復合材料工藝學-夾層結(jié)構(gòu)成型工藝.ppt

課件,3.1 概述,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3、夾層結(jié)構(gòu)成型工藝及設備,3.1 概述,由高強度的蒙皮(表層)與輕質(zhì)芯材組成的一種結(jié)構(gòu)材料。,玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu),蒙皮為玻璃鋼、芯材為玻璃布蜂窩或泡沫塑料等組成的結(jié)構(gòu)材料。,加入芯材的目的：維持兩面板之間的距離，使夾層面板截面的慣矩和彎曲剛度增大。,課件,3.1 概述,第三章 夾層結(jié)構(gòu),f簡支梁的彎曲擾度；P載荷；l梁的跨距；E彈性模量；J慣性矩；h梁的高度；EJ梁的剛度,可以在玻璃鋼板用量不變的情況下，使剛度提高。這種結(jié)構(gòu)可有效的彌補玻璃鋼彈性模量低、剛度差的不足。由于芯材的容重小，用它制成的夾層結(jié)構(gòu)，能在同樣承載能力下，大大減輕結(jié)構(gòu)的自重。,課件,3.1.1 發(fā)展概況,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.1.1發(fā)展概況,第二次世界大戰(zhàn)以來，在軍事、航空工業(yè)中得到發(fā)展。目前已在飛機，船舶，車輛，建筑，輕工，交通運輸?shù)榷鄠€領域廣泛應用。,飛機頭部的雷達罩、機翼、尾錐、地板、炸彈艙門等。,圍護墻扳、屋面板、隔墻板，透明的夾層結(jié)構(gòu)板在國外已廣泛用于工業(yè)廠房的屋頂采光。,玻璃鋼潛水艇、玻璃鋼掃雷艇、玻璃鋼游艇等。,航空工業(yè),建筑工業(yè),造船工業(yè),課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.1.2 類型、特點及應用,類型：,按芯層分類,泡沫夾層結(jié)構(gòu),按面層分類,波板夾層結(jié)構(gòu),蜂窩夾層結(jié)構(gòu),玻璃鋼,金屬,絕緣紙,膠合板,3.1.2 類型、特點及應用,夾層結(jié)構(gòu)中的主要受力部分,塑料板,夾層結(jié)構(gòu)中起連接和支撐面層板的作用，承受的是剪切應力。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.1.2.1 泡沫夾層結(jié)構(gòu) 泡沫夾層結(jié)構(gòu)的夾芯材料是泡沫塑料 特點：質(zhì)量輕、剛度大、保溫隔熱性能好、強度不高,3.1.2 類型、特點及應用,1-玻璃鋼面層 2-泡沫塑料,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.1.2 類型、特點及應用,泡沫塑料的構(gòu)造,由氣體填充的輕質(zhì)高分子合成材料，是一種氣固兩相體材料。,泡沫塑料結(jié)構(gòu),開孔泡沫塑料,閉孔泡沫塑料,氣體充填在由聚合物構(gòu)成的互不相通的格子中。,氣體充填在聚合物構(gòu)成的互相連通的格子內(nèi)。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.1.2 類型、特點及應用,開孔泡沫塑料,閉孔泡沫塑料,閉孔結(jié)構(gòu)的吸水性、透氣件、導熱性均較開孔結(jié)構(gòu)小，強度和剛度比開孔結(jié)構(gòu)高。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.1.2.2 蜂窩夾層結(jié)構(gòu) 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的夾芯材料是蜂窩材料(玻璃布蜂窩、紙蜂窩、棉布蜂窩等) 特點：質(zhì)量輕、強度大、剛度大 應用：構(gòu)件尺寸較大、強度要求較高的部件,3.1.2 類型、特點及應用,1-玻璃鋼面層 3-蜂窩玻璃布夾芯,3.1.2 類型、特點及應用,按平面投影形狀分類,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),正六邊形,菱形,矩形,正弦曲線形,有加強帶的六邊形,有加強帶六邊形蜂窩的強度為最高，其次是正六邊形蜂窩。但正六邊形蜂窩用料省、制造簡單。結(jié)構(gòu)效率最高，所以應用最廣。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.1.2 類型、特點及應用,T-蜂窩高度；L-縱向長度；W-橫向?qū)挾龋籧-蜂窩芯子的斜邊長度；d-蜂窩芯子的節(jié)線長度；t-蜂窩芯子的斜邊壁厚；-蜂窩芯子斜邊與節(jié)線間的夾角,蜂窩芯子,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.1.2.3 波板夾層結(jié)構(gòu) 波板夾層結(jié)構(gòu)的夾芯材料是波紋板(玻璃鋼波紋板、紙基波紋板和棉布波紋板)。 特點：制作簡單，節(jié)省材料，但不適用于曲面形狀的制品，質(zhì)量輕、剛度大。,3.1.2 類型、特點及應用,1-玻璃鋼面層 4-玻璃鋼波紋板,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),夾層結(jié)構(gòu)的共有特點：,質(zhì)輕、剛度大。,應用范圍,多用于尺寸較大，剛度要求高，強度要求不高的場合,3.1.2 類型、特點及應用,原因,材料的繞度與其厚度的3次方成正比，如果把厚度為h的玻璃鋼從中間等分，夾上2h 的芯材，厚度變?yōu)?h，則其剛度增加到原來剛度的27倍。,作業(yè)：夾層結(jié)構(gòu)為什么具有剛度大的特點？,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用原材料,3.2.1.1 玻璃布,蒙皮布：增強型浸潤劑處理的玻璃布。一般用無堿或低堿平紋布，0.10.2mm厚。對曲面制品用斜紋布(屬于加捻布)，變形性較好，有利于制品的成型加工。,用于制作蒙皮和蜂窩芯材,3.2.1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用原材料,3.2 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,不易變形，不脫蠟可以防止樹脂膠液滲到玻璃布的背面，產(chǎn)生粘連現(xiàn)象。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),芯材布：未脫蠟的無堿平紋布。,3.2.1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用原材料,有蠟玻璃布可防止樹脂滲透到玻璃布的背面，減少層間粘接，有利于蜂窩格子孔的拉伸。無堿平紋布不易變形，可提高芯材的擠壓強度。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.1.2 絕緣紙,可以用于制作蒙皮和蜂窩，要求具有良好的被浸潤性和足夠的拉伸強度，一般采用木質(zhì)纖維素紙或棉纖維紙。要求紙中不含有金屬和其它雜質(zhì)。,3.2.1.3 金屬箔,制作蜂窩可用鋁箔、不銹鋼箔和鈦合金箔等,3.2.1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用原材料,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.1.4 粘結(jié)劑 蒙皮浸膠、芯材浸膠、蒙皮芯材結(jié)合用膠。,環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、有機硅樹脂和DAP樹脂等,3.2.1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用原材料,蜂窩夾芯制做過程中的膠條,聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮丁醛膠和環(huán)氧樹脂等,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),(1) 聚醋酸乙烯酯,無毒，價格便宜，可在室溫下固化。 此種膠易溶于苯乙烯，故用此膠制作的蜂窩不能浸聚酯樹脂。它既可用機械涂膠，也適用于手工涂膠。,3.2.1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用原材料,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),(2) 聚乙烯醇縮丁醛膠,需加熱，加壓固化。120， 0.20.3MPa ， 固化時間24h 。它只適用于機械制造蜂窩芯子,(3) 環(huán)氧樹脂,6101（E-44），618#(E-51)， 634#(E-42) 等。 室溫固化，可用氨類固化劑固化。,3.2.1 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用原材料,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2 各種材質(zhì)蜂窩夾芯的制造,3.2.2 蜂窩夾芯的制造,密度,低密度夾芯,高密度夾芯,芯材：紙、棉布、玻璃布浸漬樹脂，泡沫塑料、鋁蜂窩夾芯； 蒙皮：膠合板、玻璃鋼、薄鋁板 芯材與蒙面膠結(jié)而成,芯材與蒙皮材料都采用不銹鋼或鈦合金，芯材制造及芯材與蒙皮的聯(lián)接多采用焊接的方法。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2.1 布蜂窩夾芯的制造（包括紙，棉布，玻璃布等）,制作方法：,膠接拉伸法 (手工涂膠法，機械涂膠法)、塑性膠接法、模壓法。,3.2.2 蜂窩夾芯的制造,首先在模具上糊制半六邊形蜂窩，再粘結(jié)成蜂窩。優(yōu)點：蜂窩尺寸穩(wěn)定，可成型任何形狀和規(guī)格的蜂窩夾芯，但需要大量模具，生產(chǎn)效率低。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2 蜂窩夾芯的制造,膠接拉伸法,將粘接劑通過不同的方式涂在玻璃布上形成膠條，相鄰兩層涂有膠條的玻璃布應使膠條錯開，形成一塊蜂窩芯子板。粘接劑充分固化，將蜂窩芯子板放在切紙機上切成一條條具有所要求高度的蜂窩芯子條，然后將蜂窩芯子展開，即成蜂窩。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),蜂窩芯子條,3.2.2 蜂窩夾芯的制造,展開的蜂窩,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),（1）手工涂膠法,只需將膠涂成一條、一條的形狀，將布粘接在一起，膠液固化后，將兩面層布拉開就可形成蜂窩。涂膠條的位置不同，形成不同形狀的蜂窩。,3.2.2 蜂窩夾芯的制造,a. 涂膠裝置,由上下兩塊板構(gòu)成，上板為涂膠板，可打開，鋪放膠條紙；下板為平板，可向左右移動2a的距離。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2 蜂窩夾芯的制造,b. 涂膠板制作 設正六邊形的邊長為a，則兩相鄰膠條的距離為4a。,由于粘接劑的膠液會沿著涂膠紙上膠縫的邊沿向兩邊滲透，使蜂窩格子的膠接寬度大于a，所以為了確保蜂窩格子正六邊形，在涂膠紙上刻的膠條寬度要稍小于a。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2 蜂窩夾芯的制造,膠條紙板的刻制,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2 蜂窩夾芯的制造,c. 涂膠工序,下板上鋪第一層布，蓋上上板(涂膠板)，刷膠；打開上板，鋪第二層布并使下板移動2a位置，刷膠；。因此；兩層布間每隔2a距離就有一個膠條黏結(jié)。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2 蜂窩夾芯的制造,（2）機械涂膠法,印膠法、漏膠法、帶條式膠涂法、波紋式涂膠法,生產(chǎn)效率較高，但漏膠嘴不易加工，膠條寬度不易控制，涂腔質(zhì)量較差，設備清洗也不方便，故很少用。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2 蜂窩夾芯的制造,印膠式自動涂膠機工藝示意圖 1-放布筒；2-張緊輥；3-印膠輥；4-遞膠輥；5-帶膠輥；6-導向輥；7-加熱器；8-收布卷筒；9-膠槽；10-調(diào)壓輥,工作原理：玻璃布從放布筒1引出后，經(jīng)過張緊輥2到第一道印膠輥，在布正面涂膠，然后經(jīng)過導向輥到第2道印膠輥，并在布的反面涂膠。涂膠后的玻璃布經(jīng)過加熱器加熱，在水平導向輥6處與末涂膠的玻璃布迭合，一起卷繞到收布卷筒8上。收卷到設計厚度時，從收布卷筒上將蜂窩芯子板取下，加熱固化后，切成蜂窩條備用。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2 蜂窩夾芯的制造,印膠輥示意圖,印膠凸環(huán),膠液通過帶膠輥和遞膠輥傳到印膠輥的凸環(huán)上，當玻璃布和印膠輥接觸時，膠液便被涂到玻璃布上去。第一道印膠輥和第二道印膠輥的凸環(huán)錯位2a。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2.3 蜂窩的拼接,制造大面積的制品及異形制品時，加工的蜂窩塊尺寸往往不能滿足要求，因此需要拼接。拼接時取少許粘結(jié)劑，涂在拼接處，搭接長度為正六邊形的邊長，將搭接處用曲別針或夾具固定、加壓、固化。,3.2.2 蜂窩夾芯的制造,蜂窩接長,蜂窩接寬,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.2.4 影響蜂窩夾層性能的因素,（1）含膠量對性能的影響 含膠量高，蜂窩強度高，容重也大。,3.2.2 蜂窩夾芯的制造,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),（2）玻纖布對性能的影響 厚度大，強度高，容重也大。,3.2.2 蜂窩夾芯的制造,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),（3）蜂窩尺寸的影響 蜂窩尺寸大，容重小，強度也小。,（4）蜂窩高度的影響 蜂窩高度大，制品剛度提高，彎曲強度提高； 壓縮強度降低。,作業(yè)：影響蜂窩夾層性能的主要因素有哪些？，如何影響？原因是什么？,3.2.2 蜂窩夾芯的制造,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.4.蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的制造,（1）一次成型法,將內(nèi)、外蒙皮和浸漬好樹脂的蜂窩芯材按順序放在模具上，一次膠合固化成型。成型壓力0.010.08MPa。 優(yōu)點：生產(chǎn)周期短，成型方便，蜂窩芯材與內(nèi)外蒙皮膠接強度高。 缺點：成型技術要求較高。,3.2.4 蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的制造,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),（2）二次成型法,將內(nèi)、外蒙皮分別成型，然后與芯材膠結(jié)在一起固化成型。(芯材可以是先固化好的，也可是沒有固化的) 優(yōu)點：制件表面光滑，易于保證質(zhì)量,（3）三次成型法,外蒙皮預先固化好；與芯材膠合進行二次固化；最后在芯材上膠合內(nèi)蒙皮進行三次固化。 優(yōu)點：表面光滑，成型過程中可進行質(zhì)量檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時排除。 缺點：生產(chǎn)周期長,3.2.4 蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)的制造,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.2.5 常見問題及解決措施,（1）分層，起泡及折皺,原因：成型壓力不足，產(chǎn)生分層起泡現(xiàn)象；玻璃布鋪放不平整造成折皺現(xiàn)象。 解決措施：提高成型壓力，加工時將玻璃布拉平。,（2）蜂窩壓癟現(xiàn)象,原因：蜂窩厚度不均勻，接觸處壓力集中；蜂窩端面剛性較差；濕法成型時，芯材尚未固化完全就加較大壓力。 解決措施：注意受力部位的平整度，減少應力集中，適當降低成型壓力。,3.2.5 常見問題及解決措施,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),（3）膠結(jié)不良,注意樹脂配方，提高成型壓力，可在蒙皮上加一層樹脂含量高的表面纖維氈。,3.2.5 常見問題及解決措施,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.3泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝及設備,3.3.1 各種泡沫夾層結(jié)構(gòu)的基本性能,突出特點,3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝及設備,常用泡沫塑料的性能見表34。,隔熱，隔音性能優(yōu)良(優(yōu)于蜂窩結(jié)構(gòu))，質(zhì)量輕，具有均勻傳遞外部載荷的性能。 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)的性能主要取決于泡沫塑料類型與性能。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.3.2 泡沫塑料夾芯構(gòu)造、種類、制作工藝,3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,構(gòu)造,1-玻璃鋼面層 2-泡沫塑料,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,第三章 夾層結(jié)構(gòu),泡沫塑料的構(gòu)造,由氣體填充的輕質(zhì)高分子合成材料，是一種氣固兩相體材料。,泡沫塑料結(jié)構(gòu),開孔泡沫塑料,閉孔泡沫塑料,氣體充填在由聚合物構(gòu)成的互不相通的格子中。,氣體充填在聚合物構(gòu)成的互相連通的格子內(nèi)。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,第三章 夾層結(jié)構(gòu),開孔泡沫塑料,閉孔泡沫塑料,閉孔結(jié)構(gòu)的吸水性、透氣件、導熱性均較開孔結(jié)構(gòu)小，強度和剛度比開孔結(jié)構(gòu)高。,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),(1) 按樹脂基體分類：,(2) 按泡沫塑料硬度分類：,硬質(zhì)、半硬質(zhì)、軟質(zhì),3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛、環(huán)氧、有機硅等,區(qū)別方法：將泡沫塑料壓縮，使其變形達到50%時，減壓后視其殘余變形： 大于10%稱為硬質(zhì)泡沫塑料； 在2%10%之間稱為半硬質(zhì)泡沫塑料；小于2%時稱為軟質(zhì)泡沫塑料。,分類,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),(3) 按泡沫塑料密度分類：,低密度(高發(fā)泡)泡沫塑料，小于0.1kg/m3； 中密度(中發(fā)泡)泡沫塑料，0.1-0.4 kg/m3； 高密度(低發(fā)泡)泡沫塑料，大于0.4kg/m3。,(4) 按燃燒性能分類：,可燃型、自熄型,3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.3.2.2 泡沫塑料的發(fā)泡方法,化學發(fā)泡法,機械發(fā)泡法,物理發(fā)泡法,3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,用機械方法將氣體混入聚合物形成泡沫，然后通過凝固獲得泡沫塑料,通過化學反應產(chǎn)生氣體形成泡沫結(jié)構(gòu),課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),（1）物理發(fā)泡法,惰性氣體法,低沸點溶液法,分為三種,高壓下使惰性氣體壓入熔融聚合物或糊狀復合物，升溫減壓，氣體膨脹發(fā)泡,摻加中空微球,3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,優(yōu)點：發(fā)泡后沒有發(fā)泡劑留下的殘渣，不會對制成的泡沫塑料的物理和化學性能有不利影響。缺點：此法需要比較復雜的高壓設備。,聚氯乙烯和聚乙烯泡沫塑料,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),（1）物理發(fā)泡法,惰性氣體法,低沸點溶液法,分為三種,摻加中空微球,3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,把低沸點液體溶于聚合物顆粒中，然后升高溫度，當樹脂軟化，液體蒸發(fā)時，形成泡沫塑料。,塑料中加入中空微球，經(jīng)固化制得泡沫塑料,聚苯乙烯泡沫塑料,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),（2）機械發(fā)泡法,用機械方法將氣體混入聚合物形成泡沫，然后通過凝固獲得泡沫塑料,3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,特點：,需選用合適的表面活性劑，以降低表面張力，使氣體分散均勻；要求攪拌形成的泡沫能夠穩(wěn)定一段時間，使泡壁內(nèi)的聚合物得以固定。,脲醛泡沫塑料,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),（3）化學發(fā)泡法,a. 利用原料組分相互反應產(chǎn)生氣體，形成泡沫結(jié)構(gòu)。,例：組合聚醚與異氰酸酯,b. 借助于化學發(fā)泡劑分解產(chǎn)生氣體，形成發(fā)泡結(jié)構(gòu)。,例：雙氧水(菱苦土發(fā)泡) 鋁粉(水泥發(fā)泡)等,3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,特點,設備簡單，質(zhì)量容易控制,課件,第三章 夾層結(jié)構(gòu),3.3 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造工藝,熱塑性泡沫塑料的發(fā)泡工藝,第一步：將原料放入模內(nèi)壓制成坯料,一定溫度壓力下樹脂軟化，發(fā)泡劑開始分解，樹脂達到粘流態(tài)時氣體形成微小的氣泡，均勻地分布在液體樹脂中，冷卻至玻璃化溫度即得坯料。,將坯料放在限制模內(nèi)，重新加熱，等物料處于高