復(fù)合材料手煳成型工藝及設(shè)備

復(fù)合材料手煳成型工藝及設(shè)備第1頁/共88頁生產(chǎn)中建立起來的成型方法有：

8.模壓成型

9.注射成型

10.擠出成型

11.纖維纏繞成型

12.拉擠成型

13.連續(xù)板材成型

14.層壓或卷制成型

15.熱塑性片狀模塑料熱沖壓成型

16.離心澆鑄成型

其中，9，10，15為熱塑性樹脂基復(fù)合材料成型工藝

第2頁/共88頁選擇成型工藝方法的原則

選擇成型方法時(shí)，必須同時(shí)滿足材料性能、產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益等多種因素，具體包括：

1.產(chǎn)品的外形構(gòu)造和尺寸大小

2.產(chǎn)品性能和質(zhì)量要求（如材料的物化性能、產(chǎn)品的強(qiáng)度及表面粗糙度等）

3.生產(chǎn)批量的大小及供應(yīng)時(shí)間（允許的生產(chǎn)周期）

4.企業(yè)可提供的設(shè)備條件及資金

5.綜合經(jīng)濟(jì)效益第3頁/共88頁第4頁/共88頁6.2手糊成型工藝及設(shè)備

手糊成型又稱接觸成型。是用纖維增強(qiáng)材料和樹脂膠液在模具上鋪敷成型，在室溫或加熱無壓（或低壓）條件下固化，脫模成制品的工藝方法。第5頁/共88頁工藝第6頁/共88頁手糊成型法分類：

手糊成型按成型固化壓力可分為兩類；接觸壓和低壓（接觸壓以上）接觸壓為手糊成型、噴射成型。低壓成型包括對(duì)模成型、真空成型、袋壓成型以及樹脂傳遞模塑（RTM）和反應(yīng)注射模塑（RIM）成型等。第7頁/共88頁手糊成型特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.適宜尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜產(chǎn)品2.設(shè)備簡單、投資少3.工藝簡便4.可以在產(chǎn)品不同部位任意增補(bǔ)增強(qiáng)材料5.樹脂含量較高缺點(diǎn)是：

1.效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大2.產(chǎn)品質(zhì)量不易控制3.力學(xué)性能較低第8頁/共88頁6.2.1原材料選擇

1).聚合物基體的選擇要求⑴能在室溫下凝膠、固化

⑵膠液粘度適當(dāng)0.2-0.5Pa.s⑶無毒或低毒

⑷價(jià)格便宜

不飽和聚酯樹脂，用量約占各類樹脂的80％主要牌號(hào)196#、191、189、198；其次是環(huán)氧樹脂15%，主要牌號(hào)E-51、E-44、E-42。航空結(jié)構(gòu)制品采用高性能樹脂，須高溫高壓固化成型第9頁/共88頁第10頁/共88頁第11頁/共88頁第12頁/共88頁2)輔助材料

稀釋劑:調(diào)整樹脂黏度。有活性和非活性兩種。非活性加入量為5%-15%。填料:降低成本，改善樹脂性能（減小收縮率、自熄性、耐磨性等）。有粘土、碳酸鈣、白云石、滑石粉、石英砂、石墨、聚氯乙烯粉等。糊制垂直或傾斜面時(shí)，可加少量活性SiO2

。色料：改變制品外觀。一般不使用有機(jī)顏料和碳黑

第13頁/共88頁3)增強(qiáng)材料1）.玻璃纖維

A一玻璃纖維E一玻璃纖維（無堿）S一高強(qiáng)玻璃纖維M一高彈玻璃纖維和L一防輻射玻璃纖維，c-中堿玻璃纖維玻璃纖維制品無捻粗紗、短切纖維氈、無捻粗紗布、

玻璃纖維細(xì)布、

單向織物2）.碳纖維聚丙烯睛（PAN）纖維、瀝青纖維和粘膠纖3）.Kevlar纖維

第14頁/共88頁

6.2.2手糊成型模具與脫模劑

6.2.2.1模具結(jié)構(gòu)與材料模具結(jié)構(gòu)--單模和對(duì)模兩類成整體式或拼裝式第15頁/共88頁6.2.2.2.模具材料

木材石膏石蠟可溶性鹽低熔點(diǎn)金屬金屬

第16頁/共88頁6.2.2.3模具設(shè)計(jì)要?jiǎng)t

根據(jù)制品的數(shù)量、確定模具材料與結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度光潔度拐角曲率半徑應(yīng)大于2mm拔模斜度，一般為2°耐熱性造價(jià)

第17頁/共88頁6.2.2.4模具設(shè)計(jì)程序

分析原始資料選定原材料及制造方法確定模具結(jié)構(gòu)及脫模方法編制模具制造工藝技術(shù)規(guī)程繪制模具圖紙

第18頁/共88頁6.2.2.5其他膠衣樹脂應(yīng)具有收縮率低、延伸率高、耐磨耐熱等優(yōu)良性能

脫模劑

脫模劑分外脫模劑和內(nèi)脫模劑兩大類。外脫模劑主要應(yīng)用于手糊成型和冷固化系統(tǒng)，內(nèi)脫模劑主要用于模壓成型和熱固化系統(tǒng)

①薄膜型脫模劑---聚酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、玻璃紙

②混合溶液型脫模劑--聚乙烯醇溶液

③蠟型脫模劑

第19頁/共88頁第20頁/共88頁

6.2.3手糊工藝過程

6.2.3.1原材料準(zhǔn)備

（1)膠液準(zhǔn)備--根據(jù)產(chǎn)品的使用要求確定樹脂種類，并配制樹脂膠液.主要考慮的工藝因素1）膠液粘度0.2-0.8Pa.s

2）凝膠時(shí)間—–手糊作業(yè)結(jié)束后樹脂應(yīng)及時(shí)凝膠。一定溫度下，主要受引發(fā)劑、促進(jìn)劑或固化劑量的影響。手糊前應(yīng)做凝膠試驗(yàn)第21頁/共88頁3)其它影響因素：膠液體積、環(huán)境溫度與濕度、制品厚度與表面積大小、交聯(lián)劑蒸發(fā)損失、抑制聚合反應(yīng)的助劑、填料加入量。4)配制方法按配方比例先將引發(fā)劑等助劑和樹脂混合均勻備用，操作前再加入促進(jìn)劑攪拌均勻。加入引發(fā)劑的樹脂膠液，貯存期不能過長。一次配膠量不要過多。

第22頁/共88頁促進(jìn)劑用量第23頁/共88頁聚脂配方第24頁/共88頁環(huán)氧配方第25頁/共88頁（2）增強(qiáng)材料準(zhǔn)備

1.表面處理2.布的下料注意下列各點(diǎn)：（1）布的方向性（2）同一鋪層搭接（3）剪裁布的大小第26頁/共88頁（3）膠衣糊準(zhǔn)備

膠衣糊用來制作表面膠衣層

33號(hào)膠衣樹脂，是有良好耐水性的間苯二甲酸型膠衣樹脂。36號(hào)膠衣樹脂，是制造不透明制品用的自熄性膠衣樹脂。39號(hào)膠衣樹脂，是氯代間苯二甲酸型耐熱自熄性膠衣樹脂。21號(hào)膠衣樹脂，是異戊二醇型膠衣樹脂。具有耐水煮、耐熱、不易污染及柔韌耐磨的特性。第27頁/共88頁膠衣層樹脂膠液配制33號(hào)膠衣樹脂100（質(zhì)量％）引發(fā)劑H4促進(jìn)劑E2-4膠衣樹脂技術(shù)指標(biāo)：外觀：顏色均勻，無雜質(zhì)，粘稠狀流體

酸值：10～15mgKOH/g（樹脂）凝膠時(shí)間：10～15min觸變指數(shù)：5.5～6.5貯存時(shí)間∶25℃6個(gè)月第28頁/共88頁（4）手糊制品厚度與層數(shù)計(jì)算

1）制品厚度的預(yù)測(cè)

t=mXk

t——

制品（鋪層）厚度，mm；

m——

材料質(zhì)量，kg／m2；

k——厚度常數(shù)，mm／（kg·m-2）（即每1kg／m2材料的厚度）。第29頁/共88頁第30頁/共88頁例1一手糊玻璃鋼制品，壁由5層800g／m2E玻璃布糊制，玻璃纖維含量為55％〔質(zhì)量比），樹脂密度為1．3，求該制品壁厚？樹脂與玻璃布質(zhì)量比：[100-55]/55=0.818樹脂質(zhì)量：0.818x5x0.8＝3.27（kg／m2）玻璃布厚度：5x0.8x0.391＝1.564（mm）

樹脂厚度：3.27x0.769＝2.514（mm）總厚度：1.564＋2.514=4.078（mm）第31頁/共88頁2）鋪層層數(shù)計(jì)算

n=A/[mf（kf+ckr）]式中:

A——手糊制品總厚度，mm；

mf——增強(qiáng)纖維單位面積質(zhì)量，kg／m2；

kf——增強(qiáng)纖維的厚度常數(shù),mm／（kg·m-2）；kr——樹脂基體的厚度常數(shù),mm／(kg·m-2）；

C——樹脂與增強(qiáng)材料的質(zhì)量比；

n——增強(qiáng)材料鋪層層數(shù)第32頁/共88頁例2玻璃鋼制品由0．4中堿方格布和不飽和聚酯樹脂（密度1．3g／cm3）糊制，含

膠量為55％，壁厚10mm，求布層數(shù)？查表:kf——增強(qiáng)纖維的厚度常數(shù)=0.408mm／（kg·m-2）

kr——樹脂基體的厚度常數(shù)=0.769mm／（kg·m-2）0．4中堿方格布mf=340g／m2樹脂與玻璃纖維質(zhì)量比c=55/（100-55）=1.222n=A/[mf（kf+ckr）]=10/[0.34（0.408+1.222X0.769）]=22層第33頁/共88頁6.2.3.2糊制(l)表面層1)膠衣層厚度控制在0.25～

0.5mm,或用單位面積用膠量控制，300～500g/m22)膠衣層通常采用涂刷和噴涂兩種方法。涂刷膠衣一般為兩遍，必須待第一遍膠衣基本固化后再涂刷第二遍第34頁/共88頁3）表面氈膠衣層開始凝膠時(shí)，應(yīng)立即鋪放一層較柔軟的增強(qiáng)材料，最理想的是玻璃纖維表面氈。既能增強(qiáng)膠衣層（防止龜裂），又有利于膠衣層與結(jié)構(gòu)層（玻璃布）的粘合。膠衣層全部凝膠后，可開始手糊作業(yè)。涂刷膠衣的工具是毛刷，毛要短、質(zhì)地柔軟。注意防止漏刷和裹入空氣噴涂是采用噴槍進(jìn)行的，噴槍口徑為2．5mm時(shí)，適宜的噴涂壓力為0.4-0.5MPa（槍口壓力）

第35頁/共88頁4)影響膠衣噴涂的因素：

（a）觸變指數(shù)對(duì)噴涂霧化程度有影響（b）溫度溫度低時(shí)霧化不好（c）嚴(yán)防在膠衣層內(nèi)混入氣泡。（d）噴涂過程中因苯乙烯揮發(fā)而造成固化不良，質(zhì)量下降。（e）不能在膠衣層內(nèi)帶入水。

第36頁/共88頁(2)鋪層控制

盡可能連續(xù)，切忌隨意切斷或拼接拼接的形式有搭接與對(duì)接兩種多次固化拼接第37頁/共88頁6.2.3.3固化

(1)不飽和聚酯樹脂的固化不飽和聚酯樹脂的線型分子與交聯(lián)劑變成體型結(jié)構(gòu)，必須加入引發(fā)劑、促進(jìn)劑不飽和聚酯樹脂的固化是放熱反應(yīng)。聚酯樹脂從粘流態(tài)轉(zhuǎn)為不能流動(dòng)的凝膠，最后轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗懿蝗鄣膱?jiān)硬固體的固化過程可分為三個(gè)階段：凝膠階段、定型階段（硬化階段）、熟化階段（完全固化階段）第38頁/共88頁（2）不飽和聚酯樹脂固化工藝控制

固化度表明熱固性樹脂固化反應(yīng)的程度，通常用百分率表示。常用判斷固化度的方法是測(cè)定制品的巴柯硬度值。一般巴柯硬度達(dá)到15%時(shí)便可脫模，精度高的制品，應(yīng)達(dá)到30%。手糊制品通常采用常溫固化。糊制操作的環(huán)境溫度應(yīng)高于15℃，濕度低于80%。脫模后繼續(xù)在高于15℃的環(huán)境溫度下固化或加熱處理。第39頁/共88頁第40頁/共88頁制品室溫固化后，有的須在進(jìn)行加熱后處理。環(huán)氧玻璃鋼一般控制在150℃以內(nèi)，聚酯玻璃鋼一般在50~80℃之間。第41頁/共88頁6.2.3.4手糊工藝質(zhì)量控制(1)影響手糊制品質(zhì)量的因素概括為三方面：組分質(zhì)量；組分復(fù)合過程的成型與固化；制品的輔助加工。手糊制品質(zhì)量缺陷的主要表現(xiàn)為：膠衣層質(zhì)量不佳；纖維浸膠未浸透；纖維與基體粘結(jié)不良；存在氣泡、分層；股紗扭結(jié)與皺折、斷股紗與纖維端部松散；纖維方向偏離；纖維鋪層順序錯(cuò)位；固化不充分；翹曲開裂；局部富樹脂區(qū)；纖維體積含量不當(dāng)；接縫拼接不良等第42頁/共88頁產(chǎn)生上述缺陷的原因

纖維方面：纖維（或織物）質(zhì)量不均樹脂基體:粘度不適宜、揮發(fā)分含量等不合要求,含有雜質(zhì)等。施工作業(yè)：不按工藝規(guī)程操作。固化工藝：固化劑的質(zhì)量、用量不合要求；常溫固化的環(huán)境溫度、濕度不合要求；熱固化的溫度制度及加壓時(shí)機(jī)等不合要求。脫模存放、機(jī)械加工與連接等不當(dāng)。

第43頁/共88頁(2)質(zhì)量控制

產(chǎn)品質(zhì)量控制包括三方面：原材料的質(zhì)量控制；按標(biāo)準(zhǔn)檢查樹脂基體、固化劑、增強(qiáng)材料、溶劑等的常規(guī)指標(biāo)和特征指標(biāo)成型工藝過程：工裝、工序、操作、固化過程成品質(zhì)量檢驗(yàn)：表觀質(zhì)量、尺寸、重量、固化度、含膠量及機(jī)械性能。制品功能。如冷卻塔的熱力性能，浴缸的耐熱水性等。第44頁/共88頁（3）手糊成型易發(fā)生的缺陷及防治措施

（1）膠衣的缺陷：起皺、龜裂、變色

（2）制品皺縮、變形（3）翹曲和變形第45頁/共88頁制模第46頁/共88頁涂蠟第47頁/共88頁噴膠衣第48頁/共88頁皺縮第49頁/共88頁設(shè)計(jì)糊的方案第50頁/共88頁裁布第51頁/共88頁裁結(jié)構(gòu)材料第52頁/共88頁設(shè)計(jì)方案第53頁/共88頁配膠第54頁/共88頁攪拌第55頁/共88頁糊制工具第56頁/共88頁滾涂第57頁/共88頁刷涂第58頁/共88頁骨架第59頁/共88頁安置骨架第60頁/共88頁安置骨架方案第61頁/共88頁開模第62頁/共88頁6.2.4噴射成型工藝及設(shè)備

噴射成型一般是將分別混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的不飽和聚酯樹脂從噴槍兩側(cè)（或在噴槍內(nèi)混合）噴出，同時(shí)將玻璃纖維無捻粗紗用切割機(jī)切斷并由噴槍中心噴出，與樹脂一起均勻沉積到模具上。待沉積到一定厚度，用手輥滾壓，使纖維浸透樹脂、壓實(shí)并除去氣泡，最后固化成制品

第63頁/共88頁第64頁/共88頁6.2.4.1噴射成型方法

按膠液噴射動(dòng)力可分為：氣動(dòng)型氣動(dòng)型靠壓縮空氣的噴射將膠液霧化并噴涂到芯模上。部分樹脂和引發(fā)劑煙霧被壓縮空氣擴(kuò)散到周圍空氣中（如圖所示），因此這種形式已很少使用了。液壓型液壓型是無空氣的液壓噴涂系統(tǒng)。靠液壓將膠液擠成滴狀并噴涂到模具上。因沒有壓縮空氣造成的擾動(dòng)，所以沒有煙霧，材料浪費(fèi)少，如圖所示。

第65頁/共88頁按膠液混合形式可分為：

內(nèi)混合型內(nèi)混合型是將樹脂與引發(fā)劑分別送到噴槍頭部的紊流混合器充分混合，因?yàn)橐l(fā)劑不與壓縮空氣接觸，就不產(chǎn)生引發(fā)劑蒸汽，見圖。但缺點(diǎn)是噴槍易堵，必須用溶劑及時(shí)清洗。

外混合型是引發(fā)劑和樹脂在噴槍外的空中相互混合。由于引發(fā)劑在同樹脂混合前必須與空氣接觸，而引發(fā)劑又容易揮發(fā)，因此既浪費(fèi)材料又引起環(huán)境污染，如圖所示。

先混合型是將樹脂、引發(fā)劑和促進(jìn)劑先分別送至靜態(tài)混合器充分混合，然后再送至噴槍噴出。

第66頁/共88頁第67頁/共88頁噴射成型的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)用用以制造汽車車身、船身、浴缸、異型板、機(jī)罩、容器、管道與儲(chǔ)罐的過度層等。噴射成型的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率比手糊成型提高2~4倍，生產(chǎn)效率可達(dá)15kg/min，可用較少設(shè)備投資實(shí)現(xiàn)中批量生產(chǎn)。且用玻璃纖維無捻粗紗代替織物，材料成本低；產(chǎn)品整體性好，無接縫；可自由調(diào)變產(chǎn)品厚度、纖維與樹脂的比例。主要缺點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)污染大，樹脂含量高。制品強(qiáng)度較低。

第68頁/共88頁

6.2.4.2噴射成型工藝過程控制（1）噴射工藝參數(shù)1）制品纖維含量控制在28～33%。纖維長度一般為25～50mm。

2）噴射制品采用不飽和聚酯樹脂，含膠量約為60%左右。

3）膠液粘度應(yīng)在0.3～0.8Pa.s。觸變度以1.5～4為宜。4）噴射量與噴射壓力和噴嘴直徑有關(guān)，控制噴膠量在8～60g/s之間調(diào)變。

5）噴槍夾角

20°為宜。6）噴霧壓力要能保證兩組分樹脂均勻混合。

第69頁/共88頁（2）噴射成型工藝要點(diǎn)

1）成型環(huán)境溫度以25±5℃為宜。2）成型工序應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化，

3）噴射機(jī)應(yīng)由獨(dú)立管路供氣

4）樹脂膠液應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行加溫或保溫，以維持膠液粘度適宜。5）噴槍移動(dòng)速度均勻，相鄰兩個(gè)行程間重疊寬度應(yīng)為前一行程寬度的1/3，6）每個(gè)噴射面噴完后，立即用壓輥壓，

7）特殊部位的噴射

第70頁/共88頁噴射成型機(jī)

第71頁/共88頁第72頁/共88頁6.2.5樹脂傳遞模塑樹脂傳遞模塑為ResinTransferMolding，簡稱RTM.RTM是一種閉模成型工藝方法，其基本工藝過程為：將液態(tài)熱固性樹脂（通常為不飽和聚酯）及固化劑，由計(jì)量設(shè)備分別從儲(chǔ)桶內(nèi)抽出，經(jīng)靜態(tài)混合器混合均勻，注入事先鋪有玻璃纖維增強(qiáng)材料的密封模內(nèi)，經(jīng)固化、脫模、后加工而成制品。RTM工藝可以生產(chǎn)高性能、尺寸較大、高綜合度、數(shù)量中等到大量的產(chǎn)品，所以說RTM工藝也是一種很有前途的工藝方法。

第73頁/共88頁長4m高1m的福特車頂構(gòu)件第74頁/共88頁第75頁/共88頁RTM成型用設(shè)備

RTM成型用設(shè)備通?？煞譃槿蟛糠?，即控制樹脂部分或稱RTM成型機(jī)、壓機(jī)和模具。RTM成型機(jī)

第76頁/共88頁RTM模具RTM模具是RTM成型技術(shù)的關(guān)鍵，在性能上應(yīng)滿足：有良好的保溫性；在注入壓力下不變形；樹脂流失小；容易修正；價(jià)格低廉；使用壽命長；合模、啟模容易等。第77頁/共88頁RTM原材料

（1）樹脂系統(tǒng)1）粘度低。一般在０.25~０.３Pa·s為最佳。

2）固化放熱峰低。一般為80~140℃。

3）固化時(shí)間短。一般凝膠時(shí)間控制在5~30min之間。（2）增強(qiáng)材料一般以玻璃纖維為主，含量為25%~40%（質(zhì)量比）。（3）填料通常為樹脂用量的20%~40%（質(zhì)量比）。

第78頁/共88頁RTM工藝特點(diǎn)

1）主要設(shè)備（如模具和模壓設(shè)備等）投資少2）生產(chǎn)的制品兩面光滑、尺寸穩(wěn)定、容易組合3）允許制品帶有加強(qiáng)筋、鑲嵌件和附加物，設(shè)計(jì)靈活，從而獲得最佳結(jié)構(gòu)4）

對(duì)樹脂和填料的適用性廣泛5