1、复合材料的成型工艺,2,复合材料的成型工艺,复合材料的性能在纤维与树脂体系确定后，主要决定于成型工艺。成型工艺主要包括以下两个方面：一是成型，即将预浸料按产品的要求，铺置成一定的形状，一般就是产品的形状。二是固化，即把已铺置成一定形状的叠层预浸料，在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定下来,并能达到预期的性能要求。,3,(1) 手糊成型 (2)模压成型 (3)层压成型 (4)喷射成型 (5)纤维缠绕成型 (6)拉挤成型 (7)注射成型 (8)树脂注射和树脂传递成型 (9) 袋压法成型,生产中采用的成型工艺,4,手糊成型工艺是复合材料最早的一种成型方法，也是一种最简单的方法，其具体工艺过程如下
2、： 首先，在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸胶并排除气泡后，再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止。,1、 手糊成型工艺,然后，在一定压力作用下加热固化成型（热压成型）或者利用树脂体系固化时放出的热量固化成型（冷压成型），最后脱模得到复合材料制品。为了得到良好的脱模效果和理想的制品，同时使用几种脱模剂，可以发挥多种脱模剂的综合性能。,5,模具准备,涂脱模剂,手糊成型,树脂胶液配制,增强材料准备,固化,脱模,后处理,检验,制品,手糊成型工艺流程图,6,手糊成型工艺优点 不受产品尺寸和形
3、状限制，适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产； 设备简单、投资少、设备折旧费低。 工艺简单； 易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料 制品树脂含量较高，耐腐蚀性好。,手糊成型工艺缺点 生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差。 产品质量不易控制，性能稳定性不高。 产品力学性能较低。,优缺点,7,模压成型工艺是一种古老的技术，早在20世纪初就出现了酚醛塑料模压成型。模压成型是一种对热固性树脂和热塑性树脂都适用的纤维复合材料成型方法。,2模压成型工艺,将定量的模塑料或颗粒状树脂与短纤维的混合物放入敞开的金属对模中，闭模后加热使其熔化，并在压力作用下充满模腔，形成与模腔相同形状的模
4、制品；再经加热使树脂进一步发生交联反应而固化，或者冷却使热塑性树脂硬化，脱模后得到复合材料制品。,8,金属对模准备,涂脱模剂,模压成型,模塑料、颗粒树脂,短纤维,固化,脱模,后处理,检验,制品,加热、加压,加热,冷却,模压成型工艺流程图,9,模压成型工艺优点模压成型工艺有较高的生产效率，制品尺寸准确，表面光洁，多数结构复杂的制品可一次成型，无需二次加工，制品外观及尺寸的重复性好，容易实现机械化和自动化等。,模压成型工艺缺点模具设计制造复杂，压机及模具投资高，制品尺寸受设备限制，一般只适合制造批量大的中、小型制品。,优缺点,10,（1）短纤维料模压法 （2）毡料模压法 （3）碎布料模压法 （4）
5、层压模压法 （5）缠绕模压法 （6）织物模压法（7）定向铺设模压法（8）预成型坯模压法 （9）片状模塑料模压法,模压成型工艺的分类,（按增强材料物态和模压料品种分类）,11,片状模塑料的简介：,片状模塑料（Sheet Molding Compound；简记为SMC）是由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡，两面覆盖聚乙烯（或聚丙烯）保护膜而制成的一类用于模压成型的中间材料。,SMC的基本组成：SMC是用不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩率添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合物浸渍短切玻纤或玻纤毡，两表面加上保护膜（聚乙烯或聚丙烯薄膜）形成的片状模压成型中间材料。 使用时除去薄膜,按尺寸裁剪,
6、然后进行模压成型。,片状模塑料、团状模塑料,SMC的种类：,SMC片状模塑料（0.63cm厚，1/4英寸）BMC块状模塑料 TMC厚片状模塑料 （5.08cm厚，2英寸）,12,在模压中使用片状模塑料的优点是：,复合材料制品的重现性好； 操作环境清洁、卫生，改善了劳动条件； 可成型异型制品；模压工艺允许温度和压力可变范围大，可大幅度降低设备和模具的费用；质量均匀性好，适宜于压制截面变化不大的、大型薄壁制品；制品表面光洁度高，加入低收缩添加剂后，表面质量更为理想；生产效率高，成型周期短，易于实现全自动化、机械化操作，生产成本相对较低。,13,3. 层压成型工艺,层压成型工艺属于干法压力成型范畴，
7、是复合材料的一种主要成型工艺。 层压成型工艺生产的制品包括各种绝缘材料板、人造木板、塑料贴面板、覆铜箔层压板等。,层压成型工艺，是把一定层数的浸胶布(纸)叠在一起，送入多层液压机，在一定的温度和压力下压制成板材的工艺。,14,层压板的生产工艺流程,增强材料,热固性树脂,浸胶,胶布,裁剪叠合,热压,脱模,切边,产品,15,层压成型工艺的优点是制品表面光洁、生产的机械化、自动化程度较高、产品质量稳定，以及生产效率较高。层压成型工艺的缺点是只能生产板材，且产品的尺寸大小受设备的限制。但一次性投资较大，适合于批量生产。,优缺点,16,将分别混有促进剂和引发剂的不饱和聚酯树脂从喷枪两侧（或在喷枪内混合）
8、喷出，同时将玻璃纤维无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。,4喷射成型工艺,17,玻璃纤维无捻粗纱,聚酯树脂,加热,引发剂,促进剂,静态混合,切割喷枪,模具,喷射成型,辊压,固化,脱模,喷射成型工艺流程图,18,喷射成型对所用原材料有一定要求，例如树脂体系的粘度应适中，容易喷射雾化、脱除气泡和浸润纤维以及不带静电等。最常用的树脂是在室温或稍高温度下即可固化的不饱和聚酯等。喷射法使用的模具与手糊法类似，而生产效率可提高数倍，劳动强度降低，能够制作大尺寸制品。,19,5. 连续缠绕成型工艺,将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强塑
9、料制品的工艺过程，称为缠绕工艺。,20,缠绕工艺流程图,纱团,胶液配制,浸胶,烘干,络纱,胶纱纱绽,张力控制,纵、环向缠绕,芯模,纵、环向缠绕,张力控制,加热粘流,固化,脱模,打模喷漆,成品,湿法缠绕成型工艺,干法缠绕成型工艺,21,利用连续纤维缠绕技术制作复合材料制品时，有两种不同的方式可供选择：湿法缠绕：将无捻粗纱经浸胶后直接缠绕到芯模上的成型工艺过程。 特点：不需要预浸渍设备，设备投资少；便于选材；纱片质量及张力需严格控制，固化时易产生气泡。 干法缠绕：将预浸纱带（或预浸布），在缠绕机上经加热至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。 特点： 制品质量稳定（含胶量、尺寸等）；缠绕速度快（1
10、00200m/min）; 劳动卫生条件好；预浸设备投资大。 目前普遍采用前者。,22,连续纤维缠绕技术的优点首先，纤维按预定要求排列的规整度和精度高，通过改变纤维排布方式、数量，可以实现等强度设计，因此，能在较大程度上发挥增强纤维抗张性能优异的特点。其次，用连续纤维缠绕技术所制得的成品，结构合理，比强度和比模量高，质量比较稳定和生产效率较高等。,连续纤维缠绕技术的缺点不能缠绕任意结构形式的制品，特别是表面有凹部和形状不规则的制品；缠绕成本高，只有在大批量生产时，才能获得较高的经济效益。 设备投资费用大，只有大批量生产时才可能降低成本。,优缺点,23,拉挤成型工艺中，首先将浸渍过树脂胶液的连续纤
11、维束或带状织物在牵引装置作用下通过成型模而定型；其次，在模中或固化炉中固化，制成具有特定横截面形状和长度不受限制的复合材料，如管材、棒材、槽型材、工字型材、方型材等。一般情况下，只将预制品在成型模中加热到预固化的程度，最后固化是在加热箱中完成的。,6. 拉挤成型工艺,24,拉挤成型的工艺过程：,1) 使玻璃纤维增强材料浸渍树脂； 2) 玻璃纤维预成型后进入加热模具内，进一步浸渍(挤胶)、 基本树脂固化、复合材料定型； 3) 将型材按要求长度切断。,主要采用玻璃纤维无捻粗纱提供纵向(沿生产线方向)增强。 其它类型的增强有连续原丝毡、织物等，它们补充横向增强，表面毡则用于提高成品表面质量。树脂中可
12、加入填料，改进型材料性能(如阻燃)，并降低成本。,25,拉挤成型工艺工艺示意图,26,拉挤成型的优点,生产效率高，易于实现自动化；制品中增强材料的含量一般为40-80，能够充分发挥增强材料的作用，制品性能稳定可靠；不需要或仅需要进行少量加工，生产过程中树脂损耗少；制品的纵向和横向强度可任意调整，以适应不同制品的使用要求，其长度可根据需要定长切割。,产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。,拉挤成型的缺点,优缺点,27,7. 注射成型工艺,注射成型是树脂基复合材料生产中的一种重要成型方法，它适用于热塑性和热固性复合材料，但以热塑性复合材料应用最广。,28,注射成型工艺原理注射成型是根据
13、金属压铸原理发展起来的一种成型方法。该方法是将颗粒状树脂、短纤维送入注射腔内，加热熔化、混合均匀，并以一定的挤出压力，注射到温度较低的密闭模具中，经过冷却定型后，开模便得到复合材料制品。,29,注射成型工艺过程包括加料、熔化、混合、注射、冷却硬化和脱模等步骤。加工热固性树脂时，一般是将温度较低的树脂体系(防止物料在进入模具之前发生固化)与短纤维混合均匀后注射到模具，然后再加热模具使其固化成型。,在加工过程中，由于熔体混合物的流动会使纤维在树脂基体中的分布有一定的各向异性。如果制品形状比较复杂，则容易出现局部纤维分布不均匀或大量树脂富集区，影响材料的性能。,因此，注射成型工艺要求树脂与短纤维的混
14、合均匀，混合体系有良好的流动性，而纤维含量不宜过高，一般在30-40左右。,30,8、树脂传递成型 RTM,RTM是一种闭模低压成型的方法。将纤维增强材料预先放在模腔内，合模后注入聚合物，再经固化成型的复合材料制品的一种成型工艺方法，又称树脂转移成型。纤维增强材料有时可预先在一个模具内预成型大致形状 (带粘结剂)，再在第二个模具内注射成型。,31,1)不易制作较小产品； 2)因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用模具要重和复杂，价位也高一些。,1)制品纤维含量可较高，未被树脂浸得部分非常少； 2)闭模成型，生产环境好； 3)劳动强度低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低； 4)制品两面光
15、，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高； 5)成型周期较短； 6)产品可大型化； 7)强度可按设计要求具有方向性； 8)可与芯村、嵌件一体成型； 9)相对注射设备与模具成本较低。,优缺点,树脂传递成型 RTM优点,树脂传递成型 RTM缺点,32,9、袋压成型,在手糊成型的制品上，装上橡胶袋或聚乙烯、聚乙烯醇袋，将气体压力施加到未固化的复合材料制品表面而使制品成型的工艺方法。将纤维预制件铺放在模具中，盖上柔软的隔离膜，在热压下固化，经过所需的固化周期后，材料形成具有一定结构的构件。,按工艺分为两种：加压袋法、真空袋法。低压成型工艺 。与手糊成型工艺的区别仅在于加压固化工序。,33,一、加压袋法，是将经手糊或喷射成型后未固化的复合材料，放上一个橡皮袋，固定好上盖板，如图所示，然后通入压缩空气或蒸汽（0.40.5MPa） ，使复合材料表面承受一定压力，同时受热固化而得制品。,二、真空袋法，是将经手糊或喷射成型后未固化的复合材料，连同模具，用一个大的橡胶袋或聚乙烯醇薄膜包上，抽真空（0.050.07MPa） ，使复合材料表面受大气压力，经固化后既得制品。应用：适于强度和密度受压力影响小的树脂体系如环氧树脂等。,成为业界倍受推崇的、全球最优秀的新材料企业,
