第八章 復(fù)合材料的成型加工技術(shù)

第八章復(fù)合材料的成型加工技術(shù)

一、復(fù)合材料簡(jiǎn)介1.復(fù)合材料兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料組分材料相對(duì)獨(dú)立性能具有協(xié)同效應(yīng)組成：基體、增強(qiáng)材料2.分類（1）按增強(qiáng)材料形態(tài)連續(xù)纖維復(fù)合材料短纖維復(fù)合材料粒狀填料復(fù)合材料編織復(fù)合材料（2）按增強(qiáng)纖維種類玻璃纖維復(fù)合材料碳纖維復(fù)合材料有機(jī)纖維復(fù)合材料金屬纖維復(fù)合材料陶瓷纖維復(fù)合材料（3）按基體材料聚合物基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料無(wú)機(jī)非金屬基復(fù)合材料（4）按材料作用結(jié)構(gòu)復(fù)合材料功能復(fù)合材料3.特點(diǎn)協(xié)同效應(yīng)性能可設(shè)計(jì)性可制成所需任意形狀產(chǎn)品，避免多次加工工序二、聚合物基復(fù)合材料的成型加工技術(shù)成型固化工藝：成型：將預(yù)浸料根據(jù)產(chǎn)品要求，鋪置成一定形狀，一般就是產(chǎn)品形狀固化：使已鋪置成一定形狀的疊層預(yù)浸料，在溫度、時(shí)間和壓力等因素影響下，使形狀固定下來(lái)，并能達(dá)到預(yù)計(jì)性能1.手糊工藝（1）工藝過(guò)程1）原材料選擇a.聚合物基體要求：能在室溫下凝膠、固化，并在固化中無(wú)低分子物產(chǎn)生能配制成粘度適當(dāng)?shù)哪z液無(wú)毒或低毒價(jià)格低主要有:不飽和聚酯樹脂環(huán)氧樹脂聚酰亞胺聚馬來(lái)酰亞胺

b.增強(qiáng)材料的選擇玻璃纖維及織物、碳纖維及織物、芳綸纖維等c.脫模劑內(nèi)脫模劑外脫模劑：薄膜型：聚酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、玻璃紙混合溶液型：聚乙烯醇溶液蠟型：石蠟、硅酯、凡士林等2）模具設(shè)計(jì)與制造a.分類單模、對(duì)模整體式、拼裝式b.模具材料玻璃鋼、木材、石膏-砂、石蠟、金屬等3）原材料準(zhǔn)備a.膠液準(zhǔn)備膠液粘度適宜凝膠時(shí)間指一定溫度條件下，從粘流態(tài)失去流動(dòng)性變成軟膠狀態(tài)的凝膠所需的時(shí)間b.增強(qiáng)材料準(zhǔn)備表面處理裁剪簡(jiǎn)單件按模具型面展開(kāi)圖制成樣板，按樣板裁剪；復(fù)雜件，分割成幾部分，分別制樣板，再裁剪注意布的經(jīng)緯方向c.膠衣糊準(zhǔn)備用來(lái)制作表層膠衣層的耐水性、自熄性、耐熱性、柔韌耐磨性等d.制品的厚度與層數(shù)計(jì)算4）糊制a.刷膠衣涂刷或噴涂b.結(jié)構(gòu)層的糊制膠衣層全部凝膠后開(kāi)始c.鋪層控制纖維盡可能連續(xù)拼接對(duì)接d.鋪層的二次固化拼接5）固化a.不飽和聚酯樹脂的固化及工藝引發(fā)劑：分解產(chǎn)生游離基促進(jìn)劑：使引發(fā)劑在較低溫度下產(chǎn)生大量游離基固化過(guò)程：凝膠階段、定型階段（硬化階段）、熟化階段（完全固化階段）b.固化度控制固化度表明熱固性樹脂固化反應(yīng)程度，以百分率表示；巴柯硬度;通過(guò)調(diào)控樹脂膠液中的固化劑含量和固化溫度來(lái)控制固化度6）脫模、修整與裝配*工藝流程（2）特點(diǎn)可生產(chǎn)尺寸大、批量小、形狀復(fù)雜件設(shè)備簡(jiǎn)單、投資少工藝簡(jiǎn)單易滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，可在一些部位增補(bǔ)增強(qiáng)材料生產(chǎn)率低，環(huán)境差，不易控制產(chǎn)品質(zhì)量2.模壓工藝將定量的模塑料或顆粒狀樹脂與短纖維的混合物放入敞開(kāi)的金屬對(duì)模中，閉模后加熱使其熔化，并在壓力下充滿模腔，形成與模腔相同形狀制品，再經(jīng)加熱使樹脂進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)固化，或冷卻使熱塑性樹脂硬化，脫模得復(fù)合材料制品（1）模壓料片狀模壓料（SMC）團(tuán)狀模塑料（DMC）散狀模塑料（BMC）（2）模壓工藝流程1）壓制前準(zhǔn)備a.模壓料預(yù)熱和預(yù)成型加熱：改善模壓料的工藝性能；縮短固化時(shí)間，降低成型壓力預(yù)成型b.裝料量的計(jì)算c.脫模劑的選用內(nèi)外結(jié)合2）壓制粘流、凝膠、硬固三階段a.裝模使物料流程最短對(duì)狹小流道及“死角”處，需預(yù)先鋪設(shè)料據(jù)制品使用受力情況，排列取向纖維，充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用物料鋪設(shè)盡量均勻以改善制品的均勻性盡可能使物料中纖維沿其流動(dòng)方向取向b.壓制壓力制度、溫度制度、固化時(shí)間溫度制度：裝模溫度、升溫速度、最高溫度、恒溫、降溫及后固化溫度等壓力制度：成型壓力、加壓時(shí)間、放氣等固化時(shí)間3.RTM工藝樹脂傳遞模塑（1）工藝過(guò)程將液態(tài)熱固性樹脂及固化劑，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、脫模后加工成制品。（2）特點(diǎn)主要設(shè)備投資少；生產(chǎn)的制品兩面光滑、尺寸穩(wěn)定；允許制品帶有加強(qiáng)筋結(jié)、鑲嵌件和附著物，可將制品制成泡沫夾層結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)靈活；制造模具時(shí)間短；對(duì)樹脂和填料的適用性廣泛；生產(chǎn)周期短，勞動(dòng)強(qiáng)度低，原料損耗少；產(chǎn)品后加工少；閉模成型，環(huán)境污染小。4.噴射成型（1）工藝過(guò)程（2）特點(diǎn)利用粗紗帶玻璃布，降低了材料費(fèi)用生產(chǎn)效率比手糊法高2~4倍無(wú)搭縫，制品整體性好減少了飛邊、裁屑和膠液剩余損耗樹脂含量高、制品強(qiáng)度低、現(xiàn)場(chǎng)粉塵大5.連續(xù)纏繞成型工藝連續(xù)纖維或帶經(jīng)過(guò)樹脂浸膠后，按一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后在加熱或常溫下固化，制成一定形狀制品（1）工藝過(guò)程（2）特點(diǎn)及應(yīng)用纖維能保持連續(xù)完整,按預(yù)定要求排列的規(guī)整度和精度高;可實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計(jì);比強(qiáng)度、比模量高;質(zhì)量較穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較高；設(shè)備投資大適于制作承受一定內(nèi)壓的中空型容器，如固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、壓力容器、大型貯罐、管道等，還可制造異型截面型材和變截面型材6.拉擠成型工藝（1）工藝過(guò)程樹脂要求粘度低，適用期長(zhǎng)，以熱固性樹脂為主過(guò)程：纖維輸送、纖維浸漬、成型與固化、夾持與拉拔、切割（2）特點(diǎn)及應(yīng)用生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；制品重增強(qiáng)材料的含量一般為40％～80％，能充分發(fā)揮增強(qiáng)材料作用，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；不需要或僅需要進(jìn)行少量加工；制品的縱向和橫向強(qiáng)度可任意調(diào)節(jié)；樹脂損耗少；強(qiáng)度可根據(jù)需要切割。7.擠出成型（1）工藝過(guò)程熱塑性樹脂粒狀增強(qiáng)材料過(guò)程：加料、塑化、成型、定型（2）特點(diǎn)及應(yīng)用8.注射成型工藝（1）工藝過(guò)程粒狀熱塑性樹脂（廣）、熱固性樹脂短纖維步驟：加料、熔化、混合、注射、冷卻硬化、脫模（2）特點(diǎn)及應(yīng)用9.層壓成型工藝（1）原材料基體：熱固性樹脂、有機(jī)硅樹脂增強(qiáng)材料：玻璃布、紙、棉布（2）工藝過(guò)程連續(xù)片狀增強(qiáng)材料、樹脂（表面處理或干燥）

浸漬

烘干

剪裁

疊塊

層壓

脫模

修整（3）特點(diǎn)及應(yīng)用三、金屬基復(fù)合材料的成型加工1.對(duì)制造技術(shù)的要求2.制造上的難點(diǎn)及解決途徑（1）難點(diǎn)制造溫度高，界面反應(yīng)控制困難金屬基體與增強(qiáng)材料間的浸潤(rùn)性差將增強(qiáng)材料按設(shè)計(jì)要求的含量、方向均布于基體中（2）解決途徑增強(qiáng)材料表面處理增強(qiáng)材料表面涂覆，以形成阻擋層或犧牲層，降低界面反應(yīng)，提高浸潤(rùn)性加入合金元素表面活性物質(zhì)，富集于界面，提高浸潤(rùn)性，形成擴(kuò)散阻擋層或優(yōu)先與增強(qiáng)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高浸潤(rùn)性，形成擴(kuò)散阻擋層優(yōu)化工藝參數(shù)和工藝方法3.制造方法分類（1）固態(tài)法（2）液態(tài)法（3）其他制造法（一）固態(tài)法1.粉末冶金法（1）工藝過(guò)程(2)特點(diǎn)及應(yīng)用金屬基體必須制成金屬粉末制備非連續(xù)增強(qiáng)體金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體含量不受限制2.熱壓法(熱壓擴(kuò)散結(jié)合法)(1)工藝過(guò)