1、复合材料成型与加工技术 曾竟成教授杜刚讲师 第3章复合材料预浸料制备技术 3 1预浸料定义又称模塑料 是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续 短切纤维或织物 制成树脂基体与增强体的组合物 是制造复合材料的中间材料 是进行铺层设计的基础 也是直接用来制造各种复合材料构件的原料 3 2商用预浸料性能要求 具有较长的适用期 室温 1个月 18 6个月 可准确控制增强材料的含量和排列方向 成型时应有适当的粘性和铺设性 挥发分含量尽可能小 一般 2 主承力构件预浸料 0 8 3 3预浸料的原材料 预浸料用增强体 预浸料用基体 单向预浸带 窄预浸带 碳纤维织物预浸料 玻璃纤维织物预浸料 3 4国内外预浸料
2、制备技术情况 目前预浸料制造已成为一种专门的工艺技术 由专业化工厂进行生产 制造技术有了很大提高 质量控制得到加强 实现了工艺过程的自动化 以保证产品的稳定性 预浸料品种多样 能够满足不同成型方法对各类预浸料的要求 不同规格 品种 不同性能的预浸料已商品化 可以适应国防工业和国民经济各个部门的应用 北航材研究院预浸料已被在研先进直升机选用 具有年产100万平方米的生产能力 窄带预浸机年生产能力90万米 美国亚利桑那州ICI合成纤维复合材料公司 生产的977 3型韧化改性预浸渍材料 被洛克希德公司用来制造F 22战斗机的机体 该项计划包括制造和安装11架F 22飞行试验机 2架地面试验F 22机
3、体 并对F 22机身中35 的复合材料进行性能测试研究工作 977 3改性预浸渍材料 是在宇航结构材料977型树脂的的基础上 研制成功的一种新配方 它是一种热固性和热塑性混用复合材料 具有良好的韧性 抗溶剂性 以及高性能飞机必须具备的湿 性能等 这种新型预浸渍材料 在固化时能把工程热塑材料的刚性和高温热固材料的特性 有机地融合在一起 ICI公司认为 由于研制成功这种新材料 因此能与洛克希德公司合作完成为期5年的项目计划 3 5预浸料制备技术 热固性树脂基体预浸料制备技术溶液浸渍法热熔法 热塑性树脂基体预浸料制备技术溶液浸渍法热压法 热压机 树脂粉末 增强材料热熔法粉末浸渍法 悬浮液浸渍 流态化
4、床浸渍 静电吸附 1 溶液浸渍法 优点 纤维易被树脂浸透 便于制造薄厚两型预浸料 设备造价较低 缺点 需要去除并回收溶剂 树脂体积含量不易控制 2 热熔法 直接热熔法和胶膜压延法 直接热熔法 2 热熔法胶膜压延法 优点 没有溶剂 预浸料挥发分含量低 可连续化生产 缺点 不适合浸渍厚纤维或织物 高粘度树脂难于浸渍 3 6预浸设备 北京航空材料研究院自行研制48英寸热熔预浸机 3 6预浸设备 北京航空材料研究院窄带预浸机 实例1 无纬布预浸料 单向预浸料 制备技术 滚筒法 溶液浸渍法 制备 1 树脂配方 重量比 2 工艺流程 玻璃纤维无纬布 碳纤维无纬布 实例2 商用预浸料 3218Z中温固化阻燃
5、型环氧树脂玻璃织物预浸料 1 概述3218Z是中温固化阻燃型环氧树脂 它可与各种玻璃纤维织物复合制成预浸料 该预浸料可用热压罐法 真空袋法 模压法成型复合材料 复合材料具有优良的力学性能 阻燃性能 耐环境性能 可在80 下长期工作 1 1牌号及名称3218Z EW 220中温固化环氧树脂 无碱玻璃纤维织物预浸料3218Z EW 100中温固化环氧树脂 无碱玻璃纤维织物预浸料3218Z SW 280中温固化环氧树脂 高强玻璃纤维织物预浸料3218Z SW 220中温固化环氧树脂 高强玻璃纤维织物预浸料3218Z SW 110A中温固化环氧树脂 高强玻璃纤维织物预浸料 1 2基本组成3218Z环氧
6、树脂无碱玻璃纤维织物高强玻璃纤维织物 1 3材料标准Q 6S1842 2002 3218Z阻燃型环氧树脂溶液 Q 6S1841 2002 玻璃纤维织物 3218Z阻燃型预浸料 1 4使用工艺说明书见Q 6S1841 2002 玻璃纤维织物 3218Z阻燃型预浸料 1 5供应状态成卷供应 宽度900mm 长度50 100m 1 6应用概况已用于某型号机复合材料夹层结构地板和壁板的生产 1 7研制及生产单位北京航空材料研究院研制生产 2性能2 1物理及化学性能2 1 13218Z树脂的性能 表2 1 2 1 2预浸料外观表面平整 颜色均匀一致 树脂分布均匀 无明显富树脂区和贫树脂区 无皱褶 撕裂或
7、其它永久变形 2 1 3预浸料物理性能 表2 2 2 1 4 13218Z EW220复合材料的物理性能 表2 3 2 1 4 2层合板燃烧性能层合板燃烧性能应符合表2 4的规定 2 2力学性能3218Z 玻璃纤维织物层合板的力学性能见表2 5 2 3工艺性能 表2 6 2 4使用性能3218Z EW220复合材料已用于某型号机夹层复合材料地板和壁板蒙皮 2 5使用工艺预浸料制备采用溶液法 复合材料成型采用热压罐法 固化工艺见图2 1 3218Z EW 220热压罐成型工艺也可以用真空袋压法或模压法成型 3其它3 1包装每卷预浸料应用聚乙烯薄膜包覆并密封 预浸料外包装应为硬质包装箱 并用软固定
8、隔开 防止碰撞 3 2运输按非危险品运输 包装箱应平放 防止受潮 避免碰撞或剧烈振动 3 3贮存预浸料在室温20 23 的贮存期为45天 18 的贮存为12个月 4使用建议可用于工作温度80 以下飞机或其它装置的承力构件 尤其是有阻燃性能要求的部件 可用于热压罐 模压 真空袋各种成形工艺 3 7片状模塑料 SheetMoldingCompound SMC 制备技术 SMC是用UP 增稠剂 引发剂 交联剂 低收缩添加剂 填料 内脱模剂和着色剂等混合成树脂糊浸渍短切玻璃纤维粗纱或玻璃纤维毡 并在两面用聚乙烯或聚丙稀薄膜包覆起来形成的片状模压成型材料 Mg OH 2Ca OH 2MgOCaO BPO
9、2 TBP1 DCP1 CHP1 苯乙烯甲基丙烯酸甲酯乙烯基甲苯邻苯二甲酸二丙烯酯 PMMAPSPVAcPEPVCPB 硅酸盐类碳酸盐类硫酸盐类氧化物类 卵磷酯烷基磷酯酸蜡类硬酯酸硬酯酸盐类 SMC的种类 BMC BulkMoldingCompound 块状模塑料 纤维含量较低 纤维长度较短 填料含量较大 强度比SMC低 适用于制造小型制品 TMC ThickMoldingCompound 厚片状模塑料 SMC一般厚度为6 3mm TMC厚度可达50 8mm 减少聚乙烯薄膜的用量 降低成本 应用更广泛 按纤维形态与分布不同可分为SMC R 纤维不规则分布 SMC C 连续纤维单向分布 SMC
10、D 不连续纤维定向分布 以及SMC C R SMC D R 纤维含量在30 70 树脂采用高反应性的间苯二甲酸聚酯树脂 是美国PPG公司最先发展的高强模塑料 HMC是一种少加或不加填料 短切纤维含量达60 80 玻璃纤维定向分布 树脂含量在35 以下的片状模塑料 具有极好的流动性和成型表面 其制品强度是普通SMC制品的3倍 XMC是一种含有70 80 定向连续玻璃纤维 20 30 聚酯树脂 加适量或不加填料的片状模塑料 玻璃纤维以一定角度交叉布置 标准粗纱角度为82 其制品在一定方向的强度是钢材的4倍 而质量是钢材的1 2 低收缩SMC LowShrinkageSMC 采用低收缩树脂或加入热塑
11、性低收缩添加剂制造 成品收缩可趋于零 适于制造尺寸精度高和表面光洁度高的制品 渗透增稠片状模塑料 InterpeneteratingThickingProcessSMC 制品具有高度刚性 耐冲击性 尺寸稳定性 3 7 1山东金源玻璃钢有限公司SMC模塑料工艺流程图 3 7 2SMC机组 3 7 2SMC机组 1000mm SMC机组 3 7 3SMC模塑料树脂糊配方 1 国内SMC树脂糊配方196 树脂100苯乙烯20氯乙烯 乙酸乙烯共聚物20过氧化二异丙苯1硬脂酸锌2氧化镁3碳酸钙120 2 国外SMC树脂糊配方OCF E980100苯醌500mg kg过氧化苯甲酸特丁酯1硬脂酸锌2 5氧化镁1 5碳酸钙50 SMC井盖 防眩板 电表箱 3 8预成型坯模塑料制备技术 预成型坯模塑料是预先将纤维仿制成与制品结构 形状 尺寸相一致的坯料 在模内成型时再加入树脂混合物热压成制品 深度及外形尺寸较大而形状不太复杂的制品 支耳毛坯 编织炭 炭毛坯 制备方法 1 喷射预成型短切的纤维和胶粘剂乳液同时喷射到一个旋转的敞开筛模上 大尺寸预成型坯 纤维长度可调 纤维分布由手工控制 2 通风室预成型在一个封闭室内将短切的纤维和胶粘剂乳液沉积在筛模上 3 湿浆室预成型短切纤维悬浮在含有胶粘剂的水中 通过泵将水从筛模内抽出 经烘干后即得到预成型坯 3 9预浸料质量控制 工艺性能
