成型工藝特點(diǎn)PPT課件

1、復(fù)合材料的材料工藝性概念復(fù)合材料的材料工藝性概念復(fù)合材料制件的固化特性復(fù)合材料制件的固化特性復(fù)合材料的質(zhì)量控制和檢測(cè)復(fù)合材料的質(zhì)量控制和檢測(cè)復(fù)合材料制品成型方法的選擇依據(jù)復(fù)合材料制品成型方法的選擇依據(jù)復(fù)合材料制品作為飛機(jī)構(gòu)件時(shí)的協(xié)調(diào)互換性要求復(fù)合材料制品作為飛機(jī)構(gòu)件時(shí)的協(xié)調(diào)互換性要求復(fù)合材料制品工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容復(fù)合材料制品工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容提綱第1頁(yè)/共65頁(yè)復(fù)合材料的材料工藝性 工藝性概念 了解工藝性的意義 改善材料工藝性的途徑 評(píng)定材料工藝性的主要依據(jù) 工藝性指標(biāo)及測(cè)定任何一種材料必須被加工成制品后才能發(fā)揮其特殊性。聚合物基復(fù)合材料種類繁多，性能各異，其材料的制造過(guò)程就是制品的制造過(guò)程，這使得對(duì)復(fù)合

2、材料工藝性的了解和掌握顯得特別重要。第2頁(yè)/共65頁(yè)工藝性概念工藝性概念聚合物復(fù)合材料的工藝性指復(fù)合材料或其各組成部分，在通過(guò)特定的工藝方法制造成特定制品的工藝過(guò)程中，操作的難易程度及制品質(zhì)量保證的難易程度。成型工藝成形工藝固化工藝第3頁(yè)/共65頁(yè)成型工藝包含兩個(gè)過(guò)程成形與固化成形 賦予構(gòu)件形狀form 原材料如何制成所需結(jié)構(gòu)形狀（成形方法 ）固化 固定構(gòu)件形狀cure 賦予復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件力學(xué)性能（固化方法）成形 固化化學(xué)變化(固化反應(yīng))化學(xué)物理耦合變化（粘流，密實(shí)）物理變化（流動(dòng)浸潤(rùn)）成型工藝Processing工藝性概念第4頁(yè)/共65頁(yè)這是由于不同的材料在工藝過(guò)程中表現(xiàn)出不同的物理化學(xué)行為

3、，而這種行為取決于材料的組分和各組分的結(jié)構(gòu)。同一制品可采用不同的材料，以及由材料決定的不同的工藝過(guò)程。具體的制件結(jié)構(gòu)和制造工藝方法，是表現(xiàn)材料工藝性的條件。如PI高溫性能好，但固化溫度高；Kevlar纖維韌性好，但不易剪斷；CF力學(xué)性能好，但操作難、脆。 不同材料表現(xiàn)出不同的工藝性使用性與工藝性不同第5頁(yè)/共65頁(yè) 賦予制品的最終形狀和大小，主要保證增強(qiáng)纖維的均勻分布以及在設(shè)定方向的高度排列 通過(guò)增強(qiáng)材料首先賦予制品以外形，并在固化過(guò)程通過(guò)模具和壓力完成成型工藝三要素：賦形、浸漬、固化賦形復(fù)合材料成型工藝的基本內(nèi)涵第6頁(yè)/共65頁(yè)浸漬n目的：排除氣體和浸潤(rùn)，以形成良好界面粘結(jié)和控制孔隙率n分為

4、兩類：先將原材料復(fù)合浸漬形成半成品（預(yù)浸料），再固化成型；或復(fù)合浸漬與固化成型一次完成復(fù)合材料成型工藝的基本內(nèi)涵第7頁(yè)/共65頁(yè) 熱固性樹脂的固化：樹脂由齊聚物(可溶可熔)反應(yīng)形成線性高分子，再交聯(lián)形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (不溶不熔) 熱固性樹脂的固化通常需要：固化劑、促進(jìn)劑，以及加熱 除熱引發(fā)外，還有輻射固化工藝 (如紫外光、電子束等)，適應(yīng)外場(chǎng)修補(bǔ)固化.復(fù)合材料成型工藝的基本內(nèi)涵第8頁(yè)/共65頁(yè)浸潤(rùn)impregnation密實(shí)compaction滲透流動(dòng)infiltration flow纖維在成型工藝中發(fā)生的物理變化第9頁(yè)/共65頁(yè)樹脂基體在固化過(guò)程中的兩個(gè)變化過(guò)程 線型結(jié)構(gòu) 體型結(jié)構(gòu)（化學(xué)變化

5、過(guò)程） 粘流態(tài) 玻璃態(tài)（物理變化過(guò)程） 化學(xué)變化的結(jié)構(gòu)往往是通過(guò)物理變化現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái) 對(duì)于化學(xué)變化過(guò)程而言，需要一定條件，促使反應(yīng)的環(huán)境如何實(shí)現(xiàn)固化工藝解決的問(wèn)題 對(duì)于物理變化過(guò)程而言，要得到一定形狀的產(chǎn)品，是用什么樣手段成形工藝解決的問(wèn)題第10頁(yè)/共65頁(yè)賦 形固 化成型工藝浸 漬成形方法固化方法熱固化電子束微波熱壓罐手糊袋壓RTM模壓纏繞拉擠噴射光固化復(fù)合材料成型工藝的分類常溫固化熱壓機(jī)固化熱壓罐固化干燥箱加熱紅外燈加熱第11頁(yè)/共65頁(yè)短切纖維4.76mm長(zhǎng)纖維12.7mm連續(xù)纖維SMC 噴射短切氈 連續(xù)氈織物 纏繞 預(yù)浸料容易加工的程度材料性能賦形、浸漬環(huán)節(jié)主要與增強(qiáng)纖維的預(yù)成型方法密

6、切相關(guān)第12頁(yè)/共65頁(yè)1)按賦形方法分為：層貼法 采用預(yù)浸料在模具上鋪覆成型的方法，如熱壓罐成型 采用連續(xù)纖維的增強(qiáng)材料（布、帶、氈）和低粘度膠液在模具上鋪覆成型的方法，如手糊成型沉積法利用壓縮空氣或抽空氣方法使短切纖維沉積到模具表面上的方法，如噴射成型第13頁(yè)/共65頁(yè) 將增強(qiáng)材料編織成與產(chǎn)品形狀尺寸基本一致的三維立體編織物，稱為纖維預(yù)成型體 用于RTM、RFI等各種液體成型(LCM)工藝中 厚度方向有增強(qiáng)纖維，可以獲得較高的層間強(qiáng)度纏繞法n將浸膠后的連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)材料（紗、布、帶）連續(xù)纏繞到芯?；騼?nèi)襯上的方法，如纏繞成型n適于成型回轉(zhuǎn)體制件，如壓力容器、管道等n特點(diǎn)：自動(dòng)化程度高，制品纖

7、維含量高、強(qiáng)度高編織法1)按賦形方法分為：第14頁(yè)/共65頁(yè)2)按成型壓力大小分為：將壓縮空氣通入橡皮囊，借助橡皮囊對(duì)制品均勻加壓（0.25-0.5MPa）真空袋成型用真空袋密封坯料和模具，通過(guò)抽去真空袋內(nèi)的空氣和揮發(fā)分對(duì)制品施加壓力（0.1MPa）氣壓室成型熱壓罐成型通過(guò)熱壓罐內(nèi)的壓縮氣體對(duì)真空袋中復(fù)合材料坯料進(jìn)行加壓（0.5-2.5MPa)接觸成型固化時(shí)不外加壓力，如手糊成型、噴射成型，也成為低壓成型第15頁(yè)/共65頁(yè)2)按成型壓力大小分為：樹脂傳遞模塑成型（RTM）利用壓力使低粘度樹脂在閉合模具內(nèi)流動(dòng)、浸潤(rùn)增強(qiáng)材料，注射成型壓力0.1-0.6MPa模壓成型 通過(guò)加熱使模壓料塑化，并加壓使

8、樹脂粘裹纖維一起流動(dòng)充滿模腔 批量大，數(shù)量多及外形復(fù)雜的小產(chǎn)品拉擠成型將連續(xù)性增強(qiáng)材料經(jīng)樹脂浸潤(rùn)后，在牽引力作用下通過(guò)具有截面形狀的成型模具，在模腔內(nèi)固化成型或在模腔內(nèi)凝膠出模后加熱固化第16頁(yè)/共65頁(yè)3)按開、閉模方式分為：閉模成型包括模壓成型、樹脂傳遞模塑、注射成型、增強(qiáng)反應(yīng)注射成型開模成型包括手糊成型、噴射成型、真空袋成型、壓力袋成型、熱壓罐成型、纏繞成型、拉擠成型、離心澆注成型閉模閉模第17頁(yè)/共65頁(yè)纖維預(yù)浸預(yù)浸料熱壓熱壓罐成型可制造各類復(fù)雜構(gòu)件，零件質(zhì)量?jī)?yōu)異。對(duì)工藝人員的技術(shù)要求高。生產(chǎn)效率低，設(shè)備投資大。真真空袋成型模具費(fèi)用低，設(shè)備投資少。壓力0.1Mpa，所以制件的質(zhì)量比較低

9、，一般用在民用產(chǎn)品上。壓壓力袋成型可產(chǎn)生大于0.1Mpa的壓力，設(shè)備投資少，工藝實(shí)施容易。軟軟模成型適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整體化成型過(guò)程，成型工藝對(duì)模具要求高。模壓壓成型尺寸精度高，表面光滑。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好?？缮a(chǎn)形狀復(fù)雜的制品，模具成型壓力大，適合大批量生產(chǎn)，模具費(fèi)用大。但是對(duì)質(zhì)量要求高的產(chǎn)品不合適。自動(dòng)鋪帶動(dòng)鋪帶法一種預(yù)浸料自動(dòng)化鋪疊成型方法，產(chǎn)品精度高，廢品率低，生產(chǎn)速度快，所用預(yù)浸料一般為干法預(yù)浸料，設(shè)備投資昂貴，是復(fù)合材料工藝化的一個(gè)發(fā)展方向。在線浸潤(rùn)纏繞纏繞成型產(chǎn)品強(qiáng)度高，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好。自動(dòng)鋪絲動(dòng)鋪絲法高度自動(dòng)化，適合于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如S型進(jìn)氣

10、道，生產(chǎn)效率低于自動(dòng)鋪帶法。拉擠擠成型適用生產(chǎn)等截面的線性型材，軸向強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率高。預(yù)成型體的液體成型長(zhǎng)程流動(dòng)RTM生產(chǎn)形狀復(fù)雜的小型整體制件，可實(shí)現(xiàn)高精度、無(wú)余量制造，適用于縫紉和編織技術(shù)，輔助材料用量極小，模具費(fèi)用高，批量生產(chǎn)中可顯著降低成本。厚度方向滲透RFI樹脂膜熔滲成型工藝，在一定溫度、壓力下樹脂膜熔融沿厚度方向浸漬纖維預(yù)成型體，可利用現(xiàn)有模具在熱壓罐中成型，制件孔隙率低，質(zhì)量好，適用于大型復(fù)雜壁板和加筋結(jié)構(gòu)，成本較低。SCRIMP在低壓下成型，多用于平板或小曲率層合板，成型設(shè)備要求低，模具費(fèi)用低。復(fù)合材料成型工藝的分類第18頁(yè)/共65頁(yè)了解工藝性的意義了解工藝性的意義l確定最適

11、宜的工藝參數(shù)，制定工藝規(guī)范。l指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，控制生產(chǎn)過(guò)程，保證產(chǎn)品質(zhì)量。l創(chuàng)造和發(fā)現(xiàn)新的、先進(jìn)的工藝方法。第19頁(yè)/共65頁(yè)原材料與模具準(zhǔn)備成形固化機(jī)加與裝配密封與噴漆復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造基本流程檢測(cè)檢測(cè)第20頁(yè)/共65頁(yè)其他缺陷固化不均勻夾雜 脫粘孔隙固化變形分層常見的復(fù)合材料制造缺陷設(shè)計(jì)要求可靠度0.99999若材料強(qiáng)度離散系數(shù)0.15設(shè)計(jì)許用值為平均強(qiáng)度34分散性 許用值 減重效率復(fù)合材料成型工藝的重要性第21頁(yè)/共65頁(yè)固化成型成本分解制造成本分解纖維 13樹脂510 制造727213 5 預(yù)浸料10 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造成本高，比重大復(fù)合材料成型工藝的重要性材料和制造固化和裝配第22頁(yè)/共6

12、5頁(yè)可靠性低成本成型工藝直接相關(guān)制造是關(guān)鍵結(jié)構(gòu)效率(高性能化)產(chǎn)品合格率(性能穩(wěn)定分散性小)成本效益復(fù)合材料成型工藝的重要性第23頁(yè)/共65頁(yè)改善材料工藝性的途徑改善材料工藝性的途徑 改進(jìn)現(xiàn)有工藝方法，使其與材料已知的物理、化學(xué)、力學(xué)性能相適應(yīng)。 改善現(xiàn)有材料，使其具有與現(xiàn)行的工藝方法相適應(yīng)的性能。 挖掘材料的新性能，同時(shí)創(chuàng)造新工藝與新性能相適應(yīng)。 三條途徑彼此不孤立，相互滲透、互相補(bǔ)充。第24頁(yè)/共65頁(yè)評(píng)定材料工藝性的主要依據(jù)評(píng)定材料工藝性的主要依據(jù) 產(chǎn)品質(zhì)量、性能的波動(dòng)程度。 經(jīng)濟(jì)性。包括制件制造工藝過(guò)程中全部費(fèi)用多少（工藝裝備和設(shè)備的復(fù)雜昂貴程度、工藝路線長(zhǎng)短、工人技術(shù)水平、能源消耗等

13、）和必要材料耗費(fèi)的多少。 對(duì)人體的危害程度。 具體材料在制件制造工藝過(guò)程中所表現(xiàn)出的工藝性：如熱固性樹脂的浸潤(rùn)性、粘結(jié)性、流動(dòng)性、固化性，預(yù)浸料揮發(fā)物含量、含膠量，模壓料收縮率、壓縮比等等。第25頁(yè)/共65頁(yè)工藝性指標(biāo)及測(cè)定工藝性指標(biāo)及測(cè)定1.熱固性樹脂工藝指標(biāo)的測(cè)定與控制 為了利于纖維被樹脂浸潤(rùn)，要求樹脂有較低的初始粘度。如果室溫下粘度過(guò)大，可采用提提高樹脂溫度、加入溶劑高樹脂溫度、加入溶劑或控制膠液粘度控制膠液粘度等措施調(diào)節(jié)。粘度計(jì)法針入度法濃度-比重法測(cè)定控制樹脂粘度液流粘度計(jì)法落球粘度計(jì)法旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)法第26頁(yè)/共65頁(yè)從配膠到粘度增至一定值而在工藝上失去使用價(jià)值的這一段時(shí)間，稱樹脂的使

14、用期，也稱適用期。樹脂適用期定義測(cè)定室溫下測(cè)時(shí)間-粘度曲線確定樹脂膠液的 適用期通過(guò)測(cè)固化度、放熱曲線等對(duì)凝膠點(diǎn)做出判斷，從而確定樹脂的適用期意義避免成型時(shí)因樹脂凝膠（失去使用價(jià)值）而影響制件成型。第27頁(yè)/共65頁(yè)樹脂的放熱曲線不飽和聚酯放熱曲線圖不飽和聚酯放熱曲線圖第28頁(yè)/共65頁(yè)硬度法丙酮溶劑萃取法DSCDSC法法固化度的測(cè)定三個(gè)特征溫度點(diǎn)，即峰始溫度Ti、峰頂溫度Tp和峰終溫度TfDSC曲線分析酚醛樹脂差熱分析曲線的固化部分酚醛樹脂差熱分析曲線的固化部分TiTpTf第29頁(yè)/共65頁(yè)t -已固化樹脂的比重； 液-溫度tC時(shí)的浸漬液比重；G -試樣和金屬絲在空氣中的重量（克）；g-金屬

15、絲在空氣中的比重；G1-試樣和金屬絲在浸漬液中的重量（克）樹脂比重的測(cè)定通常在一定溫度下用比重瓶稱量試樣的重量與同體積水的重量，其比值即樹脂的比重。液體樹脂1GGgGt液已固化樹脂根據(jù)阿基米德原理：樹脂收縮率的測(cè)定 %100已固化樹脂的比重未固化樹脂的比重已固化樹脂的比重體積收縮率根據(jù)樹脂固化前后的比重，可由下式計(jì)算樹脂在固化過(guò)程中的收縮率第30頁(yè)/共65頁(yè)預(yù)浸料質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)決定了預(yù)浸料的使用期測(cè)定有三種方法（貼粘法）粘性樹脂含量揮發(fā)分含量空氣灼燒法計(jì)算法溶劑法：沸騰分離法、抽提法預(yù)浸料中適量的揮發(fā)分，可使樹脂在成型時(shí)具有一定的流動(dòng)性；揮發(fā)分含量太大，會(huì)在復(fù)合材料中形成很多孔隙。因而應(yīng)嚴(yán)

16、格控制和測(cè)定。單層試樣于恒溫箱中揮發(fā)的方法測(cè)揮發(fā)分含量2.預(yù)浸料性能指標(biāo)的測(cè)定第31頁(yè)/共65頁(yè)用以表征成型時(shí)樹脂的流動(dòng)性流動(dòng)性小，樹脂滲透纖維難，層間接觸不良； 流動(dòng)性大，工藝不便，嚴(yán)重流膠，會(huì)使復(fù)合材料貧膠。 適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，可以在成型時(shí)驅(qū)除層間空氣，降低空隙率，保證樹脂均勻性，提高復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度。將正方形預(yù)浸料正交鋪層在一定溫度壓力下加熱，以擠出樹脂的重量百分?jǐn)?shù)作為樹脂流量?；蛴妙A(yù)浸料固化后的試樣對(duì)角線方向增加的長(zhǎng)度(mm)作為樹脂流出量。樹脂流出量第32頁(yè)/共65頁(yè) 凝膠：微觀上，聚合物分子鏈間的交聯(lián)點(diǎn)迅速增加的現(xiàn)象； 宏觀上，膠液粘度開始迅速增大的現(xiàn)象。凝膠時(shí)間：在一定的溫度條件

17、下，樹脂膠液從反應(yīng)開始至凝膠的時(shí) 間間隔。凝膠時(shí)間的測(cè)定 直接法：將預(yù)浸料放在兩塊玻璃片間，施壓，擠出樹脂測(cè)定，以 開始加壓到樹脂不再拉成絲作為凝膠時(shí)間。 間接法：用溶劑抽提出預(yù)浸料中的樹脂，蒸發(fā)掉溶劑，再測(cè)定。 因需要去除溶劑，會(huì)容易使樹脂部分固化。 凝膠化時(shí)間與凝膠化溫度的關(guān)系:高溫區(qū)，溫度變化對(duì)凝膠化時(shí)間影 響不大；低溫區(qū)，溫度降低，凝膠化時(shí)間大大延長(zhǎng)。凝膠時(shí)間第33頁(yè)/共65頁(yè)a)T固化Tgg ，僅有玻璃化作用b)Tgg T固化Tg，有凝膠作用和玻璃化作用c)TgT固化，僅有凝膠化作用熱固化體系的三T狀態(tài)圖三類固化行為3.復(fù)合材料工藝確定及固化過(guò)程的監(jiān)測(cè)與監(jiān)控Tgg 凝膠化作用和玻璃化

18、作用同時(shí)發(fā)生的固化 溫度Tg 熱固化體系最大的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度環(huán)氧固化體系的三T狀態(tài)圖時(shí)間（100分）TgTgg玻璃化轉(zhuǎn)變固化溫度（10C）凝膠線由自動(dòng)扭辮分析儀測(cè)得一系列溫度的等溫時(shí)間-力學(xué)譜圖，可繪制出上圖，由該圖可以確定凝膠時(shí)間，成型加壓時(shí)間以及預(yù)浸帶庫(kù)存溫度和復(fù)合材料后固化溫度。第34頁(yè)/共65頁(yè)燃燒法測(cè)樹脂重量含量：基體的重量含量2321(%)100WWWW樹 脂 含 量W1 坩堝重量（克）；W2 坩堝加試樣總重量（克）； W3 灼燒后坩堝和余渣的總重量（克）4.復(fù)合材料基本指標(biāo)確定測(cè)定方法隨復(fù)合材料中纖維及樹脂的性質(zhì)而異。有燃燒法、酸蝕法、比重法、顯微鏡法、工藝估算法、導(dǎo)電法及射線法

19、。第35頁(yè)/共65頁(yè)基體的體積含量 測(cè)定基體體積含量，有助于了解復(fù)合材料的強(qiáng)度和模量。 酸蝕（濃酸消溶樹脂）法()cfcrcrWWVWVr 樹脂體積含量；Wc 復(fù)合材料重量；Wf 復(fù)合材料中纖維重量；c 復(fù)合材料比重f 纖維比重第36頁(yè)/共65頁(yè) 顯微鏡法纖維的體積含量100%ffNSVSN：給定面積S內(nèi)的纖維根數(shù)S：給定面積Sf：纖維平均截面積第37頁(yè)/共65頁(yè)孔隙含量孔隙含量是鑒定復(fù)合材料質(zhì)量好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。 孔隙含量高，抗疲勞能力低，對(duì)水的滲透和大氣作用比較敏感，強(qiáng)度波動(dòng)大，對(duì)層間剪切強(qiáng)度的影響尤為顯著。 吸水法、超聲波C掃描法、 射線照相法 密度法、顯微鏡法。第38頁(yè)/共65頁(yè) 制

20、品從熱模中取出后，因冷卻而引起尺寸縮小的現(xiàn)象稱為收縮。 收縮的表示：以標(biāo)準(zhǔn)試件的收縮尺寸與試件冷卻后尺寸的比值表示。該值對(duì)設(shè)計(jì)模具有重要意義。 兩種表示法：收縮率100成型試件的熱模尺寸-試件冷卻后尺寸實(shí)際收縮率試件冷卻后尺寸100模腔室溫尺寸試件冷卻后尺寸計(jì)算收縮率試件冷卻后尺寸第39頁(yè)/共65頁(yè)復(fù)合材料制品在成型固化過(guò)程中，增強(qiáng)材料不發(fā)生什么變化，樹脂膠液由可溶性樹脂變?yōu)椴蝗懿蝗蹣渲?，即由線型結(jié)構(gòu)變?yōu)榱Ⅲw網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。固化特性研究制件在工藝過(guò)程中內(nèi)在的能量變化與物質(zhì)變化。如：固化過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律、流動(dòng)規(guī)律、粘度的變化規(guī)律、溫度分布、壓力的變化及其相互關(guān)系。 固化工藝?yán)碚摴袒^(guò)程第40頁(yè)/共

21、65頁(yè)是指剛配完膠，樹脂呈無(wú)定形的線型或帶有支鏈型的分子結(jié)構(gòu)。它的流動(dòng)是整個(gè)分子的相對(duì)位移。流動(dòng)的難易與分子的鏈長(zhǎng)有關(guān)。固化過(guò)程的三個(gè)階段：隨時(shí)間變化，樹脂由流動(dòng)階段向凝膠階段轉(zhuǎn)移。在凝膠階段，分子量增大及分子間部分交聯(lián)，表現(xiàn)為粘度增大，使樹脂變?yōu)槟z狀態(tài)。由于反應(yīng)放熱，這個(gè)轉(zhuǎn)變過(guò)程一旦開始，則進(jìn)行的非?？?，決定于樹脂膠液的性質(zhì)及組分。流動(dòng)階段凝膠階段硬固階段此階段是樹脂的最后定型階段。在這個(gè)階段保持時(shí)間越長(zhǎng)，樹脂固化的越充分，物理機(jī)械性能越好。為促進(jìn)這一過(guò)程加快，往往采用加溫后處理。后處理溫度高低決定于樹脂性能。第41頁(yè)/共65頁(yè)固化工藝參數(shù)膠液的固化，除與樹脂本身的結(jié)構(gòu)、固化劑交聯(lián)劑等其他

22、組分有關(guān)外，外界條件對(duì)復(fù)合材料制品的質(zhì)量也起到很重要的作用，即工藝參數(shù)的三要素-溫度、壓力、時(shí)間。溫度：溫度高低、升溫速率（C/分）、保溫時(shí)間長(zhǎng)短壓力：壓力大小、加壓時(shí)機(jī)、保壓時(shí)間第42頁(yè)/共65頁(yè)a.固化工藝參數(shù)是根據(jù)工藝?yán)碚摰贸龅膶?duì)外在過(guò)程的描述。b.固化工藝參數(shù)的研究就是根據(jù)復(fù)合材料各組分的本質(zhì)與相互關(guān)系，找出復(fù)合材料最佳性能所需要的溫度、壓力和時(shí)間以及相互變化的制約關(guān)系。含義研究手段i.長(zhǎng)期以來(lái)工藝參數(shù)的研究采用經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法，通過(guò)大量樹脂基體體系的澆注料及制成復(fù)合材料試件的破壞性試驗(yàn)，根據(jù)性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)決定工藝參數(shù)。這種方法一般效果不好。ii.隨著熱分析技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用，大

23、大推動(dòng)、簡(jiǎn)化了工藝參數(shù)，且明顯提高了質(zhì)量的可靠性。第43頁(yè)/共65頁(yè)固化工藝參數(shù)的確定確定方法：DSC法、DDA法（介電分析法） 粘度法（粘度曲線，可定加壓帶）確定加壓時(shí)機(jī)，固化溫度，固化時(shí)間a) 固化溫度與保溫時(shí)間溫度、壓力的大小除與樹脂膠液的工藝性如膠液的凝膠時(shí)間，固化反應(yīng)速度、放熱峰值溫度等有關(guān)，還與制品的厚度、大小及性能要求、設(shè)備條件等其他因素有關(guān)。保持時(shí)間主要與材料的固化速度、制品形狀和厚度有關(guān)，溫度的影響更大。第44頁(yè)/共65頁(yè) 50C脫模Tt典型溫控曲線 預(yù)熱階段 中間保溫階段（低反應(yīng)速度凝膠） 升溫階段（提高反應(yīng)速度） 最后保溫階段（充分固化） 冷卻階段 后處理 控溫曲線對(duì)于加

24、熱固化的樹脂，通常固化溫度分為五個(gè)階段（圖中實(shí)線部分）。第45頁(yè)/共65頁(yè)目的，使膠液在較低溫度下進(jìn)行凝膠。一般選取開始反應(yīng)的溫度范圍或略高一些。厚制品導(dǎo)熱慢，保溫溫度應(yīng)偏低一點(diǎn)，薄制品略高。保溫溫度要根據(jù)配方特性和制品的厚度決定。保溫時(shí)間長(zhǎng)短取決于膠液在保溫溫度下、在制品中的凝膠時(shí)間。一旦凝膠便可繼續(xù)升溫，凝膠前瞬時(shí)加全壓。中中間間保保溫溫階階段段預(yù)預(yù)熱熱階階段段目的是使制品內(nèi)外均勻的升溫；進(jìn)一步使溶劑揮發(fā)；降低樹脂粘度，以便對(duì)增強(qiáng)纖維再作深度浸漬；促進(jìn)樹脂流動(dòng)，以使含膠量均勻。 一般取從室溫到開始顯著反應(yīng)的溫度。反應(yīng)不劇烈，因而升溫速度較快，時(shí)間較短，壓力為全壓的1/31/2。第46頁(yè)/共

25、65頁(yè)降溫要緩慢均勻，一般至50C以下才允許脫模，防止制品變形和樹脂開裂。目的:使樹脂充分固化。保溫溫度取在放熱峰和反應(yīng)終了之間的范圍內(nèi)。保溫時(shí)間取決于樹脂配方的特性、制件厚度及性能要求、保溫溫度等。目的:使凝膠的樹脂在壓力下加快反應(yīng)速度。升溫速度對(duì)制品質(zhì)量影響極大，要根據(jù)配方、厚度及質(zhì)量要求等因素決定。升溫速率降低，制品的強(qiáng)度提高；但升溫速度太慢會(huì)影響生產(chǎn)效率。一般厚制品升溫速率比薄制品慢，酚醛樹脂基膠液比環(huán)氧酚醛樹脂膠液慢。升溫階段升溫階段最后保溫最后保溫階段階段冷卻階段冷卻階段第47頁(yè)/共65頁(yè)b)固化壓力壓力的控制 包括壓力大小、加壓時(shí)機(jī)、加壓次數(shù)。這取決于樹脂的特性。酚醛樹脂的成型壓

26、力比環(huán)氧及不飽和聚酯樹脂的成型壓力大。干法成型的成型壓力比濕法成型大。加壓次數(shù)、加壓大小與樹脂膠液的初始粘度樹脂膠液的初始粘度、制品厚度制品厚度有關(guān)有關(guān)。有資料表明：16層環(huán)氧樹脂基單向纖維層壓板需0.340.59MPa，32層的 需1.181.37MPa，64層的 需1.373.43MPa。作用：使制品密實(shí)，防止氣泡、分層，控制含膠量（大小、均勻程度）原則：第48頁(yè)/共65頁(yè) 加壓曲線：將T-t與P-t繪圖，以便更好的操作。 加壓時(shí)機(jī)：預(yù)加壓：保證成型，使貼合模腔 加全壓：凝膠化轉(zhuǎn)變點(diǎn)附近，與加壓帶寬度有關(guān) 加壓過(guò)早：凝膠流失（貧膠） 加壓過(guò)晚：制件疏松（富膠） 壓力大?。焊鶕?jù)基體品種（有無(wú)

27、低分子無(wú)析出、是否使 用溶劑等）、制件要求（密實(shí)性、厚度）及工 藝方法（加壓方式）來(lái)確定。第49頁(yè)/共65頁(yè)復(fù)合材料的質(zhì)量控制和檢測(cè)復(fù)合材料的質(zhì)量控制和檢測(cè)復(fù)合材料制品固化過(guò)程的內(nèi)應(yīng)力問(wèn)題質(zhì)量控制成型工藝過(guò)程中的問(wèn)題第50頁(yè)/共65頁(yè)復(fù)合材料制品固化過(guò)程的內(nèi)應(yīng)力問(wèn)題復(fù)合材料制品固化過(guò)程的內(nèi)應(yīng)力問(wèn)題制品的收縮問(wèn)題：由于基體固化收縮，使制品在固化過(guò)程中產(chǎn)生 內(nèi)應(yīng)力，引起產(chǎn)品變形，產(chǎn)生裂紋，降低壽命等。1.內(nèi)應(yīng)力的種類收縮應(yīng)力熱應(yīng)力結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力膠液固化時(shí)的收縮所引起的內(nèi)應(yīng)力。纖維和基體的線膨脹系數(shù)不同及溫度梯度引起的應(yīng)力。指制品在成型過(guò)程中所形成的內(nèi)應(yīng)力。 例：纏繞制品在成型過(guò)程中施加了工藝張力，使制

28、品固化后，保留在制品中形成了結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力。第51頁(yè)/共65頁(yè)2.內(nèi)應(yīng)力對(duì)制品性能的影響收縮應(yīng)力固化時(shí)化學(xué)鍵交聯(lián)，鍵長(zhǎng)縮短。 r1 ：基體線收縮系數(shù) 基體收縮受拉，纖維受壓。但基體承受拉力有限，超過(guò)極限時(shí)，產(chǎn)生裂紋。所以收縮率過(guò)大的膠粘劑，導(dǎo)致內(nèi)聚破壞或界面破壞。因基體有松弛特性，基體收縮需要很長(zhǎng)時(shí)間，可以用加熱的方法加速制品內(nèi)的應(yīng)力松弛，使制品尺寸穩(wěn)定，提高固化度，從而提高制品性能。r1=E rr1影響：形成：后處理：第52頁(yè)/共65頁(yè)熱應(yīng)力 影響：制品變形，出現(xiàn)微裂紋，界面脫粘等。 緩和辦法：r2= E rr2r2 ：基體熱應(yīng)變結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力 形成：主要是對(duì)纖維加有張力的成型方法有影響。采用冷卻后

29、脫模。否則，趁熱脫模后的制品，由于失去了模具的限制，在熱應(yīng)力作用下變形隨意性大。第53頁(yè)/共65頁(yè)質(zhì)量控制質(zhì)量控制1.低壓成型制件的主要缺陷2.制件缺陷的修補(bǔ)3.影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素氣泡、分層、皺褶、變形表面缺陷：凹坑、表面分層、注膠內(nèi)部缺陷：加貼增強(qiáng)材料纖維表面處理質(zhì)量（基體浸潤(rùn)性與粘附性）基體含量及分布的均勻性工藝規(guī)程的執(zhí)行及工藝條件的控制、準(zhǔn)確性成型及固化過(guò)程產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力第54頁(yè)/共65頁(yè)4.產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)5.輔助檢驗(yàn) 外觀質(zhì)量檢驗(yàn)。檢驗(yàn)內(nèi)容：外形、尺寸、表面質(zhì)量、變形、皺褶 檢驗(yàn)方法：目測(cè)、量具、檢驗(yàn)工裝、夾具 內(nèi)部缺陷的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)內(nèi)容：氣泡、分層 檢驗(yàn)方法：a.非破壞性：超聲波、Xray

30、、紅外、微波 b.破壞性：抽樣破壞性試驗(yàn) 物理機(jī)械性能檢驗(yàn)。檢驗(yàn)內(nèi)容：熱物理性能、介電性能、力學(xué)性能 檢驗(yàn)方法：平行試驗(yàn)件、抽樣 選材：材料檢驗(yàn) 配膠：工藝條件檢驗(yàn) 工藝條件控制檢驗(yàn)第55頁(yè)/共65頁(yè)成型工藝過(guò)程中的問(wèn)題成型工藝過(guò)程中的問(wèn)題1.環(huán)境和模具的的溫度與濕度2.表面發(fā)粘現(xiàn)象溫度：影響樹脂體系粘度、使用等，影響固化（對(duì)室溫固化體系而言）。所以，環(huán)境溫度與模具溫度最好一致。濕度：水分有阻聚作用，影響固化，形成內(nèi)部缺陷。 空氣、水分的阻聚作用 仍有未揮發(fā)的低分子物 固化不完全第56頁(yè)/共65頁(yè)3.制品內(nèi)氣泡多 基體粘度大 選材不當(dāng)，如玻璃布密度大 溶劑分子未揮發(fā)完全 鋪層不緊密（如室溫固化手糊成型） 固化制度不當(dāng)，如加壓小或加壓遲等。第57頁(yè)/共65頁(yè)4.固化不完全5.分層現(xiàn)象 樹脂配方計(jì)算有誤，或配制時(shí)工藝不當(dāng) 工藝過(guò)程吸水嚴(yán)重 固化制度不當(dāng) 纖維表面未處理 樹脂配方有誤 鋪層不當(dāng)、不緊，或加壓過(guò)小、過(guò)遲 貧膠 固化度低第58頁(yè)/共65頁(yè) 采用可低壓成型的樹脂配方，固化時(shí)不放出揮發(fā)性產(chǎn)物，或者單位時(shí)間內(nèi)放出的揮發(fā)性副產(chǎn)物量較少。 使填料預(yù)成型，即預(yù)先將浸漬填料配制成接近制品形狀的坯料，或?qū)⑻盍项A(yù)成型再浸漬膠液。這樣成型時(shí)不需很大的相對(duì)流動(dòng)，減小了材料內(nèi)摩擦和材料與模具的摩擦力，也就節(jié)省了克服這些摩擦力的一部分壓力。 利用彈性