其作用是克服模压料的内摩擦及物料与模腔间的外摩擦，使物料充满模腔；克服物料挥发物的抵抗力及压紧制品以保证精确的形状和尺寸。,几种常用模压料的加压时机,1、高速公路防眩板主要功能 防止夜间行驶的车辆因车灯眩目而引起意外事故。 2、防眩板的生产工艺原理 将一定量的模压料装入模具后，在一定的温度和压力下模压料塑化、流动并充满模腔。同时，模压料发生交联团化反应，形成三维体型结构

16、而得到预期的制品。在整个压制过程中，加压、赋形、保温等过程都依靠被加热的模具的闭合而实现。,3、防眩板的工艺制度,（1）模压成型工艺有3个主要参数，即成型压力、压制温度和保温时间。,成型压力的作用是克服物料中挥发物所产生的蒸汽压，避免制品产生气泡、结构疏散等缺陷，同时增加物料的流动性，便于物料充满模腔的各个部位，使制品的结构密实，机械强度得到提高。 压制温度的作用是促进模压料塑化和固化。 保温时间的作用是使制品充分固化并消除内应力。 这3个参数的选择与模压料、制品性能、制品结构和形状以及生产效率有很大的关系。,（2）模压工艺参数的主要影响因素 模压料的流动性对工艺参数的选定有很大的影响。如果模压料的流动性好，则可采用较低的成型压力和温度，也易成型结构较为复杂的制品；相反，若模压料的流动性差，则应相应地提高成型压力和温度，也不易成型结构复杂的制品