复合材料成型工艺.pdf
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1、 树脂基复合资料成型工艺介绍 1:模压成型工艺 模压成型工艺是复合资料生产中最古老而又富裕无穷活力的一种成型方法。它是将必定量的预混料或预浸料参加金属对模内,经加热、加压固化成型的方法。模压成型工艺的主要长处:生产效率高,便于实现专业化和自动化生产;产品尺寸精度高,重复性好;表面光洁,无需二次修饰;能一次成型结构复杂的制品;因为批量生产,价钱相对便宜。模压成型的缺少之处在于模具制造复杂,投资较大,加上受压机限制,最合适于批量生产中 小型复合资料制品。跟着金属加工技术、压体制造水平及合成树脂工艺性能的不停改进和开 展,压机吨位和台面尺寸不停增大,模压料的成型温度和压力也相对降低,使得模压成型制
2、品的尺寸逐渐向大型化展开,目前已能生产大型汽车零件、浴盆、整体洗手间组件等。模压成型工艺按加强资料物态和模压料品种可分为以下几种:纤维料模压法 是将经预混 或预浸的纤维状模压料,投入到金属模具内,在必定的温度和压力下成型复合资料制品的方 法。该方法简易易行,用途宽泛。依据详细操作上的不一样,有预混料模压和预浸料模压法。碎布料模压法 将浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其余织物,如麻布、有机纤维布、石棉布 或棉布等的边角料切成碎块,而后在金属模具中加温加压成型复合资料制品。织物模压法 将早先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂胶液,而后放入金属模具中加热加压成型 为复合资料制品。层压模压法 将预浸过树脂
3、胶液的玻璃纤维布或其余织物,裁剪成所需 的形状,而后在金属模具中经加温或加压成型复合资料制品。环绕模压法 将预浸过树脂 胶液的连续纤维或布带,经过专用环绕机供给必定的张力和温度,缠在芯模上,再放入 模具中进行加温加压成型复合资料制品。片状塑料 SMC 模压法 将 SMC 片材按制品 尺寸、形状、厚度等要求裁剪下料,而后将多层片材叠合后放入金属模具中加热加压成型制 品。预成型坯料模压法 先将短切纤维制成品形状和尺寸相像的预成型坯料,将其放入金 属模具中,而后向模具中注入配制好的粘结剂 树脂混淆物,在必定的温度和压力下成型。模压料的品种有好多,能够是预浸物料、预混物料,也能够是坯料。目前所用的模压
4、料品种 主要有:预浸胶布、纤维预混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC 及 ZMC 等品 种。1、原资料 1 合成树脂 复合资料模压制品所用的模压料要求合成树脂拥有:对加强资料有优秀 的浸润性能,以便在合成树脂和加强资料界面上形成优秀的粘结;有合适的粘度和优秀的流动性,在压制条件下能够和加强资料一道平均地充满整个模腔;在压制条件下拥有适合的固化速度,并且固化过程中不产生副产物或副产物少,体积缩短率小;能够知足模压制 品特定的性能要求。按以上的选材要求,常用的合成树脂有:不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、聚丁二烯树脂、烯丙基酯、三聚氰胺树脂、聚酰
5、亚胺树脂等。为使模压制品抵达特定的性能指标,在选定树脂品种和牌号后,还应选择相应的协助资料、填料和颜料。2 加强资料 模压猜中常用的加强资料主要有玻璃纤维开刀丝、无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等,也有少许特种制品采纳石棉毡、石棉织物布和石棉纸以及高硅氧纤维、碳纤维、有机纤维如芳纶纤维、尼龙纤维等和天然纤维如 亚麻布、棉布、煮炼布、不煮炼布等等品种。有时也采纳两种或两种以上纤维混淆料作加强资料。3 协助资料 一般包含固化剂引起剂、促使剂、稀释剂、表面办理剂、低缩短增添剂、脱模剂、着色剂颜料和填料等协助资料。2、模压料的制备 以玻璃纤维 或玻璃布 浸渍树脂制成的模压料为
6、例,其生产工艺可分为预混法和预浸法两种。1 预混法 先将玻璃纤维切割成 30 50mm 的短切纤维,经蓬松后在捏合机中与树脂胶 液充分捏合至树脂完整浸润玻璃纤维,再经烘干晾干至合适粘度即可。其特色是纤维松 散无定向,生产量大,用此法生产的模压料比容大,流动性好,但在制备过程中纤维强度损失较大。2 预浸法 纤维预浸法是将整束连续玻璃纤维或布经过浸胶、烘干、切短而成。其 特色是纤维成束状,比较密切,制备模压料的过程中纤维强度损失较小,但模压料的流动性及料束之间的相容性稍差。树脂基复合资料成型工艺介绍 2:层压及卷管成型工艺 1、层压成型工艺 层压成型是将预浸胶布依据产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后,
7、放入两个抛光的金属模具之间,加温加压成型复合资料制品的生产工艺。它是复合资料成型工艺中展开较早、也较成熟的一种成型方法。该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。此刻,印刷电路板材已宽泛应用于各种收音机、电视机、机和挪动 机、电脑产品、各种控制电路等全部需要平面集成电路的产品中。层压工艺主要用于生产各样规格的复合资料板材,拥有机械化、自动化程度高、产质量量稳固等特色,但一次性投资较大,合用于批量生产,并且只好生产板材,且规格遇到设施的限制。层压工艺过程大概包含:预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后办理等工序,如以下列图:2、卷管成型工艺 卷管成型工是用预浸胶布在卷管机上热卷成
8、型的一种复合资料制品成型方法,其原理是借助 卷管机上的热辊,将胶布融化,使胶布上的树脂熔融。在必定的张力作用下,辊筒在运行过 程中,借助辊筒与芯模之间的摩擦力,将胶布连续卷到芯管上,直到要求的厚度,而后经冷 辊冷却定型,从卷管机上取下,送入固化炉中固化。管材固化后,脱去芯模,即得复合资料卷管。卷管成型按其上布方法的不一样而可分为手工上布法和连续机械法两种。其根本过程是:第一 清理各辊筒,而后将热辊加热到设定温度,调整好胶布张力。在压辊不施加压力的状况下,将引头布先在涂有脱模剂的管芯模上缠上约 1 圈,而后放下压辊,将引头布贴在热辊上,同时将胶布拉上,盖贴在引头布的加热局部,与引头布相搭接。引头
9、布的长度约为 800 1 200mm,视管径而定,引头布与胶布的搭接长度,一般为 150 250mm。在卷制厚壁管材 时,可在卷制正常运行后,将芯模的旋转速度合适加速,在靠近设计壁厚时再减慢转速,至 抵达设计厚度时,切断胶布。而后在保持压辊压力的状况下,持续使芯模旋转 1 2 圈。最 后提高压辊,丈量管坯外径,合格后,从卷管机上拿出,送入固化炉中固化成型。3、预浸胶布制备工艺 预浸胶布是生产复合资料层压板材、卷管和布带环绕制品的半成品。1 原资料 预浸胶布生产所需的主要原资料有加强资料如玻璃布、石棉布、合成纤维 布、玻璃纤维毡、石棉毡、碳纤维、芳纶纤维、石棉纸、牛皮等和合成树脂 如酚醛树脂、氨
10、基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂等。2 预浸胶布的制备工艺预浸胶布的制备是使用经热办理或化学办理的玻璃布,经浸胶 槽浸渍树脂胶液,经过刮胶装置和牵引装置控制胶布的树脂含量,在必定的温度下,经过一准时间的洪烤,使树脂由 A 阶转至 B 阶,进而获取所需的预浸胶布。往常将此过程称之为玻璃的浸胶。树脂基复合资料成型工艺介绍 3:环绕成型工艺 环绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维 或布带、预浸纱依据必定规律环绕到芯模上,而后经固化、脱模,获取制品。依据纤维环绕成型时树脂基体的物理化学状态不一样,分为干法环绕、湿法环绕和半干法环绕三种。1 干法环绕 干法环绕是采纳经过预浸胶办理的预浸纱或带
11、,在环绕机上经加热融化至 粘流态后环绕到芯模上。因为预浸纱 或带是专业生产,能严格控制树脂含量 精准到 2%之内 和预浸纱质量。所以,干法环绕能够正确地控制产质量量。干法环绕工艺的最大特色是生产效率高,环绕速度可达 100 200m/min,环绕机洁净,劳动卫生条件好,产质量量 高。其弊端是环绕设施贵,需要增添预浸纱制造设施,故投资较大别的,干法环绕制品的层间剪切强度较低。2 湿法环绕 湿法环绕是将纤维集束纱式带浸胶后,在张力控制下直接环绕到芯模 上。湿法环绕的长处为:本钱比干法环绕低40%;产品气密性好,因为环绕张力使多 余的树脂胶液将气泡挤出,并填满缝隙;纤维摆列平行度好;湿法环绕时,纤维
12、上的树 脂胶液,可减少纤维磨损;生产效率高达 200m/min。湿法环绕的弊端为:树脂浪 费大,操作环境差;含胶量及成质量量不易控制;可供湿法环绕的树脂品种较少。3 半干法环绕 半干法环绕是纤维浸胶后,到环绕至芯模的途中,增添一套烘干设施,将浸胶纱中的溶剂除掉,与干法对比,省却了预浸胶工序和设施;与湿法对比,可使制品中 的气泡含量降低。三种环绕方法中,以湿法环绕应用最为广泛;干法环绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。纤维环绕成型的长处 能够按产品的受力状况设计环绕规律,使能充散发挥纤维的强度;比强度高:一般来讲,纤维环绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器对比,重量可减少 40 60%;靠谱性
13、高:纤维环绕制品易实现机械化和自动化生产,工艺条件确立后,缠 出来的产质量量稳固,精准;生产效率高:采纳机械化或自动化生产,需要操作工人少,环绕速度快 240m/min,故劳动生产率高;本钱低:在同一产品上,可合理配选假定干种资料包含树脂、纤维和内衬,使其再复合,抵达最正确的技术经济成效。环绕成型的弊端 环绕成型适应性小,不可以缠随意结构形式的制品,特别是表面有凹的制品,因为环绕时,纤维不可以紧贴芯模表面而架空;环绕成型需要有环绕机,芯模,固化加热炉,脱模机及娴熟的技术工人,需要的投资大,技术要求高,所以,只有大量量生产时才能降低本钱,才能获取较的的技术经济效益。1、原资料 环绕成型的原资料主
14、假如纤维加强资料、树脂和填料。1 加强资料 环绕成型用的加强资料,主假如各样纤维纱:如无碱玻璃纤维纱,中碱玻璃纤维纱,碳纤维纱,高强玻璃纤维纱,芳纶纤维纱及表面毡等。2 树脂基体 树脂基体是指树脂和固化剂构成的胶液系统。环绕制品的耐热性,耐化学 腐化性及耐自然老化性主要取决于树脂性能,同时对工艺性、力学性能也有很大影响。环绕 成型常用树脂主假如不饱和聚酯树脂,也有时用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂等。关于一般 民用制品如管、罐等,多采纳不饱和聚酯树脂。对力学性能的压缩强度和层间剪切强度要求高的环绕制品,那么可采纳环氧树脂。航天航空制品多采纳拥有高断裂韧性与耐湿性能好的双马来酰亚胺树脂。3 填料 填
15、料种类好多,参加后能改良树脂基体的某些功能,如提高耐磨性,增添阻燃 性和降低缩短率等。在胶液中参加空心玻璃微珠,可提高制品的刚性,减小密度降低本钱等。在生产大口径地埋管道时,常参加 30%石英砂,借以提高产品的刚性和降低本钱。为了提高填料和树脂之间的粘接强度,填料要保证洁净和表面活性办理。2、芯模 成型中空制品的内模称芯模。一般状况下,环绕制品固化后,芯模要从制品内脱出。芯模设计的根本要求 要有足够的强度和刚度,能够承受制品成型加工过程中施加于芯模的各样载荷,如自重、制品重,环绕张力,固化应力,二次加工时的切削力等;能知足制品形状和尺寸精度要求,如形状尺寸,齐心度、椭圆度、锥度脱模,表面光洁度
16、和平坦度等;保证产品固化后,能顺利从制品中脱出;制造简单,造价低价,取材方便。芯模资料 环绕成型芯模资料分两类:熔、溶性资料和组装式资料。熔、溶性资料是指白腊,水溶性聚乙烯醇型砂,低熔点金属等,这种资料可用浇铸法制成空心或实心芯模,制品环绕成型后,从张口处通入热水或高压蒸汽,使其溶、熔,从制品中流出,流出的溶体,冷却后 重复使用。组装式芯模资料常用的有铝、钢、夹层结构、木材及石膏等。此外还有内衬资料,内衬资料是制品的构成局部,固化后不从制品中拿出,内衬资料的作用主假如防腐和密封,自然也能够起到芯模作用,属于这种资料的有橡胶、塑料、不锈钢和铝合金等 3、环绕机 环绕机是实现环绕成型工艺的主要设施
17、,对环绕机的要求是:能够实现制品设计的环绕规律和排纱正确;操作简易;生产效率高;设施本钱低。环绕机主要由芯模驱动和绕丝嘴驱动两全局部构成。为了除去绕丝嘴反向运动时纤维松线,保持张力稳固及在封头或锥形环绕制品纱带部署精准,实现小环绕角 0 15环绕,在环绕机上设计有垂直芯轴方向的横向进给 伸臂机构。为防备绕丝嘴反向运动时纱带转拧,伸臂上设有能使绕丝嘴翻志的机构。我国 60 年月研制成功链条式环绕机,70 年月引进德国 国产化生产,80 年月后我国引进了各样型式环绕机 40 功微机控制环绕机,并进入国际市场。WE-250 数控环绕机,改进后实现 多台,经过改进后,自己设计制造成 机械式环绕机种类
18、1 绕臂式平面环绕机 其特色是绕臂装有绕丝嘴环绕芯模做平均旋转运动,芯模绕自己轴线作平均慢速转动,绕臂即绕丝嘴每转一周,芯模转过一个小角度。此小角度对 应环绕容器上一个纱片宽度,保证纱片在芯模上一个紧挨一个地充满容器表面。芯模迅速旋 转时,绕丝嘴沿垂直地面方向迟缓地上下挪动,此时可实现环向环绕,使用这种环绕机的优 点是,芯模受力平均,机构运行安稳,排线平均,合用于干法环绕中小型短粗筒形容器。2 滚翻式环绕机 这种环绕机的芯模由两个摇支承,环绕时芯模自己轴旋转,两臂同步旋转使芯模翻腾一周,芯模自转一个与纱片宽相适应的角度,而纤维纱由固定的伸臂供给,实现平面环绕,环向环绕由附带装置来实现。因为滚翻
19、动作机构不宜过大,故此类环绕机只合用于小型制品,且使用不宽泛。3 卧式环绕机 这种环绕机是由链条带动小车绕丝嘴作来去运动,并在封头端有瞬 时停留,芯模绕自己轴作等速旋转,调整二者速度能够实现平面环绕、环向环绕和螺旋环绕,这种环绕机结构简单,用途宽泛,适合于环绕修长的管和容器。4 轨道式环绕机 轨道式环绕机分立式和卧式两种。纱团、胶槽和绕丝嘴均装在小车上,当小车沿环形轨道绕芯模一周时,芯模自己转动一个纱片宽度,芯模轴线和水平面的夹角为平面环绕角。进而形成平面环绕型,调整芯模和小车的速度能够实现环向环绕和螺旋环绕。轨道式环绕机合适于生产大型制品。5 行星式环绕机 芯轴和水平面倾斜成 角即环绕角。环
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