第3章-聚合物复合材料的成型工艺ppt课件.ppt

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1、1 2特点：特点：v比强度大，比模量大；比强度大，比模量大；v耐疲劳性能好；减震性能好；耐疲劳性能好；减震性能好；v耐烧蚀性能好；耐烧蚀性能好；v工艺性好。工艺性好。3.1 聚合物基复合材料聚合物基复合材料33.1.1基体材料基体材料(一一) 热固性聚合物:.不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂a. 结构特征：由饱和结构特征：由饱和二元二元酸、不饱和酸、不饱和二元二元酸与酸与二二元元醇经缩聚反应合成的醇经缩聚反应合成的线型线型预聚体。预聚体。b.固化：固化： 固化剂固化剂 - 乙烯、苯乙烯、丁二烯等单体。乙烯、苯乙烯、丁二烯等单体。 引发剂引发剂 - 过氧化物（加热固化）过氧化物（加热固化） 促进剂促

2、进剂 - 苯胺类和有机钴，室温固化。苯胺类和有机钴，室温固化。4c.c.特点特点vv粘度低，工艺性好。粘度低，工艺性好。vv综合性能好，价廉，用量约占综合性能好，价廉，用量约占80% 80% 。vv有毒，体积收缩大，耐热性、强度和模有毒，体积收缩大，耐热性、强度和模量较低。量较低。vv一般不与高强度的碳纤维复合，与玻璃一般不与高强度的碳纤维复合，与玻璃纤维复合制作次受力件。纤维复合制作次受力件。5a. 双酚型双酚型 其中其中R: R: CHCH3 3- C - C -CHCH3 3A A 丙基丙基- CH- CH2 2 - - F F 亚甲基亚甲基O O- S - S -O OS S 砜砜 双

3、双酚型酚型环氧含环氧含硬性苯环，链刚性较高，只能用于聚硬性苯环，链刚性较高，只能用于聚合度低的树脂。耐热性好，强度高，韧性差。合度低的树脂。耐热性好，强度高，韧性差。(2)(2)、环氧树脂环氧树脂固化特点：固化特点： 环氧活性基都在链两端，固化交联点不高。环氧活性基都在链两端，固化交联点不高。6b. b. 非双酚型非双酚型 三聚氰酸环氧含三氮杂环，有自熄性，三聚氰酸环氧含三氮杂环，有自熄性，耐电弧性好。耐电弧性好。 链链内内含有环氧基，交联密度高，结合含有环氧基，交联密度高，结合强度及耐热性均提高。强度及耐热性均提高。7 c. c. 胺基环氧胺基环氧 含高极性的酰胺键，粘结性好，力学性含高极性

4、的酰胺键，粘结性好，力学性能较高；但耐水性差，电性能有所下降。能较高；但耐水性差，电性能有所下降。 d d. . 脂环族环氧脂环族环氧 不含苯环，含脂环，稳定性更高，热学性能好，不含苯环，含脂环，稳定性更高，热学性能好，耐紫外线，不易老化。粘度低，工艺性好。耐紫外线，不易老化。粘度低，工艺性好。 e. e. 脂肪族环氧脂肪族环氧 - - 高韧性环氧高韧性环氧 无六环状硬性结构，冲击韧性好，但与纤维无六环状硬性结构，冲击韧性好，但与纤维结合力较差。结合力较差。 8环氧树脂固化：环氧树脂固化： 环氧树脂分子中都含有活泼的环氧基团，可与多环氧树脂分子中都含有活泼的环氧基团，可与多种固化剂交联，形成网

5、状结构。种固化剂交联，形成网状结构。常用固化剂：常用固化剂： 二元胺类、二元酸酐类。二元胺类、二元酸酐类。 芳香族胺或咪唑类固化剂，可提高强度及耐热芳香族胺或咪唑类固化剂，可提高强度及耐热性，但冲击韧性会降低。性，但冲击韧性会降低。潜伏剂：潜伏剂： 单组份产品可加入潜伏剂，如双氰胺，室温下单组份产品可加入潜伏剂，如双氰胺，室温下可存放可存放6 6个月，个月，145 145 165165下，下，80 min80 min可固化。可固化。9 粘附力好，韧性较好，收缩率低。复合材粘附力好，韧性较好，收缩率低。复合材料强度高，尺寸稳定。料强度高，尺寸稳定。 电性能好。介电强度高，耐电弧优良的绝电性能好。

6、介电强度高，耐电弧优良的绝缘材料。缘材料。 耐酸碱耐溶剂性强。耐酸碱耐溶剂性强。 热稳定性良好。热稳定性良好。环氧树脂特点：环氧树脂特点：10(3)(3)酚醛树脂酚醛树脂 由酚由酚 和醛和醛 缩合而成。缩合而成。 酚酚/ /醛醛 0.90.9，碱催化可得体型热固性树，碱催化可得体型热固性树脂。脂。O OH C - HH C - HOHOH1 15 53 3固化：固化： 加热固化加热固化 加固化剂，如六次甲基四胺或有机酸。加固化剂，如六次甲基四胺或有机酸。 碱性固化剂仍需加热，酸性固化剂可室温固化。碱性固化剂仍需加热，酸性固化剂可室温固化。分子结构分子结构11特点：特点： 耐热性高，可达耐热性高

7、，可达315315。价格最低。价格最低。粘附性粘附性较差，收缩率大较差，收缩率大, ,气孔率高，性脆。气孔率高，性脆。改性：改性： 引入柔性链。如：聚乙烯醇缩丁醛引入柔性链。如：聚乙烯醇缩丁醛 降低树脂中降低树脂中 -OH -OH 基的含量。如：以苯胺或二基的含量。如：以苯胺或二甲苯取代部分苯酚。提高电性能。甲苯取代部分苯酚。提高电性能。 硼酸改性酚。吸水性、耐热性、脆性和电学硼酸改性酚。吸水性、耐热性、脆性和电学性能均提高。性能均提高。 12应用：应用：v酚醛树脂一般不与碳纤维复合，与玻璃纤酚醛树脂一般不与碳纤维复合，与玻璃纤维复合后，多用于电器绝缘材料。维复合后，多用于电器绝缘材料。v碳含

8、量高碳含量高7878，碳化收率达，碳化收率达6363，因此可，因此可用于制作烧蚀材料，用于导弹、航天器再用于制作烧蚀材料，用于导弹、航天器再入大气层的防护层。入大气层的防护层。13（二）热塑性聚合物热塑性聚合物 与热固性聚合物相比：与热固性聚合物相比： 力学性能、耐热性、抗老化性等都较差。力学性能、耐热性、抗老化性等都较差。 工艺简单、周期短、成本低、密度小、应用广。工艺简单、周期短、成本低、密度小、应用广。 聚丙烯聚丙烯 柔性无极性链。与纤维浸润性、结合力较差。复合增强效柔性无极性链。与纤维浸润性、结合力较差。复合增强效果有限。原料来源广泛，价格低，普通民用。果有限。原料来源广泛，价格低，普

9、通民用。. . 聚酰胺（尼龙）聚酰胺（尼龙） 链中含大量酰胺键，链间以氢键连接。结合力强，强度高，链中含大量酰胺键，链间以氢键连接。结合力强，强度高，耐磨性好。使用温度耐磨性好。使用温度100100，吸水率高。，吸水率高。 常用品种：尼龙常用品种：尼龙6 6、6666、10101010、610610等。等。 14 (3)(3)聚碳酸酯聚碳酸酯 由双酚由双酚A A的钠盐与碳酸双酰氯缩聚而成的钠盐与碳酸双酰氯缩聚而成 O- O- C- -O-CC- -O-C + + NaClNaClCHCH3 3CHCH3 3O ONaONaO- -C- - -C- -ONaONa + + Cl-C-ClCl-C

10、-Cl CHCH3 3CHCH3 3O O 刚性苯环；变形小，抗蠕变，尺寸稳定。刚性苯环；变形小，抗蠕变，尺寸稳定。可与玻璃纤维和碳纤维复合。可与玻璃纤维和碳纤维复合。15(4)(4)聚砜聚砜 以砜和苯环连结成硬性链，可在以砜和苯环连结成硬性链，可在100100150150下长期使用。下长期使用。 可与碳纤维复合，用于宇航和汽车工业。可与碳纤维复合，用于宇航和汽车工业。 此外：耐高温的聚酰亚胺、双马来酰亚胺此外：耐高温的聚酰亚胺、双马来酰亚胺等杂环结构的聚合物，耐温可达等杂环结构的聚合物，耐温可达300300400400，也常作为复合材料的基材。也常作为复合材料的基材。163.1.2 聚合物基

11、复合材料聚合物基复合材料基本性能基本性能 具有较高的比强度和比模量。具有较高的比强度和比模量。 抗疲劳性能好，安全性高。抗疲劳性能好，安全性高。 减振、隔音、保温、隔热。减振、隔音、保温、隔热。 弹性模量不高、断裂延伸率小、抗冲击强度弹性模量不高、断裂延伸率小、抗冲击强度差、横向强度、层间剪切强度低。差、横向强度、层间剪切强度低。 手工劳动强度大，质量不稳定。手工劳动强度大，质量不稳定。 17品种品种1 1、GFGF增强热固性塑料（增强热固性塑料（GFRPGFRP）- - 玻璃钢玻璃钢 18、聚酯玻璃钢、聚酯玻璃钢 加工性能最好加工性能最好。低粘度，可室温固化；价低，用量。低粘度，可室温固化；

12、价低，用量占占80% 80% 。、环氧玻璃钢、环氧玻璃钢 综合力学性能最好综合力学性能最好，耐蚀性好；粘度大，施工困难。，耐蚀性好；粘度大，施工困难。酚醛玻璃钢酚醛玻璃钢 耐热性最好耐热性最好, , 50%50% 、尺寸稳定性提高、尺寸稳定性提高21223 3、高强度纤维增强塑料、高强度纤维增强塑料23 、C C纤维增强塑料纤维增强塑料 比强度，比模量最高的材料；耐腐蚀耐热都很比强度，比模量最高的材料；耐腐蚀耐热都很 好。抗冲击性差，价格昂贵。好。抗冲击性差，价格昂贵。 、芳纶纤维增强塑料、芳纶纤维增强塑料 与塑料相容性好，价格适中，应用前景广泛。与塑料相容性好，价格适中，应用前景广泛。 抗拉

13、强度与抗拉强度与C C纤维相当，冲击强度远高于纤维相当，冲击强度远高于C C纤维；纤维； 振动衰减是玻璃钢的振动衰减是玻璃钢的4 45 5倍。倍。 抗压性能差。抗压性能差。24、B B纤维增强塑料纤维增强塑料 突出优点是刚度好，价格比突出优点是刚度好，价格比C C纤维还贵。纤维还贵。、SiCSiC纤维增强塑料纤维增强塑料 突出优点是与树脂相容性好。突出优点是与树脂相容性好。碳纤维头盔碳纤维头盔地铁闸瓦地铁闸瓦25芳芳纶纶纤纤维维增增强强C C纤纤维维增增强强2627聚合物基复合材料的性能聚合物基复合材料的性能在在与与体系确定后体系确定后，主要决定于，主要决定于。主要包括以下两个方面：主要包括以

14、下两个方面：28一是一是，即将，即将按产品的要求，按产品的要求，铺置铺置成一定的形状成一定的形状，一般就是产品的形状，一般就是产品的形状;二是二是，即把已，即把已铺置成一定形状的铺置成一定形状的，在，在温度、时间和压力等因素影响下温度、时间和压力等因素影响下使使下来，并能达到预期的性能要求。下来，并能达到预期的性能要求。293.2.1基体树脂的选取：基体树脂的选取：v受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续挤受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续挤压次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。压次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。v90)(7)表面处理过程表面处理过程38(8)脱模剂种类脱模剂种

15、类薄膜型脱模剂薄膜型脱模剂 vv聚酯薄膜（聚酯薄膜（0.04mm 或或0.1mm） 变形性小，价格贵变形性小，价格贵平板、波形板平板、波形板vv聚乙烯醇薄膜聚乙烯醇薄膜柔软性好，形状较复杂件柔软性好，形状较复杂件vv聚乙烯薄膜聚乙烯薄膜变形性较好，价格便宜，但表面光洁度较聚酯薄膜差，变形性较好，价格便宜，但表面光洁度较聚酯薄膜差，不易铺平，不能重复使用。不易铺平，不能重复使用。39液体脱模剂液体脱模剂vv聚乙烯醇溶液聚乙烯醇溶液 100150，干燥慢，干燥慢vv醋酸纤维素醋酸纤维素150200，光亮、平整、毒性小：价格贵，与环氧，光亮、平整、毒性小：价格贵，与环氧玻璃钢易粘结，常与其它脱模剂配

16、合使用玻璃钢易粘结，常与其它脱模剂配合使用vv聚苯乙烯聚苯乙烯 环氧树脂环氧树脂 ，100 ,有毒有毒vv过氯乙烯过氯乙烯渗透性好，多孔性模具，不能与制品直接接触，渗透性好，多孔性模具，不能与制品直接接触，120 vv硅橡胶和硅油硅橡胶和硅油150200，涂模后宜烘烤，涂模后宜烘烤150200/1-2h40油膏、蜡类脱模剂油膏、蜡类脱模剂v油膏类 硅脂、HK-50耐热油膏、变压器油、黄干油、凡士林油v蜡类 省工省料、价格便宜，脱模效果好，80 脱模剂使用：脱模剂使用：清洗模具表面，涂蜡，毛巾布清洗模具表面，涂蜡，毛巾布干擦，（溶剂挥发）硬化干擦，（溶剂挥发）硬化41v1940年 美国 玻璃纤维

17、增强聚酯 雷达罩v1958年 我国 玻璃钢艇A4243色料色料填料填料+尺寸修整尺寸修整缺陷修补缺陷修补44不受产品尺寸和形状限制，适宜不受产品尺寸和形状限制，适宜、产品的生产；产品的生产；、设备、设备； ；45易于满足产品设计要求，可以易于满足产品设计要求，可以在在产品不同部位产品不同部位制品制品，。46 低，低，大，大，差。差。 不易控制，不易控制，不高。不高。 产品产品较低。较低。47将分别将分别混有混有促进剂促进剂和和引发剂引发剂的的从喷枪两侧（或从喷枪两侧（或在喷枪内混合在喷枪内混合）喷）喷出，同时将出，同时将由喷枪中心由喷枪中心喷出，与树脂一起喷出，与树脂一起。氧化甲乙酮氧化甲乙酮

18、48对所用原材料对所用原材料有一定要求有一定要求，例如，例如树脂体系的树脂体系的，、和和以及以及等。等。最常用的树脂最常用的树脂是是在室温或稍高温度下在室温或稍高温度下即可即可固化的固化的等。等。495051玻璃粗砂代替织物，降低成本；玻璃粗砂代替织物，降低成本；可提高可提高24倍；倍；产品整体性好，无接痕；产品整体性好，无接痕；可减少飞边，裁布屑；可减少飞边，裁布屑；尺寸不少限制。尺寸不少限制。树脂含量高，制品强度低；树脂含量高，制品强度低；单面光滑；单面光滑；污染环境污染环境优优点点缺缺点点大型船体大型船体浴盆浴盆机械外罩机械外罩52是一种古老的技术，早在是一种古老的技术，早在20世世纪初

19、就出现了纪初就出现了酚醛塑料酚醛塑料模压成型。模压成型。模压成型是一种对模压成型是一种对和和都适用的都适用的纤维复合材料纤维复合材料成型方法。成型方法。53将定量的将定量的放入放入金属对模金属对模中，经中，经加热加热、加压固化加压固化成型的方法。成型的方法。54模压料的组成v合成树脂 （环氧树脂、酚醛树脂）v增强材料v（无捻粗纱、有捻粗砂、连续玻璃纤维束、v辅助材料 稀释剂、表面处理剂（偶联剂）、固化剂和促进剂、脱模剂、着色剂、填料硬脂酸盐硬脂酸盐熔点相差熔点相差20%重量重量2%沃兰沃兰硅烷硅烷钛酸酯钛酸酯甲基丙烯酸氯化甲基丙烯酸氯化铬络合物铬络合物 15-20%碳酸钙、滑石粉、碳酸钙、滑石

20、粉、石英粉、云母粉石英粉、云母粉活化填料活化填料5556模压成型工艺有模压成型工艺有，多数结构复杂的制品可，多数结构复杂的制品可，无需二次加工，无需二次加工，制品外观及尺寸的制品外观及尺寸的，容易实现容易实现等。等。57，压机及模具，压机及模具，制品尺寸受设备限制，一般只制品尺寸受设备限制，一般只的中、小型制品。的中、小型制品。58已成为已成为复合材料的重要复合材料的重要成型方法成型方法，在，在各种成型工艺中各种成型工艺中所占比例仅所占比例仅次于次于和和，居第三位。，居第三位。近年来随着近年来随着专业化专业化、自动化自动化和和生产效生产效率的提高率的提高，制品成本制品成本不断降低，使用范围不断

21、降低，使用范围越来越广泛。越来越广泛。59主要用作主要用作结构件结构件、连接件连接件、防护件防护件和和电气绝缘电气绝缘等，广泛应用于等，广泛应用于工业工业、农业农业、交通运交通运输输、电气电气、化工化工、建筑建筑、机械机械等领域。等领域。由于模压制品由于模压制品，在，在兵器兵器、飞机飞机、导导弹弹、卫星卫星上也都得到应用。上也都得到应用。60，是把一定层数的，是把一定层数的(纸纸)叠在一起，送入叠在一起，送入，在一定的温度和压在一定的温度和压力下力下的工艺。的工艺。属于属于干法压力成型范畴干法压力成型范畴，是复，是复合材料的一种主要成型工艺。合材料的一种主要成型工艺。61生产的制品生产的制品包

22、括各种包括各种、等。等。6263原材料质量v含胶量 2546%（ 293%）v挥发物含量 微孔 （酚醛树脂基1.53.3%）v不溶性树脂含量 预聚合程度 提高制品力学性能2550%64预浸胶布制备浸胶布制备v使用经热处理热处理或化学处理的破璃布，经浸浸胶槽浸渍浸渍树脂胶液，通过刮胶装置和牵引装置控制胶布的树脂含量，在一定的温度下烘烤烘烤，使树脂由A阶转至B阶，从而得到所需的预浸胶布。v复合材料层压板材、卷管和布带缠绕制品的半成品1545 s低低高高低低 三段三段65v胶布中的树脂熔化 （全压的1/31/2)v胶布在较低温度下开始固化v加快反应速度（升温不能过快，避免暴聚）v充分固化（树脂特性和

23、层合板厚度）v避免翘曲、开裂层压工艺层压工艺66是制品是制品表面光洁表面光洁、质量较好质量较好且且稳定稳定以及以及生产效率较高生产效率较高。是只能生产是只能生产板材板材，且且产品的尺寸大小受设备的限制产品的尺寸大小受设备的限制。673.2.63.2.6 缠绕成型缠绕成型v将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按一定将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按一定规律缠绕在芯模上，然后固化脱模得成品。规律缠绕在芯模上，然后固化脱模得成品。v湿法、干法、半干法。湿法、干法、半干法。v固化可室温或加热固化固化可室温或加热固化v适用于：中空高压容器。适用于：中空高压容器。 如：火箭发动机壳如：火箭发动机壳体、导弹发射

24、筒、大型储罐、管材等。体、导弹发射筒、大型储罐、管材等。6869聚脂、聚脂、环氧树脂环氧树脂酚醛、酚醛、热塑性树脂热塑性树脂70芯模材料v熔、溶性材料 石蜡、低熔点金属v组装式芯模材料和内衬材料 金属芯模 石膏、木材 内衬 防腐与密封 橡胶、塑料、不锈钢、铝合金等 71800mm73优点v 能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度；v比强度高，与钢质压力容器相比，重量可减轻4060v易实现机械化和自动化生产，产品质量稳定，可靠性高v生产效率高，缠绕速度快(240 m/min)v成本低：可合理配选若干种材料，达到最佳的技术经济效果。74缺点缺点v适应性小，不能缠任意结构形式的制品

25、，特别是表面有凹的制品；v需要有缠绕机芯根，固化加热炉投资大，技术要求高。75计算机控制的缠绕机计算机控制的缠绕机玻璃钢固化玻璃钢固化玻璃钢管道玻璃钢管道76 拉挤成型工艺中，首先将拉挤成型工艺中，首先将浸渍过树脂浸渍过树脂胶液的胶液的或或在牵引装置在牵引装置作用下作用下通过通过而而；777879其次，其次，在模中或固化炉中在模中或固化炉中，制成具，制成具有有特定横截面形状特定横截面形状和和长度不受限制的长度不受限制的复合材复合材料，如料，如、等。等。80要求： 增强纤维的增强纤维的强度高强度高、集、集、和容易被树脂胶液和容易被树脂胶液。：玻璃纤维、芳香族聚酰胺纤维、碳：玻璃纤维、芳香族聚酰胺

26、纤维、碳纤维以及金属纤维等。纤维以及金属纤维等。81排纱v排纱就是将增强材料放置在纱架上并将这些材料按照设计要求引出。v放纱形式：纤维内退 (纱架不动，玻璃纤维）；纤维外退（旋转，碳、芳纶等特种纤维） v不管在一层纱架上要穿多少束纤维，引出的纤维都不能互相之间产生缠结现象，必须严格独立，互不干扰。 82预成型 v引导浸胶后的呈扁平带状纤维逐渐演变成最接近拉挤产品的形状。同时挤去增强材料中多余的树脂，并排除带入材料中的气泡，以获得结构致密的拉挤制品。v预成型模，从简单到复杂逐渐过渡的，长度约为0.6-1.2m。 拉挤成型棒材 管状预成型模，一块板上制作一定数量的、呈放射性分布的过纱孔。 管材 芯

27、轴预成型模。 异型材 2到6块左右的预成型模组，以保证纤维与毡材能够较为顺利地合理过渡到合适的形状，与型材截面形状接近。83板状结构导纱板状结构导纱槽型结构导纱模组槽型结构导纱模组84玻璃钢拉挤模具 85成型模具的设计 v树脂体系固化反应的化学及物理特性v拉挤材料与模具壁的摩擦性能。v加热区温度的相互协调一致。 v预热区、凝胶区及固化区v“凝胶点”， “放热峰 ，“脱离点”。v使凝胶点、放热峰及脱离点靠近而且集中在凝胶区，否则可能出现产品力学性能差以及粘膜等现象。86牵引装置基本要求：v必须保证连续牵引；v牵引力、牵引速度可调，v夹持力可调，v夹头可随意更换v设计衬垫，以增强摩擦力，并减少对产

28、品外表面的损伤。 往复式夹持牵引装置，它具有两对可以在拉挤方向前后交替运动的牵引装置。87 ，易于实现自动化；，易于实现自动化； 制品中增强材料的含量一般为制品中增强材料的含量一般为40-80，能够充分发挥增强材料的作用，能够充分发挥增强材料的作用，；88不需要或仅需要进行少量加工，生不需要或仅需要进行少量加工，生产过程中产过程中； 制品的制品的，以适应不同制品的使用要求，其长度可以适应不同制品的使用要求，其长度可根根据需要据需要。89目前，随着目前，随着的不断发展，正向的不断发展，正向着着、热塑性和热固性树脂同时使热塑性和热固性树脂同时使用用的的和方向发展。和方向发展。生产生产，改进，改进和

29、和都将是都将是今后的发今后的发展方向。展方向。90其它拉挤成型工艺v弯曲制品拉挤成型 旋转模 GE 汽车板簧v有填料芯的拉挤成型发泡粘土、膨胀珍珠岩 树脂粒料温度v螺杆转速及背压 2550r/min 排除气体和挥发物，注射压力的815%v注射速度及压力注射速度及压力 50200MPa 1560s 热塑性热塑性 510s 热固性热固性v成型周期成型周期热敏性和熔体粘度98要求要求树脂与短纤维的树脂与短纤维的混合均匀混合均匀，混合体系有，混合体系有良好的流动性良好的流动性，而而纤维含量不宜过高纤维含量不宜过高，一般在，一般在30-40左右。左右。99所得制品所得制品的的、，除氟树脂外，几乎所有的除氟树脂外，几乎所有的都可都可以采用这种方法成型。以采用这种方法成型。