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复合材料工学复合材料工学主讲人：主讲人：1复合材料工艺及设备最新课件目目 录录1、绪论、绪论                               6、夹层结构、夹层结构2、玻璃纤维表面处理、玻璃纤维表面处理       7、模压成型、模压成型 3、热固性树脂工艺性能、热固性树脂工艺性能   8、缠绕成型、缠绕成型4、手糊成型、手糊成型                       9、挤出注射成型、挤出注射成型5、喷射成型、喷射成型                       10、、连续成型连续成型课间休息课间休息2复合材料工艺及设备最新课件周杰伦周杰伦—回到过去回到过去3复合材料工艺及设备最新课件周杰伦周杰伦—以父之名以父之名4复合材料工艺及设备最新课件绪绪  论论金属基复合材料金属基复合材料 树脂基复合材料树脂基复合材料无机非金属基无机非金属基复合材料分类复合材料分类5复合材料工艺及设备最新课件金属基复合材料金属基复合材料硼硼/ /铝复合材料铝复合材料碳化硅纤维碳化硅纤维/ /铝复合材料铝复合材料金属基复合材料金属基复合材料6复合材料工艺及设备最新课件树脂基复合材料树脂基复合材料玻璃玻璃/ /酚醛酚醛高硅氧高硅氧/ /酚醛酚醛涤纶涤纶/ /酚醛酚醛碳碳/ /酚醛酚醛碳碳/ /环氧环氧蜂窝夹层结构复合材料蜂窝夹层结构复合材料经编复合材料经编复合材料多维整体编织织物复合材料多维整体编织织物复合材料耐高温树脂基复合材料耐高温树脂基复合材料特种不燃防（隔）热材料特种不燃防（隔）热材料7复合材料工艺及设备最新课件无机非金属基复合材料无机非金属基复合材料碳基复合材料：碳基复合材料：    整体毡碳整体毡碳/碳碳    低密度碳低密度碳/碳碳    多维整体编织碳多维整体编织碳/碳碳陶瓷基复合材料：陶瓷基复合材料：    石英织物增强复合材料石英织物增强复合材料    高硅氧织物增强复合材料高硅氧织物增强复合材料8复合材料工艺及设备最新课件复合材料的发展概况复合材料的发展概况1932年年       诞生于美国诞生于美国42~45年年     手糊军用雷达罩，远航飞机油箱材料手糊军用雷达罩，远航飞机油箱材料                   玻纤增强聚酯树脂。

玻纤增强聚酯树脂44年年          飞机机身、机翼飞机机身、机翼                   与上述改进：玻钢夹层结构与上述改进：玻钢夹层结构46年年          纤维缠绕成型纤维缠绕成型50年年           压制成型，直升机螺旋桨压制成型，直升机螺旋桨 49年年          玻纤预混，对模压制成型玻纤预混，对模压制成型9复合材料工艺及设备最新课件60年代年代        机械式，计算机缠绕机械式，计算机缠绕                    玻纤、聚酯树脂喷射成型玻纤、聚酯树脂喷射成型61年年           德国，片状模塑料（德国，片状模塑料（SMC）问世）问世 63年年            FRP板材工业化生产，美、法、日板材工业化生产，美、法、日60年代中年代中    美、日美、日SMC汽车部件，浴盆，船上构件汽车部件，浴盆，船上构件60年代年代        棒材、细管、定型截面制品棒材、细管、定型截面制品70年代年代        拉挤，环向缠绕拉挤，环向缠绕                    树脂反应注射成型（树脂反应注射成型（RIM））                    增强树脂反应注射成型（增强树脂反应注射成型（RRIM））                    卫生器具，汽车零件卫生器具，汽车零件10复合材料工艺及设备最新课件72年年              美国美国PPG公司，热塑性片状模塑料公司，热塑性片状模塑料                      (SMTC)80年年              法国，湿法热塑性片状模塑料法国，湿法热塑性片状模塑料(GMT)60~80年代年代    离心浇铸成型，瑞士离心浇铸成型，瑞士                  美国，大口负压管道美国，大口负压管道发展领域发展领域      军军→民民     美国美国                  民民→军军     西欧西欧11复合材料工艺及设备最新课件主要国家主要国家1990年年CM产量产量                                种类种类国家国家热固性复合材热固性复合材料（万料（万t））热塑性复合材热塑性复合材料（万料（万t））美国美国11733.3西欧西欧118.530日本日本45.418.9中国中国10.30.312复合材料工艺及设备最新课件应用范围应用范围  建筑建筑 轻型房屋（日本）轻型房屋（日本） 装饰（雕塑、装饰件）装饰（雕塑、装饰件） 卫生洁具（淋浴室）卫生洁具（淋浴室） 冷却塔（中国可见）冷却塔（中国可见） 贮水箱（中国上海可见）贮水箱（中国上海可见） 波形瓦（样品）波形瓦（样品） 塑钢门窗塑钢门窗 落水系统（落水管、雨蓬）落水系统（落水管、雨蓬） 地面，墙布，桌椅，卫生桶地面，墙布，桌椅，卫生桶13复合材料工艺及设备最新课件化学工业化学工业 防腐管、泵、罐、槽、衬里、隔层架防腐管、泵、罐、槽、衬里、隔层架交通交通 汽车构件、铁路客车、通讯器材、汽车构件、铁路客车、通讯器材、 高速公路格栅高速公路格栅造船造船 各种小艇、无磁性小艇、破障艇各种小艇、无磁性小艇、破障艇电器电器 元器件、灯具（杯）、绝缘工具元器件、灯具（杯）、绝缘工具军事航空军事航空 弹体件、雷达罩、飞机附件弹体件、雷达罩、飞机附件体育体育 撑杆、弓箭、球拍、雪橇、赛车、撑杆、弓箭、球拍、雪橇、赛车、 滑板、赛艇、滑板、赛艇、 皮艇、划桨、渔杆、按摩舱皮艇、划桨、渔杆、按摩舱农业农业 温室（温室（FILONFILON板，透光率板，透光率99%99%）） 食品级设备食品级设备机械机械 机械零配件机械零配件14复合材料工艺及设备最新课件中国复合材料的状况：中国复合材料的状况：传统的福建漆器，漆雕传统的福建漆器，漆雕现代的现代的“玻璃钢玻璃钢”复合材料性能：复合材料性能：性能的可设计性性能的可设计性力学性能、热学性能、耐腐性能。

力学性能、热学性能、耐腐性能 15复合材料工艺及设备最新课件主要成型工艺主要成型工艺 手糊、袋压、喷射、树脂注射、模压、缠绕、手糊、袋压、喷射、树脂注射、模压、缠绕、连续、离心连续、离心手工手工 异形，小批量产品，投资低、效率低、异形，小批量产品，投资低、效率低、 重复性差重复性差机械自动化机械自动化 外形不复杂，批量大产品，连续性、外形不复杂，批量大产品，连续性、 投资高、效率高、重复性好、性能好投资高、效率高、重复性好、性能好16复合材料工艺及设备最新课件玻璃纤维表面处理玻璃纤维表面处理§1-1、概述、概述意义：意义：纤维纤维————基体界面的结构和性能对基体界面的结构和性能对复合材料的力学性能和物理性能起主要作复合材料的力学性能和物理性能起主要作用如断裂、韧性、腐蚀、刚度、膨胀等如断裂、韧性、腐蚀、刚度、膨胀等17复合材料工艺及设备最新课件§1-2、、表面复合材料的结构表面复合材料的结构 1、结构：、结构：数种弹性性能不同的材料薄片交数种弹性性能不同的材料薄片交替铺叠而成。

替铺叠而成如图所示：如图所示：AA’B’B18复合材料工艺及设备最新课件2、决定因素、决定因素：：纤维的原子排列，化学性能纤维的原子排列，化学性能高分子基体的分子结构和化学组成高分子基体的分子结构和化学组成例：例：纤维的高模量、高强度性能使它成为理想的负荷纤维的高模量、高强度性能使它成为理想的负荷载体，但必须有一种模量较低的基体把它牢固地载体，但必须有一种模量较低的基体把它牢固地粘结起来，使任何一根纤维的断裂，对整体的强粘结起来，使任何一根纤维的断裂，对整体的强度影响不大这就要求纤维对基体有良好的浸润度影响不大这就要求纤维对基体有良好的浸润性，但玻纤和碳纤对树脂的浸润性是相当差的，性，但玻纤和碳纤对树脂的浸润性是相当差的，表现在层间剪切上表现在层间剪切上19复合材料工艺及设备最新课件§1-3、、处理剂作用理论处理剂作用理论 1、耦联目的：、耦联目的：增加玻纤与树脂间的粘结力增加玻纤与树脂间的粘结力2、、耦联作用：耦联作用：耦联剂具有两种或两种以上性质耦联剂具有两种或两种以上性质不同的官能团，一端亲玻纤，一端亲树脂从而不同的官能团，一端亲玻纤，一端亲树脂从而起到玻纤与树脂间的桥梁作用。

起到玻纤与树脂间的桥梁作用※耦联剂的主要功能是在纤维表面的氧化物分子耦联剂的主要功能是在纤维表面的氧化物分子团和树脂的聚合物分子之间建立很强的化学键合，团和树脂的聚合物分子之间建立很强的化学键合，产生很强的耐水键产生很强的耐水键※耦联剂的部分作用是提高表面能以保证树脂很耦联剂的部分作用是提高表面能以保证树脂很好的浸润好的浸润20复合材料工艺及设备最新课件    3、耦联机理：、耦联机理：                     不吸湿，带羟基不吸湿，带羟基                     SiO2,Al2O3,Fe2O3带羟基，带羟基，                     —M—OH, M=Si, Fe, Al玻纤表面玻纤表面                                                      水合完以后水合完以后, ,分布基团分布基团                             留下来由不留下来由不                                                  水合氧化物水合氧化物                                                                       网络构成的网络构成的                                                                       疏松表面。

疏松表面                      吸水基，形成水合氧化层吸水基，形成水合氧化层21复合材料工艺及设备最新课件§1-4、处理、处理剂种类和作用机理剂种类和作用机理 1、种类、种类有机硅烷型，非有机硅烷型有机硅烷型，非有机硅烷型2、通式、通式                        R——SiX3                       ↑           ↑ 与聚合物作用端与聚合物作用端         与与Si键合的可水解基团键合的可水解基团22复合材料工艺及设备最新课件3、作用过程：、作用过程：(1)水解水解R—SiX3＋＋H2O→R—Si（（OH））3＋＋3HX(2)与纤维表面羟基与纤维表面羟基结合结合玻璃纤维玻璃纤维23复合材料工艺及设备最新课件(3)脱水脱水聚硅氧烷层聚硅氧烷层玻璃纤维玻璃纤维24复合材料工艺及设备最新课件(4)与树脂结合与树脂结合R基团与树脂基团基团与树脂基团相似相容相似相容玻璃纤维玻璃纤维刚性键刚性键25复合材料工艺及设备最新课件(5)克服刚性键克服刚性键第一、形成改性区第一、形成改性区——改性树脂区：改性树脂区：机械性能介机械性能介于纤维和树脂的机械性能之间。

于纤维和树脂的机械性能之间产生方法：产生方法：a、硅烷耦联剂改变纤维表面区域基体树脂的固、硅烷耦联剂改变纤维表面区域基体树脂的固化行为b、用含有长链、用含有长链R基团的硅烷耦联剂，使得固化基团的硅烷耦联剂，使得固化以后在纤维和树脂之间出现一层性能不同于块状以后在纤维和树脂之间出现一层性能不同于块状树脂的树脂层树脂的树脂层 26复合材料工艺及设备最新课件第二、第二、Plueddemann机制机制核心：两个表面相互滑移但不产生永久性的联键核心：两个表面相互滑移但不产生永久性的联键破坏1974年年Plueddemann提出界面上的运动或滑移可提出界面上的运动或滑移可以松弛局部应力，但却维持其化学键合以松弛局部应力，但却维持其化学键合如图：见下页如图：见下页27复合材料工艺及设备最新课件H2O+玻璃纤维玻璃纤维Plueddemann机制图机制图存在分子水时，水会扩散透过树脂进入界面，共价存在分子水时，水会扩散透过树脂进入界面，共价键键M—O便发生可递的水解过程因为过程的可逆性，便发生可递的水解过程因为过程的可逆性，当水扩散出去之后，共价键重新恢复当水扩散出去之后，共价键重新恢复28复合材料工艺及设备最新课件当一个与界面相平行的简单剪应力作用时，两个当一个与界面相平行的简单剪应力作用时，两个表面会相互滑移，但不产生永久性的联键破坏。

表面会相互滑移，但不产生永久性的联键破坏 R    R    R    R聚合物聚合物 玻璃玻璃 M  M   M   M聚合物聚合物R    R    R    RM  M   M   M玻璃玻璃  滑移滑移 29复合材料工艺及设备最新课件总之：总之：纤维纤维——硅烷界面和硅烷硅烷界面和硅烷——树脂树脂            ↑                                      ↑      化学键合化学键合         化学键合，相互扩散化学键合，相互扩散30复合材料工艺及设备最新课件§1-5、、纤维的表面处理工艺纤维的表面处理工艺 1、玻纤、玻纤前处理，后处理，迁移法三种前处理，后处理，迁移法三种1)前处理前处理耦联剂代替石蜡型浸润剂，直接用于玻纤拉丝集耦联剂代替石蜡型浸润剂，直接用于玻纤拉丝集束，使用时勿须脱蜡处理束，使用时勿须脱蜡处理强度完好，柔性较差强度完好，柔性较差2)后处理后处理纤维先热处理脱蜡，然后浸渍耦联剂，再经预烘、纤维先热处理脱蜡，然后浸渍耦联剂，再经预烘、蒸馏水洗涤、干燥工序热处理导致强度下降蒸馏水洗涤、干燥工序热处理导致强度下降。

31复合材料工艺及设备最新课件(3)迁移法迁移法耦联剂直接加入树脂配方中，让它在浸胶和成型耦联剂直接加入树脂配方中，让它在浸胶和成型过程中迁移到玻纤表面发生耦联作用方法简便，过程中迁移到玻纤表面发生耦联作用方法简便，可增加纤维与树脂间的粘结力，提高了强度与电可增加纤维与树脂间的粘结力，提高了强度与电性能2、碳纤、碳纤与玻纤不同，一般采用表面活化的办法，提高了与玻纤不同，一般采用表面活化的办法，提高了碳纤与树脂复合材料的剪切强度有液相氧化、碳纤与树脂复合材料的剪切强度有液相氧化、气相氧化、阳极氧化、气相氧化、阳极氧化、Co60或中子辐照或中子辐照 32复合材料工艺及设备最新课件热固性树脂工艺性能热固性树脂工艺性能§2-1、浸润性能、浸润性能 不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂三大类不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂三大类用于制造纤维增强复合材料时有三条浸润途径用于制造纤维增强复合材料时有三条浸润途径1、湿法加工、湿法加工低粘度树脂浸润干燥的纤维低粘度树脂浸润干燥的纤维方法方法1：：湿法铺糊，用辊压的方法将纤维毡用树脂湿法铺糊，用辊压的方法将纤维毡用树脂浸渍方法方法2：：湿法缠绕或纤维缠绕，用纤维束通过树脂湿法缠绕或纤维缠绕，用纤维束通过树脂槽拉出缠绕在所需形状的芯轴或芯模上。

槽拉出缠绕在所需形状的芯轴或芯模上33复合材料工艺及设备最新课件方法方法3：：树脂注塑，纤维在闭模中铺好，树脂在重树脂注塑，纤维在闭模中铺好，树脂在重力或外压的作用下注入模子力或外压的作用下注入模子 工艺因素：工艺因素：(1)树脂对纤维的完全浸润树脂对纤维的完全浸润(2)树脂粘度树脂粘度(3)树脂与纤维之间的界面的表面张力树脂与纤维之间的界面的表面张力(4)纤维体积百分数高，直径细小，完全浸纤维体积百分数高，直径细小，完全浸润需长时间和高压润需长时间和高压 34复合材料工艺及设备最新课件2、预浸润、预浸润第一步：生产预浸料第一步：生产预浸料把纤维和树脂铺在两张硅化纸或塑料薄膜之间，再把纤维和树脂铺在两张硅化纸或塑料薄膜之间，再对它加压或辊压，确保压实和纤维浸润，然后部分对它加压或辊压，确保压实和纤维浸润，然后部分固化得到浸有树脂的纤维带或片固化得到浸有树脂的纤维带或片该步工艺优点：单向层中的纤维定向程度极好该步工艺优点：单向层中的纤维定向程度极好第二步：去纸或薄膜第二步：去纸或薄膜移去纸或薄膜后，将预浸料铺叠成物件形状或把预移去纸或薄膜后，将预浸料铺叠成物件形状或把预浸带缠绕在芯轴上，通过加压压实，最后由加热加浸带缠绕在芯轴上，通过加压压实，最后由加热加压实现固化。

压实现固化 35复合材料工艺及设备最新课件3、改性预浸渍法、改性预浸渍法形成中间产物：片状模塑料形成中间产物：片状模塑料SMC                            团状模塑料团状模塑料DMCSMC：：是一种含有化学增稠剂和碳酸钙的薄片是一种含有化学增稠剂和碳酸钙的薄片DMC：：含较多的填料和较低的纤维含量，并且纤含较多的填料和较低的纤维含量，并且纤维是三维取向的，在模中热压后，进一步压实并维是三维取向的，在模中热压后，进一步压实并固化，得到结实又刚硬的固化，得到结实又刚硬的DMC 36复合材料工艺及设备最新课件 §2-2、粘接性能、粘接性能 发生在界面上的粘着认为有五发生在界面上的粘着认为有五种机理1、吸附和浸润、吸附和浸润两电中性的表面，粗糙，表面两电中性的表面，粗糙，表面足够近地靠在一起足够近地靠在一起   物理吸引物理吸引                        两种现象两种现象孤立点接触孤立点接触 37复合材料工艺及设备最新课件要使纤维表面有效浸润，必须：液态树脂覆盖表面要使纤维表面有效浸润，必须：液态树脂覆盖表面上的每个峰谷，空气完全排除。

上的每个峰谷，空气完全排除浸润方程：浸润方程：Wa=γSV＋＋γLV－－γSLWa：：由高度集中的分子间色散力引起的物理结合由高度集中的分子间色散力引起的物理结合理想状态，这种色散力能在树脂与碳纤维或玻璃纤理想状态，这种色散力能在树脂与碳纤维或玻璃纤维之间产生很强的粘结维之间产生很强的粘结 SVLγLVγSVγSL38复合材料工艺及设备最新课件它受下列因素影响：它受下列因素影响：(1)纤纤维维表表面面受受沾沾污污使使有有效效表表面面能能大大大大低低于于原原固固体体的表面能的表面能2)材料表面有截留的空气和其他气体存在材料表面有截留的空气和其他气体存在3)固固化化过过程程中中形形成成很很大大的的凝凝缩缩应应力力，，在在表表面面引引起起不可恢复的位移不可恢复的位移这种强的物理结合在这些因素的影响下，往往不这种强的物理结合在这些因素的影响下，往往不能成为理想状态的强结合能成为理想状态的强结合 39复合材料工艺及设备最新课件2、相互扩散、相互扩散 两种聚合物表面有可能形成的，两种聚合物表面有可能形成的，通过一个表面上聚合物分子向另通过一个表面上聚合物分子向另一个表面的分子网络扩散形成粘一个表面的分子网络扩散形成粘结。

结——定义，也叫自粘着作用定义，也叫自粘着作用界面上分子缠绕的数量和所包含界面上分子缠绕的数量和所包含分子的数目分子的数目——粘结强度的决定粘结强度的决定因素溶剂和增塑剂的存在溶剂和增塑剂的存在——有助于有助于扩散 40复合材料工艺及设备最新课件3、静电吸引、静电吸引一个表面携有净正电荷而一个表面携有净正电荷而另一个表面携有净负电荷另一个表面携有净负电荷时，两个表面之间会产生时，两个表面之间会产生吸引力吸引力——定义控制控制PH值值→控制电荷密度控制电荷密度→最佳耦联效果最佳耦联效果→界面强界面强度度 +     +     +     +     +     +-     -     -     -     -     -+      +      +       +      +-      -      -       -      -+      +      +       +      +41复合材料工艺及设备最新课件4、化学键结合、化学键结合耦联剂作用机理耦联剂作用机理5、机械粘着、机械粘着两粗糙表面形成的两粗糙表面形成的纯粹机械连锁作用纯粹机械连锁作用  A     A    A     A    A    AB     B    B     B    B    B42复合材料工艺及设备最新课件§2-3、流动性能、流动性能 树脂在熔融态经历了延展（拉伸）和剪切两种流树脂在熔融态经历了延展（拉伸）和剪切两种流动，这种简单的二维变形对纤维产生影响。

动，这种简单的二维变形对纤维产生影响延展流动：延展流动：纤维朝延伸的方向转动，延伸量很大，纤维朝延伸的方向转动，延伸量很大，纤维取向程度也大纤维取向程度也大剪切流动：剪切流动：一些纤维朝剪切方向转动，其他纤维一些纤维朝剪切方向转动，其他纤维朝相反方向转动，因此在纤维的取向上没有净变朝相反方向转动，因此在纤维的取向上没有净变化部分取向的材料中，剪切流动的作用使得一些纤部分取向的材料中，剪切流动的作用使得一些纤维转离取向主方向维转离取向主方向43复合材料工艺及设备最新课件§2-4、固化性能、固化性能 1、交联、交联(1)交联的作用交联的作用热固性聚合物，通过化学交联由液态树脂转变成热固性聚合物，通过化学交联由液态树脂转变成硬而脆的固体物质，交联导致了高分子链的三维硬而脆的固体物质，交联导致了高分子链的三维网络的紧密键合的形成网络的紧密键合的形成2)交联的工艺因素交联的工艺因素机械性能取决于组成网络的分子单元和交联的长机械性能取决于组成网络的分子单元和交联的长度与密度，前者由所用的化合物决定后者受交度与密度，前者由所用的化合物决定后者受交联工艺，其中也包括固化工艺的控制联工艺，其中也包括固化工艺的控制。

 44复合材料工艺及设备最新课件(3)交联工艺交联工艺程序：程序：a、设定温度、加热时间、设定温度、加热时间→最佳交联，最佳性能最佳交联，最佳性能b、设定某一较高温度、设定某一较高温度→进一步固化，提高性能进一步固化，提高性能2、热响应、热响应热固性树脂一般是各向同性的热固性树脂的最热固性树脂一般是各向同性的热固性树脂的最大特点是对热的响应，它不因加热而熔化，这一大特点是对热的响应，它不因加热而熔化，这一点与热塑性塑料不同不过，当加热到热变形温点与热塑性塑料不同不过，当加热到热变形温度时，热固性树脂会失去其刚度，这也就规定了度时，热固性树脂会失去其刚度，这也就规定了热固性树脂在结构件上应用的有效上限温度热固性树脂在结构件上应用的有效上限温度  45复合材料工艺及设备最新课件与热塑性塑料相比，在交联和热响应与热塑性塑料相比，在交联和热响应中两者有何不同？中两者有何不同？热塑性塑料分子间没有交联热塑性塑料热塑性塑料分子间没有交联热塑性塑料的强度和刚度来源于单体链节所固有的性的强度和刚度来源于单体链节所固有的性质及其高分子量由此可以肯定，在非晶质及其高分子量由此可以肯定，在非晶态热塑性塑料中存在着高度集中的分子缠态热塑性塑料中存在着高度集中的分子缠结，这些缠结起着交联的作用，与热固性结，这些缠结起着交联的作用，与热固性树脂不同。

树脂不同46复合材料工艺及设备最新课件手糊成型工艺手糊成型工艺模具模具涂脱模剂涂脱模剂手糊成型手糊成型树脂胶液树脂胶液增强材料增强材料原材料原材料设备设备固化固化 脱模脱模 后处理后处理 检验检验 制品制品 47复合材料工艺及设备最新课件手糊工艺视频手糊工艺视频48复合材料工艺及设备最新课件定义：定义：用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型，室温（或加热）、无压（或低压）条件敷成型，室温（或加热）、无压（或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺方法下固化，脱模成制品的工艺方法特点：特点： 优点优点缺点缺点形状任意、复杂形状任意、复杂效率低下效率低下设备简单、投资小、折旧低设备简单、投资小、折旧低工作环境差工作环境差工艺简单工艺简单产品质量不稳产品质量不稳可任意添补可任意添补产品力学性能不好产品力学性能不好树脂量高，耐腐蚀树脂量高，耐腐蚀批量小批量小49复合材料工艺及设备最新课件§1、原材料、原材料 要求：要求：满足设计要求满足设计要求            手糊工艺要求手糊工艺要求            价低易得价低易得 50复合材料工艺及设备最新课件§1-1、聚合物基体、聚合物基体 要求：要求：1、室温下固化、胶凝，生成高分子物、室温下固化、胶凝，生成高分子物            2、胶液粘度：、胶液粘度：0.2~0.5Pa•S（适合手糊）（适合手糊）            3、无毒或低毒、无毒或低毒            4、价低、价低种类：种类：不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂            环氧树脂环氧树脂            双马来酰亚胺树脂双马来酰亚胺树脂            聚酰亚胺树脂聚酰亚胺树脂51复合材料工艺及设备最新课件§1-1-1、不饱和聚酯树脂、不饱和聚酯树脂优点：常温迅速固化优点：常温迅速固化 ，粘度低，良好的性能粘度低，良好的性能。

缺点：怕氧，固化收缩大，固化易受温度、湿度缺点：怕氧，固化收缩大，固化易受温度、湿度影响品种：品种：通用型通用型专用型专用型 耐腐耐腐 阻燃阻燃 低收缩低收缩 耐候耐候 52复合材料工艺及设备最新课件53复合材料工艺及设备最新课件54复合材料工艺及设备最新课件55复合材料工艺及设备最新课件56复合材料工艺及设备最新课件57复合材料工艺及设备最新课件58复合材料工艺及设备最新课件59复合材料工艺及设备最新课件§1-1-2、环氧树脂、环氧树脂价格相对较高，但性能好受力结构或耐碱、电价格相对较高，但性能好受力结构或耐碱、电性能等制品多用环氧树脂自熄型环氧树脂，简性能等制品多用环氧树脂自熄型环氧树脂，简称溴化环氧，有较好自熄效果，但粘度大，不适称溴化环氧，有较好自熄效果，但粘度大，不适合手糊工艺合手糊工艺品种品种 双酚双酚A型型 脂环族脂环族 自熄型自熄型 分子量分子量 300~700 软化点软化点 <30℃℃ 牌号牌号 E-51 (618) R-122(6207) Ex-25 E-44 (6101) 300# E-42 (634) 400# 60复合材料工艺及设备最新课件§1-1-3、辅助材料、辅助材料 1、稀释剂、稀释剂 活性稀释剂活性稀释剂 非活性稀释剂非活性稀释剂 参与反应参与反应 不参与反应不参与反应 少量少量 5~15% 对树脂固化后影响小对树脂固化后影响小 对树脂固化后有影响对树脂固化后有影响 用于较高要求用于较高要求 有毒有毒 一般低毒一般低毒 61复合材料工艺及设备最新课件2、填料、填料无机：粘土、无机：粘土、CaCO3、白云石、滑石粉、、白云石、滑石粉、石英粉、石墨石英粉、石墨有机：聚氯乙烯粉有机：聚氯乙烯粉3、色料、色料使用无机颜料。

使用无机颜料一般不用有机颜料，易与有机树脂反应一般不用有机颜料，易与有机树脂反应62复合材料工艺及设备最新课件§1-2、增强纤维、增强纤维 玻璃纤维、碳纤维、芳伦纤维、其它纤维玻璃纤维、碳纤维、芳伦纤维、其它纤维E-玻纤：玻纤：无碱纤维无碱纤维      成本高成本高C-玻纤：玻纤：耐酸性耐酸性     成本低成本低A-玻纤：玻纤：有碱纤维有碱纤维      成本低成本低S-玻纤：玻纤：高强纤维高强纤维M-玻纤：玻纤：高弹纤维高弹纤维L-玻纤：玻纤：防辐射纤维防辐射纤维中国的中碱玻纤中国的中碱玻纤 63复合材料工艺及设备最新课件§1-2-1、玻纤制品、玻纤制品 ※玻纤无捻粗纱：玻纤无捻粗纱：由无捻络纱机将拉丝得到的原由无捻络纱机将拉丝得到的原纱平行并股卷成圆筒形纱平行并股卷成圆筒形 命名法：命名法：无碱无捻纱无碱无捻纱  8  •  24  /  5玻纤种类玻纤种类 单单丝丝直直径径原原纱纱号号数数并并股股纱纱数数64复合材料工艺及设备最新课件※短切纤维毡短切纤维毡 将连续玻纤经浸润剂集束后，按一定长度切断，将连续玻纤经浸润剂集束后，按一定长度切断，无序分散成一定厚度，再用粘结剂合成毡状。

无序分散成一定厚度，再用粘结剂合成毡状特点：成本低，使用方便，各向同性特点：成本低，使用方便，各向同性缺点：强度低缺点：强度低衬里毡、表面毡衬里毡、表面毡 65复合材料工艺及设备最新课件※无捻粗纱布无捻粗纱布方格布方格布特点：经纬强度均衡，冲击强度高，成型容易，特点：经纬强度均衡，冲击强度高，成型容易，与短切毡合用与短切毡合用缺点：缺点：45°方向强度低方向强度低 ※玻纤细布玻纤细布平纹布平纹布特点：变形量小，铺覆性好，曲率复杂制品特点：变形量小，铺覆性好，曲率复杂制品※单向织物单向织物单位宽度内经纱量远大于纬纱量单位宽度内经纱量远大于纬纱量特点：管道、贮罐，适用于某单向需要加强特点：管道、贮罐，适用于某单向需要加强66复合材料工艺及设备最新课件§1-2-2、碳纤维、碳纤维 特点特点 强度高、模量高、耐高温强度高、模量高、耐高温 品种品种  普通型普通型  高强型高强型 高模量高模量型型 超高强超高强度型度型 超高断裂超高断裂伸长型伸长型 生产生产原料原料 沥青纤沥青纤维维 聚丙烯聚丙烯腈腈 用途用途 航空、航天、汽车、体育用品航空、航天、汽车、体育用品 67复合材料工艺及设备最新课件§1-2-3、、Kevlar纤维纤维 美国杜邦公司美国杜邦公司(Dupont)开发的聚芳酰胺纤维开发的聚芳酰胺纤维品种：品种：Kevlar29            Kevlar49 特点：特点：刚性模量很大，密度低，强度高，热膨胀系刚性模量很大，密度低，强度高，热膨胀系数低，耐高温性能优良，韧性好，表面缺陷影响小，数低，耐高温性能优良，韧性好，表面缺陷影响小，价格比碳纤维低价格比碳纤维低 。

缺点：缺点：抗压强度低，日照芳环链会解链抗压强度低，日照芳环链会解链 68复合材料工艺及设备最新课件§1-3、手糊工艺、手糊工艺 §1-3-1、原材料准备、原材料准备§1-3-1-1、胶液、胶液主要工艺参数：胶液粘度，凝胶时间主要工艺参数：胶液粘度，凝胶时间1、胶液粘度、胶液粘度定义：表征流动特性定义：表征流动特性69复合材料工艺及设备最新课件调节调节粘度高（稠）不易涂刷和浸透粘度高（稠）不易涂刷和浸透 粘度低（稀）凝胶前胶液流失粘度低（稀）凝胶前胶液流失 邻苯二甲酸二丁酯邻苯二甲酸二丁酯 环氧丙烷丁基醚环氧丙烷丁基醚 0.2~0.8Pa•S 70复合材料工艺及设备最新课件2、凝胶时间、凝胶时间定义：定义：指在一定温度条件下，树脂中加入定量引指在一定温度条件下，树脂中加入定量引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，变成软胶状态的凝胶所需的时间变成软胶状态的凝胶所需的时间凝胶时间过短凝胶时间过短   粘度迅速增大，不能浸透材料，粘度迅速增大，不能浸透材料，                           局部固化局部固化凝胶时间过长凝胶时间过长   凝胶期过长，生产周期相应变长，凝胶期过长，生产周期相应变长，                           胶液流失，胶连剂挥发，贫胶、胶液流失，胶连剂挥发，贫胶、                           固化难。

固化难 71复合材料工艺及设备最新课件受控因素：受控因素：(1)胶液体积胶液体积体积大，反应热不易散发，相当于给胶液加热，体积大，反应热不易散发，相当于给胶液加热，凝胶时间变短凝胶时间变短2)环境温度与湿度环境温度与湿度气温高，凝胶短，气温低，凝胶长，气温太低，气温高，凝胶短，气温低，凝胶长，气温太低，固化不良固化不良(15℃)温度低，时间短；温度高，时间长温度低，时间短；温度高，时间长3)制品厚度与表面积大小制品厚度与表面积大小厚度厚，表面积大，时间长厚度厚，表面积大，时间长4)交联剂蒸发损失交联剂蒸发损失延长凝胶时间，对大表面积制品注意延长凝胶时间，对大表面积制品注意72复合材料工艺及设备最新课件(5)树脂胶液中混入某些物质树脂胶液中混入某些物质 聚合反应被抑制（交联聚合中毒），因此注意胶聚合反应被抑制（交联聚合中毒），因此注意胶液的清洁，加盖液的清洁，加盖6)填料加入量填料加入量料大延长时间料大延长时间※书中不饱和聚酯树脂凝胶时间、环境温度、促书中不饱和聚酯树脂凝胶时间、环境温度、促进剂用量关系参考进剂用量关系参考经验经验1：：配胶时将树脂与固化剂以外的组分先调配胶时将树脂与固化剂以外的组分先调好搅匀，施工前加入固化剂，搅匀后马上使用（如好搅匀，施工前加入固化剂，搅匀后马上使用（如色素预混）。

色素预混）经验经验2：：伯胺伯胺+低活性固化剂，控制环氧树脂胶凝低活性固化剂，控制环氧树脂胶凝时间 73复合材料工艺及设备最新课件3、不饱和聚酯树脂胶液配制、不饱和聚酯树脂胶液配制4、环氧树脂胶液配方、环氧树脂胶液配方树脂树脂 + + 引发剂引发剂 + + 促进剂促进剂  预混预混 操作前操作前 环氧环氧 + + 固化剂（胺类）固化剂（胺类） 稀释剂，辅助剂稀释剂，辅助剂 74复合材料工艺及设备最新课件§1-3-1-2、增强材料、增强材料 布，毡布，毡预处理：预处理：干：烘干，不潮湿干：烘干，不潮湿净：无油污净：无油污下料：按样下料下料：按样下料注意点：注意点：1、布的方向性，设计规定排向布的方向性，设计规定排向例如：正交要求纵横交替，管道注意受力方向）（例如：正交要求纵横交替，管道注意受力方向） 75复合材料工艺及设备最新课件2、同一铺层拼接、同一铺层拼接3、圆形：、圆形：45°成带成带      锥形：扇形锥形：扇形4、节约、节约 搭接搭接 错开对接错开对接 传（受）力均匀传（受）力均匀 76复合材料工艺及设备最新课件§1-3-1-3、胶衣糊、胶衣糊 1、种类与功效、种类与功效 33号间苯二甲酸型胶衣树脂：号间苯二甲酸型胶衣树脂：耐水耐水36PA树脂：树脂：不透明、自熄不透明、自熄39号胶衣树脂，间苯二甲酸号胶衣树脂，间苯二甲酸-HET酸酐：酸酐：耐热、耐热、自熄自熄21号胶衣树脂，新戊二醇：号胶衣树脂，新戊二醇：耐水煮、耐热、不污耐水煮、耐热、不污染、柔韧耐磨染、柔韧耐磨 2、配置、配置胶衣树脂胶衣树脂 + 引发剂引发剂 + 促进剂促进剂77复合材料工艺及设备最新课件§1-3-1-4、手糊制品厚度与层数计算、手糊制品厚度与层数计算 1、厚度、厚度数学计算见书数学计算见书P.26   t        =       m     ×      k 制品制品厚度厚度mm 材料材料质量质量Kg/m2 厚度常数厚度常数mm/Kg•m-278复合材料工艺及设备最新课件2、层数计算、层数计算 n = A /mf (kf + ckr) A：：  制品总厚度制品总厚度(mm)mf：增强纤维单位面积质量：增强纤维单位面积质量(Kg/m2)kf ：增强纤维厚度常数：增强纤维厚度常数(mm/Kg•m-2)kr：： 树脂基体的厚度常数树脂基体的厚度常数(mm/Kg•m-2)c：：   树脂与增强材料的质量比（含胶量）树脂与增强材料的质量比（含胶量）n：：  增强材料铺层层数增强材料铺层层数79复合材料工艺及设备最新课件§1-3-2、工艺操作、工艺操作——糊制糊制 §1-3-2-1、表面层、表面层 定义：定义：制品表面需要特制的面层制品表面需要特制的面层——富树脂层。

富树脂层构成：构成：厚度：厚度：0.25~0.5mm工艺：工艺：涂刷涂刷     横竖刷横竖刷喷涂喷涂     左右平行喷左右平行喷加有颜料的胶衣树脂加有颜料的胶衣树脂粉末填料的普通树脂粉末填料的普通树脂玻纤表面毡玻纤表面毡三类三类80复合材料工艺及设备最新课件喷涂影响因素：喷涂影响因素： 1、触变指数、触变指数→影响雾化扇面宽度影响雾化扇面宽度喷射距离喷射距离400~500mm此时触变指数此时触变指数5~5.5以上以上 2、温度、温度 25~30℃，喷枪气压，喷枪气压0.3~0.4MPa 3、气泡、气泡          杜绝杜绝 4、苯乙烯、苯乙烯      防止挥发防止挥发 5、水、水              杜绝杜绝  81复合材料工艺及设备最新课件§1-3-2-2、铺层、铺层 连续，拼接时要对接，接缝错开，外包封，连续，拼接时要对接，接缝错开，外包封，多层拼接用多次薄层法拼接多层拼接用多次薄层法拼接详见书详见书P.27接缝接缝布层布层附加布附加布82复合材料工艺及设备最新课件§1-3-3、工艺操作、工艺操作——固化固化 §1-3-3-1、不饱和聚酯树脂固化、不饱和聚酯树脂固化 引发剂引发剂 游离基游离基 树脂双键打开树脂双键打开 聚合聚合 产生产生 使使自行自行 （凝胶（凝胶→定型定型→熟化）熟化）时间、温度、硬度时间、温度、硬度 促进剂促进剂 迫使迫使 烘箱、固化炉、模内加热、红外烘箱、固化炉、模内加热、红外83复合材料工艺及设备最新课件§1-3-4、工艺操作、工艺操作——影响因素影响因素 配方、反应过程、后加工。

配方、反应过程、后加工1、原材料方面、原材料方面纤维：质量不匀，扭结、断头、沾污、含湿，质纤维：质量不匀，扭结、断头、沾污、含湿，质量不达标，内应力高，石蜡浸润剂存在量不达标，内应力高，石蜡浸润剂存在树脂：粘度不宜，浸润性差，树脂的指标不合格树脂：粘度不宜，浸润性差，树脂的指标不合格（酸值、挥发分、分子量分布、环氧值等）（酸值、挥发分、分子量分布、环氧值等）2、反应中：、反应中：不按规程操作，固化剂纯度、用量，不按规程操作，固化剂纯度、用量，室温，湿度，加压时机等室温，湿度，加压时机等 3、后加工：、后加工：脱模，机加工，连接不当脱模，机加工，连接不当 4、质量控制：、质量控制：避免上述影响因素避免上述影响因素   84复合材料工艺及设备最新课件5、常见缺陷：、常见缺陷： 胶衣胶衣 原因原因 起皱起皱 胶衣层太薄，胶衣未固化就糊增强层，胶衣层太薄，胶衣未固化就糊增强层，交联剂使胶衣溶胀交联剂使胶衣溶胀 龟裂龟裂 胶衣层厚薄不均，厚部牵拉胶衣层厚薄不均，厚部牵拉 变色变色 颜料含水量严格控制颜料含水量严格控制 书中详列原因与方法书中详列原因与方法 制品制品 原因原因 皱缩皱缩 拐角或斜坡曲面（原因及防治参见书拐角或斜坡曲面（原因及防治参见书P.31）） 翘曲与变形翘曲与变形 （原因及防治参见书（原因及防治参见书P.32）） 85复合材料工艺及设备最新课件喷射成型工艺喷射成型工艺1、定义：、定义：(1)将分别混有促进剂和引发剂的不饱和聚酯树将分别混有促进剂和引发剂的不饱和聚酯树脂脂从喷枪两侧（或枪内混合）喷出，同时将玻纤无从喷枪两侧（或枪内混合）喷出，同时将玻纤无捻粗纱用切割机切断，并由喷枪中心喷出，与树捻粗纱用切割机切断，并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上。

脂一起均匀沉积到模具上2)待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透透树脂，压实并除去气泡，最后固化成产品树脂，压实并除去气泡，最后固化成产品 86复合材料工艺及设备最新课件工艺流程：工艺流程： 玻纤无捻粗纱玻纤无捻粗纱 聚酯树脂聚酯树脂→加热加热 引发剂引发剂促进剂促进剂静态混合静态混合→切割喷枪切割喷枪→喷射成型喷射成型 模具模具辊压辊压固化固化脱模脱模87复合材料工艺及设备最新课件喷射成型工艺喷射成型工艺88复合材料工艺及设备最新课件2、分类、分类 气动型气动型                 压缩空气的喷射将胶液雾化并喷压缩空气的喷射将胶液雾化并喷                             涂到芯模上涂到芯模上                             烟雾弥漫，浪费，污染烟雾弥漫，浪费，污染液压型液压型     内混内混    喷枪头紊流混合器内混喷枪头紊流混合器内混                             污染小，易堵枪，丙酮及时洗污染小，易堵枪，丙酮及时洗                  外混外混    喷枪外混，类似气动喷枪外混，类似气动                             浪费，污染浪费，污染                  先混先混    静态混合器，好，贵静态混合器，好，贵89复合材料工艺及设备最新课件3、优点：、优点：效率高，成本低，整体性（无效率高，成本低，整体性（无                     缝），产品壁厚可调节。

缝），产品壁厚可调节       缺点：缺点：污染大，树脂用量大，制品强污染大，树脂用量大，制品强                     度低（短切）度低（短切） 90复合材料工艺及设备最新课件§2-1、喷射工艺控制、喷射工艺控制 §2-1-1、工艺参数、工艺参数 1、纤维：、纤维：含量为含量为28~33%，长度，长度25~50mm<25%，，<10mm，强度低，强度低<45%，，>50mm，气泡多，不分散，气泡多，不分散2、含胶量：、含胶量：60%左右左右3、胶液粘度：、胶液粘度：0.3~0.8Pa•S，触变度，触变度1.5~44、喷射量：、喷射量：喷嘴直径喷嘴直径Φ1.2~3.5mm，喷胶量，喷胶量8~60g/s5、喷角、喷距：、喷角、喷距：喷角喷角20°，喷距，喷距350~400mm，，粘度粘度0.2Pa•S，雾化压力，雾化压力0.3~0.5MPa91复合材料工艺及设备最新课件§2-1-2、工艺要点、工艺要点 1、环境温度：、环境温度：25±5℃高：高：固化快，堵枪固化快，堵枪低：低：粘度大，浸渍不好，固化慢粘度大，浸渍不好，固化慢2、标准化作业、标准化作业3、独立供气，除湿、独立供气，除湿（国内难）（国内难）4、胶液罐恒温、胶液罐恒温5、调节割辊与气压同步、调节割辊与气压同步 92复合材料工艺及设备最新课件6、底胶先喷，初终光面、底胶先喷，初终光面（打薄）（打薄）7、均匀喷射、均匀喷射8、滚压、排气泡、修毛刺、滚压、排气泡、修毛刺9、旋转喷嘴，调喷射直径、旋转喷嘴，调喷射直径10、特殊部位、特殊部位   曲面曲面——法线方向法线方向                           沟槽沟槽——四周向内四周向内                           转角转角——由内向外由内向外93复合材料工艺及设备最新课件§2-1-3、缺陷及防治、缺陷及防治 见书见书P.36“软软”，，“硬硬”，，“快快”，，“过头过头”，，“泡泡”。

 94复合材料工艺及设备最新课件§2-2、树脂传递模塑与反应注射模塑、树脂传递模塑与反应注射模塑 树脂传递模塑：树脂传递模塑：Resin Transfer Molding反应注射模塑：反应注射模塑：Reaction Injection MoldingRTM定义：将液态热固性树脂（通常为不饱定义：将液态热固性树脂（通常为不饱和聚酯）及固化剂，由计量设备分别从储桶和聚酯）及固化剂，由计量设备分别从储桶内抽出，经静态混合器混合均匀，注入事先内抽出，经静态混合器混合均匀，注入事先铺有玻纤增强材料的密封模内，经固化，脱铺有玻纤增强材料的密封模内，经固化，脱模，后加工而成制品模，后加工而成制品 95复合材料工艺及设备最新课件§2-2-1、原材料、原材料 1、树脂系统、树脂系统 低粘度，低放热，快固化，以适应树脂低粘度，低放热，快固化，以适应树脂RTM的反应机理，设备需求的反应机理，设备需求 低粘度低粘度   抽、注要求抽、注要求低放热低放热   密封模固化要求密封模固化要求快固化快固化   生产周期要求生产周期要求96复合材料工艺及设备最新课件工艺参数：工艺参数：粘度粘度   250~300 Pa•S放热放热   80~140℃凝胶凝胶   5~30min固化固化   2倍胶凝时间倍胶凝时间2、增强材料、增强材料玻纤毡，短切毡，无捻粗纱，预成型毡，表面毡。

玻纤毡，短切毡，无捻粗纱，预成型毡，表面毡根据根据RTM的工艺流程，材料必须要（增强部分）的工艺流程，材料必须要（增强部分）(1)铺覆性好，在模内铺覆保持尺寸铺覆性好，在模内铺覆保持尺寸2)质量均匀（只在中国），制毡受力均匀质量均匀（只在中国），制毡受力均匀 97复合材料工艺及设备最新课件(3)容积压缩系数大，初试合模时均匀受力，容积压缩系数大，初试合模时均匀受力，注入树脂时也均匀受力注入树脂时也均匀受力4)耐冲刷性能好，树脂用泵注入时，对于耐冲刷性能好，树脂用泵注入时，对于树脂的反复流动不变性树脂的反复流动不变性5)对树脂流动阻力小，让树脂均开对树脂流动阻力小，让树脂均开应用品种：应用品种：连续毡，连续毡连续毡，连续毡+短切毡混合，无捻粗纱，短切毡混合，无捻粗纱，表面毡3、填料、填料无机填料为主无机填料为主98复合材料工艺及设备最新课件§2-2-2、工艺特点和基本性能、工艺特点和基本性能 1、主设备、模具、模压机投资少（低压），、主设备、模具、模压机投资少（低压），但模具要求高但模具要求高 2、在模具好的条件下，能保证制品光滑，、在模具好的条件下，能保证制品光滑，尺寸稳定，组合容易。

尺寸稳定，组合容易3、可预加入物质可预加入物质4、模具制造周期短，更新品种容易模具制造周期短，更新品种容易5、可选多种树脂、填料，但要求树脂高可选多种树脂、填料，但要求树脂高 99复合材料工艺及设备最新课件6、单位产量高单位产量高7、后处理少后处理少8、闭模生产，污染小闭模生产，污染小9、、RRIM制品抗压强度高，耐腐制品抗压强度高，耐腐基本性能见书基本性能见书P.50表表2-23，，2-24 100复合材料工艺及设备最新课件夹层结构夹层结构诞生起因：减重，保温诞生起因：减重，保温 生产方式：手工，机械生产方式：手工，机械1、夹层性质：、夹层性质：泡沫塑料夹层泡沫塑料夹层蜂窝玻璃布夹芯蜂窝玻璃布夹芯玻钢、玻纹板玻钢、玻纹板2、夹层结构、夹层结构六边形，矩形，加强带六边形六边形，矩形，加强带六边形 101复合材料工艺及设备最新课件§3-1、蜂窝夹层结构、蜂窝夹层结构 §3-1-1、原材料、原材料 布、纸、箔布、纸、箔 蒙皮，易成异型蒙皮，易成异型 芯材易拉伸，成网状芯材易拉伸，成网状 102复合材料工艺及设备最新课件粘接剂：粘接剂： 蒙皮，芯材浸胶，胶接蒙皮，芯材浸胶，胶接 环氧，不饱和聚酯环氧，不饱和聚酯 酚醛，有机硅酚醛，有机硅 DAP树脂树脂 蜂窝夹芯制造蜂窝夹芯制造  聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯  聚乙烯醇缩丁醛胶聚乙烯醇缩丁醛胶 环氧树脂环氧树脂 103复合材料工艺及设备最新课件§3-1-2、蜂窝夹芯制造、蜂窝夹芯制造 芯材分类芯材分类 低密度：纸、布（玻璃，棉）低密度：纸、布（玻璃，棉） 高密度：钢材，合金钢高密度：钢材，合金钢 芯的制造芯的制造 塑性胶接塑性胶接 模压模压 胶接拉伸胶接拉伸 手工涂胶手工涂胶 机械涂胶机械涂胶 104复合材料工艺及设备最新课件§3-1-2-1、手工涂胶、手工涂胶 胶条纸板如同丝网印花的丝网胶条纸板如同丝网印花的丝网涂胶如同印彩色釉涂胶如同印彩色釉连接连接如此间隔叠层（见书）如此间隔叠层（见书）达到厚度，固化、切割、手拉开达到厚度，固化、切割、手拉开 105复合材料工艺及设备最新课件§3-1-2-2、机械涂胶、机械涂胶 印胶法：印胶法：同墙、同墙、地砖机地砖机械印花械印花法类同，法类同，把底面把底面再印一再印一次胶。

次胶 106复合材料工艺及设备最新课件§3-1-2-3、金属蜂窝胶接拉伸法、金属蜂窝胶接拉伸法 工艺流程：工艺流程： 金属箔金属箔→表面处理表面处理→胶液涂刷胶液涂刷→干燥干燥→打通气孔打通气孔 化学除油化学除油  化学粗化化学粗化   水洗干燥水洗干燥 60~70℃ 洗涤剂洗涤剂   3~5min磷酸钠磷酸钠硅酸钠硅酸钠液体皂液体皂剪裁、定位、叠合剪裁、定位、叠合 加压固化加压固化 拉伸拉伸 蜂窝蜂窝 107复合材料工艺及设备最新课件§3-2、泡沫塑料夹层、泡沫塑料夹层 §3-2-1、基本性能、基本性能 质量轻，绝热，隔音，均匀传递外力质量轻，绝热，隔音，均匀传递外力详见书详见书P.65表表3-4 108复合材料工艺及设备最新课件§3-2-2、泡沫塑料夹芯种类与工艺、泡沫塑料夹芯种类与工艺 §3-2-2-1、种类、种类1、生产的树脂基体分、生产的树脂基体分 聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚氨酯，聚乙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚氨酯，聚乙烯，脲甲醛，酚醛，环氧，有机硅，聚丙烯，脲甲醛，酚醛，环氧，有机硅，聚丙烯，氯化或磺化聚乙烯，聚碳酸酯，聚四氟乙氯化或磺化聚乙烯，聚碳酸酯，聚四氟乙烯。

烯 109复合材料工艺及设备最新课件2、泡沫塑料硬度、泡沫塑料硬度压缩变形：压缩变形：3、密度、密度   10% 硬质硬质 2~10% 半硬质半硬质 <2% 软质软质 >0.4Kg/m3 低发泡低发泡 0.1~0.4 Kg/m3 中发泡中发泡 <0.1 Kg/m3 高发泡高发泡 110复合材料工艺及设备最新课件§3-2-2-2、发泡方法、发泡方法 1、物理发泡、物理发泡 压入气体发泡压入气体发泡低沸点液体蒸发发泡低沸点液体蒸发发泡2、机械混入、机械混入“固化固化”气泡气泡3、化学发泡、化学发泡内部化学反应发泡内部化学反应发泡 111复合材料工艺及设备最新课件§3-2-2-3、聚氨酯泡沫塑料制备工艺、聚氨酯泡沫塑料制备工艺 聚醚或聚酯树脂聚醚或聚酯树脂 异氰酸酯异氰酸酯 水水 助剂助剂 化学反应化学反应 112复合材料工艺及设备最新课件CCO氧化烯烃氧化烯烃     +    多元醇多元醇                        聚醚聚醚   +   H2O  1、聚醚、聚醚 CCOHOHOCCCOOC113复合材料工艺及设备最新课件RC OHOCOHORCCOHOHR C OOCCOHO二元酸二元酸      +     多元醇多元醇                             聚酯聚酯 2、聚酯、聚酯 114复合材料工艺及设备最新课件3、异氰酸酯、异氰酸酯CH3CON264甲苯二异氰酸酯甲苯二异氰酸酯 2，，6，对称稳定性，形成开孔泡。

对称稳定性，形成开孔泡 2，，4，不稳定性，形成闭孔泡不稳定性，形成闭孔泡 115复合材料工艺及设备最新课件4、催化剂、催化剂 叔胺类叔胺类        +        有机锡有机锡 异氰酸酯异氰酸酯+羟基化合物羟基化合物异氰酸酯异氰酸酯+羟基化合物羟基化合物异氰酸酯异氰酸酯+水水116复合材料工艺及设备最新课件5、发泡剂、发泡剂二氧化碳，卤化碳二氧化碳，卤化碳6、表面活性剂、表面活性剂水溶性硅油，磺化脂肪醇，磺化脂肪酸水溶性硅油，磺化脂肪醇，磺化脂肪酸7、其他助剂、其他助剂改善功能用改善功能用117复合材料工艺及设备最新课件8、工艺反应机理、工艺反应机理(1)链增长反应链增长反应 (2)放气反放气反应应 (3)氨基与异氰酸酯反应氨基与异氰酸酯反应 (4)交联和支化反应交联和支化反应 (5)缩二脲缩二脲 (6)羧基聚酯与异氰酸酯反应羧基聚酯与异氰酸酯反应 118复合材料工艺及设备最新课件(1)链增长反应链增长反应CNOOHNHCOO+ +异氰酸酯异氰酸酯 聚酯或聚胺酯聚酯或聚胺酯 119复合材料工艺及设备最新课件(2)放气反应放气反应 +异氰酸酯异氰酸酯 水水OHHNHCOOH氨基甲酸氨基甲酸 HNH+  CO2↑ 胺胺 CNO120复合材料工艺及设备最新课件(3)氨基与异氰酸酯反应氨基与异氰酸酯反应CNOHNHCNHONH+脲衍生物脲衍生物 121复合材料工艺及设备最新课件(4)交联和支化反应交联和支化反应 NHCOOCNOCOONCNHO氨基甲酸酯氨基甲酸酯 异氰酸酯异氰酸酯 脲基甲酸酯脲基甲酸酯 +122复合材料工艺及设备最新课件(5)缩二脲缩二脲 CNHONH脲衍生物脲衍生物 CNO异氰酸酯异氰酸酯CNONCNHOH+缩二脲缩二脲 123复合材料工艺及设备最新课件(6)羧基聚酯与异氰酸酯反应羧基聚酯与异氰酸酯反应COOCNO+  CO2↑CONH+二步放气，四步聚合二步放气，四步聚合 124复合材料工艺及设备最新课件9、制造步骤、制造步骤 一步法一步法 预热混合预热混合加热发泡加热发泡 二步法二步法 预混合预混合喷涂发泡喷涂发泡 125复合材料工艺及设备最新课件§3-2-3、泡沫夹层结构制造、泡沫夹层结构制造 1、预制粘接法、预制粘接法 面层、泡沫芯材分别制造面层、泡沫芯材分别制造→粘接即可粘接即可 2、整体浇注法、整体浇注法 复合材料的结构空腔内浇入待发泡料，经发泡、复合材料的结构空腔内浇入待发泡料，经发泡、固化而成一整体。

固化而成一整体 3、机械连续法、机械连续法 表层、结构、泡沫夹层同时生产表层、结构、泡沫夹层同时生产 结构与表层定位结构与表层定位→浸粘结胶浸粘结胶→向结构空腔喷泡沫向结构空腔喷泡沫 126复合材料工艺及设备最新课件模压成型工艺模压成型工艺§5-1、概述、概述 定义：定义：将一定量的模压料放入金属对模中，将一定量的模压料放入金属对模中，在一定的温度和压力作用下，固化成型制品在一定的温度和压力作用下，固化成型制品的一种方法的一种方法工艺过程：工艺过程：加热和加压（高压）加热和加压（高压）物料角度：物料角度：塑化，流动，固化三阶段塑化，流动，固化三阶段模具要求：模具要求：高强度，高精度，耐高温高强度，高精度，耐高温 127复合材料工艺及设备最新课件树脂在成型过程中的两个特定阶段：树脂在成型过程中的两个特定阶段：(1)粘粘流流阶阶段段：：树树脂脂受受热热熔熔化化，，在在压压力力作作用用下下粘粘裹裹纤维一起流动至填满模腔的过程纤维一起流动至填满模腔的过程——即物料塑化、流动阶段即物料塑化、流动阶段2)硬固阶段：硬固阶段：树脂发生交联，硬固的过程树脂发生交联，硬固的过程——即物料固化阶段即物料固化阶段。

工艺分类：工艺分类：是根据增强材料物态和模压料品种是根据增强材料物态和模压料品种（模压方式）分类模压方式）分类128复合材料工艺及设备最新课件按模压材料物态分类：按模压材料物态分类： 纤维料模压：纤维料模压：预混、预浸纤维料加热、加压预混、预浸纤维料加热、加压成型单向、线性）成型单向、线性）织物模压：织物模压：两向、三向、多向织物浸渍树脂两向、三向、多向织物浸渍树脂后，加热、加压成型平面）后，加热、加压成型平面）优点：剪切强度明显提高，质量稳定优点：剪切强度明显提高，质量稳定缺点：成本高缺点：成本高碎布料模压：碎布料模压：预浸碎布料加热、加压成预浸碎布料加热、加压成型型 多块，小平面）（多块，小平面） 129复合材料工艺及设备最新课件SMC模压：模压：SMC片材按制品尺寸、形状、片材按制品尺寸、形状、厚度等要求剪裁下料，多层片材叠合加压厚度等要求剪裁下料，多层片材叠合加压而成型大面积，多层平面）而成型大面积，多层平面）预成型坯模压：预成型坯模压：短切纤维制成与制品形状短切纤维制成与制品形状和尺寸相似的预成型坯，放入模中，倒入和尺寸相似的预成型坯，放入模中，倒入树脂混合物，压力成型大型、深型、树脂混合物，压力成型。

大型、深型、高强、异型、体形、均厚度制品）高强、异型、体形、均厚度制品） 130复合材料工艺及设备最新课件按模压成型方式分类：按模压成型方式分类： 层压：层压：预浸胶布或毡剪成所需形状，层叠预浸胶布或毡剪成所需形状，层叠后放入金属模内，压制成型后放入金属模内，压制成型缠绕：缠绕：预浸的玻纤或布带，缠绕在一定模预浸的玻纤或布带，缠绕在一定模型上，加热、加压管材）型上，加热、加压管材）定向铺设：定向铺设：单向预浸料（纤维或无维布）单向预浸料（纤维或无维布）沿制品主应力方向铺设，然后模压成型沿制品主应力方向铺设，然后模压成型 131复合材料工艺及设备最新课件§5-2、模压料、模压料 树脂、增强材料、辅助剂构成模压料的三树脂、增强材料、辅助剂构成模压料的三大块 §5-2-1、原料、原料 1、树脂：、树脂：酚醛型（镁、氨酚醛，改性聚乙烯醇缩丁酚醛型（镁、氨酚醛，改性聚乙烯醇缩丁醛），环氧型（醛），环氧型（634，，648，，F-46），环氧），环氧酚醛型（也可列为酚醛型），聚酯型酚醛型（也可列为酚醛型），聚酯型 132复合材料工艺及设备最新课件2、增强材料：、增强材料：纤维型（玻纤，碳纤，尼龙纤），（形状纤维型（玻纤，碳纤，尼龙纤），（形状有纤维状，短切毡，布或绳）有纤维状，短切毡，布或绳）3、辅助材料：、辅助材料：稀释剂，玻纤表面处理剂，填料，脱模剂稀释剂，玻纤表面处理剂，填料，脱模剂及颜料等。

及颜料等目的：目的：使模压料具有良好的工艺性和制品使模压料具有良好的工艺性和制品的特殊要求的特殊要求 133复合材料工艺及设备最新课件(1)稀释剂：稀释剂：丙酮、乙醇（非活性）丙酮、乙醇（非活性）用途：降低树脂粘度，改进树脂浸渍性能，有活用途：降低树脂粘度，改进树脂浸渍性能，有活性与非活性之分性与非活性之分2)表表面面处处理理剂剂：：改改进进树树脂脂与与增增强强材材料料的的粘粘结结及及树树脂脂——纤维界面状态纤维界面状态种类：对环氧及酚醛模压料，常用的玻纤表面处种类：对环氧及酚醛模压料，常用的玻纤表面处理剂有理剂有KH-550，用量为纯树脂重量的，用量为纯树脂重量的1%，不宜，不宜过多或过少过多或过少3)粉状填料：粉状填料：提高模压料的流动性，降低制品提高模压料的流动性，降低制品收收缩率，提高制品表面的光泽度、质量和均匀性及缩率，提高制品表面的光泽度、质量和均匀性及赋予制品以某种特殊性能赋予制品以某种特殊性能MoS2可提高制品的可提高制品的耐磨性 134复合材料工艺及设备最新课件§5-2-2、模压料的制备、模压料的制备 分为分为预混法预混法和和预浸法预浸法两种1、短切纤维模压料制备、短切纤维模压料制备(1)预混法（手混和机混）预混法（手混和机混）工艺流程：工艺流程：玻璃纤维玻璃纤维→热处理热处理→切割切割→混合混合→撕松撕松→烘干烘干→模压料模压料  树脂调配树脂调配 135复合材料工艺及设备最新课件机混法步骤：机混法步骤：a、、180℃处理处理40~60min（（350℃处理处理10~15min），），除去玻纤表面石蜡浸润剂，残油量除去玻纤表面石蜡浸润剂，残油量<0.3%。

b、切割成、切割成30~50mm长度，疏松长度，疏松c、按树脂配方配成胶液，用工业酒精调配胶液、按树脂配方配成胶液，用工业酒精调配胶液密度在密度在1.0g/cm3d、按纤维：树脂、按纤维：树脂=55：：45（质量比）在捏合机内（质量比）在捏合机内充分混合充分混合图（图4-1））e、捏合的预混料，逐渐加入撕松机撕松捏合的预混料，逐渐加入撕松机撕松图（图4-2）） 136复合材料工艺及设备最新课件f、撕松的预混料在网格屏上晾置撕松的预混料在网格屏上晾置g、、80℃烘房中烘烘房中烘20~30min，进一步除去水分和，进一步除去水分和挥发物h、装入塑料袋中备用装入塑料袋中备用2)预浸法预浸法  a、纤维从导架导出，经集束环经入胶槽浸渍纤维从导架导出，经集束环经入胶槽浸渍b、浸渍后，过割胶辊进入第一、二级烘箱烘干浸渍后，过割胶辊进入第一、二级烘箱烘干第一级温度第一级温度110~120℃，第二级温度，第二级温度150~160℃c、牵引辊牵出、切割牵引辊牵出、切割 137复合材料工艺及设备最新课件三个主要工艺参数：三个主要工艺参数：树脂溶液比重，环氧酚醛树脂溶液比重，环氧酚醛 (6：：4)，，d=1.00~1.025烘箱温度烘箱温度牵引速度牵引速度2、模压料质量控制、模压料质量控制 模压料呈散乱状态，纤维无一定方向，模压时流模压料呈散乱状态，纤维无一定方向，模压时流动性好，适合制造形状复杂的小型制品。

因此，动性好，适合制造形状复杂的小型制品因此，控制好质量，对模压特性及制品性能有很大影响控制好质量，对模压特性及制品性能有很大影响1)三项质量控制指标三项质量控制指标树脂含量，挥发物含量及不溶性树脂含量树脂含量，挥发物含量及不溶性树脂含量  138复合材料工艺及设备最新课件几种典型模压料质量指标几种典型模压料质量指标                 模压料模压料    指标指标 预浸料预浸料 机械法机械法 手工法手工法 镁酚醛镁酚醛 环氧酚醛环氧酚醛  环氧酚醛环氧酚醛 树脂含量树脂含量 40±5 45±3 42±4 挥发物含量挥发物含量 <3 <1.5 <2 不溶性树脂含量不溶性树脂含量 <8 <4 <5 139复合材料工艺及设备最新课件                模压料模压料    指标指标 预混料预混料 机械法机械法 手工法手工法 镁酚醛镁酚醛 616酚醛酚醛 616酚醛酚醛 树脂含量树脂含量 40~5040±±4 35±±5 挥发物含量挥发物含量 2~3.5 2~4 <4 不溶性树脂含量不溶性树脂含量 5~10 <15 3~20 140复合材料工艺及设备最新课件(2)指标控制方法指标控制方法 取模压料取模压料1~1.5g，称重，称重G1（精确至（精确至0.001g），放入），放入105±2℃的烘箱内烘的烘箱内烘30min，取出后在干燥器内冷，取出后在干燥器内冷却至室温，称重却至室温，称重G2。

挥发物含量：挥发物含量：V%=(G1-G2)/G1×100% 取模压料取模压料1~1.5g，称重，称重G1 （精确至（精确至0.001g），将），将其浸入丙酮溶液中浸泡其浸入丙酮溶液中浸泡15min，取出放入，取出放入105±2℃的烘箱内烘的烘箱内烘30min，在干燥器内冷却至室温，称重，在干燥器内冷却至室温，称重G3称重后将料放入称重后将料放入550~600℃炉中灼烧炉中灼烧10~20min，，将树脂全部烧尽，取出后在干燥器内冷却至室温，将树脂全部烧尽，取出后在干燥器内冷却至室温，再称重再称重G4 141复合材料工艺及设备最新课件树脂含量：树脂含量：R= [G1 (1-V) - G4]/ G1 (1-V)×100% 不溶性树脂含量：不溶性树脂含量：C= (G3- G4)/ [G1 (1-V) - G4] ×100% 测量时要三份平行实验，如模压料中含有无机填测量时要三份平行实验，如模压料中含有无机填料，上述公式需加以修正料，上述公式需加以修正 (3)影响模压料质量的几个主要因素影响模压料质量的几个主要因素 a、树脂溶液粘度、树脂溶液粘度 降低粘度：降低粘度：有利于树脂对纤维的浸透和减少纤维有利于树脂对纤维的浸透和减少纤维强度损失。

强度损失过低：过低：导致纤维离析，影响树脂对纤导致纤维离析，影响树脂对纤维的粘附用加入溶剂调整密度来实现，用密度维的粘附用加入溶剂调整密度来实现，用密度控制粘度酚醛预混料树脂胶液粘度控制在控制粘度酚醛预混料树脂胶液粘度控制在1.00~1.025g/cm3 142复合材料工艺及设备最新课件b、纤维长度、纤维长度过长易结团，过长易结团，机混法：机混法：长度长度20~40mm，，手混法：手混法：长度长度30~50mmc、烘干条件、烘干条件一般快速固化酚醛型预混料（镁酚醛）烘干温度一般快速固化酚醛型预混料（镁酚醛）烘干温度为为80℃，烘干，烘干20~30min慢速固化酚醛型预混料（氨酚醛）烘干温度为慢速固化酚醛型预混料（氨酚醛）烘干温度为80℃烘干烘干50~70min环氧酚醛型预混料的烘干温度为环氧酚醛型预混料的烘干温度为80℃，烘干，烘干20~40 mind、浸渍时间、浸渍时间在确保纤维均匀浸透情况下，应尽可能缩短时间在确保纤维均匀浸透情况下，应尽可能缩短时间 143复合材料工艺及设备最新课件3、模压料的工艺性及其影响因素、模压料的工艺性及其影响因素 工艺性主要为模压料的流动性、收缩率和压缩性。

工艺性主要为模压料的流动性、收缩率和压缩性1)流动性流动性流动性好：流动性好：成型温度与压力较低，复杂制品成型温度与压力较低，复杂制品流动性差：流动性差：成型温度与压力提高，不易复杂制品成型温度与压力提高，不易复杂制品 热固性聚合物熔体粘度：热固性聚合物熔体粘度：η=f (γ, T, α)γ：剪切速率，：剪切速率，T：温度，：温度，α：固化度流动度：流动度：Φ=1/η •A e-atA, a：常数，：常数，t：加热时间加热时间  144复合材料工艺及设备最新课件外部影响因素：外部影响因素：流动度与时间、温度、压力的相互关系流动度与时间、温度、压力的相互关系 加热加热初期初期 固化固化前期前期 固化固化期及期及后后 温度温度升高升高 温度温度续升续升 压力压力升高升高 压力压力续升续升 综合综合评估评估 流动流动度增度增大大 流动流动度相度相对稳对稳定定 流动流动度速度速降降—交联交联 流动流动度增度增大大—塑化塑化 流动流动度快度快降降—交联交联 流动度流动度增大增大—提高剪提高剪切变形，切变形，剪切速剪切速率率流动流动度增度增缓缓—功耗功耗速增速增 温度温度最重最重要要 145复合材料工艺及设备最新课件Arrhenius方程：方程：η=A • e Hη/RT详见图详见图4-3，，4-4解决方法：模压温度解决方法：模压温度Tk，塑化，交联的交，塑化，交联的交界温度。

界温度 146复合材料工艺及设备最新课件内部影响因素：内部影响因素：a、、高聚物分子量，链结构，分子量分布高聚物分子量，链结构，分子量分布相同温度下：相同温度下：分子量大、链段多，分子量大、链段多，分子链重心难分子链重心难移移——粘度大η0=AMw3.4η0：剪切速率较低时的表观粘度：剪切速率较低时的表观粘度A：经验常数：经验常数Mw：重均分子量：重均分子量解决方法：低分子量溶剂或增塑剂降低粘度解决方法：低分子量溶剂或增塑剂降低粘度 147复合材料工艺及设备最新课件分子量分布对粘度影响：分子量分布对粘度影响： 剪切速率小，分布宽高于分布窄剪切速率小，分布宽高于分布窄剪切速率大，分布宽低于分布窄剪切速率大，分布宽低于分布窄温度敏感性：分布宽，温敏低；分布窄，温度敏感性：分布宽，温敏低；分布窄，温敏高详见图详见图4-5，，4-6148复合材料工艺及设备最新课件logγlogη12图图4-5：：分子质量分布分子质量分布不同对流动曲线的影响不同对流动曲线的影响1－分子质量分布宽－分子质量分布宽2－分子质量分布窄－分子质量分布窄149复合材料工艺及设备最新课件加热时间加热时间min流流动动速速度度g/s312图图4-6：：流动试验曲线流动试验曲线1－纸浆填充脲醛－纸浆填充脲醛2－纸浆填充三聚氰胺甲醛－纸浆填充三聚氰胺甲醛3－木粉填充酚醛－木粉填充酚醛150复合材料工艺及设备最新课件b、、模压料质量指标与组分模压料质量指标与组分挥发份对流动性影响：挥发份对流动性影响：挥发份增加，流动性增加挥发份增加，流动性增加挥发份过高，成型时树脂大量流失挥发份过高，成型时树脂大量流失挥发份过低，流动性下降，成型难挥发份过低，流动性下降，成型难 151复合材料工艺及设备最新课件c、、增强材料形态、含量增强材料形态、含量线性好于平面性，短比长好，短长混用。

线性好于平面性，短比长好，短长混用d、、合理的压制制度，模具的结构、形状及合理的压制制度，模具的结构、形状及光洁度都会有影响光洁度都会有影响流动性过大的，合模时产生溢料，局部聚流动性过大的，合模时产生溢料，局部聚胶、贫胶和纤维分布不均胶、贫胶和纤维分布不均 152复合材料工艺及设备最新课件(2)模压料的收缩性模压料的收缩性 定义：脱模后尺寸会减小是模压料的固有特性定义：脱模后尺寸会减小是模压料的固有特性 Q：收缩率：收缩率A、实际收缩率：、实际收缩率：模具空腔或制品在压制温度下模具空腔或制品在压制温度下的尺寸与制品在室温下的尺寸之间的差值的尺寸与制品在室温下的尺寸之间的差值Q实实=(a-b)/b×100%a：模具空腔或制品在压制温度下的尺寸：模具空腔或制品在压制温度下的尺寸mmb：制品在室温下的尺寸：制品在室温下的尺寸mm 153复合材料工艺及设备最新课件B、计算收缩率：、计算收缩率：在室温下模具空腔尺寸与制品尺在室温下模具空腔尺寸与制品尺寸之间的差值寸之间的差值Q计计=(c-b)/b×100%c：模具空腔在室温下的尺寸：模具空腔在室温下的尺寸mm，设计模具时的重，设计模具时的重要数据。

要数据C、收缩的主要原因：、收缩的主要原因：热收缩和结构（化学）收缩热收缩和结构（化学）收缩热收缩：热收缩：模压制品的线膨胀系数比模具材料大（塑模压制品的线膨胀系数比模具材料大（塑料线膨胀系数料线膨胀系数25~120×10-6℃-1，钢材线膨胀系数，钢材线膨胀系数11×10-6℃-1）因此制品脱模冷却后收缩率大于模具）因此制品脱模冷却后收缩率大于模具收缩率制品小，模具大（与墙地砖热压后膨胀正好相反）制品小，模具大（与墙地砖热压后膨胀正好相反）见表见表4-3  154复合材料工艺及设备最新课件结构收缩：结构收缩：固化过程中缩聚反应产生交联固化过程中缩聚反应产生交联一般高强度短纤维模压制品收缩率在一般高强度短纤维模压制品收缩率在0~0.3%D、影响收缩的因素、影响收缩的因素※原材料的影响原材料的影响树脂与添加物的种类与含量树脂与添加物的种类与含量※模具结构和制品形状的影响模具结构和制品形状的影响不溢式与溢式模具，模具刚度，薄壁制品不溢式与溢式模具，模具刚度，薄壁制品※成型工艺条件成型工艺条件温度制度，压力制度温度制度，压力制度见表见表4-4，，4-5 155复合材料工艺及设备最新课件(3)模压料的压缩性模压料的压缩性 压缩比：压缩比：模压料和模压制品二者比容的比模压料和模压制品二者比容的比值。

值压缩比压缩比 = 模压料（或坯体）的比容模压料（或坯体）的比容/制品比制品比容容>1SMC，，BMC压缩比较小压缩比较小纤维状模压料压缩比达纤维状模压料压缩比达6~10（蓬松）（蓬松）处理方法：预成型纤维处理方法：预成型纤维 156复合材料工艺及设备最新课件§5-3、、SMC成型工艺成型工艺 §5-3-1、、SMC的特点与种类的特点与种类 1、、SMC的特点的特点 SMC——片片 状状 模模 塑塑 料料 （（ Sheeting Molding Compound））1953年，美国年，美国Rubber发明不饱和聚酯的化学增稠发明不饱和聚酯的化学增稠1960年，德国年，德国Bayer公司实现公司实现SMC工业化生产工业化生产定义：定义：SMC是不饱和聚酯树脂及辅助剂、填料所是不饱和聚酯树脂及辅助剂、填料所成树脂糊浸渍短玻纤粗纱或玻毡，并在两边用聚成树脂糊浸渍短玻纤粗纱或玻毡，并在两边用聚乙烯或聚丙烯包覆后形成的片状模压成型材料乙烯或聚丙烯包覆后形成的片状模压成型材料 157复合材料工艺及设备最新课件特点：特点：(1)干法生产干法生产FRP制品一种中间材料，它具有制品一种中间材料，它具有独特的增稠作用，即浸渍玻纤时体系粘度低，独特的增稠作用，即浸渍玻纤时体系粘度低，浸渍后粘度急剧上升，达到稳定。

浸渍后粘度急剧上升，达到稳定 (2)重现性好重现性好 (3)操作处理方便，增稠剂化学增稠，使操作处理方便，增稠剂化学增稠，使SMC处于不粘手状态，避免一般预成型的粘滞性处于不粘手状态，避免一般预成型的粘滞性 (4)作业环境清洁作业环境清洁158复合材料工艺及设备最新课件(5)SMC能使玻纤同树脂一起流动，可成型能使玻纤同树脂一起流动，可成型带有肋条和凸部的制品带有肋条和凸部的制品 (6)可压截面变化不大的大型薄壁制品可压截面变化不大的大型薄壁制品 (7)制品表面光洁度高制品表面光洁度高 (8)生产率高，成型周期短，成本低，易机生产率高，成型周期短，成本低，易机械化、自动化械化、自动化159复合材料工艺及设备最新课件2、、SMC的种类的种类 (1)BMC——块块 状状 模模 塑塑 料料 （（ Bulk Molding Compound））相近：相近：与与SMC组成近似组成近似用途：用途：压制和挤出成型压制和挤出成型区别：区别：BMC中纤维含量低，纤维短，填料含量大，中纤维含量低，纤维短，填料含量大，强度低，小型制品强度低，小型制品2)TMC——厚片状模塑料厚片状模塑料相近：相近：组成与制作与组成与制作与SMC类似。

类似区别：区别：比比SMC厚的多厚的多(0.63cm：：5.08cm)，浸透性更，浸透性更好，成本更低好，成本更低 160复合材料工艺及设备最新课件(3)结构结构SMC——纤维形态和分布不同的纤维形态和分布不同的SMCSMC—R——纤维不规则分布纤维不规则分布SMC—C——连续纤维单向分布连续纤维单向分布SMC—D——不连续纤维定向分布不连续纤维定向分布SMC—C/R，，SMC—D/R区别：区别：纤维含量高（纤维含量高（Wt达达30~70%，多为，多为50%以上），以上），树脂为高反应性间苯二甲酸聚酯树脂，强度大大树脂为高反应性间苯二甲酸聚酯树脂，强度大大提高 161复合材料工艺及设备最新课件(4)高强高强SMC，即，即HMC和和XMCHMC——少填料，多短纤，少树脂的片状模塑料少填料，多短纤，少树脂的片状模塑料XMC——少填料，多连续定向玻纤，少树脂的片状少填料，多连续定向玻纤，少树脂的片状模塑料代替钢材，铝材代替钢材，铝材5)LS—SMC(Lom Shrinkage—SMC)—低收缩低收缩SMC尺寸精度高，表面光洁度高尺寸精度高，表面光洁度高6)ITP—SMC(Interpenetrating Thicking Process—SMC)——渗透增稠片状模塑料渗透增稠片状模塑料室温熟化，高刚性，耐冲击，尺寸稳定。

室温熟化，高刚性，耐冲击，尺寸稳定7)高弹高弹SMC，耐热，耐热SMC，耐燃，耐燃SMC  162复合材料工艺及设备最新课件§5-3-2、、SMC的组分及性能的组分及性能 SMC三大员三大员 不饱和聚酯树脂及其助剂不饱和聚酯树脂及其助剂 玻纤玻纤填料填料 163复合材料工艺及设备最新课件1、不饱和聚酯树脂及其助剂、不饱和聚酯树脂及其助剂(1) 不饱和聚酯树脂的工艺要求不饱和聚酯树脂的工艺要求a、低粘度，便于浸渍、低粘度，便于浸渍b、易同增稠剂反应、易同增稠剂反应c、固化迅速、固化迅速e、热强度高、热强度高牌号，不同的用途决定牌号，不同的用途决定 164复合材料工艺及设备最新课件(2)交联剂交联剂机理：机理：与聚酯发生共聚反应，使聚酯大分与聚酯发生共聚反应，使聚酯大分子子通通过过交交联联单单体体自自聚聚的的“链链桥桥”而而交交联联固固化化改善树脂固化后的性能改善树脂固化后的性能工艺上使树脂糊初始粘度降低工艺上使树脂糊初始粘度降低种类：种类：苯乙烯，甲基丙烯酸甲酯，乙烯基苯乙烯，甲基丙烯酸甲酯，乙烯基甲苯，邻苯二甲酸二丙烯酯甲苯，邻苯二甲酸二丙烯酯253厂的促进厂的促进剂剂E 165复合材料工艺及设备最新课件(3)引发剂引发剂贮存，操作安全，室温不分解，制得贮存，操作安全，室温不分解，制得SMC贮存期长。

贮存期长如引发剂如引发剂H（白色糊状），（白色糊状）， 25℃凝胶时间，凝胶时间，12~20min引发剂引发剂L（无色透明液体），（无色透明液体）， 25℃凝胶时凝胶时间，间，12~22min实例：促进剂与引发剂配方使用实例：促进剂与引发剂配方使用166复合材料工艺及设备最新课件(4)阻聚剂阻聚剂阻止不饱和聚酯在室温下的交联聚合，必阻止不饱和聚酯在室温下的交联聚合，必须在引发剂和所用树脂的临界温度内不失须在引发剂和所用树脂的临界温度内不失效，但又不极大影响固化、成型周期效，但又不极大影响固化、成型周期PBO、、HQ、、CL—PBO、、TBC…… (5)增稠剂增稠剂贮存和成型贮存和成型SMC时要求坯体粘度较高，目时要求坯体粘度较高，目的是满足模压要求和使制品的收缩率降至的是满足模压要求和使制品的收缩率降至最低 167复合材料工艺及设备最新课件工艺要求：工艺要求：SMC粘度由很低迅速增高，达熟化粘度由很低迅速增高，达熟化粘度并长期稳定控制粘度并长期稳定控制SMC生产到模压制品全过生产到模压制品全过程各阶段的粘度变化程各阶段的粘度变化时间时间粘粘度度理想增稠曲线理想增稠曲线1－浸渍阶段－浸渍阶段2－增稠阶段－增稠阶段3－贮存阶段－贮存阶段123168复合材料工艺及设备最新课件a、增稠剂选择原则：、增稠剂选择原则：制备制备SMC时，粘度低时，粘度低→树脂对玻纤、填料的充分树脂对玻纤、填料的充分浸渍浸渍此后粘度迅速升高此后粘度迅速升高→贮运、模压贮运、模压增稠坯料迅速充满模腔增稠坯料迅速充满模腔→树脂、纤维不离析树脂、纤维不离析增稠后粘度，贮存期内保证模压增稠后粘度，贮存期内保证模压生产中稳定的重现性生产中稳定的重现性 169复合材料工艺及设备最新课件b、增稠剂的品种及使用：、增稠剂的品种及使用：ⅡA族金属氧化物或氢氧化物族金属氧化物或氢氧化物混合增稠剂效果更理想混合增稠剂效果更理想过量过量MgO加入引起制品自我潮解，耐水性下降加入引起制品自我潮解，耐水性下降c、影响增稠效果的因素：、影响增稠效果的因素：※聚酯树脂酸值聚酯树脂酸值酸度越高，粘度变化越大，酸度越高，粘度变化越大，详见图详见图4-10 253厂树脂从厂树脂从16~32变化，实际以变化，实际以mg KOH/g表示表示酸值酸值 170复合材料工艺及设备最新课件时间时间h酸值：酸值：2960粘粘度度(Pa·S)图图4-10：：树脂酸值对增稠速度的影响树脂酸值对增稠速度的影响171复合材料工艺及设备最新课件※增稠剂活性增稠剂活性碘吸附值表示活性碘吸附值表示活性※微量水分微量水分0.1~0.8%微量水迅速增稠（初期）微量水迅速增稠（初期）>1.0%则不如不加水的快（初期）则不如不加水的快（初期）因此必须对填料、增稠剂、低收缩添加剂与玻纤因此必须对填料、增稠剂、低收缩添加剂与玻纤使用前测定含水量使用前测定含水量※温度的影响温度的影响温度升高，增稠加快，温度升高，增稠加快，详见图详见图4-12 172复合材料工艺及设备最新课件时间时间h粘粘度度(Pa·S)55453525℃图图4-12：：树脂增稠与温度的关系树脂增稠与温度的关系173复合材料工艺及设备最新课件d、增稠机理、增稠机理第一阶段：酸碱反应，生成碱式盐。

第一阶段：酸碱反应，生成碱式盐  C O MgO  HO…COOH+MgOC  O MgO  HO…COOH+Mg(OH)2 +H2OCa再进行脱水再进行脱水 …COOMeOH  +  HOOC…          …COOMeOOC…+ H2O …COOMeOH  +  HOMeOOC…     …COOMeOMeOOC…                                                              + H2O 熟熟化化174复合材料工艺及设备最新课件第二阶段：以配位键形成络合物第二阶段：以配位键形成络合物 C O 归于归于基存在剩余自由电子，顾可形成配位键，基存在剩余自由电子，顾可形成配位键，而配位键在压力时可消除而配位键在压力时可消除 M  e  OC O  O C  O MeC  O MeO 稠化、熟化稠化、熟化 175复合材料工艺及设备最新课件(6)低收缩添加剂低收缩添加剂克服聚酯树脂固化时将发生的克服聚酯树脂固化时将发生的7~10%体积收缩，体积收缩，并使表面光滑，无裂缝，收缩量低并使表面光滑，无裂缝，收缩量低a、机理：、机理：聚酯树脂发生热膨胀，交联中产生固聚酯树脂发生热膨胀，交联中产生固化收缩，在固化收缩时，低收缩剂热膨胀力就阻化收缩，在固化收缩时，低收缩剂热膨胀力就阻止收缩。

稍迟于树脂固化收缩，而其收缩时，周止收缩稍迟于树脂固化收缩，而其收缩时，周围已固化围已固化低收缩效果图低收缩效果图详见书详见书P.88图图4-13b、选择、选择PVC聚氯乙烯，聚氯乙烯，PS聚苯乙烯，聚苯乙烯，PE聚乙烯，聚乙烯，PVAc聚醋酸乙烯酯，添加量聚醋酸乙烯酯，添加量5%左右 176复合材料工艺及设备最新课件(7)无机填料无机填料a、分类、分类氧化硅及硅酸盐类：氧化硅及硅酸盐类：石棉，滑石粉，瓷土，石棉，滑石粉，瓷土，氧化硅，硅藻土，火山灰等氧化硅，硅藻土，火山灰等碳酸盐类：碳酸盐类：碳酸钙碳酸钙硫酸盐类：硫酸盐类：硫酸钡，硫酸钙硫酸钡，硫酸钙氧化物类：氧化物类：氢氧化铝氢氧化铝 177复合材料工艺及设备最新课件b、性能选择、性能选择细度：细度：325目目(44μm)大：大：分离、沉淀分离、沉淀小：小：吸油量高的填料加入量少吸油量高的填料加入量少油吸附量：被亚麻仁油润湿的质量百分比，一般油吸附量：被亚麻仁油润湿的质量百分比，一般要求要求填料具有较低的油吸附量要求要求填料具有较低的油吸附量触变性：物料受到外力作用（如剪切力、振荡）触变性：物料受到外力作用（如剪切力、振荡）时，粘度显著下降，除去此力时，物料又逐渐恢时，粘度显著下降，除去此力时，物料又逐渐恢复到原来粘度的一种物理现象。

复到原来粘度的一种物理现象不宜选用灵敏度大的填料不宜选用灵敏度大的填料 178复合材料工艺及设备最新课件c、填料对制品成本影响、填料对制品成本影响单位体积成本为：单位体积成本为：Rc = Km + K - (Km - Kc)·XcKm, Kc：树脂糊、填料的单位体积成本树脂糊、填料的单位体积成本K：加填料的操作成本加填料的操作成本Xc：填料的体积分数填料的体积分数不加填料的成本不加填料的成本Rc=KmRc的意义：加填料的操作成本小于这部分的意义：加填料的操作成本小于这部分填料替代树脂糊而降低的成本填料替代树脂糊而降低的成本179复合材料工艺及设备最新课件则则K - (Km - Kc)<0才能盈利，才能盈利，    K - (Km - Kc)>0亏损 Km与与Kc差值越大，差值越大，K越小，无亏损点越小，无亏损点Xc0越小，经济效益高越小，经济效益高Xc还与填料密度有关：还与填料密度有关：Xc=1/[1+ρc/ρm·(1-yc)/ yc]ρc, ρm：填料、树脂的密度填料、树脂的密度yc：填料的质量分数填料的质量分数ρc/ρm越小：越小：Xc越大 180复合材料工艺及设备最新课件(8)内脱模剂内脱模剂机理：机理：是一些熔点比普通模制温度稍低的化合物，是一些熔点比普通模制温度稍低的化合物，它与液态树脂相容，与固化后的树脂不相容，固它与液态树脂相容，与固化后的树脂不相容，固化时从内部逸到模具界面形成障碍，从而脱模。

化时从内部逸到模具界面形成障碍，从而脱模国内用硬脂酸锌，熔点国内用硬脂酸锌，熔点133℃日本用硬脂酸亚铅日本用硬脂酸亚铅欧、美用硬脂酸钙，熔点欧、美用硬脂酸钙，熔点150℃，硬脂酸镁，熔点，硬脂酸镁，熔点145℃181复合材料工艺及设备最新课件(9)增强材料增强材料短切玻纤、毡，石棉纤维，麻，有机纤维短切玻纤、毡，石棉纤维，麻，有机纤维玻纤性能：易切割、分散，浸渍性好，抗玻纤性能：易切割、分散，浸渍性好，抗静电，流动性好，强度高静电，流动性好，强度高 182复合材料工艺及设备最新课件§5-3-3、、SMC生产工艺生产工艺 1、生产过程、生产过程详见图详见图4-18，，4-19(1)树脂糊制备树脂糊制备批混法（国内），连续计量混合法（国批混法（国内），连续计量混合法（国外）批混法：批混法：树脂和除增稠剂外的各组分计量树脂和除增稠剂外的各组分计量后先混合，再通过计量和混合泵加入后先混合，再通过计量和混合泵加入MgO增稠剂 183复合材料工艺及设备最新课件树脂树脂固化剂固化剂增稠剂增稠剂填料填料低收缩添加剂低收缩添加剂其它其它树脂糊制备树脂糊制备薄膜薄膜粗纱粗纱切割切割沉降沉降浸渍浸渍收卷收卷稠化稠化包装包装图图4-18：：SMC生产工艺流程生产工艺流程184复合材料工艺及设备最新课件185复合材料工艺及设备最新课件粘度控制指标：粘度控制指标： 树脂原始粘度树脂原始粘度 3.5Pa·S 引发剂、单体加入后引发剂、单体加入后 8Pa·S 填料加入后填料加入后 15Pa·S 增稠剂加入后增稠剂加入后 30Pa·S 增稠剂加入增稠剂加入30min后（加入玻纤成片）后（加入玻纤成片） 50Pa·S 186复合材料工艺及设备最新课件连续计量混合法：连续计量混合法：将树脂与其他部分分为将树脂与其他部分分为两部分单独制备，计量后进入静态混合器，两部分单独制备，计量后进入静态混合器，均匀后再成型。

均匀后再成型2)玻纤切割与沉降玻纤切割与沉降粗纱切割速度粗纱切割速度80~130m/min防静电，玻纤分布均匀防静电，玻纤分布均匀3)浸渍、压实浸渍、压实反复挤压捏合，达到充分混合和充分浸渍反复挤压捏合，达到充分混合和充分浸渍 187复合材料工艺及设备最新课件(4)收卷收卷收卷装置的转速、转矩随卷径的变化规律：收卷装置的转速、转矩随卷径的变化规律：M=A·1/n=T·v/2πnr=B·1/n=v/2π·1/nT：收卷张力：收卷张力v：收卷线速度：收卷线速度r：片料卷绕半径：片料卷绕半径n：收卷转速：收卷转速M：转矩：转矩  188复合材料工艺及设备最新课件(5)熟化与存放熟化与存放熟化使粘度达到模压粘度范围并稳定后才能交付熟化使粘度达到模压粘度范围并稳定后才能交付使用存放要防止苯乙烯挥发，非渗透性薄膜密封包装存放要防止苯乙烯挥发，非渗透性薄膜密封包装2、配方、配方满足制品性能要求，考虑可模压性满足制品性能要求，考虑可模压性均匀性（制品性能），流动性（可模压性）均匀性（制品性能），流动性（可模压性）关键：选择树脂与填料的搭配吸收能力高的填关键：选择树脂与填料的搭配吸收能力高的填料与吸收能力低的填料的合理搭配，解决均匀性料与吸收能力低的填料的合理搭配，解决均匀性和流动性的有效途径。

和流动性的有效途径 189复合材料工艺及设备最新课件3、工艺参数、工艺参数(1)一般参数一般参数见书见书P.96(2)参数计算参数计算上糊量与纤维输送量上糊量与纤维输送量切割机转速和纱团数切割机转速和纱团数刮板间隙刮板间隙所有参数均应根据实际情况选择适当系数所有参数均应根据实际情况选择适当系数 190复合材料工艺及设备最新课件§5-4、模压工艺、模压工艺 模压工艺流程模压工艺流程见书见书P.97图图4-26模具预热模具预热涂脱模剂涂脱模剂料的称量料的称量料预热料预热成预成型成预成型装模装模压制压制脱模脱模打底及打底及辅助加工辅助加工检验检验成品成品后处理后处理压制前准备压制前准备压制压制191复合材料工艺及设备最新课件§5-4-1、压制前准备、压制前准备增加流动性增加流动性 便于装模便于装模 降低制品收缩率降低制品收缩率 降低成型压力降低成型压力 1、预热和预成型、预热和预成型压制前对模压料预先加热处理称为预热压制前对模压料预先加热处理称为预热 目的：改善模压料的工艺性能目的：改善模压料的工艺性能192复合材料工艺及设备最新课件预热方法：预热方法： t<30min，将模压料在室温下预先压成与制品，将模压料在室温下预先压成与制品相似的形状称为预成型。

可提高生产率相似的形状称为预成型可提高生产率 加热板预热加热板预热 红外线预热红外线预热 电烘箱预热（热鼓风）电烘箱预热（热鼓风）80~100℃ 远红外预热，远红外预热，60~80℃ 高频预热高频预热 193复合材料工艺及设备最新课件2、装料量估算、装料量估算装料量装料量=（（ρ模压料模压料 + V制品制品））×103~105%(1)简化计算法简化计算法复杂制品简化成一系列几何形状进行估算复杂制品简化成一系列几何形状进行估算2)密度比较法：其它材料比较密度比较法：其它材料比较ω模压模压=ω材材/ρ·ρ模压模压(1+α)ρ：密度：密度ω：质量：质量α：：3~5% 194复合材料工艺及设备最新课件(3)铸型比较法：与密度比较法近似铸型比较法：与密度比较法近似3、脱模剂选用、脱模剂选用内脱模剂，外脱模剂内脱模剂，外脱模剂外脱模剂多用机油、油酸、硬脂酸用于酚外脱模剂多用机油、油酸、硬脂酸用于酚醛型模压料醛型模压料硅酯或有机硅用于环氧及环氧酚醛型模压硅酯或有机硅用于环氧及环氧酚醛型模压料 195复合材料工艺及设备最新课件§5-4-2、模压工艺参数、模压工艺参数 温度制度、压力制度温度制度、压力制度1、温度制度、温度制度包括：装模温度，升温速度，最高模压温度和恒包括：装模温度，升温速度，最高模压温度和恒温、降温以及固化温度。

温、降温以及固化温度1)装装模模温温度度：：镁镁酚酚醛醛150~170℃，，氨氨酚酚醛醛、、酚酚醛醛环环氧型氧型80~90℃，结构复杂及大型制品装模温度在室，结构复杂及大型制品装模温度在室温温~90℃2)升温速度升温速度一般采用一般采用10~30℃/h，氨酚醛小尺寸制品，氨酚醛小尺寸制品1~2℃/min 196复合材料工艺及设备最新课件(3)最高模压温度最高模压温度主要依树脂放热曲线来确定，如：氨酚醛主要依树脂放热曲线来确定，如：氨酚醛80℃开始缩聚，开始缩聚，140~150℃最为激烈，最为激烈，180℃固化反应逐渐完成，应将模压温度定在固化反应逐渐完成，应将模压温度定在180℃左右工艺上温度的确定：升温速率趋于零的峰值温工艺上温度的确定：升温速率趋于零的峰值温度，先选取稍大于树脂固化温度，再通过工艺度，先选取稍大于树脂固化温度，再通过工艺—性能试验最后制定合理的模压制度性能试验最后制定合理的模压制度 197复合材料工艺及设备最新课件(4)保温时间保温时间指在成型压力和模压温度下保温的时间指在成型压力和模压温度下保温的时间作用是使制品固化完全和消除内应力作用是使制品固化完全和消除内应力。

取决于模压料固化反应时间，不稳定导热取决于模压料固化反应时间，不稳定导热时间影响因素：模压料品种，制品结构尺寸，影响因素：模压料品种，制品结构尺寸，加热装置的热效率及环境温度等加热装置的热效率及环境温度等书中列举了几种典型模压料的保温时间书中列举了几种典型模压料的保温时间见表见表4-14198复合材料工艺及设备最新课件(5)后固化处理后固化处理目的是提高制品固化反应程度，又称老化过程目的是提高制品固化反应程度，又称老化过程温度过高或时间过长反而使制品性能下降温度过高或时间过长反而使制品性能下降2、压力制度、压力制度(1)成型压力成型压力取决于两个因素：取决于两个因素：填压料的种类及质量指标填压料的种类及质量指标制品结构形状尺寸制品结构形状尺寸由工艺由工艺——性能试验确定性能试验确定成型压力是用单位压力表示的成型压力是用单位压力表示的  199复合材料工艺及设备最新课件单位压力定义：单位压力定义：制品在水平投影方向上单制品在水平投影方向上单位面积所承受的力位面积所承受的力P单单，选用压力时需知这，选用压力时需知这几个参数几个参数压机最大压力：压机最大压力：T，，KN(1KN=0.1吨力吨力)表压：表压：P表表，，MPa最大允许表压：最大允许表压：P最大最大，，MPa制品水平投影面积：制品水平投影面积：f制品制品，，cm2压机柱塞截面积：压机柱塞截面积：F柱塞柱塞，，cm2压机效率系数：压机效率系数：k 200复合材料工艺及设备最新课件P单单·f制品制品——制品承受总压制品承受总压P表表< P最大最大P最大最大/T——最大允许表压与最大压力关系最大允许表压与最大压力关系k·P表表·F柱塞柱塞= P单单·f制品制品T=9.8×10-2 P最大最大·F柱塞柱塞P表表= P单单·f制品制品·P最大最大×9.8/T×10-2 201复合材料工艺及设备最新课件(2)加压时机加压时机合理选择加压时机是保证制品质量的关键之一。

合理选择加压时机是保证制品质量的关键之一加压过早、过迟的缺陷加压过早、过迟的缺陷确定加压时机的三种方法：确定加压时机的三种方法：a、经验，树脂拉丝时、经验，树脂拉丝时b、温度指示，近凝胶温度（、温度指示，近凝胶温度（DSC测定）测定）c、在大量气体放出之前、在大量气体放出之前(3)排气排气防起泡、分层等防起泡、分层等图图4-33表示了压制过程压机行程的变化过程表示了压制过程压机行程的变化过程 202复合材料工艺及设备最新课件§5-4-3、典型模压工艺与制品、典型模压工艺与制品 1、典型模压工艺、典型模压工艺快速、慢速两种，由模压料类型决定书快速、慢速两种，由模压料类型决定书中列举的快、慢速成型工艺的实例中列举的快、慢速成型工艺的实例2、模压制品常见缺陷分析、模压制品常见缺陷分析这是工艺学必须学会解决的问题这是工艺学必须学会解决的问题见书见书P.104~105 203复合材料工艺及设备最新课件缠绕成型工艺缠绕成型工艺§6-1、概述、概述 定义：定义：将浸过树脂胶液的连续玻璃纤维或将浸过树脂胶液的连续玻璃纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强材料制品的工艺过程。

固化脱模成为增强材料制品的工艺过程因此三大过程：预浸、缠绕、固化脱模因此三大过程：预浸、缠绕、固化脱模细节见图细节见图7-1 204复合材料工艺及设备最新课件纱团纱团胶液配置胶液配置浸胶浸胶烘干烘干络纱络纱胶纱纱锭胶纱纱锭张力控制张力控制纵、环向缠绕纵、环向缠绕芯模制造芯模制造张力控制张力控制加热粘流加热粘流纵、环向缠绕纵、环向缠绕集束集束湿湿法法缠缠绕绕成成型型工工艺艺干干法法缠缠绕绕成成型型工工艺艺固化固化脱模脱模打磨喷漆打磨喷漆成品成品205复合材料工艺及设备最新课件缠绕成型工艺缠绕成型工艺206复合材料工艺及设备最新课件§6-1-1、缠绕工艺分类及特点、缠绕工艺分类及特点 1、干法缠绕、干法缠绕预浸纱带（布带），加热粘流后缠绕预浸纱带（布带），加热粘流后缠绕特点：特点：严格控制纱带含胶量和尺寸，质量稳定，严格控制纱带含胶量和尺寸，质量稳定，速度快，劳卫条件好，投资大速度快，劳卫条件好，投资大2、湿法缠绕、湿法缠绕浸渍无捻粗纱直接缠绕浸渍无捻粗纱直接缠绕特点：特点：材料经济，质量不稳材料经济，质量不稳3、半干法缠绕、半干法缠绕预浸渍粗纱（或布带）随即缠绕到芯模上预浸渍粗纱（或布带）随即缠绕到芯模上。

特点：特点：无需整套设备，烘干快，室温操作无需整套设备，烘干快，室温操作 207复合材料工艺及设备最新课件§6-1-2、缠绕制品特点、缠绕制品特点 1、比强度高、比强度高F：：3Ti，，4Steel原因：原因：(1)表面缺陷小表面缺陷小(2)避免纵横交织点和末端的应力集中避免纵横交织点和末端的应力集中(3)可控方向与数量，实现等强可控方向与数量，实现等强(4)纤维含量高纤维含量高80% 208复合材料工艺及设备最新课件2、可靠性高、可靠性高克服材料的韧性不够及缺口带来的可靠性克服材料的韧性不够及缺口带来的可靠性降低3、生产率高、生产率高机械化，大批量机械化，大批量4、成本低、成本低无捻减少了纺织等其它工费无捻减少了纺织等其它工费缺点：缺点：形状限制，投资大，必须大批量形状限制，投资大，必须大批量 209复合材料工艺及设备最新课件§6-1-3、原材料、原材料 纤维增强材料，树脂基体纤维增强材料，树脂基体选择原则：选择原则：满足设计性能指标，工艺性参满足设计性能指标，工艺性参数及经济性要求数及经济性要求1、增强材料、增强材料玻纤（无碱，中碱无捻粗纱，高强纤维），玻纤（无碱，中碱无捻粗纱，高强纤维），碳纤维，芳纶纤维等。

碳纤维，芳纶纤维等210复合材料工艺及设备最新课件纤维要求：纤维要求：(1)高档产品：碳纤维，芳纶纤维高档产品：碳纤维，芳纶纤维(2)制品性能要求制品性能要求(3)表面处理表面处理(4)与树脂浸渍性好与树脂浸渍性好(5)各股张力均匀各股张力均匀(6)成带性好成带性好211复合材料工艺及设备最新课件2、树脂基体、树脂基体指合成树脂与各种助剂组成的基体体系指合成树脂与各种助剂组成的基体体系选用要求：选用要求：(1)工艺性好，粘度与适用期最重要，适用工艺性好，粘度与适用期最重要，适用量量>4小时小时,η=0.35~1Pa·S2)树脂基体的断裂伸长率与增强材料相匹树脂基体的断裂伸长率与增强材料相匹配，方能获得满意效果配，方能获得满意效果3)固化收缩率低和毒性刺激小固化收缩率低和毒性刺激小(4)来源广、价格低来源广、价格低 212复合材料工艺及设备最新课件§6-1-4、应用、应用 航天、导弹、军用飞机、水下装置，高强航天、导弹、军用飞机、水下装置，高强度、质量轻的高压容器，壳体度、质量轻的高压容器，壳体民用管道，贮罐，质轻，耐腐，费低民用管道，贮罐，质轻，耐腐，费低形成缠绕工艺的两部分形成缠绕工艺的两部分——空间技术空间技术及及民民用部分用部分。

 213复合材料工艺及设备最新课件§6-2、缠绕规律、缠绕规律 §6-2-1、缠绕规律的内容、缠绕规律的内容由导丝头（绕丝嘴）和芯模的相对运动实现由导丝头（绕丝嘴）和芯模的相对运动实现1、纤维不重叠不离缝，均匀连续布满芯模表面纤维不重叠不离缝，均匀连续布满芯模表面2、纤维在芯模表面位置稳定，不打滑纤维在芯模表面位置稳定，不打滑这是缠绕线型必须满足的两点这是缠绕线型必须满足的两点所谓缠绕规律：所谓缠绕规律：是描述纱片均匀稳定连续排布芯是描述纱片均匀稳定连续排布芯模表面以及芯模与导丝头间运动关系的规律模表面以及芯模与导丝头间运动关系的规律214复合材料工艺及设备最新课件§6-2-2、缠绕线型的分类、缠绕线型的分类 环向缠绕环向缠绕、、纵向缠绕纵向缠绕和和螺旋缠绕螺旋缠绕1、环向缠绕、环向缠绕芯模绕轴匀速转动，导丝头在筒身区间作平行于芯模绕轴匀速转动，导丝头在筒身区间作平行于轴线方向运动轴线方向运动环向缠绕参数关系：环向缠绕参数关系：W=π D ctgαb=π D cosαb/D=π cosα215复合材料工艺及设备最新课件这其中：这其中：D：芯模直径：芯模直径b：纱片宽：纱片宽α：缠绕角：缠绕角W：纱片螺距：纱片螺距 2、螺旋缠绕、螺旋缠绕芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特定速度芯模绕自轴匀速转动，导丝头依特定速度沿芯模轴线方向反复运动。

沿芯模轴线方向反复运动 216复合材料工艺及设备最新课件3、纵向缠绕（平面缠绕）、纵向缠绕（平面缠绕）导丝头在固定平面内做匀速圆周运动，芯模绕自导丝头在固定平面内做匀速圆周运动，芯模绕自轴慢速旋转轴慢速旋转图图7-19 αα217复合材料工艺及设备最新课件tgα=(r1+r2)/(lc+le1+le2)两封头极孔相同时：两封头极孔相同时：tgα=2r/(2le + lc)即：即：α=tg-12r/(2le + lc)平面缠绕的速比：平面缠绕的速比：单位时间内，芯模旋转单位时间内，芯模旋转轴数与导丝头绕芯模旋转的圈数比即轴数与导丝头绕芯模旋转的圈数比即芯模转一周时，导丝头绕芯模旋转的圈数）芯模转一周时，导丝头绕芯模旋转的圈数） 218复合材料工艺及设备最新课件纱片宽度为纱片宽度为b，缠绕角为，缠绕角为α，则速比为：，则速比为：i=b/π D cosα0i=(Δθ/360°·1/t)/(1/t)由图由图π D：：360°=S：：Δθ，，S=b/cosα代入代入i纵向、环向缠绕视作螺旋缠绕的特例纤维在芯纵向、环向缠绕视作螺旋缠绕的特例纤维在芯模表面上排布规律的研究是通过研究切点在极孔模表面上排布规律的研究是通过研究切点在极孔周围上的分布和出现的规律来解决。

周围上的分布和出现的规律来解决——切点法描述缠绕规律的基本思路切点法描述缠绕规律的基本思路 219复合材料工艺及设备最新课件§6-3-3、线型、线型 线型的定义：线型的定义：——即连续纤维缠绕在芯模表面上的排布形式即连续纤维缠绕在芯模表面上的排布形式完整循环定义：完整循环定义：——由导丝头在芯模上完成一次不重复的纤维布由导丝头在芯模上完成一次不重复的纤维布线称为线称为“标准线标准线”——反应规律的基本线型反应规律的基本线型完成一个标准纹缠绕称为一个完整循环完成一个标准纹缠绕称为一个完整循环 220复合材料工艺及设备最新课件1、切点及分布规律、切点及分布规律每条纱片在芯模极孔圆周上只有一个切点，每条纱片在芯模极孔圆周上只有一个切点，在一个完整循环中，极孔圆周上只有一个在一个完整循环中，极孔圆周上只有一个切点，称为单切点切点，称为单切点在一个完整循环中，有两个以上切点称为在一个完整循环中，有两个以上切点称为多切点 221复合材料工艺及设备最新课件切点排布顺序：切点排布顺序： 1单切点：单切点：n=1 12 n=2 n=3,n=4,n=5，，见图见图7-21 222复合材料工艺及设备最新课件2、芯模转角与线型关系、芯模转角与线型关系导丝头一个单程，芯模转角导丝头一个单程，芯模转角θt导丝头往返一次，芯模转角导丝头往返一次，芯模转角θn则则θn=2θt一个完整循环（导丝头一个完整循环（导丝头n次往返），芯模转角次往返），芯模转角θ，，θn=θ/n (1)单切点：单切点：芯模转角芯模转角θ1=1个完整循环缠绕的芯个完整循环缠绕的芯模转角模转角θθ1’=360°±Δθ以后的以后的θ1=(1+N) 360°±Δθ223复合材料工艺及设备最新课件(2)两切点：两切点：芯模转角芯模转角 θ2’=1/2·(360°±Δθ)以后的以后的θ2=1/2·(360°±Δθ)+N·360°=(1/2+N) 360°±Δθ/2 (3)三切点：三切点：(4)四切点：四切点：(5)五切点：五切点：(6)n切点：切点： 见书见书P173224复合材料工艺及设备最新课件θn=(K/n + N)360°±Δθ/nK/n最简真分数最简真分数各切点不同排布顺序的个数各切点不同排布顺序的个数暂不考虑微调量，线型以导丝头往返一次时，芯暂不考虑微调量，线型以导丝头往返一次时，芯模旋转的转数来表示。

模旋转的转数来表示S0=K/n + N= θn/360°=M/n其中其中M=K + n NM：一个完整循环的芯模转数：一个完整循环的芯模转数则六切点以内的线型则六切点以内的线型S0所对应的所对应的n，，K，，N，，θn值由值由表表7-3表示 225复合材料工艺及设备最新课件例如：例如： 4切点的线型切点的线型S0n=4，，K=3，，N=3芯模转角芯模转角θn=1350°M/N=15/4芯模转数为芯模转数为15，导丝头往返数为，导丝头往返数为4 226复合材料工艺及设备最新课件§6-3-3、转速比、转速比 1、转速比定义：、转速比定义：简称速比，单位时间内，芯模转数与导丝简称速比，单位时间内，芯模转数与导丝头往返次数之比头往返次数之比i0=M/n考虑速比微调部分，实际转速为：考虑速比微调部分，实际转速为：i=θn/360°±Δθ/(n·360°)=(K/n + N) ±Δθ/(n·360°) 227复合材料工艺及设备最新课件2、、i0与与S0的关系的关系 i0 S0 共同点共同点 同层缠绕规律问题同层缠绕规律问题 不同点不同点 纤维在芯模表面的纤维在芯模表面的排布型式排布型式 芯模与导丝头相对芯模与导丝头相对运动关系运动关系 关系关系 一一对应，一一对应，i是是S0的代号，数值上的代号，数值上i0 =S0 228复合材料工艺及设备最新课件3、、i的计算的计算Δθ的计算较不方便，采用直观的工艺参数进行的计算较不方便，采用直观的工艺参数进行计算，即：计算，即：Δθ转化为与纱片宽度、缠绕角、芯转化为与纱片宽度、缠绕角、芯模尺寸等直观参数相关联的式子。

模尺寸等直观参数相关联的式子如图如图7-22AC=BC/cosα0=b/cosα0Δθ/360°=AC/πDΔθ= AC·360°/πD= b/(πD·cosα0)×360°i= i0±Δi=(K/n+N)±b/(nπD·cosα0)，，Δi=Δθ/n 229复合材料工艺及设备最新课件这里把各物理量归纳一下：这里把各物理量归纳一下：b：纱片设计宽度：纱片设计宽度α0：缠绕角：缠绕角n：切点数：切点数N：正整数：正整数D：芯模圆筒段直径：芯模圆筒段直径K：使：使K/N为最简真分数，各切点不同排布顺序数为最简真分数，各切点不同排布顺序数Δθ取取>0时，纱片滞后，脱线时，纱片滞后，脱线Δθ取取<0时，纱片超前，压线时，纱片超前，压线为避免打滑，为避免打滑，Δθ<0 230复合材料工艺及设备最新课件§6-3-4、线型设计、线型设计 设计的缠绕成型，对应于某个缠绕角，除设计的缠绕成型，对应于某个缠绕角，除满足前面的满足前面的①①不重叠、不离缝，均匀布满不重叠、不离缝，均匀布满芯模表面芯模表面②②纤维位置稳定，不打滑，纤维位置稳定，不打滑，还必还必须满足须满足③③封头不滑线封头不滑线的条件，要求缠绕在的条件，要求缠绕在表面上的每条纤维都是相应曲面的测地线。

表面上的每条纤维都是相应曲面的测地线 231复合材料工艺及设备最新课件封头曲面上，由微分几何的克列络定理，封头曲面上，由微分几何的克列络定理，测地线方程为：测地线方程为：Sinα=r0/r     (7-19)α：测地线与封头曲面上子午线夹角：测地线与封头曲面上子午线夹角r0：封头极孔圆半径：封头极孔圆半径r：测地线与子午线交点处平行圆半径：测地线与子午线交点处平行圆半径r= r0，测地线与子午线交点处的平行圆就是极孔，测地线与子午线交点处的平行圆就是极孔圆，此时圆，此时α=π/2r↑，，Sinα↓，一直小到筒身段时，，一直小到筒身段时，Sinα最小，最小，再往下再往下Sinα不变 232复合材料工艺及设备最新课件说明：说明：(1)封头曲面上满足封头曲面上满足(7-19)式的就是测地线式的就是测地线2)在筒身段，由于缠绕纤维的连续性，筒在筒身段，由于缠绕纤维的连续性，筒身段的任意缠绕角螺旋线都是测地线身段的任意缠绕角螺旋线都是测地线3)通过上式求得的缠绕角所确定的纤维位通过上式求得的缠绕角所确定的纤维位置，无论在封头和筒身段都是测地线，且置，无论在封头和筒身段都是测地线，且是稳定缠绕。

是稳定缠绕4)以均匀、布满且稳定缠绕时，芯模的转以均匀、布满且稳定缠绕时，芯模的转角也相应固定角也相应固定 233复合材料工艺及设备最新课件1、由测地线求芯模转角、由测地线求芯模转角芯芯 模模 转转 角角 通通 过过 单单 程程 线线 芯芯 模模 转转 角角 θt’来来 得得 到到,θn’=θt’θt’由单程初始的封头缠绕转过的角度由单程初始的封头缠绕转过的角度β（包角）（包角）和单程后期的筒身缠绕转过的角度和单程后期的筒身缠绕转过的角度γ（进角）θt’=β+γ    (7-20)(1)γ的求解的求解Wγ1=l1Wγ=lγ=l/W=l/W×360°W=πD/tgα0γ=l·tgα0/πD×360°  (7-21) 234复合材料工艺及设备最新课件(2)β的求解的求解由图由图7-25，上极圈，转过，上极圈，转过Φ+90°相应下极圈相应下极圈Φ+90°β=2(Φ+90°)    (7-22)a、过、过D点作平面点作平面Ⅱ∥∥平面平面HBC→DF∈∈（平面（平面Ⅱ∩平面平面HBC））b、过、过D点作平面点作平面Ⅰ与筒体相切与筒体相切→DE∈∈（平面（平面Ⅰ∩平面平面HBC），），DG∈∈（平面（平面Ⅰ∩平面平面Ⅱ））235复合材料工艺及设备最新课件c、过、过G点作平面点作平面EFG⊥⊥DG→EG∈∈（平面（平面EFG∩平面平面Ⅰ），），FG∈∈（平面（平面EFG∩平面平面Ⅱ），），EF∈∈（平面（平面HBC∩平面平面EFG））d、、∠∠FDG=∠∠HBC=α0’一平面与两平行平面交角相同，一平面与两平行平面交角相同，∠∠EDG=α0纤维在赤道圆处的缠绕角，纤维在赤道圆处的缠绕角，∠∠EGF=∠∠Φ互余角，平面与两平行线交角转换。

互余角，平面与两平行线交角转换236复合材料工艺及设备最新课件e、、tgα0’=FG/DG=EG/DG·FG/EG= tgα0·cosΦ当当Φ=0时，时，α0’=α0，就是平面，就是平面FDG与平面与平面EDG重合，即重合，即α0’=α0代表截平面与轴线夹角等于纤代表截平面与轴线夹角等于纤维在赤道圆的缠绕角，此时维在赤道圆的缠绕角，此时β=180°而而SinΦ=(h  tgα0’-r0)/R=(h  tgα0·cosΦ-r0)/R  (7-23)转化成一个三角方程求解问题转化成一个三角方程求解问题工程上常用近似式计算：工程上常用近似式计算：Φ=Sin-1 (h tgα0-r0)/R (7-24)将将(7-21)，，(7-24)代入代入(7-20)θt’= l·tgα0/πD×360°+2[90°+Sin-1 (h tgα0-r0)/R]θn’=2 θt’ 237复合材料工艺及设备最新课件2、线型的确定、线型的确定 在实际生产中，用控制线型和转数比这两个宏观在实际生产中，用控制线型和转数比这两个宏观参数来实现正常的生产参数来实现正常的生产已知极孔半径已知极孔半径r0，芯模半径，芯模半径R，设计一定切点的，设计一定切点的线型，求出线型，求出θt’，再算出，再算出θn’，与该切点的线型，与该切点的线型对照，再进行调整。

对照，再进行调整1)变长不变角，适用于芯模还未设计之前变长不变角，适用于芯模还未设计之前l’ = [γ - (θt’ - θt ) ] πD / (360°·tgα0)或者或者l’ =l [γ - (θt’ - θt ) ] / γ238复合材料工艺及设备最新课件(2)变角不变长变角不变长容器尺寸不许变，而湿法缠绕角根据实际经验略容器尺寸不许变，而湿法缠绕角根据实际经验略偏离时，纤维仍不至滑移偏离时，纤维仍不至滑移θt=l·tgα/πD×360°+ 2[ 90°+ Sin-1 (h tgα-r0)/R](3)变径，不变长变径，不变长变径，变径，α也相应变也相应变Sinα0=r0/Rθt= l·tgα0/πD×360°+ 2 [ 90°+ Sin-1(htgα0-r0)/R] 239复合材料工艺及设备最新课件3、标准线展开、标准线展开在实际缠绕前进行模拟，高级的用计算机数字模在实际缠绕前进行模拟，高级的用计算机数字模拟1)交叉点数，交带数交叉点数，交带数交叉点定义：交叉点数：交叉点定义：交叉点数：Xn=(M-1)n交带定义：交带数：交带定义：交带数：Yn=M-1(2)交叉点及交带分布规律交叉点及交带分布规律a、筒身被、筒身被K等分等分b、交带间距相等、交带间距相等 例题：例题： 240复合材料工艺及设备最新课件§6-4、缠绕工艺、缠绕工艺 缠绕工艺内容包含：缠绕工艺内容包含：1、产品的使用、设计、技术质量要求，进行结、产品的使用、设计、技术质量要求，进行结构造型、缠绕线型和芯模设计构造型、缠绕线型和芯模设计2、选择原材料、选择原材料3、产品强度、原材料性能及缠绕线型进行缠绕、产品强度、原材料性能及缠绕线型进行缠绕层数计算层数计算4、选定的原材料和工艺方法，为工艺流程制定、选定的原材料和工艺方法，为工艺流程制定工艺参数工艺参数5、由线型选设备，为设备设计提供参数、由线型选设备，为设备设计提供参数241复合材料工艺及设备最新课件§6-4-1、内压容器的结构选型、内压容器的结构选型 属结构设计，目的是高比强度。

属结构设计，目的是高比强度 1、形状、形状 筒筒身身球形球形圆筒形圆筒形理论上理论上:结构效率最高，最省料结构效率最高，最省料 理论上理论上:纵环向压力不均，纵环向压力不均，              不充分利用材料不充分利用材料 球形球形圆筒形圆筒形实际上实际上:线型、设备复杂，不易线型、设备复杂，不易 实际上实际上:可设计性、成型工艺简单，可设计性、成型工艺简单，易等强度易等强度 242复合材料工艺及设备最新课件2、筒形容器的封头外形、筒形容器的封头外形封头：封头：均衡型等张力封头，均衡型平面缠绕封头，均衡型等张力封头，均衡型平面缠绕封头，扁椭球形封头扁椭球形封头(1) 均衡型等张力封头均衡型等张力封头特点：纤维沿该封头曲面测地线缠绕并与极孔相特点：纤维沿该封头曲面测地线缠绕并与极孔相切，各点经纬向等强度亦能同时得到满足，材料切，各点经纬向等强度亦能同时得到满足，材料用量最少，重量最轻，较理想用量最少，重量最轻，较理想工艺条件：工艺条件：a、封头曲线必须是等张力封头曲线、封头曲线必须是等张力封头曲线b、纤维缠绕轨迹必须是测地线（测地线决定缠、纤维缠绕轨迹必须是测地线（测地线决定缠绕角）绕角） 243复合材料工艺及设备最新课件等张力封头曲线方程：等张力封头曲线方程：ρ，，ρ0，，ζ：整化值：整化值ρ=r/Rρ0=r0/R，，ρ0=0“零周向应力零周向应力”封头曲线封头曲线ζ=Z/Rζ=ζ=244复合材料工艺及设备最新课件(2)均衡型平面缠绕封头均衡型平面缠绕封头特点：特点：倾斜平面和封头曲面相截的交线。

倾斜平面和封头曲面相截的交线R2/R1=2-tg2αR1：封头曲面经线方向的曲率半径：封头曲面经线方向的曲率半径R2：封头曲面纬线方向（平行圆）的曲率半径：封头曲面纬线方向（平行圆）的曲率半径α：封头缠绕角，封头纤维与经线（子午线）交：封头缠绕角，封头纤维与经线（子午线）交点处的纤维切线与该点经线切线的夹角点处的纤维切线与该点经线切线的夹角参阅结构设计）（参阅结构设计） 245复合材料工艺及设备最新课件(3)扁椭球形封头扁椭球形封头方程：方程： 246复合材料工艺及设备最新课件§6-4-2、缠绕类型的选择、缠绕类型的选择 1、制品的结构形状与几何尺寸、制品的结构形状与几何尺寸螺旋缠绕螺旋缠绕——长管状制品长管状制品平面缠绕平面缠绕——球形、扁椭球、长径比小于球形、扁椭球、长径比小于1/4的的筒形容器筒形容器通常用预浸纱（干法）缠绕，极孔直径不超过筒通常用预浸纱（干法）缠绕，极孔直径不超过筒体的体的30%2、强度、强度螺旋缠绕：剪切强度降低螺旋缠绕：剪切强度降低平面缠绕：高强度，质轻平面缠绕：高强度，质轻 247复合材料工艺及设备最新课件3、荷载特性、荷载特性螺旋：对内压以外的荷载适应性差，多用螺旋：对内压以外的荷载适应性差，多用螺旋加环向的组合缠绕。

螺旋加环向的组合缠绕平面：减轻适应性差的情况平面：减轻适应性差的情况4、设备、设备螺旋、螺旋加环：卧式小车环链式缠绕机螺旋、螺旋加环：卧式小车环链式缠绕机平面及平面加环：摇臂式或跑道式缠绕机平面及平面加环：摇臂式或跑道式缠绕机 248复合材料工艺及设备最新课件§6-4-3、螺旋缠绕型参数选择、螺旋缠绕型参数选择 1、缠绕角、缠绕角等于或接近测地线缠绕角等于或接近测地线缠绕角湿法缠绕实际缠绕角可控制在测地线缠绕湿法缠绕实际缠绕角可控制在测地线缠绕角角Sinα0=r0/R的偏离的偏离8~10°内2、切点数、切点数选可切点线型选可切点线型 249复合材料工艺及设备最新课件3、封头包络圆、封头包络圆极孔包络圆应逐渐扩大，纤维在极孔周围极孔包络圆应逐渐扩大，纤维在极孔周围排布均匀，减轻极孔周围附近纤维堆积排布均匀，减轻极孔周围附近纤维堆积4、缠绕顺序、缠绕顺序螺旋向与环向交替进行螺旋向与环向交替进行5、链条长度、链条长度小车环链式缠绕机，缠绕角不宜选太小小车环链式缠绕机，缠绕角不宜选太小（否则链长增大，设备笨重）（否则链长增大，设备笨重） 250复合材料工艺及设备最新课件§6-4-4、缠绕工艺参数、缠绕工艺参数 缠绕工序组成：缠绕工序组成：芯模与内衬制造，胶液配制，纤芯模与内衬制造，胶液配制，纤维烘干和热处理，浸胶，胶纱烘干，缠绕，固化，维烘干和热处理，浸胶，胶纱烘干，缠绕，固化，检测等。

检测等主要主要①①纤维热处理和烘干纤维热处理和烘干②②浸胶与胶液含量浸胶与胶液含量③③缠绕缠绕④④固化固化251复合材料工艺及设备最新课件1、纤维热处理和烘干、纤维热处理和烘干通常无捻纱在通常无捻纱在60~80℃烘干烘干24h例如：石蜡乳剂型浸润剂除油用热处理法时，处例如：石蜡乳剂型浸润剂除油用热处理法时，处理理条条件件与与残残油油量量，，处处理理条条件件与与强强力力关关系系如如图图7-31，，7-32所示所示同样时间，热处理温度越高，残油量越低；热处同样时间，热处理温度越高，残油量越低；热处理时间越长，相同处理温度条件下，残油量越低，理时间越长，相同处理温度条件下，残油量越低，但相对应强力也降低但相对应强力也降低处理条件适中：温度处理条件适中：温度350±5℃，处理时间，处理时间6±1S处理结果：残油量处理结果：残油量<0.3%，强力损失，强力损失<15% 252复合材料工艺及设备最新课件300℃350℃℃400℃℃450℃℃500℃℃时间时间(S)残残油油量量％％图图7-31：：热处理条件与残油量的关系热处理条件与残油量的关系253复合材料工艺及设备最新课件200 ℃300 ℃400 ℃600 ℃时间时间(S)强强力力(N)图图7-32：：热处理条件与强力的关系热处理条件与强力的关系254复合材料工艺及设备最新课件2、浸胶与胶液含量、浸胶与胶液含量(1)含胶量：含胶量：胶量过高胶量过高——制品复合强度降低。

制品复合强度降低胶量过低胶量过低——制品孔隙率增加，气密性、制品孔隙率增加，气密性、耐老化、剪切强度下降耐老化、剪切强度下降最佳树脂含量约为最佳树脂含量约为20%，粘度，粘度0.35~1.0Pa·S 255复合材料工艺及设备最新课件(2)浸胶浸胶a、机理：、机理：两阶段：两阶段：第一、表面涂敷，第一、表面涂敷，第二、内部扩散、渗透第二、内部扩散、渗透b、方式：、方式：浸胶式浸胶式（图（图7-33））表面带胶式表面带胶式（图（图7-34））（高温固化树脂基体，胶槽水温参数（高温固化树脂基体，胶槽水温参数40℃左右，左右，常温固化树脂基体，水温参数常温固化树脂基体，水温参数20℃左右）左右）256复合材料工艺及设备最新课件图图7-33：：沉浸式浸胶沉浸式浸胶挤胶辊挤胶辊纤维纤维胶槽胶槽257复合材料工艺及设备最新课件图图7-34：：表面带胶式浸胶表面带胶式浸胶纤维纤维胶槽胶槽胶辊胶辊刮刀刮刀258复合材料工艺及设备最新课件3、缠绕张力、缠绕张力缠绕张力定义：缠绕张力定义：在纤维缠绕过程中，纤维所受的在纤维缠绕过程中，纤维所受的紧张力称为缠绕张力紧张力称为缠绕张力1)张力张力——制品机械性能（强度、疲劳性能）制品机械性能（强度、疲劳性能）张力小：强度低，疲劳低。

张力小：强度低，疲劳低张力大：纤维强度损失大，制品温度下降张力大：纤维强度损失大，制品温度下降张力均匀：束间、束内纤维张力均匀张力均匀：束间、束内纤维张力均匀工艺措施：低捻度，张力均匀的纤维，纱片内各工艺措施：低捻度，张力均匀的纤维，纱片内各束纤维平行束纤维平行 259复合材料工艺及设备最新课件(2)张力张力——制品密实程度制品密实程度缠绕张力将产生垂直于芯模表面使制品致密的向缠绕张力将产生垂直于芯模表面使制品致密的向心力，工艺上称接触成型压力心力，工艺上称接触成型压力N=T0/r·Sin2α×104      (Pa)T0：缠绕张力：缠绕张力 N/cmr：芯模半径：芯模半径 cmα：缠绕角：缠绕角260复合材料工艺及设备最新课件解释说明：解释说明：使制品致密的成型压力与缠绕张力成正比，使制品致密的成型压力与缠绕张力成正比，但并非成型压力越大越好，某种玻璃钢管但并非成型压力越大越好，某种玻璃钢管的成型压力大到一定值时，体积密度则不的成型压力大到一定值时，体积密度则不再有明显变化再有明显变化因此，干法生产密实制品要控制张力湿因此，干法生产密实制品要控制张力湿法生产中，树脂粘度影响大，粘度越低，法生产中，树脂粘度影响大，粘度越低，成型压力越小，粘度越高，成型压力越大。

成型压力越小，粘度越高，成型压力越大孔隙率与密实程度成正比孔隙率与密实程度成正比 261复合材料工艺及设备最新课件(3)张力张力——含胶量含胶量张力大，含胶量低张力大，含胶量低湿法中存在外高内低的胶液现象，用分层湿法中存在外高内低的胶液现象，用分层固化或预浸可减轻或避免固化或预浸可减轻或避免4)张力的施加张力的施加最佳张力与芯模结构，增强材料强度，胶最佳张力与芯模结构，增强材料强度，胶液粘度及芯模加热等有关液粘度及芯模加热等有关 262复合材料工艺及设备最新课件4、胶纱烘干、胶纱烘干作用：作用：(1)除去树脂胶液中溶剂挥发份，防止起泡除去树脂胶液中溶剂挥发份，防止起泡2)产生初凝，提高制品强度产生初凝，提高制品强度表表7-11说明一定温度及一定时间下，试件性能最说明一定温度及一定时间下，试件性能最好5、缠绕速度、缠绕速度两个基本运动：芯模旋转，导丝头往复直线运动两个基本运动：芯模旋转，导丝头往复直线运动纱线速度纱线速度——缠绕速度缠绕速度湿法：湿法：0.9m/s干法：小车速度干法：小车速度<0.75m/s 263复合材料工艺及设备最新课件6、固化制度、固化制度(1)加热：加热：从高分子聚合反应角度看，随聚合进行，从高分子聚合反应角度看，随聚合进行，分子量增大，分子运动困难，位阻增大，活化能较分子量增大，分子运动困难，位阻增大，活化能较高。

高加热比常温强度提高加热比常温强度提高20~25%，提高，提高10℃，速度加，速度加快快2倍2)升温速度：升温速度：平稳，通常平稳，通常0.5~1℃/min(3)恒温恒温最高固化温度由最高固化温度由DTA，，DSC决定一是树脂聚合反应所需时间一是树脂聚合反应所需时间二是传热时间二是传热时间264复合材料工艺及设备最新课件(4)降温：降温：缓冷缓冷(5)固化制度固化制度树脂系统性质和制品的物化性能树脂系统性质和制品的物化性能固化程度超过固化程度超过85%认为制品已固化认为制品已固化6)分层固化分层固化分层固化优点：分层固化优点：力学角度：抵消压应力，使初始应力保持一致力学角度：抵消压应力，使初始应力保持一致工艺角度：提高质量均匀性工艺角度：提高质量均匀性7)环境温度环境温度环境温度环境温度>15℃表面温度表面温度~40℃ 265复合材料工艺及设备最新课件§6-4-5、缠绕张力制度、缠绕张力制度 1、概述、概述后上去的纤维对前面的纤维产生径向压力，后上去的纤维对前面的纤维产生径向压力，内外层纤维压力差异，不能同时承载，大内外层纤维压力差异，不能同时承载，大大降低制品强度和疲劳性能大降低制品强度和疲劳性能。

工艺上采用逐层递减的张力制度，具体说工艺上采用逐层递减的张力制度，具体说控制后一层和前一层削减后的张力相同控制后一层和前一层削减后的张力相同 266复合材料工艺及设备最新课件张力制度应考虑：张力制度应考虑：(1)保证各层纤维初应力相等保证各层纤维初应力相等(2)内衬刚度内衬刚度(3)纤维强度和磨损纤维强度和磨损(4)胶液流失胶液流失(5)张力装量性能张力装量性能 267复合材料工艺及设备最新课件2、张力制度的假定、张力制度的假定(1)内衬、缠绕纤维在内压下具有相同变形内衬、缠绕纤维在内压下具有相同变形(2)树脂固化收缩不引起纤维收缩变形，固树脂固化收缩不引起纤维收缩变形，固化前后纤维应力相同化前后纤维应力相同3)外层纤维的缠绕张力使内层全部缠绕层外层纤维的缠绕张力使内层全部缠绕层与内衬产生压缩变形，压缩力值与外层缠与内衬产生压缩变形，压缩力值与外层缠绕张力值相等绕张力值相等 268复合材料工艺及设备最新课件3、确定纤维初应力原则、确定纤维初应力原则(1)控制内衬压力控制内衬压力(2)内衬材料恒定弹性内衬材料恒定弹性(3)容器零内压，内衬压缩容器零内压，内衬压缩(4)内衬从压缩至拉伸内衬从压缩至拉伸(5)内衬材料不能超弹性极限内衬材料不能超弹性极限 269复合材料工艺及设备最新课件4、设计、设计(1)环向缠绕各层厚度相等环向缠绕各层厚度相等tθ(2)给定各层纤维初应力均为给定各层纤维初应力均为(3)金属内衬厚度与纤维厚度转化折算金属内衬厚度与纤维厚度转化折算纤维当量厚度：纤维当量厚度：tof=E0/Ef·t0t0：金属内衬厚度：金属内衬厚度E0：金属内衬材料弹性模量：金属内衬材料弹性模量Ef：纤维材料弹性模量：纤维材料弹性模量 270复合材料工艺及设备最新课件(4)纱片应力纱片应力σ=T/tθ，，T：缠绕张力，：缠绕张力，N/cm每条纤维纱片的缠绕张力（环向）每条纤维纱片的缠绕张力（环向）fi = Tj / m （（N/条）条）环向与螺旋向交替缠绕时，任意环向缠绕环向与螺旋向交替缠绕时，任意环向缠绕层缠绕张力为：层缠绕张力为：                                         各物理参数意义各物理参数意义见书见书P.192（（N/cm））271复合材料工艺及设备最新课件§6-5、定长管非测地线稳定缠绕、定长管非测地线稳定缠绕 封头测定线缠绕的缺点：每根管浪费两个封头测定线缠绕的缺点：每根管浪费两个封头，生产率低。

不用封头，两端不是测封头，生产率低不用封头，两端不是测地线，可能滑线，纤维与芯模或前一层表地线，可能滑线，纤维与芯模或前一层表面的摩擦力及合理的导丝头运动控制面的摩擦力及合理的导丝头运动控制轨迹方程：轨迹方程：Z = R / μ[1/Sinα0 – ch (μθ+ ln tgα0/2)] 272复合材料工艺及设备最新课件§6-6、锥体缠绕、锥体缠绕 对于头锥形产品，玻璃布带分为三种：对于头锥形产品，玻璃布带分为三种：重叠、斜叠、垂直缠绕重叠、斜叠、垂直缠绕工艺参数：工艺参数：含胶量、布带预热温度及缠绕温度，缠绕含胶量、布带预热温度及缠绕温度，缠绕张力，缠绕压力，固化温度张力，缠绕压力，固化温度273复合材料工艺及设备最新课件挤出挤出注射注射成型工艺成型工艺§7-1、挤出成型、挤出成型 工艺过程：工艺过程：树脂树脂+纤维纤维→粒料粒料→挤出机挤出机→塑化塑化→挤出挤出→冷却定型冷却定型用途：增强塑料管，棒材，异形断面型材用途：增强塑料管，棒材，异形断面型材优点：优点：可加工热塑料、部分热固性复合材料，生可加工热塑料、部分热固性复合材料，生产过程连续，自动化程度高，工艺易掌握，产品产过程连续，自动化程度高，工艺易掌握，产品质量稳定。

质量稳定缺点：缺点：只能线型制品只能线型制品 274复合材料工艺及设备最新课件§7-2、粒料生产、粒料生产 1、长纤维料、长纤维料纤维长纤维长3~13mm生产工艺生产工艺见书见书P.291图图11-2纤维与树脂在机头包裹至挤出机再切粒纤维与树脂在机头包裹至挤出机再切粒 275复合材料工艺及设备最新课件图图11-2：：长纤维增强粒料生产工艺流程长纤维增强粒料生产工艺流程玻璃纤维束玻璃纤维束包覆机头包覆机头冷却冷却牵引牵引树脂及助剂树脂及助剂挤出挤出切粒切粒包装包装成品成品276复合材料工艺及设备最新课件2、短纤维粒料生产工艺、短纤维粒料生产工艺 (1)短切纤维原丝单螺杆挤出法短切纤维原丝单螺杆挤出法主要是挤出机为单螺杆，顾得名主要是挤出机为单螺杆，顾得名优点：优点：纤维与树脂混合均匀，适应柱塞式注射机纤维与树脂混合均匀，适应柱塞式注射机生产缺点：缺点：玻纤受损伤严重，料筒和螺杆磨损严重，玻纤受损伤严重，料筒和螺杆磨损严重，生产速度低，劳动条件差生产速度低，劳动条件差2)单螺杆排气式挤出机回挤造粒法单螺杆排气式挤出机回挤造粒法(3)排气式双螺杆挤出机造粒法排气式双螺杆挤出机造粒法（见书）（见书）277复合材料工艺及设备最新课件§7-3、影响、影响FRTP性能的因素性能的因素 1、基体树脂、基体树脂用玻纤增强的树脂，都有较好的结果。

产用玻纤增强的树脂，都有较好的结果产品物理性能升高力学，热变形强度，品物理性能升高力学，热变形强度，尺寸线膨胀率、吸水率低，耐疲劳性，抗尺寸线膨胀率、吸水率低，耐疲劳性，抗蠕变性，防开裂，电性能）蠕变性，防开裂，电性能） 278复合材料工艺及设备最新课件2、纤维含量、纤维含量最佳纤维含量最佳纤维含量增强聚甲醛玻纤为增强聚甲醛玻纤为20%，增强尼龙为，增强尼龙为30%、、 ≯ ≯40%3、纤维质量、纤维质量(1)纤维直径：细，强度高（复杂的问题）纤维直径：细，强度高（复杂的问题）(2)纤维长度：纤维均匀分布，越长，制品纤维长度：纤维均匀分布，越长，制品强度越高强度越高(>0.04mm)(3)纤维表面处理：处理后，力学性能明显提高纤维表面处理：处理后，力学性能明显提高 279复合材料工艺及设备最新课件§7-4、挤出成型工艺、挤出成型工艺 加料加料、、塑化塑化、、成型成型、、定型定型四个过程四个过程粒料在机内螺杆方向划为粒料在机内螺杆方向划为加料加料、、压缩压缩、、均匀均匀三个三个阶段1、加料段的工作原理、加料段的工作原理加料区，固体输送区和迟后区加料区，固体输送区和迟后区作用：对加入的粒料进行压实和输送。

作用：对加入的粒料进行压实和输送粒料主要是受热、前移、保持原状粒料主要是受热、前移、保持原状当当 f螺螺>f筒筒，粒料随螺杆转动，粒料随螺杆转动     f螺螺

热学、机械、产品热学：热学：机筒温度，机头温度，孔型温度机筒温度，机头温度，孔型温度机械：机械：螺杆形式、转速、内径、外径、孔型平直部螺杆形式、转速、内径、外径、孔型平直部分长度，分长度，L/T产品：产品：管材内、外径，拉伸比，直孔定型直径，孔管材内、外径，拉伸比，直孔定型直径，孔型间隙，冷水温度型间隙，冷水温度 283复合材料工艺及设备最新课件调节措施：调节措施：(1)温度部分开车前比正常操作高温度部分开车前比正常操作高10~20℃2)型孔温度比机头温度稍低，有利于管材型孔温度比机头温度稍低，有利于管材中气泡排除及防止软化时自重下垂中气泡排除及防止软化时自重下垂3)开车慢转，出料后正常开车慢转，出料后正常4)开始不加足料，型孔出料后再正常开始不加足料，型孔出料后再正常5)控制冷却水温控制冷却水温6)一些疵病及解决方法一些疵病及解决方法 284复合材料工艺及设备最新课件§7-6、注射成型工艺概述、注射成型工艺概述 注射成型注射成型是将粒状或粉状的纤维是将粒状或粉状的纤维——树脂树脂混合料从注射机的料斗送入机筒内，加热混合料从注射机的料斗送入机筒内，加热熔化后，由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注熔化后，由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度降低的闭合模内，经冷却定型后，入温度降低的闭合模内，经冷却定型后，脱模得到制品。

脱模得到制品————这是一种间歇式操作过程，适用于热这是一种间歇式操作过程，适用于热塑性和热固性复合材料塑性和热固性复合材料 285复合材料工艺及设备最新课件1、工艺特点、工艺特点(1)成型周期短成型周期短(2)热耗量少热耗量少(3)闭模成型闭模成型(4)复杂产品一次成型，防变形或位移复杂产品一次成型，防变形或位移(5)生产效率好，成本低生产效率好，成本低 286复合材料工艺及设备最新课件2、工艺参数特点、工艺参数特点表表12-13、缺点、缺点(1)不适用于长纤维的产品不适用于长纤维的产品(2)模具质量要求高模具质量要求高 287复合材料工艺及设备最新课件§7-7、注射成型工艺、注射成型工艺 1、、FRTP注射成型原理注射成型原理主要产生物理变化，即加热、冷却过程，主要产生物理变化，即加热、冷却过程，物料不发生化学变化物料不发生化学变化2、、FRP注射成型原理注射成型原理一个复杂的物理和化学过程一个复杂的物理和化学过程物料的过程：升温粘度下降，再升温粘度物料的过程：升温粘度下降，再升温粘度又上升，随即开始交凝和固化又上升，随即开始交凝和固化 288复合材料工艺及设备最新课件热固性树脂纤维混合料加热过程特点：热固性树脂纤维混合料加热过程特点：(1)不需冷却阶段不需冷却阶段(2)严格控制各阶段的温度严格控制各阶段的温度(3)注射充模应控制在粘度最低点注射充模应控制在粘度最低点(4)FRP固化为放热反应，耗能低固化为放热反应，耗能低 289复合材料工艺及设备最新课件3、两者比较、两者比较 FRTP FRP 反复性反复性 √ × 温度温度 分段控制分段控制 严格控制严格控制 传压补料传压补料 √ × 290复合材料工艺及设备最新课件4、注射成型特性、注射成型特性(1)挥发物（低分子量物质）的控制挥发物（低分子量物质）的控制处理方法：注射料必须干燥处理，热塑性处理方法：注射料必须干燥处理，热塑性(FRTP)含水量在含水量在0.5~2%，，FRP挥发物总量挥发物总量2~7%。

2)流动特性流动特性FRTP有玻纤存在，纤维越多，流动性越差有玻纤存在，纤维越多，流动性越差纤维阻力纤维阻力)用用加加大大浇浇口口及及流流道道直直径径，，增增加加注注射射压压力力(压压力力影影响响)，，提高料筒温度及模具温度等改善提高料筒温度及模具温度等改善FRTP流动性对对FRP，减少注模前的加热时间，防止树脂过早，减少注模前的加热时间，防止树脂过早凝胶固化凝胶固化291复合材料工艺及设备最新课件(3)纤维长度纤维长度FRTP中，长度增加，拉伸强度增加螺杆转快中，长度增加，拉伸强度增加螺杆转快长度变短，强度降低再生与回料量）长度变短，强度降低再生与回料量）(4)纤维定向纤维定向定向会使产品各向收缩不均和各向异性，要减少定向会使产品各向收缩不均和各向异性，要减少各向异性程度各向异性程度提高模具温度和注射料流体温度，缩短浇口长度，提高模具温度和注射料流体温度，缩短浇口长度，注射压力和充模时间，把浇口放在型腔的最低部注射压力和充模时间，把浇口放在型腔的最低部位来减少定向作用位来减少定向作用 (5)拼缝强度拼缝强度拼缝处强度降低，改善设计拼缝处强度降低，改善设计 292复合材料工艺及设备最新课件(6)体积收缩体积收缩冷却出模后的冷却出模后的FRTP制品，制品与模具模腔制品，制品与模具模腔之差值的比，称收缩率。

之差值的比，称收缩率收缩率收缩率=(D-D1)/ D1 ××100%D ：常温下模腔尺寸：常温下模腔尺寸D1：常温下制品尺寸：常温下制品尺寸成型成型2~4h后为初期收缩率，成型后为初期收缩率，成型24~48h为为成型收缩率成型收缩率 293复合材料工艺及设备最新课件影响收缩率的因素：影响收缩率的因素：a、玻纤含量：、玻纤含量：量高，收缩率低量高，收缩率低b、制品壁厚：、制品壁厚：壁厚，收缩率大壁厚，收缩率大c、浇口尺寸：、浇口尺寸：尺寸大，收缩率低尺寸大，收缩率低d、熔融温度影响：、熔融温度影响：增强尼龙增强尼龙6：随物料温度升高，收缩率增大随物料温度升高，收缩率增大聚碳酸酯复合材料：物料升温，收缩率略降聚碳酸酯复合材料：物料升温，收缩率略降e、模温：、模温：模温升高，厚制品减少收缩率，薄制品模温升高，厚制品减少收缩率，薄制品增大收缩率增大收缩率f、成型压力：、成型压力：压力大对收缩率的降低有利压力大对收缩率的降低有利g、硬化速度：、硬化速度：慢，周期长；快，成型缺陷慢，周期长；快，成型缺陷 294复合材料工艺及设备最新课件5、工艺过程、工艺过程准备工作，工艺条件选择，后处理准备工作，工艺条件选择，后处理。

1)注射料注射料选择与预处理选择与预处理注射料的工艺性能注射料的工艺性能预处理的目的：粘度要均匀，粉碎预处理的目的：粘度要均匀，粉碎(2)料筒清洗料筒清洗加料清洗加料清洗(3)脱模剂选择脱模剂选择硬脂酸锌，液体石蜡，硅油硬脂酸锌，液体石蜡，硅油295复合材料工艺及设备最新课件(4)嵌件预热嵌件预热嵌件温度一般控制在嵌件温度一般控制在110~130℃之间，镀铬、之间，镀铬、铝合金、铜嵌件，铝合金、铜嵌件，150℃，但都不高于物料，但都不高于物料分散温度分散温度5)工艺条件工艺条件在注射成型工艺中包括闭模、加料、塑化、在注射成型工艺中包括闭模、加料、塑化、注射、保压、固化、开模、出料等工序注射、保压、固化、开模、出料等工序296复合材料工艺及设备最新课件在上述工序中应注意下列条件：在上述工序中应注意下列条件：①①加料及剩余量加料及剩余量定时加料，适量剩余定时加料，适量剩余10~20mm，传压、补，传压、补料②②成型温度成型温度297复合材料工艺及设备最新课件与下面因素有关与下面因素有关a、注射机种类、注射机种类螺杆式注射机的料筒温度比柱塞式低螺杆式注射机的料筒温度比柱塞式低b、产品厚度、产品厚度薄壁产品料筒和喷嘴温度高，厚壁产品可稍低。

薄壁产品料筒和喷嘴温度高，厚壁产品可稍低c、注射料品种、性能、注射料品种、性能热塑性树脂，料筒温度高于模具温度热塑性树脂，料筒温度高于模具温度热固性树脂，料筒温度低于模具温度热固性树脂，料筒温度低于模具温度增强材料，料筒、喷嘴温度比未用纤维的物料提增强材料，料筒、喷嘴温度比未用纤维的物料提高高10~20℃ 298复合材料工艺及设备最新课件③③螺杆转速及背压螺杆转速及背压必须根据所选用的树脂热敏程度及熔体粘度等进必须根据所选用的树脂热敏程度及熔体粘度等进行调整行调整转速转速↑，剪应力，剪应力↑，摩擦热，摩擦热↑，，→塑化塑化转速转速↑，纤维短，纤维短↓，，→借助背压分散借助背压分散背压：背压：螺杆转动推进物料塑化时，传给螺杆的反螺杆转动推进物料塑化时，传给螺杆的反向压力背压作用：背压作用：能提高树脂和纤维的混炼效果，使纤能提高树脂和纤维的混炼效果，使纤维分散均匀，但熔体温度较低时，会引起玻纤粉维分散均匀，但熔体温度较低时，会引起玻纤粉化，降低制品机械性能化，降低制品机械性能螺杆转速在螺杆转速在15~100r/min，一般热塑性料用，一般热塑性料用25~50 r/min，热固性料用，热固性料用30~60r/min。

299复合材料工艺及设备最新课件④④注射速度与注射压力注射速度与注射压力压力：压力：热塑性塑料的注射压力为热塑性塑料的注射压力为40~130MPa，纤，纤维增强的为维增强的为50~150MPa粘度较高的聚砜、聚苯粘度较高的聚砜、聚苯醚及热固性复合材料注射压力为醚及热固性复合材料注射压力为80~200MPa保压时间一般为保压时间一般为20~120s，特别厚的制品可高达，特别厚的制品可高达5~10min注射压力与制品性能成正比关系注射压力与制品性能成正比关系注射速度：慢，粘度增加，压力传递困难；快，注射速度：慢，粘度增加，压力传递困难；快，耗能，气泡耗能，气泡低压低压→高压递进，时间高压递进，时间15~60s，热固性，热固性5~10s 300复合材料工艺及设备最新课件⑤⑤周期周期定义：完成一次注射成型所需要的时间定义：完成一次注射成型所需要的时间关键：注射加压时间，冷却时间关键：注射加压时间，冷却时间⑥⑥后处理后处理热、调湿处理两种热、调湿处理两种热处理定义、实质、作用热处理定义、实质、作用调湿处理定义、作用调湿处理定义、作用(6)注射成型中出现的缺陷、原因及处理方法注射成型中出现的缺陷、原因及处理方法凹陷，飞边，起泡，变形，裂纹，脱模困难等。

凹陷，飞边，起泡，变形，裂纹，脱模困难等 301复合材料工艺及设备最新课件连续成型工艺连续成型工艺§8-1、概述、概述 1、连续成型工艺、连续成型工艺定义：指从添加原材料到制成玻璃钢制品定义：指从添加原材料到制成玻璃钢制品的整个过程都是在连续不断的进行的整个过程都是在连续不断的进行种类：种类：连续制管连续制管连续制板连续制板拉挤成型拉挤成型复合管生产复合管生产 302复合材料工艺及设备最新课件2、四种工艺简介、四种工艺简介(1)连续制管连续制管连续管连续管——效率高，投资大，品种少效率高，投资大，品种少连续复合管连续复合管——EPF法，品质高，高强，高性能，法，品质高，高强，高性能，多用途多用途(2)连续制板连续制板浸胶毡定形固化而成浸胶毡定形固化而成3)连续拉挤连续拉挤——生产型材生产型材(4)离心法制管离心法制管——低成本玻钢管低成本玻钢管303复合材料工艺及设备最新课件§8-2、连续制管、连续制管 §8-2-1、概述、概述 60年代年代      丹麦丹麦“德罗斯索德罗斯索”公司第一台凸公司第一台凸轮轮                  钢带式纤维缠绕机钢带式纤维缠绕机70年代年代      美、日引进丹麦技术改进美、日引进丹麦技术改进80年代年代      中国引进八道纤维缠绕大口径生中国引进八道纤维缠绕大口径生                  产线产线发展发展304复合材料工艺及设备最新课件§8-2-2、卧式干法缠绕机、卧式干法缠绕机 预浸无纬带或玻璃布带缠绕预浸无纬带或玻璃布带缠绕工艺程序：工艺程序：纵向、环向布带缠绕纵向、环向布带缠绕                    芯轴内加热芯轴内加热                    预固化预固化                    第二次固化（高频加热）第二次固化（高频加热）                    外牵引脱模外牵引脱模                    切割切割特点：特点：连续玻纤，浸胶铺放，先纵后环，环是相连续玻纤，浸胶铺放，先纵后环，环是相间反向。

间反向 305复合材料工艺及设备最新课件§8-2-3、卧式湿法环向浸胶缠绕、卧式湿法环向浸胶缠绕特点：预浸，均铺，环向纱层，纵向靠环向纱的特点：预浸，均铺，环向纱层，纵向靠环向纱的余胶浸渍，环、纵交错缠绕，二次固化，自动脱余胶浸渍，环、纵交错缠绕，二次固化，自动脱模§8-2-4、立式垂直向上、立式垂直向上表面抛光镀铬的钢芯轴，由下向上垂直移动，表表面抛光镀铬的钢芯轴，由下向上垂直移动，表面涂脱模剂，缠预浸纱，达厚度后，表面一层玻面涂脱模剂，缠预浸纱，达厚度后，表面一层玻璃纸，缠完，切断，固化，脱芯璃纸，缠完，切断，固化，脱芯§8-2-5、立式低熔点金属芯模缠绕、立式低熔点金属芯模缠绕低熔点金属（铅低熔点金属（铅—铋合金）向上移动的芯轴，缠铋合金）向上移动的芯轴，缠绕，固化，上端熔化自动向下脱落绕，固化，上端熔化自动向下脱落 306复合材料工艺及设备最新课件§8-3、工艺特点、工艺特点 1、连续化、连续化2、定制长度、定制长度3、一芯即可、一芯即可4、工艺稳定、工艺稳定5、结构多样、结构多样307复合材料工艺及设备最新课件§8-4、原材料、原材料 1、增强材料、增强材料连续玻纤粗纱，布带，短切毡，表面毡，有机纤连续玻纤粗纱，布带，短切毡，表面毡，有机纤维（尼龙、涤纶、聚丙烯），石棉纤维维（尼龙、涤纶、聚丙烯），石棉纤维2、树脂、树脂不饱和聚酯树脂：不饱和聚酯树脂：间苯二甲酸系列，双酚间苯二甲酸系列，双酚A系列，含卤素树脂，环系列，含卤素树脂，环氧丙烯酸树脂，乙烯基酯树脂。

氧丙烯酸树脂，乙烯基酯树脂特性：较长的凝胶，较短的固化时间，较低的固特性：较长的凝胶，较短的固化时间，较低的固化放热峰化放热峰添加低收缩率添加剂添加低收缩率添加剂 308复合材料工艺及设备最新课件§8-5、工艺参数、工艺参数 1、缠绕规律、缠绕规律纤维纱均匀、稳定、平整地排布在芯轴表面是关键纤维纱均匀、稳定、平整地排布在芯轴表面是关键排布方式：平接，搭接排布方式：平接，搭接搭接方式搭接方式=(n-1)/nn=1，平接，平接n=2，搭接，搭接1/2n=3，搭接，搭接2/3……n=k，搭接，搭接(k-1)/k 309复合材料工艺及设备最新课件2、纵向纱片数、纵向纱片数m=πD / bmbm——纱片宽度纱片宽度3、螺旋缠绕角、螺旋缠绕角4、特有的配方，高效的加热方式、特有的配方，高效的加热方式合理布置固化装置合理布置固化装置 1-=mbDtgpa310复合材料工艺及设备最新课件§8-6、热塑性和热固性复合结构管、热塑性和热固性复合结构管 EPF，是挤出、拉挤和缠绕相结合的连续制管方，是挤出、拉挤和缠绕相结合的连续制管方法，用紫外线辐射引发固化法，用紫外线辐射引发固化1、工艺特点、工艺特点整个过程连续，生产效率高，制品强度高，耐腐，整个过程连续，生产效率高，制品强度高，耐腐，质轻，抗渗，耐热，电绝缘优良特点。

质轻，抗渗，耐热，电绝缘优良特点2、、EPF工艺流程工艺流程以挤出成型的塑料管为芯材，沿轴向铺设拉挤成以挤出成型的塑料管为芯材，沿轴向铺设拉挤成型的热固性玻璃钢层，在周向用纤维缠绕法铺设型的热固性玻璃钢层，在周向用纤维缠绕法铺设热固性玻璃钢层，最后在管材表面涂热固性或热热固性玻璃钢层，最后在管材表面涂热固性或热塑性的富树脂层塑性的富树脂层 311复合材料工艺及设备最新课件挤出塑料管芯材挤出塑料管芯材→冷却冷却→定型定型→纵向纤维纵向纤维纱铺层纱铺层→环向纤维缠绕铺层环向纤维缠绕铺层→预固化预固化→富富树脂表面层树脂表面层→紫外和远红外固化紫外和远红外固化→冷却冷却→牵引切割牵引切割→产品产品3、树脂、树脂光敏引发剂引发的树脂光敏引发剂引发的树脂Polylite HY-201，对内衬材料，对内衬材料PVC有优良有优良的粘接性的粘接性 312复合材料工艺及设备最新课件§8-7、拉挤成型工艺、拉挤成型工艺 §8-7-1、概述、概述 1、历史、历史48年起源于美国年起源于美国60年代后发展起来年代后发展起来70年代后，连续纤维毡，螺旋无捻粗纱机出现，年代后，连续纤维毡，螺旋无捻粗纱机出现，可生产宽为可生产宽为1m以上的中空制品。

高频加热、树以上的中空制品高频加热、树脂固化系统的改进，生产速度可达脂固化系统的改进，生产速度可达3~4m/min美国以计算机控制的美国以计算机控制的“拉挤之星拉挤之星”系列产品系列产品国内是哈玻钢所，西安绝缘材料厂，引进设备国内是哈玻钢所，西安绝缘材料厂，引进设备 313复合材料工艺及设备最新课件2、拉挤优点：、拉挤优点：生产效率高，自动化，增强材料含量高，生产效率高，自动化，增强材料含量高，性能可靠，后加工量少，树脂损耗少，可性能可靠，后加工量少，树脂损耗少，可调纵向、横向强度，可定长调纵向、横向强度，可定长3、应用领域、应用领域耐腐，电工，建筑，运输，运动娱乐，能耐腐，电工，建筑，运输，运动娱乐，能源开发，航空航天源开发，航空航天 314复合材料工艺及设备最新课件§8-7-2、拉挤工艺、拉挤工艺 1、工艺流程、工艺流程 玻纤粗纱排布玻纤粗纱排布→浸胶浸胶→预成型预成型→挤压模塑挤压模塑及固化及固化→牵引牵引→切割切割→制品制品  独特之处：外力拉拨，挤压模塑独特之处：外力拉拨，挤压模塑 315复合材料工艺及设备最新课件拉挤成型工艺拉挤成型工艺316复合材料工艺及设备最新课件2、拉挤工艺分类、拉挤工艺分类(1)间歇式拉挤成型工艺间歇式拉挤成型工艺间歇固化定型牵出，模具成本高间歇固化定型牵出，模具成本高(2)连续式拉挤成型工艺连续式拉挤成型工艺牵引与模塑连续进行牵引与模塑连续进行(3)立式拉挤立式拉挤用熔融或液体金属槽代替钢制热成型模具，用熔融或液体金属槽代替钢制热成型模具，槽内金属液面上浇注乙二醇等有机保护层。

槽内金属液面上浇注乙二醇等有机保护层317复合材料工艺及设备最新课件3、拉挤原材料、拉挤原材料(1)树脂树脂不饱和聚酯树脂（美国）不饱和聚酯树脂（美国）五种：五种：a、、硬质高反应性间苯型不饱和聚酯树脂硬质高反应性间苯型不饱和聚酯树脂Polylite 1-20-5 与低收缩性填料相容性好，拉挤速度高与低收缩性填料相容性好，拉挤速度高5倍b、、中反应性间苯型不饱和聚酯树脂中反应性间苯型不饱和聚酯树脂Polylite 92-310耐腐，大直径型材耐腐，大直径型材c、、硬质高反应性间苯型不饱和聚酯树脂硬质高反应性间苯型不饱和聚酯树脂Polylite 92-311耐水、韧性耐水、韧性 318复合材料工艺及设备最新课件d、、中反应性间苯型不饱和聚酯树脂，耐腐中反应性间苯型不饱和聚酯树脂，耐腐蚀e、、硬质高反应性间苯型不饱和聚酯树脂硬质高反应性间苯型不饱和聚酯树脂环氧树脂环氧树脂室温固化的双酚室温固化的双酚A型环氧树脂，热固性甲型环氧树脂，热固性甲基丙烯酸酯树脂，改性酚醛树脂，热塑性基丙烯酸酯树脂，改性酚醛树脂，热塑性聚丙烯，聚丙烯，ABS，尼龙，聚碳酸酯，聚砜，，尼龙，聚碳酸酯，聚砜，聚醚砜，聚亚苯基硫醚。

聚醚砜，聚亚苯基硫醚 319复合材料工艺及设备最新课件(2) 增强材料增强材料玻纤，聚酯纤维，芳纶纤维，碳纤维，都玻纤，聚酯纤维，芳纶纤维，碳纤维，都采用增强型浸润剂采用增强型浸润剂                                横向连续原丝毡，组合毡，无捻粗纱织物横向连续原丝毡，组合毡，无捻粗纱织物和针织物和针织物 玻纤无捻粗纱玻纤无捻粗纱合股原丝合股原丝直接无捻粗纱直接无捻粗纱膨体无捻粗纱膨体无捻粗纱320复合材料工艺及设备最新课件4、工艺参数、工艺参数固化温度，固化时间，牵引张力及速度，纱团数固化温度，固化时间，牵引张力及速度，纱团数量1)固化温度和时间固化温度和时间不饱和聚酯树脂，多采用有机氧化物为引发剂，不饱和聚酯树脂，多采用有机氧化物为引发剂，固化温度一般略高于有机过氧化物，最好通过固固化温度一般略高于有机过氧化物，最好通过固化放热曲线来确定化放热曲线来确定2)浸胶时间浸胶时间一般不饱和聚酯树脂的浸胶时间在一般不饱和聚酯树脂的浸胶时间在15~20s3)张力及牵引力张力及牵引力取决于制品的几何形状，由实验决定取决于制品的几何形状，由实验决定 321复合材料工艺及设备最新课件(4)玻纤纱用量玻纤纱用量求混合物密度：求混合物密度：ρ混混：树脂和填料混合物密度：树脂和填料混合物密度, ρ混混=W混混/V混混Wt：填料质量分数：填料质量分数 ρt：填料密度：填料密度g/cm3ρR：树脂密度：树脂密度g/cm3Vg：树脂与填料混合物孔隙率：树脂与填料混合物孔隙率 )1)(1(1gRtttVWW+ +-+ + = =r rr rr r混混322复合材料工艺及设备最新课件玻纤体积百分含量：玻纤体积百分含量：纱团数：纱团数：N=100 A βf ρf Vf / KA：制品截面积：制品截面积βf：玻纤支数：玻纤支数ρf：玻纤密度：玻纤密度K：玻纤股数：玻纤股数N：制品所用纱团数：制品所用纱团数  )1)(1(gcffffffVWWWV+-+=混混r rr rr r323复合材料工艺及设备最新课件5、成型设备、成型设备送纱架，胶槽，模具，固化炉，牵引设备，切割送纱架，胶槽，模具，固化炉，牵引设备，切割装置。

装置 §8-8、连续制板工艺、连续制板工艺 §8-8-1、概述、概述 1、、克克服服手手糊糊、、喷喷射射波波形形瓦瓦和和平平板板厚厚度度不不均均匀匀，，有有气气泡泡等等问问题题由由一一片片发发展展到到二二片片重重叠叠的的双双层层连续技术，尺寸方面到二幅、三幅宽连续技术，尺寸方面到二幅、三幅宽2、美国费龙公司的生产线、美国费龙公司的生产线 324复合材料工艺及设备最新课件§8-8-2、原材料、原材料 耐候性波板，耐候性波板，G类难燃场合波板，难燃场合波板，S类耐候性：耐候性：减少苯乙烯用量，用甲基丙烯酸甲酯代减少苯乙烯用量，用甲基丙烯酸甲酯代替难燃性：难燃性：选择阻燃树脂的等级及阻燃配方，近年选择阻燃树脂的等级及阻燃配方，近年来发展了聚丙烯酸酯，聚氯乙烯等热塑性树脂来发展了聚丙烯酸酯，聚氯乙烯等热塑性树脂增强材料：增强材料：无捻粗纱，短切毡无捻粗纱，短切毡其中短切毡含微毒物质，几年后会产生白浊其中短切毡含微毒物质，几年后会产生白浊结构：结构：朝双面覆盖氟薄膜技术发展朝双面覆盖氟薄膜技术发展 325复合材料工艺及设备最新课件§8-8-3、技术规范、技术规范标准板形，连续异形波形，不连续异形波标准板形，连续异形波形，不连续异形波形。

形§8-8-4、制板工艺、制板工艺横向波板成型横向波板成型纵向波板成型纵向波板成型326复合材料工艺及设备最新课件§8-9、离心法制管工艺、离心法制管工艺 §8-9-1、概述、概述 60年代起源于欧洲，在发达国家广泛应用，中国年代起源于欧洲，在发达国家广泛应用，中国是空白定义：定义：树脂、玻纤及填料按一定比例加到旋转的树脂、玻纤及填料按一定比例加到旋转的模具内，依靠高速旋转产生离心力，使物料在模模具内，依靠高速旋转产生离心力，使物料在模内挤压密实，固化成型内挤压密实，固化成型分类：分类：压力管与非压力管，耐压压力管与非压力管，耐压0~1.8MPa优点：优点：高强，质轻，防腐，防锈，耐磨，大口径高强，质轻，防腐，防锈，耐磨，大口径管造价低，综合成本低于钢管，而缠绕管综合成管造价低，综合成本低于钢管，而缠绕管综合成本高于钢管本高于钢管327复合材料工艺及设备最新课件用途：用途：污水管，下水管主干线，给水管，盐水管，污水管，下水管主干线，给水管，盐水管，工业废水管，油田注水管，重点是耐腐和压力输工业废水管，油田注水管，重点是耐腐和压力输水管§8-9-2、原材料、原材料树脂：树脂：不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂增强材料：增强材料：直径直径9~13μm玻纤，玻璃毡，玻纤纱，玻纤，玻璃毡，玻纤纱，连续毡，网格布，单向布连续毡，网格布，单向布填料：填料：石英砂，石英粉，辉绿岩粉，增加刚度、石英砂，石英粉，辉绿岩粉，增加刚度、厚度，节约树脂厚度，节约树脂328复合材料工艺及设备最新课件§8-9-3、工艺过程、工艺过程 原材料原材料→配料配料→装模、离心成型装模、离心成型→固化固化→脱模脱模→后固化后固化→成品成品 1、配料、配料强制搅拌强制搅拌2、模具、模具清洗，涂模清洗，涂模3、施转模具、施转模具329复合材料工艺及设备最新课件4、加料、加料每次厚每次厚0.5~1.0mm，均匀，排气，均匀，排气5、固化、固化加热、加速固化加热、加速固化6、脱模、脱模巴柯硬度巴柯硬度15时脱模时脱模 330复合材料工艺及设备最新课件§8-9-4、工艺要求、工艺要求 1、增强材料铺设方法、增强材料铺设方法(1)预混法预混法15mm短切纤维与树脂、填料搅拌混合，加入旋短切纤维与树脂、填料搅拌混合，加入旋转模具转模具(2)自由铺设自由铺设松散玻毡卷筒，离心力和人工铺层松散玻毡卷筒，离心力和人工铺层(3)预成型法预成型法增强纤维套管，滑动旋转铺设增强纤维套管，滑动旋转铺设(4)机械铺设机械铺设伸壁有纤维切断器，往复运动铺放伸壁有纤维切断器，往复运动铺放 331复合材料工艺及设备最新课件2、添加树脂方法、添加树脂方法(1)预混法预混法树脂糊树脂糊+粉状填料粉状填料+纤维纤维(2)树脂泵树脂泵树脂泵和长管，打入模腔树脂泵和长管，打入模腔(3)喷射成型喷射成型喷枪喷撒喷枪喷撒3、排气措施、排气措施(1)调整离心机转速调整离心机转速(2)机械压实机械压实 332复合材料工艺及设备最新课件4、设备参数、设备参数模具旋转速度和转速模具旋转速度和转速F=P·AN=60 v/π dP：压力：压力 MPaA：受压面积：受压面积 cm2g：重力加速度：重力加速度 m/s2r：旋转半径：旋转半径 mn：转速：转速 WFgrv =333复合材料工艺及设备最新课件你们正在奋斗正在奋斗…...334复合材料工艺及设备最新课件335复合材料工艺及设备最新课件336复合材料工艺及设备最新课件。