复合材料成型工艺2.ppt
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1、复 合 材 料成 型 与 加 工 技 术手糊成型工艺及设备手糊成型又称接触成型Hand Lay Up工艺流程 原材料增强材料纤维织物碳纤维玻璃纤维芳纶纤维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基体Hand Lay Up手糊成型工艺的优点:手糊成型工艺的优点:1 1、不受尺寸、形状的限制;、不受尺寸、形状的限制;2 2、设备简单、投资少;、设备简单、投资少;3 3、工艺简单;、工艺简单;4 4、可在任意部位增补增强材料,易满足产品设计要求;、可在任意部位增补增强材料,易满足产品设
2、计要求;5 5、产品树脂含量高,耐腐蚀性能好。、产品树脂含量高,耐腐蚀性能好。手糊成型工艺的缺点手糊成型工艺的缺点1 1、生产效率低,劳动强度大,卫生条件差;、生产效率低,劳动强度大,卫生条件差;2 2、产品性能稳定性差;、产品性能稳定性差;3 3、产品力学性能较低。、产品力学性能较低。2.1 原材料的选择原材料的选择选用的原材料必须满足选用的原材料必须满足3 3点要求点要求1 1、产品设计的性能要求、产品设计的性能要求2 2、手糊成型工艺要求、手糊成型工艺要求3 3、价格便宜、材料容易取得、价格便宜、材料容易取得2.1.1 聚合物基体的选择聚合物基体的选择 选用原则:选用原则:室温下固化凝胶
3、室温下固化凝胶 能配成粘度适中的胶液能配成粘度适中的胶液 0.20.5Ps0.20.5Ps双酚A型环氧树脂Tg 240 260 四缩水甘油基-4,4一二氨基二苯甲烷(TGDDM)芳香胺-二氨基二苯砜(DDS)不饱和聚酯乙烯基酯3 3、辅助剂、辅助剂不不饱饱和和聚聚酯酯树树脂脂的的辅辅助助剂剂包包括括交交联联剂剂、引引发发剂剂、促促进进剂剂、阻聚剂、光敏剂等。阻聚剂、光敏剂等。1)交联剂交联剂要要求求:高高沸沸点点,低低粘粘度度,能能溶溶解解树树脂脂、引引发发剂剂、促促进进剂剂、染染料料等等,反反应应活活性性大大,能能使使共共聚聚反反应应在在室室温温或或较较低低温温度度下下进行,能与树脂共聚形成
4、均相共聚物。进行,能与树脂共聚形成均相共聚物。常用交联剂:常用交联剂:苯苯乙乙烯烯、甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯、乙乙烯烯基基甲甲苯苯、邻邻苯苯二二甲甲酸酸二丙烯酯、邻苯二甲酸二丁酯。最常用的是苯乙烯。二丙烯酯、邻苯二甲酸二丁酯。最常用的是苯乙烯。2)、引发剂)、引发剂引发剂可以产生自由基,引发树脂体系进行固化反应。引引发剂可以产生自由基,引发树脂体系进行固化反应。引发剂一般为过氧化物,其通式为发剂一般为过氧化物,其通式为 ROORROOR。引发剂的主要类。引发剂的主要类型有:氢过氧化物、酸过氧化物、酮过氧化物、酯过氧化型有:氢过氧化物、酸过氧化物、酮过氧化物、酯过氧化物、二酰基过氧化物。物、
5、二酰基过氧化物。最常用的有:最常用的有:过氧化二苯甲酰过氧化二苯甲酰 过氧化环己酮(混合物)过氧化环己酮(混合物)过氧化甲乙酮(混合物)过氧化甲乙酮(混合物)O O C6H5-C-OO-C-C6H53)促进剂促进剂 常用的引发剂其临界温度均在常用的引发剂其临界温度均在60以上,说明单独以上,说明单独使用有机过氧化物,不能满足不饱和聚酯树脂使用有机过氧化物,不能满足不饱和聚酯树脂室温室温固化固化的要求。在促进剂的存在下,有机过氧化物的的要求。在促进剂的存在下,有机过氧化物的“分解活化能分解活化能”显著下降,可以使有机过氧化物的显著下降,可以使有机过氧化物的分解温度降到室温以下。分解温度降到室温以
6、下。这种能使引发剂降低分解活化能,降低引发这种能使引发剂降低分解活化能,降低引发温度的物质称为促进剂。温度的物质称为促进剂。引发剂促进剂体系引发剂促进剂体系称为称为引发系统引发系统 常用的引发剂促进剂体系有:常用的引发剂促进剂体系有:过氧化苯甲酰叔胺体系过氧化苯甲酰叔胺体系 过氧化环己酮环烷酸钴过氧化环己酮环烷酸钴 常用叔胺的反应活性顺序:常用叔胺的反应活性顺序:N,N二甲基对甲苯胺二甲基对甲苯胺 二甲基苯胺二甲基苯胺 二乙基苯胺二乙基苯胺A A 过氧化苯甲酰叔胺体系过氧化苯甲酰叔胺体系叔胺类叔胺类用量用量2020固化时间固化时间0 01010天天二乙基苯胺二乙基苯胺0.2%0.2%3030分
7、钟分钟二甲基苯胺二甲基苯胺0.2%0.2%1818分钟分钟N N,N N二甲基对甲苯胺二甲基对甲苯胺0.2%0.2%4 4分钟分钟叔胺促进剂对固化速度的影响叔胺促进剂对固化速度的影响不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂+1%过氧化苯甲酰过氧化苯甲酰B B 酮过氧化物环烷酸钴引发体系酮过氧化物环烷酸钴引发体系 也是不饱和聚酯树脂低温固化最常见的引发体也是不饱和聚酯树脂低温固化最常见的引发体系,环烷酸钴对聚酯固化速度的影响见下表。系,环烷酸钴对聚酯固化速度的影响见下表。引发剂及用量促进剂及用量固化时间2过氧化甲乙酮04860min2过氧化甲乙酮0.01环烷酸钴84min2过氧化环己酮02860min2过氧
8、化环己酮0.01环烷酸钴60min4)阻聚剂阻聚剂为为了了增增加加不不饱饱和和聚聚酯酯树树脂脂的的贮贮存存稳稳定定性性,调调节节适适用用期期,常常在在聚聚酯酯树树脂脂中中加加入入阻阻聚聚剂剂。(一一般般在在树树脂生产过程中就加入)脂生产过程中就加入)最最常常用用的的阻阻聚聚剂剂有有:对对苯苯二二酚酚、叔叔丁丁基基对对苯苯二二酚酚、硝基苯、亚硫酸盐等硝基苯、亚硫酸盐等 自自由由基基与与苯苯乙乙烯烯的的反反应应速速度度比比自自由由基基与与O O2 2的的反反应应速速度度慢慢10104 4倍倍,一一般般聚聚酯酯树树脂脂制制品品固固化化时时,表表面面应应覆覆盖盖聚聚酯酯薄薄膜膜。若若不不用用薄薄膜膜覆
9、覆盖盖,也也应应使使成成型型表表面面形形成成与与空空气气隔隔离离的的物物质质如如蜡蜡类类,否否则则自自由由基基与与周周围围空空气气中中的的O O2 2、H H2 2O O反反应应,耗耗去去大大部部分分自自由由基基,造成表面固化不完全而发粘。造成表面固化不完全而发粘。2.1.2.12.1.2.1增强材料的种类:增强材料的种类:(1)玻璃纤维种类)玻璃纤维种类E E玻璃纤维,无碱纤维,含碱玻璃纤维,无碱纤维,含碱0.80.8以下以下C C玻璃纤维,中碱纤维,含碱玻璃纤维,中碱纤维,含碱8 8左右左右A A玻璃纤维,有碱纤维,含碱玻璃纤维,有碱纤维,含碱12121515S S玻璃纤维,高强纤维,含碱
10、玻璃纤维,高强纤维,含碱0.30.3M M 高弹玻璃纤维高弹玻璃纤维L L防辐射玻璃纤维防辐射玻璃纤维2.1.3 增强材料的表面处理增强材料的表面处理一、表面处理的意义一、表面处理的意义 去污,增强了玻璃与树脂界面的粘接,防止水分或其去污,增强了玻璃与树脂界面的粘接,防止水分或其它介质的侵入,改善了界面状态,有效地传递应力,使它介质的侵入,改善了界面状态,有效地传递应力,使玻璃纤维与树脂间形成一个牢固的整体玻璃纤维与树脂间形成一个牢固的整体 偶偶联联剂剂是是一一种种改改善善玻玻纤纤的的表表面面性性质质,即即能能与与玻玻纤纤起起化化学学反反应应形形成成化化学学键键结结合合,又又能能与与树树脂脂起
11、起化化学学反反应应形形成成化化学学键键结结合合的的表表面面处处理理剂剂。它它可可以以加加强强复复合合材材料料的的界界面面结结合合,保保护护纤纤维维,防防止止水水分分等等有有害害介介质质的的侵侵入入;它它可可以以改改善善复复合合材材料料的的界界面面状状态态,有有效效传传递递应应力力,使使多多种种材材料料间间形形成成一一个个复合牢固的整体。复合牢固的整体。poor adhesion with a incompatible silane coupling agent.good adhesion with a compatible silane coupling agent.(4)玻璃纤维的处理方法)
12、玻璃纤维的处理方法 后处理法:后处理法:(对于对于“纺织型浸润剂纺织型浸润剂”)第一步除去浸润剂,有两种方法。第一步除去浸润剂,有两种方法。a a、洗涤法、洗涤法:在皂水或有机溶液中清洗,然后烘干。在皂水或有机溶液中清洗,然后烘干。b b、热处理法:(、热处理法:(250250450450)1h1h。第二步用表面处理剂处理(要求产品质量较高时),第二步用表面处理剂处理(要求产品质量较高时),处理步骤为处理步骤为:浸渍水洗烘干。浸渍水洗烘干。前处理法:前处理法:把表面处理剂就加入到把表面处理剂就加入到“浸润剂浸润剂”里里,在在拉丝时表面处理剂就被覆盖在了玻璃纤维上。拉丝时表面处理剂就被覆盖在了玻
13、璃纤维上。迁移法:迁移法:把表面处理剂加入到树脂胶液中,当玻璃把表面处理剂加入到树脂胶液中,当玻璃纤维浸胶时,树脂会迁移到纤维与树脂的界面上。纤维浸胶时,树脂会迁移到纤维与树脂的界面上。迁移法需要热处理后使用。迁移法需要热处理后使用。CARBON FIBERSCarbon fiber surfaces are chemically inactive and must be treated to form surface functional groups that promote good chemical bonding with the polymer matrix.1.Oxidative
14、 surface treatmentsThe gas-phase oxidationNitric acid2.Nonoxidative surface treatmentsCoated by styrenemaleic,anhydride copolymers,methyl acrylateacrylonitrile copolymer,and polyamides 2.22.2手糊成型模具与脱模剂手糊成型模具与脱模剂2.2.1模具的结构与材料模具的结构与材料一、结构一、结构 单模 对模 拼装模 阳模 阴模 阳模阳模:制品内表面尺寸准确,光滑。成型方便,便:制品内表面尺寸准确,光滑。成型方便,
15、便于通风。于通风。阴模阴模:制品外表面尺寸准确,光滑。阴模深操作不:制品外表面尺寸准确,光滑。阴模深操作不便、通风条件不好、卫生条件差。便、通风条件不好、卫生条件差。对模对模:由阴阳模两部分组成,制品内外表面均光滑,:由阴阳模两部分组成,制品内外表面均光滑,厚度准确。不适合成型批量少及大型制品(模具、厚度准确。不适合成型批量少及大型制品(模具、设备投资大)。设备投资大)。拼装模拼装模:一些形状复杂的产品,为了脱模方便,需:一些形状复杂的产品,为了脱模方便,需要利用拼装模,即把模具分成几块进行拼装,脱要利用拼装模,即把模具分成几块进行拼装,脱模时可以分块进行,比较方便。模时可以分块进行,比较方便
16、。二、材料二、材料 木材、石膏、水泥、玻璃钢、陶土、金属等。木材、石膏、水泥、玻璃钢、陶土、金属等。必须满足以下要求:必须满足以下要求:(1 1)满足产品尺寸、精度、外观及数量的要求;)满足产品尺寸、精度、外观及数量的要求;(2 2)有足够的强度与刚度,不易变形、损坏;)有足够的强度与刚度,不易变形、损坏;(3 3)不受树脂及辅助材料的浸蚀,不影响树脂固化;)不受树脂及辅助材料的浸蚀,不影响树脂固化;(4 4)易脱模,使用周期长;)易脱模,使用周期长;(5 5)价格便宜,材料易得。)价格便宜,材料易得。(1 1)木材)木材 要要求求均均质质、无无节节。常常用用红红松松、银银杏杏、枣枣木木等等。
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