12级复合材料工艺及设备复习资料(共11页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上复合材料工艺设备参考资料复合材料与工程 考试形式笔试闭卷 考试时间和地点 时间:2015年7月8日10:20-12:00 地点:第二公教A115 题型与分数分布一单选题二多选题三填空题四简答题五综合题一、复合材料绪论1.复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料基本性能:性能的可设计性材料与结构的同一性发挥复合效应的优越性材料性能对复合工艺的依赖性2.工艺选择依据:a产品外形构造和尺寸b材料性能和产品质量要求c生产批量大小及供应时间d企业可能提供的设备条件及资金e综合经济效益,保证企业盈利3.大批量、数量多、外形复杂:模压成
2、型;造型简单大尺寸:SMC大台面压机成型;小批量产品:手糊成型;压力管道及容器:缠绕工艺;批量小的大尺寸:手糊成型、喷射成型;板材和线性制品:连续成型 工字形截面梁:拉挤成型4.实例(1)水表壳注射(2)沼气池SMC模压成型工艺(3)车用天然气瓶缠绕(4)汽车保险杠手糊成型(5)玻璃钢管材拉挤(6)PVC管材挤出(7)冷却塔手糊、模压(8)玻璃钢保温板连续制板(9)玻璃钢门窗模压(10)复合材料头盔RTM(11)塑料手机外壳注塑(12)油田抽油杆拉挤(13)大型冷藏车手糊二、手糊成型工艺: 定义:手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替铺层在模具上,然后固化成型为玻璃钢制品工艺工序:裁剪增强纤维准备模
3、具(涂脱模剂)树脂胶液配置(喷涂胶衣)手糊成型固化凝胶阶段定型阶段(硬化阶段)熟化阶段(完全固化阶段)脱模后处理(修边)装配分类a接触压成型:手糊、喷射b低压成型(接触压以上):真空成型、RTM、RIM、对模优点:a设备简单b投资少、见效快c生产技术简单易学d产品不受尺寸、形状的限制e大型制品可现场制作f制品树脂含量较高,耐腐蚀性好缺点:a生产效率低、不适合批量大的产品b产品质量不够稳定c生产环境差。1.树脂基体的选择原则(1)能够配制成粘度适宜的胶液,易浸渍纤维,容易脱气泡,垂直面涂刷时不易流胶(2)能在室温或较低温度下凝胶、固化并要求固化时无低分子物产生;固化迅速且固化收缩小(3)层间粘接
4、性能好(4)无毒或低毒(5)价格便宜,来源广泛A基体种类:专心-专注-专业a不饱和聚酯树脂粘度小,浸渍性好,低分子物及气体易排除,凝胶时间可以调节并能在低温常压下固化,但固化收缩率较大,制品强度较低。b环氧树脂综合力学性能最好,粘结能力最强,与玻纤复合界面剪切强度最高,尺寸稳定性好,耐蚀性好;粘度大,施工困难,成型需要加热。 C辅助材料:a着色剂(颜料糊、色浆)是用载体树脂加入软白料和各种不同的颜料,经二滚磨多次研磨而成。将其加入到胶衣树脂中,以调配胶衣颜色,加入量一般在4一8。(胶衣树脂是由高性能的树脂,加入触变剂、气相沉积二氧化硅和其他辅助材料配制而成。用胶衣树脂制作FRP制品的表面层具有
5、色泽美观、光洁、耐大气老化、耐腐蚀等特点)b填料:碳酸钙、滑石料、陶土、水泥等,可降低成本,降低收缩率;瓷土、玻璃粉、氧化铝粉、石英粉等,可提高产品强度、耐磨性;辉绿岩粉、瓷粉、铸石粉,可提高耐腐蚀性;炭黑、石墨粉、铝粉、金属粉可增加导电性活性瓷土经过特殊处理,可明显提高产品强度、刚度、减少收缩和变形,是玻璃钢专用填料;玻璃微珠呈空心结构,密度轻、可增加产品刚度、减少产品收缩和变形,且工艺性好。2.增强体的选择依据增强材料易被树脂浸透有足够的形变性,能满足制品复杂形状成型要求气泡容易排出能够满足制品使用条件物理化学性能要求价格合理、来源丰富。A玻璃纤维制品:(3) 加捻布(4) 短切毡(5)表
6、面毡(6)针刺毡(7)缝编毡(8) 单向织物 3.手糊成型模具:单模(阳模和阴模)和对模A模具的种类玻璃钢模:它是手糊工艺中应用最多的模具。(玻璃钢高级模具GRP)特点:制出产品美观、光亮;强度高,可重复使用数百次;尺寸准确,造型稳定,不易变形;制造简便,造价适中;制品可加温,加压成型。 木材金属石蜡水泥可溶性盐低熔点金属 石膏B脱模剂:a按用途分为:内脱膜剂(用于模压、热固化)、外脱膜剂(手糊、冷固化)按性状分为:薄膜型脱模剂/混合溶液型脱模剂/蜡类、油酯类脱模剂b基本要求:不腐蚀模具,不影响树脂固化,对树脂粘附力小(0.01MPa)成膜时间短,厚度均匀,表面光滑使用完全,无毒害作用脱模剂使
7、用温度要高于固化温度操作简便,价格便宜。C脱模剂的作用机理(脱模历程)在模具表面喷涂脱模剂之后,硫化成型时的实际界面如图1。在图1 中,胶料与脱模剂的接触面为A 面,脱模剂面为B 面,脱模剂与模具的接触面为C 面;脱模剂层为凝聚层。脱模时,当在A 面和C 面剥离时称为界面剥离,而在B 面剥离时叫做凝聚层破坏。4.制品成型要素准备A表面处理剂:指对材料的表面进行某种处理以达到特定的目的时所使用的试剂。以利于增强材料与基体间形成一个良好的粘结界面,从而达到提高复合材料各种性能的目的 沃兰类表面处理剂(A-151)硅烷类表面处理剂(KH550)B胶液的主要工艺指标:胶液粘度:表征流动特性,粘度控制在
8、0.20.8Pa.s之间,一般用稀释剂调节(粘度过高不易涂刷和浸透增强材料;粘度过低,在树脂凝胶前发生胶液流失,使制品出现缺陷)凝胶时间:指在一定温度条件下,树脂中加入定量的引发剂、促进剂或固化剂,从粘流态到失去流动性,变成软胶状态凝胶所需的时间。(影响因素:a引发剂、促进剂用量。用量大,凝胶时间缩短b胶液体积的影响。胶液体积越大,热量不易散失,凝结快c环境温度、湿度的影响。气温越高,凝结越快;湿度越小,凝结越快d制品表面积厚度影响。制品表面积大,较薄,凝胶时间长。e交联剂蒸发损失)C制品厚度层数计算D影响制品质量的因素:组分质量、成型与固化过程、制品辅助加工a裂纹原因:胶衣层太厚胶衣树脂中苯
9、乙烯加的太多,或者填料加得太多树脂固化不良制品受到冲击。b制品表面发粘原因(暴露面固化不良):车间湿度太大,因水对不饱和聚酯和环氧树脂的固化有阻聚作用空气中的氧对不饱和聚酯树脂的固化有阻聚作用使用过氧化苯甲酰作引发剂时,表层树脂中交联剂挥发过多,树脂中苯乙烯挥发,使比例失调,造成不固化固化温度太低(解决办法:a在树脂中加入0.02左右的液体石蜡b在树脂中掺加5的异腈酸酯c制品表面覆盖薄膜隔绝空气d更换引发剂、促进剂)三、喷射成型:是为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺,是手糊工艺的变形。A喷射成型主要由三个部分组成:喷射、输送管道、混合B按胶液喷射动力分:气动型(空气引射喷涂系统,靠
10、压缩空气的喷射将胶液雾化并喷涂到芯模上)液压型(靠液压将胶液挤成滴状并喷涂到模具上)按胶液混合形式可分为:内混合型(将树脂与引发剂分别送到喷枪头部的紊流混合器充分混合,因引发剂不与压缩空气接触,故不产生引发剂蒸气)外混合型(引发剂和树脂在喷枪外的空气中相互混合。由于引发剂在同树脂混合前必须与空气接触,而引发剂又容易挥发)先混合型(将树脂、引发剂和促进剂分别送至静态混合器充分混合,然后再送至喷枪喷出)C设备a树脂胶液喷枪b玻璃纤维切割喷射器c静态混合器原理:是以流体动力学的剪切应力场为基础实现几种介质相互混合的。(作用:介质连续地流经混合器,被混合元件机械地细分、转向和重新汇合,获得混合与均化)
11、四、树脂传递模塑成型(RTM):喷射法和模压成型之间的一种对模成型法RTM五大工艺:a真空灌注工艺b手糊工艺c粘接工艺d加工工艺e涂装工艺1.RTM法是指在模具的型腔里预先放置增强材料(包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件),合模夹紧后,从设置于适当位置的注入孔,在一定温度及压力下将配好的树脂注入模具中,使之与增强材料一起固化,最后启模、脱模而得到成型制品。(模具清理、脱模处理-胶衣涂布-胶衣固化-纤维及嵌件等安放-合模夹紧-树脂注入-树脂固化-启模-脱模-二次加工)A影响RTM工艺的因素(工艺参数):注胶压力: 在较低压力下完成树脂压注(RTM压注如何降低压力?a降低树脂粘度b适当的模具注胶
12、口和排气口设计c适当的纤维排布设计d降低注胶速度。温度: 注胶温度应尽量接近最小树脂粘度的温度(取决于树脂体系的活性期和最小粘度的温度。) RTM工艺过程对树脂的加热分为两步:注胶时加热 固化时加热速度: 希望获得高的注胶速度,以提高生产效率。(注胶速度取决于树脂对纤维的润湿性和树脂的表面张力及粘度)五、反应注射成型(RIM):是将反应物(单体或齐聚物)精确计量,经高压碰撞混合后充入模内,混合物在模具型腔内固化成型。1. RIM加工工艺的主要步骤?充模过程:对于给定的化学体系和模具的具体几何形状,充模过程中,相关的加工参数是:原料始温T0,模壁温度Tw和流率Q或模压P。固化阶段:在固化阶段,最
13、重要的加工参数是模壁温度、原料始温和脱模时间。六、真空灌注工艺1.风力发电机的工作原理?是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。2.目前风力发电机叶片采用的是主要是玻璃钢材料,其主要成型方法是?真空灌注工艺: 将纤维增强材料直接铺放在模具上;在纤维增强材料顶上铺设一层剥离层,剥离层通常是一层很薄的低孔隙率、低渗透率的纤维织物;剥离层上铺放高渗透介质;然后用其真空袋包覆、密封。七、模压成型工艺:将一定量的模压料放入金属对模中,在一定温度、压力作用下,固化成型制品的方法。1.工艺参数(温度制度):装模温度,升温速度,最高模压温度,保温时间,后固化处理。2.优点:
14、a有较高的生产效率,适于大批量生产;b制品尺寸精确,表面光洁,可以有两个精制表面c价格低廉,容易实现机械化和自动化;d多数结构复杂的制品可一次成型,无需有损于制品性能的辅助加工;e制品外观及尺寸的重复性好。3.树脂溶液粘度对模压料质量的影响:降低胶液粘度有利于树脂对纤维浸渍,并可减少捏合过程的纤维强度损失。粘度过低,在预混过程中会导致纤维离析,影响树脂对纤维的粘结4.热固性塑料在模压前进行预热有哪些优点?改善料的工艺性能;提高模压料温度,能加快塑料成型时的固化速度,缩短成型时间;提高塑料的流动性,增进固化的均匀性,提高制品质量,降低废品率;可降低模压压力。5.模压热固性塑料与模压热塑性塑料的最
15、大区别是?I热固性塑料:加热一方面使物料熔融粘度降低,在压力作用下产生流动;另一方面活性基团发生交联反应,粘度升高达到无限大。加压一方面使物料流动产生剪切变形,大分子链发生局部取向及触变效应等导致聚合物粘度降低;另一方面,剪切作用增加了活性分子间的碰撞机会,降低了反应活化能使交联反应速度增快,熔体粘度随之增大。II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6.热固性树脂模压工艺中,物料的变化可分为哪两个阶段并简述之。“粘流阶段”:当模压料在模具内被加热到一定的温度时,树脂受热熔化成为粘流状态,在压力作用下粘裹着纤维一道流动,直至充满
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