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1、复 合 材 料成 型 与 加 工 技 术曾竟成教授复合材料制备技术讲义3预浸料课件第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，186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%）复合材料制备技术讲义3预浸料课件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
2、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复合材料制备技术讲义3预浸料课件单向预浸带窄预浸带复合材料制备技术讲义3预浸料课件碳纤维织物预浸料玻璃纤维织物预浸料复合材料制备技术讲义3预浸料课件3.4国内外预浸料制备技术情况 目目前前预预浸浸料料制制造造已已成成为为一一种种专专门门的的工工艺艺技技术术，由由专专业业化化工工厂厂进进行行生生产产，制制造造技技术术有有了很大提高，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。了很大提高，质量控制得到加强，
3、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。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。 不不同同规规格格、品品种种，不不同同性性能能的的预预浸浸料料已已商商品品化化，可可以以适适应应国国防防工工业业和和国国民民经经济济各各个个部门的应用。部门的应用。 北北航航材材研研究究院院预预浸浸料料已已被被在在研研先先进进直直升升机机选选用用，具具有有年年产产100万万平平方方米米的的生生产产能能力力，窄带窄带预浸机预浸机年生产能力年生产能力90万米。万米。 美美国国亚亚利利桑桑那那州州 ICI合合成成纤纤维维复复合合材材料料公公司司
4、，生生产产的的977-3型型韧韧化化改改性性预预浸浸渍渍材材料料，被被洛洛克克希希德德公公司司用用来来制制造造F-22战战斗斗机机的的机机体体。该该项项计计划划包包括括制制造造和和安安装装11架架F-22飞飞行行试试验验机机，2架架地地面面试试验验F-22机机体体，并并对对F-22机机身身中中35的的复复合合材材料料进进行行性性能能测测试试研研究究工工作作。 977-3 改改性性预预浸浸渍渍材材料料，是是在在宇宇航航结结构构材材料料977 型型树树脂脂的的的的基基础础上上，研研制制成成功功的的一一种种新新配配方方。它它是是一一种种热热固固性性和和热热塑塑性性混混用用复复合合材材料料，具具有有良
5、良好好的的韧韧性性、抗抗溶溶剂剂性性，以以及及高高性性能能飞飞机机必必须须具具备备的的湿湿/性性能能等等。这这种种新新型型预预浸浸渍渍材材料料，在在固固化化时时能能把把工工程程热热塑塑材材料料的的刚刚性性和和高高温温热热固固材材料料的的特特性性，有有机机地地融融合合在在一一起起。ICI公公司司认认为为，由由于于研研制制成成功功这这种种新新材材料料，因此能与洛克希德公司合作完成为期因此能与洛克希德公司合作完成为期 5年的项目计划年的项目计划复合材料制备技术讲义3预浸料课件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
6、材料热熔法粉末浸渍法悬浮液浸渍、流态化床浸渍、静电吸附复合材料制备技术讲义3预浸料课件（1）溶液浸渍法溶液浸渍法优点：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。复合材料制备技术讲义3预浸料课件（2）热熔法（热熔法（直接热熔法和胶膜压延法） 直接热熔法复合材料制备技术讲义3预浸料课件（2）热熔法热熔法 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。复合材料制备技术讲义3预浸料课件3.6预浸设备北京航空材料研究院自行研制北京航空
7、材料研究院自行研制4848英寸热熔预浸机英寸热熔预浸机 复合材料制备技术讲义3预浸料课件3.6预浸设备北京航空材料研究院窄带预浸机北京航空材料研究院窄带预浸机复合材料制备技术讲义3预浸料课件实例实例1 1：无纬布预浸料（单向预浸料）制备技术：无纬布预浸料（单向预浸料）制备技术滚筒法（溶液浸渍法）制备滚筒法（溶液浸渍法）制备复合材料制备技术讲义3预浸料课件1.树脂配方（重量比）环氧树脂环氧树脂固化剂固化剂稀释剂稀释剂100二乙烯三胺：二乙烯三胺：8120140聚酰胺树脂：聚酰胺树脂：50100BF3MEA：3120140复合材料制备技术讲义3预浸料课件2.工艺流程增强增强材料材料树脂树脂基体基体
8、辅助辅助材料材料固化剂固化剂准备准备稀释剂稀释剂准备准备滚筒排布机排纱滚筒排布机排纱（或手工涂刷）（或手工涂刷）常温晾置常温晾置或加热烘干或加热烘干预浸料预浸料基本性能测试基本性能测试复合材料构件复合材料构件贮存贮存达到要求？达到要求？无纬布原材料准备无纬布原材料准备N NY Y复合材料制备技术讲义3预浸料课件玻璃纤维无纬布碳纤维无纬布复合材料制备技术讲义3预浸料课件实例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
9、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复合材料制备技术讲义3预浸料课件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材料标准Q/6S184220023218Z阻燃型环氧树脂溶液；Q/6S18412002玻璃纤维织物/3218Z阻燃型预浸料
10、1.4使用工艺说明书见Q/6S18412002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。复合材料制备技术讲义3预浸料课件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2.1.13218Z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。复合材料制备技术讲义3预浸料课件2.1.3预浸料物理性能（表22）2.1.4.13218Z/EW220复合材料的物理性能（表23）复合材料制
11、备技术讲义3预浸料课件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25复合材料制备技术讲义3预浸料课件2.3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。复合材料制备技术讲义3预浸料课件复合材料制备技术讲义3预浸料课件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
12、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。复合材料制备技术讲义3预浸料课件3.7片状模塑料（SheetMoldingCompound,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)2Ca(OH)2Mg
13、OCaOBPO2%TBP1%DCP1%CHP1%苯乙烯苯乙烯甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯乙烯基甲苯乙烯基甲苯邻苯二甲酸二丙烯酯邻苯二甲酸二丙烯酯PMMAPSPVAcPEPVCPB硅酸盐类硅酸盐类碳酸盐类碳酸盐类硫酸盐类硫酸盐类氧化物类氧化物类卵磷酯卵磷酯烷基磷酯酸烷基磷酯酸蜡类蜡类硬酯酸硬酯酸硬酯酸盐类硬酯酸盐类复合材料制备技术讲义3预浸料课件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（BulkMoldingCompound）,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
14、品TMC（ThickMoldingCompound）,厚片状模塑料，SMC一般厚度为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SMCR（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SMCC/R、SMCD/R。纤维含量在3070，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
15、连续玻璃纤维，2030聚酯树脂，加适量或不加填料的片状模塑料。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（LowShrinkageSMC），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（InterpeneteratingThickingProcessSMC）,制品具有高度刚性、耐冲击性、尺寸稳定性。复合材料制备技术讲义3预浸料课件3.7.1山东金源玻璃钢有限公司SMC模塑料工艺流程图复合材料制备技术讲义3预浸料课件3.7.2SMC机组复合材料制备
16、技术讲义3预浸料课件3.7.2SMC机组1000mm/SMC机组复合材料制备技术讲义3预浸料课件3.7.3SMC模塑料树脂糊配方1）国内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OCFE980100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50复合材料制备技术讲义3预浸料课件SMC井盖井盖防防 眩眩 板板电表箱电表箱复合材料制备技术讲义3预浸料课件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
17、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/炭毛坯复合材料制备技术讲义3预浸料课件制备方法（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。复合材料制备技术讲义3预浸料课件（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。复合材料制备技术讲义3预浸料课件（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。复合材料制备技术讲义3预浸料课件3.9预浸料质量控制预浸料预浸料化学性能化学性能物理性能物理性能力学性能力学性能红外光谱红外光谱高压液向色谱高压液向色谱粘性粘性铺覆性铺覆性树脂含量树脂含量树脂流动度树脂流动度凝胶时间凝胶时间挥发分含量挥发分含量剪切性能剪切性能弯曲性能弯曲性能剥离性能剥离性能疲劳性能疲劳性能工艺性能工艺性能复合材料制备技术讲义3预浸料课件
