复合材料成型工艺2.ppt

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1、复 合 材 料 成 型 与 加 工 技 术,手糊成型工艺及设备 手糊成型又称接触成型Hand Lay Up 工艺流程,原材料,增强体,基体,Hand Lay Up,手糊成型工艺的优点： 1、不受尺寸、形状的限制； 2、设备简单、投资少； 3、工艺简单； 4、可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要求； 5、产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。 手糊成型工艺的缺点 1、生产效率低，劳动强度大，卫生条件差； 2、产品性能稳定性差； 3、产品力学性能较低。,2.1 原材料的选择 选用的原材料必须满足3点要求 1、产品设计的性能要求 2、手糊成型工艺要求 3、价格便宜、材料容易取得 2.1.1 聚合物基体

2、的选择 选用原则： 室温下固化凝胶 能配成粘度适中的胶液 0.20.5Ps,双酚A型环氧树脂,Tg 240 260 ,四缩水甘油基-4，4一二氨基二苯甲烷(TGDDM) 芳香胺-二氨基二苯砜(DDS）,不饱和聚酯,乙烯基酯,3、辅助剂 不饱和聚酯树脂的辅助剂包括交联剂、引发剂、促进剂、阻聚剂、光敏剂等。 1） 交联剂 要求：高沸点，低粘度，能溶解树脂、引发剂、促进剂、染料等，反应活性大，能使共聚反应在室温或较低温度下进行，能与树脂共聚形成均相共聚物。 常用交联剂： 苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲苯、邻苯二甲酸二丙烯酯、邻苯二甲酸二丁酯。最常用的是苯乙烯。,2）、引发剂 引发剂可以产生自由基，

3、引发树脂体系进行固化反应。引发剂一般为过氧化物，其通式为 ROOR。引发剂的主要类型有：氢过氧化物、酸过氧化物、酮过氧化物、酯过氧化物、二酰基过氧化物。 最常用的有： 过氧化二苯甲酰 过氧化环己酮（混合物） 过氧化甲乙酮（混合物）,O O C6H5-C-OO-C-C6H5,3） 促进剂 常用的引发剂其临界温度均在60以上，说明单独使用有机过氧化物，不能满足不饱和聚酯树脂室温固化的要求。在促进剂的存在下，有机过氧化物的“分解活化能”显著下降，可以使有机过氧化物的分解温度降到室温以下。 这种能使引发剂降低分解活化能，降低引发温度的物质称为促进剂。 引发剂促进剂体系称为引发系统 常用的引发剂促进剂体

4、系有： 过氧化苯甲酰叔胺体系 过氧化环己酮环烷酸钴,常用叔胺的反应活性顺序： N，N二甲基对甲苯胺 二甲基苯胺 二乙基苯胺,A 过氧化苯甲酰叔胺体系,叔胺促进剂对固化速度的影响,不饱和聚酯树脂+1%过氧化苯甲酰,B 酮过氧化物环烷酸钴引发体系,也是不饱和聚酯树脂低温固化最常见的引发体系，环烷酸钴对聚酯固化速度的影响见下表。,4） 阻聚剂 为了增加不饱和聚酯树脂的贮存稳定性，调节适用期，常在聚酯树脂中加入阻聚剂。（一般在树脂生产过程中就加入） 最常用的阻聚剂有：对苯二酚、叔丁基对苯二酚、硝基苯、亚硫酸盐等 自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2的反应速度慢104倍，一般聚酯树脂制品固化时，表面应

5、覆盖聚酯薄膜。若不用薄膜覆盖，也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类，否则自由基与周围空气中的O2 、H2O反应，耗去大部分自由基，造成表面固化不完全而发粘。,2.1.2.1增强材料的种类： （1）玻璃纤维种类 E玻璃纤维，无碱纤维，含碱0.8以下 C玻璃纤维，中碱纤维，含碱8左右 A玻璃纤维，有碱纤维，含碱1215 S玻璃纤维，高强纤维，含碱0.3 M 高弹玻璃纤维 L防辐射玻璃纤维,2.1.3 增强材料的表面处理 一、表面处理的意义 去污，增强了玻璃与树脂界面的粘接，防止水分或其它介质的侵入，改善了界面状态，有效地传递应力，使玻璃纤维与树脂间形成一个牢固的整体,偶联剂是一种改善玻纤的表面

6、性质，即能与玻纤起化学反应形成化学键结合，又能与树脂起化学反应形成化学键结合的表面处理剂。它可以加强复合材料的界面结合，保护纤维，防止水分等有害介质的侵入；它可以改善复合材料的界面状态，有效传递应力，使多种材料间形成一个复合牢固的整体。,poor adhesion with a incompatible silane coupling agent.,good adhesion with a compatible silane coupling agent.,（4）玻璃纤维的处理方法 后处理法：（对于“纺织型浸润剂”） 第一步除去浸润剂，有两种方法。 a、洗涤法:在皂水或有机溶液中清洗，然后烘干

7、。 b、热处理法：（250450） 1h。 第二步用表面处理剂处理（要求产品质量较高时），处理步骤为: 浸渍水洗烘干。 前处理法：把表面处理剂就加入到“浸润剂”里,在拉丝时表面处理剂就被覆盖在了玻璃纤维上。 迁移法：把表面处理剂加入到树脂胶液中，当玻璃纤维浸胶时，树脂会迁移到纤维与树脂的界面上。 迁移法需要热处理后使用。,CARBON FIBERS,Carbon fiber surfaces are chemically inactive and must be treated to form surface functional groups that promote good chemic

8、al bonding with the polymer matrix.,Oxidative surface treatments,The gas-phase oxidation Nitric acid,2. Nonoxidative surface treatments,Coated by styrenemaleic， anhydride copolymers, methyl acrylateacrylonitrile copolymer, and polyamides,2.2手糊成型模具与脱模剂,2.2.1模具的结构与材料 一、结构,单模,对模,拼装模,阳模,阴模,阳模：制品内表面尺寸准确，

9、光滑。成型方便，便于通风。 阴模：制品外表面尺寸准确，光滑。阴模深操作不便、通风条件不好、卫生条件差。 对模：由阴阳模两部分组成，制品内外表面均光滑，厚度准确。不适合成型批量少及大型制品（模具、设备投资大）。 拼装模：一些形状复杂的产品，为了脱模方便，需要利用拼装模，即把模具分成几块进行拼装，脱模时可以分块进行，比较方便。,二、材料 木材、石膏、水泥、玻璃钢、陶土、金属等。 必须满足以下要求： （1）满足产品尺寸、精度、外观及数量的要求； （2）有足够的强度与刚度，不易变形、损坏； （3）不受树脂及辅助材料的浸蚀，不影响树脂固化； （4）易脱模，使用周期长； （5）价格便宜，材料易得。,（1）

10、木材 要求均质、无节。常用红松、银杏、枣木等。木材模具表面需要封孔处理。其特点是质轻、易加工；但不耐久。适合于小批量生产小型制品。 （2）石膏 用半水石膏成型。制造简便，造价低；不耐用，怕冲击，适合于小批量生产形状复杂的制品。 （3）水泥 制造方便，成本低，有一定强度，适合于制造形状简单，表面要求不高的制品。,（4）石蜡 适合于制作难以取出的型心，一次性使用，成型后融化掉。 （5）金属 常用钢材、铸铝等。耐久、不易变形；但加工费用高。适合于小型、大批量生产的高精度制品。 （6）玻璃钢 由木模或石膏模翻制。质轻、耐久、制造方便。适合于中小型制品的批量生产。,2.2.3 玻璃钢高级模具 属于平整度

11、高，光洁度高的高级模具。 2.2.3.1 玻璃钢高级模具的要求 （1）具有足够的强度、刚度。 （2）具有一定硬度、耐热性能承受树脂固化放热的收缩作用。 （3）尺寸精确、无潜藏气孔，残留划痕度小于0.1m。 （4）光泽度达到80-90光泽单位或者目测反光。,2.3.1 原材料准备,2.3.1.1 胶液准备,胶液粘度:粘度控制在0.20.8Pa.s之间 粘度过高不易涂刷和浸透增强材料，粘度过低， 在树脂凝胶前发生胶液流失，使制品出现缺陷。,2.3 手糊成型工艺,主要工艺参数：胶液粘度，凝胶时间,凝胶时间：,指在一定温度条件下，树脂中加入定量的引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，变成软胶状

12、态凝胶所需的时间。 一般采用引发剂、促进剂用量调节。,影响凝胶时间的主要因素： 引发剂、促进剂用量。引发剂、促进剂用量 大，凝胶时间缩短； 胶液体积的影响。胶液体积越大，热量不易散 失，凝结快； 环境温度、湿度的影响 气温越高，凝结越快 湿度越小，凝结越快 制品表面积影响 制品表面积大，凝结快。,树脂胶液配制：,(1)不饱和聚酯树脂胶液配方及配制,引发剂作用：,控制反应速度，使树脂最终反应完全（一般为过氧化物）起固化剂的作用。,促进剂的作用：,促使引发剂降低引发温度，在较低温度下分解产生大量游离基，加快反应速度，降低引发剂用量。,胶液配制方法：,按配方比例将引发剂或促进剂的一种先与树脂搅拌均匀

13、，再加入另一种搅匀。切忌同时加入。否则会生成硬块,(2)环氧树脂胶液配制,配制方法：,先将稀释剂及其他辅助剂与树脂搅匀，使用前加入固化剂搅匀。,2.3.1.2 增强材料准备,下料时应注意以下几点,1、布的方向性,2、拼缝应各层错开,3、对圆形制品，布的45方向变形能力好，可沿此方向裁成布条糊制。,4、注意经济使用,预处理： 干：烘干，不潮湿 净：无油污,2.3.1.3 胶衣糊准备,胶衣树脂的配制,33号胶衣树脂 100份 （重量百分比 wt）,50过氧化环己酮二丁酯糊 （引发剂H）白色 4份,6萘酸钴苯乙烯溶液 （促进剂E）紫色 24份,1、种类与功效 33号间苯二甲酸型胶衣树脂：耐水 36P

14、A树脂：不透明、自熄 39号胶衣树脂，间苯二甲酸-HET酸酐：耐热、自熄 21号胶衣树脂，新戊二醇：耐水煮、耐热、不污染、柔韧耐磨 2、配置 胶衣树脂 + 引发剂 + 促进剂,2.3.2 糊制,2.3.2.1 表面层（胶衣层）,一般采用加了颜料的胶衣树脂制作，也可用普通树脂制作，需用玻璃纤维表面毡增强防裂。 表面层的作用：形成富树脂层、光洁美观、耐侵蚀、耐水、耐酸碱、耐候等。,厚度控制：,0.250.5mm，单位面积用胶300500g/m2 。,操作方法：,a、刷涂(需两遍垂直涂刷，一遍基本固化 后再刷另一遍，开始凝胶时铺纤维毡)。,b、喷涂。,影响胶衣喷涂的因素：,（1）触变指数的影响 用喷

15、射距离调节 距离400500mm，压力0.40.5MPa。,（2）温度的影响控制胶衣树脂温度25-30。,（3）胶衣层中气泡的影响,（4）苯乙烯含量的影响 喷涂时苯乙烯挥发可造成固化不好,（5）水分影响 胶衣层中严禁水分混入，包括树脂中和模具上。,2.3.2.2 铺层控制,铺层的拼接形式,搭接产品外形发生变化,对接外形较好，制品平直,2.3.2.3 铺层二次固化拼接,对于较厚的制品，由于树脂固化放热量大，易产生产品的变形与分层。应分两次铺层固化。,在接缝区加一层附加布增强;接缝距离S一般控制在12cm。,铺层2次固化的拼接方法： 先按一定铺层锥度糊制各层，使其形成阶梯形，达到一定厚度后（不超过

16、7mm），在阶梯上铺放一层“无胶平纹玻璃布”。固化后撕去该层玻璃布并保证拼接面的粗糙度和清洁。然后糊以下各层。,2.3.3 固化,2.3.3.1 不饱和聚酯树脂的固化,分为：凝胶阶段 定型阶段（硬化阶段） 熟化阶段（完全固化阶段）,因为引发剂一般在60以上才能分解出游离基，因此常温固化时必须加入促进剂，降低其分解温度。,引发剂用量对产品性能的影响,用量过大：,反应速度过大，放热量大，导致树脂急剧固化，收缩严重，产生裂纹。同时影响聚合链长度，分子量降低，力学性能下降。,用量过小：,不足以使树脂固化完全。,2.3.3.1 固化工艺控制,固化度：,树脂固化反应的程度，,常用丙酮萃取法测定 。,手糊制

17、品的成型工艺条件：,温度15以上，湿度小于80。,利用上述工艺条件及合理的配方，才能使树脂固化达到要求的程度。,一般手糊制品24h脱模；8天即可使用。聚酯玻璃钢的强度一般到1年后才能稳定。因此，许多制品室温固化后，为加速其强度发挥，需进行后固化处理（放置24小时后进行）。 环氧玻璃钢后固化处理温度 150 。 聚酯玻璃钢后固化处理温度 5080。,2.3.4 手糊工艺质量控制,2.3.4.1 影响制品质量的因素,组分质量；,成型与固化过程；,制品辅助加工。,产生缺陷的原因：,纤维方面：,树脂基体方面：,施工作业方面：,固化工艺方面：,其他方面：,2.3.4.2 质量控制,在工厂车间，制定质量控

18、制制度时参考。,包括3方面：,成型工艺过程控制,原材料质量控制,成品质量检验,2.3.4.3 手糊成型易发生的缺陷及防止措施,1、胶衣缺陷的防止措施,2、制品皱缩,3、翘曲变形,4、制品表面发粘,原因1：,空气湿度太大，水对树脂起阻聚作用。,解决办法：,（1）在树脂中加入0.02左右的液体石蜡；,（2）在树脂中掺加5的异腈酸酯 ；,（3）制品表面覆盖薄膜隔绝空气；,原因2：,引发剂、促进剂的比例弄错或失效，更换引发剂、促进剂。,5、制品内气泡太多,原因1：,树脂用量过多,解决办法：,1、控制胶含量,2、注意拌合方式,原因2：,树脂粘度过大,解决办法：,1、适当增加稀释剂,2、提高环境温度,原因3：,增强材料选择不当,解决办法：,选用浸透性好的无捻玻璃布,6、流胶,原因3：,原因2：,原因1：,树脂粘度太小，可加入23的活性氧化硅。,配料不均匀， 充分搅拌 。,固化剂用量不足， 适当调整固化剂用量。,