复合材料的制备方法.ppt

复合材料的制备方法复合材料的制备方法张强 2009034031复合材料制备工艺特点复合材料制备工艺特点（1）材料制造与制品成型同时完成）材料制造与制品成型同时完成 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，因此在制造材料、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）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模具便能生产。复合材料的制备方法复合材料的制备方法模具的制作工艺模具的制作工艺复合材料成型工艺复合材料成型工艺 模具的制作工艺模具的制作工艺主模制作主模制作 主模修整主模修整 主模表面处理主模表面处理 生产模的翻制生产模的翻制 主模制作制作主模的材料有很多，一般要求作主模的材料易成形，易休整，且有稳定性好等特点。如木材，石膏，蜡等。我们通常用的都是木材。根据模具图纸，由木工做出木制主模。主模修整主模修整主模必须经过修理后方能进行生产模的翻主模必须经过修理后方能进行生产模的翻制。修整包括打腻子，整形，尺寸的较正，制。修整包括打腻子，整形，尺寸的较正，加固。这一过程主要是对木模表面及整体加固。这一过程主要是对木模表面及整体做基本的处理，以保证木模在尺寸及形式做基本的处理，以保证木模在尺寸及形式上与图纸相吻合。上与图纸相吻合。主模表面处理主模表面处理 这一工序中有喷胶衣，胶衣固化，打磨，抛光，这一工序中有喷胶衣，胶衣固化，打磨，抛光，打脱模蜡等。在前面工序中处理好的主模上喷上打脱模蜡等。在前面工序中处理好的主模上喷上胶衣，然后等胶衣固化，胶衣固化后就用砂纸打胶衣，然后等胶衣固化，胶衣固化后就用砂纸打磨胶衣面。一般从几十号的粗砂纸一直打到一千磨胶衣面。一般从几十号的粗砂纸一直打到一千号左右的细砂纸。打完砂纸后，开始抛光模具，号左右的细砂纸。打完砂纸后，开始抛光模具，最后打上脱模产品。直到此时，主模生产就结束最后打上脱模产品。直到此时，主模生产就结束了。接下就可以用主模来制作生产模。了。接下就可以用主模来制作生产模。这一过程中要用到许多材料及工器具。木材这一过程中要用到许多材料及工器具。木材及相应的木工器具是必须的。此外还有：腻子及相应的木工器具是必须的。此外还有：腻子（也称原子灰），砂纸，从几十号的粗砂纸到一（也称原子灰），砂纸，从几十号的粗砂纸到一千多号的细砂纸，胶衣（一般使用产品胶衣就可千多号的细砂纸，胶衣（一般使用产品胶衣就可以），模具清洁剂，封孔剂，抛光膏，脱模蜡等。以），模具清洁剂，封孔剂，抛光膏，脱模蜡等。此外还要用到一些小的工器具，如打磨器，抛光此外还要用到一些小的工器具，如打磨器，抛光轮，胶衣喷枪，气泵（或别的气源）。轮，胶衣喷枪，气泵（或别的气源）。生产模的翻制生产模的翻制喷模具胶衣喷模具胶衣 由于开始制作生产模，所以必须使用性能较好的模具胶由于开始制作生产模，所以必须使用性能较好的模具胶衣，以保证模具的最终效果。并要求喷射达到一定的厚度衣，以保证模具的最终效果。并要求喷射达到一定的厚度 模具铺层模具铺层 铺层工序不能过快铺层工序不能过快,一般情况下模具的厚度要达到一般情况下模具的厚度要达到产品厚度的产品厚度的3-5倍。所以铺层的时间一般也较长，倍。所以铺层的时间一般也较长，可持续可持续6-7天天 模具固化加固模具固化加固 模具可自然固化，也可加温固化，但一般最好有模具可自然固化，也可加温固化，但一般最好有一段自然固化期。自然固化期后，要给模具加固，一段自然固化期。自然固化期后，要给模具加固，使模具在生产过程中不致于损坏。使模具在生产过程中不致于损坏。生产模的表面处理生产模的表面处理 打砂纸，抛光，划工艺线，打脱模产品打砂纸，抛光，划工艺线，打脱模产品 几个磨具的辨析生产模主模胎模过渡模生产模用来生产产品的模具,从形状上来说与产品的形状正好相反;一般是玻璃钢（FRP）的;主模主模或者说母模:用来制造生产模的模具;从形状上来说与生产模相反,与产品相同,但决不是产品,厚度绝对大于产品;一般是玻璃钢的,可以用来生产很多的生产模 胎模胎模或者说原始模:指按产品图纸或者模具图纸生产出的第一件模具,一般来说 都不是玻璃钢的,很多是木头,各种板材的拼合体,或者是用CNC（数控机床）雕出来的,一般只能生产一件生产模或者主模,很难重复利用,或者说一般不重复利用;从形状上来说主要是方便制造;而不一定是产品形状;过渡模过渡模一般说来很少用到:指生产量很大时,要生产很多的主模所产生的过渡性模具;形状与产品相反,与生产模的形状相同,一般是玻璃钢的,主要是由于尺寸要求较严,且要经过多次翻转,必须提前对尺寸进行一定的放大,所以不能直接用来做生产模;复合材料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展，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目前聚合物基符合材料的成型方法已有有20多种多种 复合材料成型工艺 生产中采用的成型工艺生产中采用的成型工艺生产中采用的成型工艺生产中采用的成型工艺 (1)(1)手糊成型工艺手糊成型工艺手糊成型工艺手糊成型工艺 (2)(2)喷射成型工艺喷射成型工艺喷射成型工艺喷射成型工艺 (3)RTM(3)RTM技术技术技术技术 (4)(4)袋压法袋压法袋压法袋压法 (5)(5)热压罐成型技术热压罐成型技术热压罐成型技术热压罐成型技术 (6)(6)液压釜法成型技术液压釜法成型技术液压釜法成型技术液压釜法成型技术 (7)(7)热膨胀模塑法成型技术热膨胀模塑法成型技术热膨胀模塑法成型技术热膨胀模塑法成型技术 (8)(8)夹层结构成型技术夹层结构成型技术夹层结构成型技术夹层结构成型技术 (9)(9)模压料生产工艺模压料生产工艺模压料生产工艺模压料生产工艺 (10)ZMC(10)ZMC模压料注射技术模压料注射技术模压料注射技术模压料注射技术(11)(11)模压成型工艺模压成型工艺模压成型工艺模压成型工艺 (12)(12)层压成型工艺层压成型工艺(13)(13)卷制管成型技术卷制管成型技术卷制管成型技术卷制管成型技术 (14)(14)纤维缠绕制品成型技纤维缠绕制品成型技纤维缠绕制品成型技纤维缠绕制品成型技术术术术(15)(15)连续制板生产工艺连续制板生产工艺连续制板生产工艺连续制板生产工艺 (16)(16)浇铸成型技术浇铸成型技术浇铸成型技术浇铸成型技术 (17)(17)拉挤拉挤拉挤拉挤成型工艺成型工艺成型工艺成型工艺 (18)(18)连续缠绕制管工艺连续缠绕制管工艺连续缠绕制管工艺连续缠绕制管工艺 (19)(19)注射成型工艺注射成型工艺注射成型工艺注射成型工艺 (20)(20)挤压成型工艺挤压成型工艺挤压成型工艺挤压成型工艺 (21)(21)离心浇铸制管成型工艺离心浇铸制管成型工艺离心浇铸制管成型工艺离心浇铸制管成型工艺 (22)(22)其它成型技术其它成型技术其它成型技术其它成型技术 模具模具模具模具准备准备准备准备涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂涂脱模剂手糊成型手糊成型手糊成型手糊成型树脂胶树脂胶树脂胶树脂胶液配制液配制液配制液配制增强材增强材增强材增强材料准备料准备料准备料准备固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模后处理后处理后处理后处理检验检验检验检验制品制品制品制品手糊成型工艺手糊成型工艺-湿法铺层成型法湿法铺层成型法湿法铺层成型法湿法铺层成型法手糊成型工艺手糊成型工艺-湿法铺层成型法湿法铺层成型法湿法铺层成型法湿法铺层成型法层压成型工艺层压成型工艺 层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后，放入两个抛光的金属模具之间，加温加压形成复合材料制品的生产工艺。它是复合材料成型工艺中发展较早、也较成熟的一种成型方法。层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材，具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点，但一次性投资较大，适用于批量生产，并且只能生产板材，且规格受到设备的限制。层压工艺过程大致包括：预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序增强材料增强材料增强材料增强材料热固性树脂热固性树脂热固性树脂热固性树脂浸胶浸胶浸胶浸胶胶布胶布胶布胶布裁裁裁裁剪剪剪剪叠叠叠叠合合合合热热热热压压压压脱脱脱脱模模模模切切切切边边边边产产产产品品品品层压成型层压成型工艺流工艺流复合材料的层压工艺的热压过程，一般分5个阶段第一阶段-预热预压阶段此阶段的主要目的是使树脂熔化，去除挥发物、浸渍纤维，并且使树脂逐步固化至凝胶状态。此阶段的成型压力为全压的1/3-1/2。2种配方体系的预热预压工艺参数见表第二阶段-中间保温阶段这一阶段的作用是使胶布在较低的反应速度下进行固化。保温过程中应密切注意树脂的流胶情况。当流出的树脂已经凝胶，不能拉成细丝时，应立即加全压。第三阶段-升温阶段目的在于提高反应温度，加快固化速度。此时，升温速度不能过快，否则会引起暴聚，使固化反应放热过于集中，导致材料层间分层。第四阶段-热压保温阶段 目的在于使树脂能够充分固化。从加全压到整个热压结束，称为热压阶目的在于使树脂能够充分固化。从加全压到整个热压结束，称为热压阶段。而从达到指定的热压温度到热压结束的时间，称为恒温时间。热压段。而从达到指定的热压温度到热压结束的时间，称为恒温时间。热压阶段的温度、压力和恒温时间，也是由配方决定。几种配方体系的加压阶段的温度、压力和恒温时间，也是由配方决定。几种配方体系的加压工艺参数见表工艺参数见表第五阶段-冷却阶段 在保压的情况下，采取自然冷却或者强制冷却到室温，然后卸压，取出产品。冷却时间过短，容易使产品产生翘曲、开裂等现象。冷却时间过长，对制品质量无明显帮助，但是使生产效率明显降低。RTM-树脂传递模塑成型树脂传递模塑成型 RTM是是一种闭模低压成型的方法一种闭模低压成型的方法。将纤维增强材料置。将纤维增强材料置于上下模之间；合模并将模具夹紧；在压力下注射树脂；于上下模之间；合模并将模具夹紧；在压力下注射树脂；树脂固化后打开模具，取下产品。树脂胶凝过程开始前，树脂固化后打开模具，取下产品。树脂胶凝过程开始前，必须让树脂充满模腔，压力促使树脂快速传递到模具内，必须让树脂充满模腔，压力促使树脂快速传递到模具内，浸渍纤维材料。浸渍纤维材料。RTM是一是一低压系统低压系统，树脂注射压力范围，树脂注射压力范围0.4-0.5Mpa。当制造高纤维含量（体积比超过当制造高纤维含量（体积比超过50）的制品，如航空航）的制品，如航空航天用零部件时，压力甚至达天用零部件时，压力甚至达0.7Mpa.纤维增强材料有时可预先在一个模具内预成型大致形纤维增强材料有时可预先在一个模具内预成型大致形状（带粘结剂），再在第二个模具内注射成型。为了提高状（带粘结剂），再在第二个模具内注射成型。为了提高树脂浸透纤维的能力，可选择真空辅助注射（树脂浸透纤维的能力，可选择真空辅助注射（VARI-vacuum assisted resin injection）。）。注意注意 树脂一经纤维材料浸透，树脂注口要封闭，以便树脂一经纤维材料浸透，树脂注口要封闭，以便树脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下进行。模具树脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下进行。模具可以复合材料与钢材制作。若采用加热工艺，宜用钢模。可以复合材料与钢材制作。若采用加热工艺，宜用钢模。树脂传递模塑成型树脂传递模塑成型树脂传递模塑成型树脂传递模塑成型-原材 树脂树脂：一般多用环氧、不饱和聚酯、乙烯基酯及酚醛；当加温时，高温树脂如双马来酰亚胺树脂亦可用。法国Vetrotex公司开发了热塑性树脂RTM。纤维纤维：任意。常用玻纤连续毡、缝编材料（其纤维间的缝隙利于树脂传递）、无捻粗纱布；玻纤与热塑性塑料的复合纱及其织物与片材（法国Vetrotex商品名TWINTEX）。芯材芯材：不用蜂窝，因蜂窝空格全被树脂填满，压力会导致其破坏。可用耐溶剂发泡材料PU、PP、CLVC等。树脂传递模塑成型树脂传递模塑成型优缺点优缺点优点 1）制品纤维含量可较高，未被树脂浸的部分非常少；2）闭模成型，生产环境好；3）劳动强度较低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低；4）制品两面光，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高；5）成型周期较短；6）产品可大型化；7）强度可按设计要求具有方向性；8）可与芯材、嵌件一体成型 9）相对注射设备与模具成本较低。缺点 1）不宜制作较小产品 2）因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用的模具要重和复杂，价位也高一些；喷射成型技术喷射成型技术喷射成型技术喷射成型技术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gun轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱玻璃纤维无捻粗纱聚酯树脂聚酯树脂聚酯树脂聚酯树脂加热加热加热加热引发剂引发剂引发剂引发剂促进剂促进剂促进剂促进剂静态混合静态混合静态混合静态混合切切切切割割割割喷喷喷喷枪枪枪枪模模模模具具具具喷喷喷喷射射射射成成成成型型型型辊压辊压辊压辊压固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模喷射成型工艺流程图喷射成型工艺流程图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。喷射成型的优缺点喷射成型的优点：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。纤维缠绕工艺纤维缠绕工艺是树脂基复合材料的主要制造工艺之一。是一种在控制张力和预定线型的条件下，应用专门的缠绕设备将连续纤维或布带浸渍树脂胶液后连续、均匀且有规律地缠绕在芯模或内衬上，然后在一定温度环境下使之固化，成为一定形状制品的复合材料成型方法。根据缠绕时树脂基体所处的化学、物理状态不同，缠绕工艺可分为干法、湿法及半干法三种。缠绕工艺流程图缠绕工艺流程图纱团纱团纱团纱团集束集束集束集束胶液配制胶液配制胶液配制胶液配制浸胶浸胶浸胶浸胶烘干烘干烘干烘干络纱络纱络纱络纱胶纱纱绽胶纱纱绽胶纱纱绽胶纱纱绽张力控制张力控制张力控制张力控制纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕芯模芯模芯模芯模纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕纵、环向缠绕张力控制张力控制张力控制张力控制加热粘流加热粘流加热粘流加热粘流固化固化固化固化脱模脱模脱模脱模打模喷漆打模喷漆打模喷漆打模喷漆成品成品成品成品湿湿湿湿法法法法缠缠缠缠绕绕绕绕成成成成型型型型工工工工艺艺艺艺干干干干法法法法缠缠缠缠绕绕绕绕成成成成型型型型工工工工艺艺艺艺纤维缠绕成型工艺示意纤维缠绕工艺缠绕的主要形式有三种:环向缠绕、平面缠绕及螺旋缠绕。环向缠绕环向缠绕的增强材料与芯模轴线以接近90度角（通常为85-89度）的方向连续缠绕在芯模上，平面缠绕平面缠绕的增强材料以与芯模两端极孔相切并在平面内的方向连续缠绕在芯模上，螺旋缠绕螺旋缠绕的增强材料也与芯模两端相切，但是在芯模上呈螺旋状态连续缠绕在芯模上。三种缠绕方法三种缠绕方法纤维缠绕工艺-干法干法缠绕采用经过事先浸胶而处于B阶段的预浸纱带。预浸纱带是在专门的工厂或车间制造与提供的。干法缠绕时，在缠绕机上需先对预浸纱带进行加热软化处理后再缠绕到芯模上。由于可以在缠绕前对预浸纱带的含胶量、胶带尺寸及质量进行检测和筛选，因而可以较准确地控制制品质量。干法缠绕的生产效率较高，缠绕速度可达100-200m/min,工作环境也较清洁。但干法缠绕设备比较复杂且造价很高，缠绕制品的层间剪切强度也较低。纤维缠绕工艺-湿法湿法缠绕是将纤维经集束、浸胶后，在张力控制下直接缠绕在芯模上，然后再固化成型。湿法缠绕的设备比较简单，但由于纱带浸胶后立即缠绕，在缠绕过程中对制品含胶量不易控制和检验，同时胶液中的溶剂固化时易在制品中形成气泡、孔隙等缺陷，缠绕时张力也不易控制。同时，工人在溶剂挥发气氛和纤维短毛飞扬的环境中操作，劳动条件较差。纤维缠绕工艺-半干法与湿法工艺相比，半干法是在纤维浸胶到缠绕至芯模的途中增加一套烘干设备，将纱带胶液中的溶剂基本上驱赶掉。与干法相比较，半干法不依赖一整套复杂的预浸渍工艺设备。虽然制品的含胶量在工艺过程中与湿法一样不易精确控制且比湿法多一套中间烘干设备，工人的劳动强度更大，但制品中的气泡、孔隙等缺陷大为降低。三种缠绕工艺方法的优缺点比较见表拉挤成型d拉挤成型于拉挤成型于1951年首次在美国注册专利，年首次在美国注册专利，60年代发展很年代发展很慢，慢，7080年代进入快速发展阶段。我国起步则较晚，直年代进入快速发展阶段。我国起步则较晚，直到到90年代随着拉挤专用树脂技术的引进生产才进入快速发年代随着拉挤专用树脂技术的引进生产才进入快速发展时期。目前，引进及国产拉挤生产线已超过展时期。目前，引进及国产拉挤生产线已超过200条。我条。我国发展拉挤与欧美形式相似：先开发形状简单的棒材，然国发展拉挤与欧美形式相似：先开发形状简单的棒材，然后随着化工防腐、电力、采矿等行业的发展与需求，开发后随着化工防腐、电力、采矿等行业的发展与需求，开发了型材制品，目前这些技术已经比较成熟。了型材制品，目前这些技术已经比较成熟。拉挤工艺是一种连续生产复合材料型材的方法，它是将纱拉挤工艺是一种连续生产复合材料型材的方法，它是将纱架上的无捻玻璃纤维粗纱和其他连续增强材料、聚脂表面架上的无捻玻璃纤维粗纱和其他连续增强材料、聚脂表面毡等进行树脂浸渍，然后通过保持一定截面形状的成型模毡等进行树脂浸渍，然后通过保持一定截面形状的成型模具，并使其在模内固化成型后连续出模，由此形成拉挤制具，并使其在模内固化成型后连续出模，由此形成拉挤制品的一种自动化生产工艺。利用拉挤工艺生产的产品其拉品的一种自动化生产工艺。利用拉挤工艺生产的产品其拉伸强度高于普通钢材。表面的富树脂层又使其具有良好的伸强度高于普通钢材。表面的富树脂层又使其具有良好的防腐性，故在具有腐蚀性的环境的工程中是取代钢材的最防腐性，故在具有腐蚀性的环境的工程中是取代钢材的最佳产品，广泛应用于交通运输、电工、电气、电气绝缘、佳产品，广泛应用于交通运输、电工、电气、电气绝缘、化工、矿山、海洋、船艇、腐蚀性环境及生活、民用各个化工、矿山、海洋、船艇、腐蚀性环境及生活、民用各个领域。领域。拉挤成型玻璃纤维粗纱排布 浸胶 预成型 挤压模塑及固化 牵引 切割 制品拉挤成型拉挤成型设备组成1、增强材料传送系统：如纱架、毡铺展装置、纱孔等。2、树脂浸渍：直槽浸渍法最常用，在整个浸渍过程中，纤维和毡排列应十分整齐。3、预成型：浸渍过的增强材料穿过预成型装置，以连续方式谨慎地传递，以便确保它们的相对位置，逐渐接近制品的最终形状，并挤出多余的树脂，然后再进入模具，进行成型固化。4、模具：模具是在系统确定的条件下进行设计的。根据树脂固化放热曲线及物料与模具的摩擦性能，将模具分成三个不同的加热区，其温度由树脂系统的性能确定。模具是拉挤成型工艺中最关键的部分，典型模具的长度范围在0.61.2m之间。5、牵引装置：牵引装置本身可以是一个履带型拉出器或两个往复运动的夹持装置，以便确保连续运动。6、切割装置：型材由一个自动同步移动的切割锯按需要的长度切割。各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较各种复合材料成型方法区别比较The end Thanks