复合材料成型工艺
复合材料成型工艺及应用
复合材料成型工艺及应用一、复合材料的概念复合材料是由两种或两种以上的材料组成，具有不同的物理和化学性质，经过一定的工艺方法制成一种新型材料。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维、芳纶纤维等。
二、复合材料成型工艺1.手工层叠法手工层叠法是最基本的复合材料成型方法，通常用于制作小批量产品。
该方法需要将预先剪裁好的纤维与树脂依次层叠，再通过压力和温度进行固化。
2.真空吸塑法真空吸塑法是将预先剪裁好的纤维与树脂放置在模具内，然后通过抽气将模具内外产生压差，使树脂浸润纤维，并在高温高压下进行固化。
3.自动化层叠法自动化层叠法是利用机器自动完成纤维和树脂的层叠，提高了生产效率和产品质量。
4.注塑成型法注塑成型法是将树脂加热至熔点后注入模具中，再通过高压将树脂注入纤维中，最后在高温下固化成型。
5.压缩成型法压缩成型法是将预先剪裁好的纤维和树脂放置在模具内，再通过压力将其压实，并在高温下进行固化。
三、复合材料的应用1.航空航天领域复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在航空航天领域得到广泛应用。
如飞机机身、翼面等部件都采用了复合材料制造。
2.汽车工业汽车工业也是复合材料的重要应用领域。
复合材料可以减轻汽车自重，提高汽车性能和燃油经济性。
3.建筑领域建筑领域也开始采用复合材料作为建筑结构材料，如玻璃钢屋面、墙板等。
4.体育器材体育器材如高尔夫球棒、网球拍等也采用了碳纤维等复合材料制造，提高了器材的性能和使用寿命。
5.医疗领域复合材料在医疗领域也得到了广泛应用，如人工关节、牙科修复等。
四、复合材料的优缺点1.优点：(1)轻质高强：比同体积的钢材强度高5-10倍，比重只有铝的1/4。
(2)耐腐蚀：不易受化学物质侵蚀。
(3)设计灵活：可以根据需要设计成各种形状和尺寸。
2.缺点：(1)制造成本较高：制造过程需要较高的技术和设备投入。
(2)易受损伤：复合材料容易产生微裂纹，一旦受到外力撞击，就会导致破坏。
五、结语复合材料作为一种新型材料，在各个领域得到了广泛应用。
复合材料成型工艺大全及说明
复合材料成型工艺大全及说明复合材料是由两种或更多种材料组合而成的材料，其具有优异的性能和特点，广泛应用于飞机、汽车、船舶、建筑等领域。
复合材料的成型工艺是制造复合材料制品的关键环节之一，不同的复合材料需要采用不同的成型工艺。
1.手工层压法：将预先切割好的复合材料层压，通过手工操作来制作各种复材制品。
这种方法比较简单，适用于小批量生产和复杂形状的制品，但效率相对较低。
2.沉积法：将复合材料纤维按一定角度布置在模具中，然后通过注塑或浸渍等方式将树脂混合物或熔融金属填充至模具中，经固化或冷却后取出制成复材制品。
这种方法适用于生产中等规模的制品，具有较高的生产效率。
3.拉毛法：将纤维与树脂分别放置在两个模具中，然后通过拉拔的方法，使纤维与树脂相结合，形成复材制品。
这种方法适用于制造纤维增强塑料制品。
4.自动层压法：将预先切割好的复合材料通过自动层压机进行层压，该机器根据预先设定的程序，自动完成复合材料的层压过程，提高了生产效率。
5.真空吸气层压法：将纤维和树脂依次放置在模具中，然后通过抽气装置产生真空环境，使纤维和树脂充分接触并固化，最终得到复材制品。
这种方法适用于制造大型复材制品，可以提高产品的质量和性能。
6.热压成型法：将预先切割好的纤维和树脂放置在模具中，然后通过加热和压力使树脂固化，最终形成复材制品。
这种方法适用于制造较薄的复材板材。
7.包覆成型法：将纤维和树脂分别涂抹在模具表面上，然后通过挤压或滚压的方法，使纤维和树脂充分接触，形成复材制品。
这种方法适用于制造大型、复杂形状的复材制品。
8.精密成型法：通过机械或人工辅助来对复合材料进行定位、定厚、定形，然后进行固化，最终得到产品。
这种方法适用于制造高精度和高质量的复材制品。
除了上述的成型工艺，还有一些特殊的成型工艺，如搅拌铸造法、注塑法、喷涂法、压铸法等，它们都具有各自的优点和适用范围，可以根据具体的需求选择合适的成型工艺。
随着科学技术的发展，复合材料的成型工艺也在不断创新和完善，以满足不同行业对复材制品的需求，同时也提高了复材制品的质量和性能。
复合材料成型工艺
复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。
随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产，如：（1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法；（2）喷射成型工艺；（3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）；（4）袋压法（压力袋法）成型；（5）真空袋压成型；（6）热压罐成型技术；（7）液压釜法成型技术；（8）热膨胀模塑法成型技术；（9）夹层结构成型技术；（10）模压料生产工艺；（11）ZMC模压料注射技术；（12）模压成型工艺；（13）层合板生产技术；（14）卷制管成型技术；（15）纤维缠绕制品成型技术；（16）连续制板生产工艺；（17）浇铸成型技术；（18）拉挤成型工艺；（19）连续缠绕制管工艺；（20）编织复合材料制造技术；（21）热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺；（22）注射成型工艺；（23）挤出成型工艺；（24）离心浇铸制管成型工艺；（25）其它成型技术。
视所选用的树脂基体材料的不同，上述方法分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。
复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：（1）材料制造与制品成型同时完成一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。
材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。
（2）制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此，用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。
一、接触低压成型工艺接触低压成型工艺的特点是以手工铺放增强材料，浸清树脂，或用简单的工具辅助铺放增强材料和树脂。
接触低压成型工艺的另一特点，是成型过程中不需要施加成型压力（接触成型），或者只施加较低成型压力（接触成型后施加0.01～0.7MPa压力，最大压力不超过2.0MPa）。
复合材料第五章复合材料的成型工艺
6. 拉挤成型工艺
拉挤成型工艺中，首先将浸渍过树脂 胶液的连续纤维束或带状织物在牵引装置 作用下通过成型模而定型；
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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。
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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。
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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。
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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。
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。
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4．喷射成型工艺
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）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。
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当不饱和聚酯树脂与玻璃纤维无捻粗纱 混合沉积到一定厚度时，用手辊滚压，使纤 维浸透树脂、压实并除去气泡，最后固化成 制品。
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纤维缠绕方式和角度可以通过机械传动或计 算机控制。
缠绕达到要求厚度后，根据所选用的树脂类 型，在室温或加热箱内固化、脱模便得到复合材 料制品。
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利用纤维缠绕工艺制造压力容器时， 一般要求纤维具有较高的强度和模量， 容易被树脂浸润，纤维纱的张力均匀以 及缠绕时不起毛、不断头等。
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另外，在缠绕的时候，所使用的芯模应 有足够的强度和刚度，能够承受成型加工过 程中各种载荷（缠绕张力、固化时的热应力、 自重等），满足制品形状尺寸和精度要求以 及容易与固化制品分离等。
复合材料成型工艺及应用
复合材料成型工艺及应用引言复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有优异的性能和广泛的应用领域。
复合材料的成型工艺对于材料的性能和应用具有重要影响。
本文将深入探讨复合材料成型工艺及其应用。
成型工艺1. 碳纤维复合材料成型工艺碳纤维复合材料是一种常见的复合材料，其成型工艺有以下几个步骤：1.原材料准备–碳纤维布预浸树脂–模具2.布料叠层–将预浸树脂的碳纤维布按照设计要求叠加在一起3.真空吸气–将叠层的碳纤维布放置在真空袋内–利用真空泵抽取袋内空气，将袋与布料牢固贴合4.热固化–将真空吸气后的碳纤维布置于热压机中进行热固化–在一定的温度和压力下，树脂固化和纤维之间形成牢固的结合2. 玻璃纤维复合材料成型工艺玻璃纤维复合材料是另一种常用的复合材料，其成型工艺包括以下步骤：1.玻璃纤维制备–将原始玻璃熔融并通过喷丝机进行拉伸成细长纤维2.纤维增强–将玻璃纤维与树脂混合物浸渍，使纤维饱和3.成型–将纤维增强的玻璃纤维复合材料放置在模具中–利用压力或真空将复合材料与模具表面充分接触4.固化–在一定的温度和时间下，树脂固化并与玻璃纤维形成牢固结合应用领域复合材料因其独特的性能，广泛应用于以下领域：1. 航空航天业复合材料在航空航天业中具有重要地位。
其轻量化和高强度的特性，使其成为航空器结构中的关键材料。
例如，飞机机翼、机身和尾翼等部件都采用碳纤维复合材料制造，以提高飞行性能和燃油效率。
2. 汽车工业复合材料在汽车工业中的应用越来越广泛。
通过使用复合材料，汽车的整体重量可以降低，燃油效率可以提高。
此外，复合材料还能提供更好的碰撞安全性能和外观设计自由度。
3. 建筑业复合材料在建筑业中的应用也越来越受欢迎。
由于其轻质、高强度和耐腐蚀性能，复合材料可以用于建筑结构、墙体和屋顶等部件的制造。
同时，复合材料还能提供独特的外观效果，满足建筑设计的需求。
4. 化工工业复合材料在化工工业中的应用主要体现在储罐、管道和设备等方面。
复合材料成型工艺
复合材料成型工艺手工成型是最简单的复合材料成型方法之一，通过将纤维与树脂按一定比例混合，然后手工贴合或涂刷在模具表面上，并经过固化或加热使其成型。
这种方法虽然简单易行，但缺乏精确度和一致性。
注塑成型是一种常用的复合材料成型工艺方法，它通过将预先混合好的纤维和树脂注入到成型模具中，在高温和高压条件下固化成型。
注塑成型具有生产效率高、产品精度高、一致性好等优点，广泛应用于汽车、航空航天等领域。
模压成型是一种适用于高性能复合材料成型的方法，通过将纤维和树脂按一定的层次和方式堆叠放置在模具中，然后在高温和压力下进行固化成型。
模压成型具有成型速度快、成品精度高、性能稳定等优点，适用于生产小批量高性能产品。
层叠成型是一种将纤维和树脂按照一定的顺序和方式层叠堆积起来的成型工艺方法。
通过将纤维和树脂层叠放置在模具中，然后在固化成型过程中施加压力，使纤维与树脂充分结合。
层叠成型具有成型速度快、产品精度高、性能优良等优点，适用于生产大批量产品。
除了上述的成型工艺方法外，还有一些特殊的复合材料成型工艺方法，如真空吸塑、压制成型和挤出成型等。
真空吸塑是一种通过真空抽吸将纤维和树脂吸附到模具表面上，然后通过加热使其固化成型的方法。
压制成型是一种将纤维和树脂放置在模具中，然后施加压力使其固化成型的方法。
挤出成型是将纤维和树脂放置在挤出机中，通过挤压使其形成连续的成型产品。
复合材料成型工艺的选择取决于产品的要求、成本和生产需求等因素。
在选择成型工艺时，需要考虑材料的性能、生产效率、产品精度和成本等因素，并且需要根据实际情况进行综合考虑。
因此，在实际应用中，需要根据不同的情况选择合适的成型方法，以实现最佳的成型效果。
第5章 成型工艺
第5章 复合材料成型工艺
本章主要内容：
5.1 概述
5.2 低压成型工艺 5. 3 层压成型工艺
七、 质量控制
2、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
七、 质量控制
3、流胶 原因1： 树脂粘度太小，可加入2～3％的活性氧化硅。
⑵ 材料性能和产品质量要求，如材料的物化性能、产品的强度 及表面粗糙度（光洁度）要求等； ⑷ 企业有可能提供的设备条件及资金；
⑶ 生产批量大小及供应时间（允许的生产周期），批量有区别；
⑸ 综合经济效益，保证企业效益。
举 例：
a. 生产批量大、数量多及外形复杂的小产品——模压 成型； e.g. 机械器件、电子器材等。 b．造型简单的大尺寸制品，批量小——手糊成型、喷 射成型； e.g. 浴盆、汽车部件、胎体外壳、大型储槽等。 c．压力管道及容器——缠绕工艺； d．板材及成型制品——连续成型工艺。
预浸料及其制造方法
预浸料（Prepregs）：
纤维或织物预先浸渍树脂，经一定处理后贮存 备用的半成品。只需裁剪后，经一定成型工艺加工 成所需要的制品。
可分为单相预浸料和织物预浸料。
单向预浸料
a喷丝架 平铺 O 在制 品的各个部分。 2 树脂必须适量地均匀地分布在制品的 各个部位，并适当固化。 3 工艺过程中尽量减少气泡，降低孔隙 率，提高制品的致密性。 4 充分掌握所用树脂的工艺性能，制定 合理的工艺规范。
复合材料的成型工艺
复合材料的成型工艺图1：热固性复合材料最基本的制备方法是手糊，通常包括将干层或半固化片层用手铺设到模具上，形成一个积层。
图中展示的是自由宇航公司的技术员（佛罗里达州墨尔本）正在通过手糊工艺加工一个碳/环氧预浸料，将用于制造通用航空飞机部件。
资料来源：自由宇航公司在复合材料的加工成型过程中会使用一系列模具，用来给未成形的树脂及其纤维增强材料提供一个成型的平台。
手糊（hand layup）成型是热固性复合材料最基本的制备方法，即通过人工将干层或半固化片层铺设到模具上，形成一个积层。
铺层方式分为两种：一种称为干法铺层，是先铺层后将树脂浸润（例如，通过树脂渗透方式）到干铺层上的方式，另一种方式是湿法铺层，即先浸润树脂后铺层的顺序。
现在普遍使用的固化方式可以分为以下几种：最基本的是室温固化。
不过，如果提高固化温度的话，固化进程也会相应加快。
比如通过烤箱固化，或使用真空袋（vacuum ba g）通过高压釜固化。
如果采用高压釜固化的话，真空袋内通常会包含透气膜，被放置在经手糊的半成型制品上，再连接到高压釜上，等最终固化完成后再将真空袋撤去。
在固化过程中，真空袋的作用是将产品密封在模具和真空袋之间，通过抽真空对产品均匀加压，将产品中汇总的气体排出，从而使产品更加密实、力学性能更好。
图2：热压釜独有的高温和高压条件使其成为完成热固性树脂零部件的固化的重要工具。
控制软件的改进则能够帮助经营者提高35-40%的生产量。
同时，一些新的树脂配方正在开发当中，将通过低压固化处理。
图中是Helicomb国际公司（俄克拉荷马州塔尔萨）的一名操作人员正在使用高压釜进行固化处理。
来源：Helicomb国际公司许多高性能热固性零件都需要在高热高压的条件下完成固化。
但是高压釜（Autocl aves）的设备成本和操作成本都较昂贵。
采购高压釜设备的制造商通常会一次性固化一定数量的部件。
对于高压釜的温度，压力，真空和惰性气体（inert atmosphere）等一系列参数，计算机系统能帮助实现远程甚至无人监控和检测，并最大限度地提高该技术的利用效率。
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手糊成型特点
• 优点： 1.适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品 2.设备简单、投资少 3.工艺简便 4.可以在产品不同部位任意增补增强材料 5.树脂含量较高 • 缺点是： 1.效率低，劳动强度大 2.产品质量不易控制 3.力学性能较低
6.2.1 原材料选择
1).聚合物基体的选择要求 ⑴ 能在室温下凝胶、固化 ⑵ 胶液粘度适当 0.2-0.5Pa.s ⑶ 无毒或低毒 ⑷ 价格便宜
生产中建立起来的成型方法有：
• 8. 模压成型 9. 注射成型
10. 挤出成型 11. 纤维缠绕成型 12. 拉挤成型 13. 连续板材成型 14. 层压或卷制成型 15. 热塑性片状模塑料热冲压成型 16. 离心浇铸成型 其中，9，10，15为热塑性树脂基复合 材料成型工艺
选择成型工艺方法的原则
（4） 手糊制品厚度与层数计算
• 1）制品厚度的预测
t=mXk
• t —— 制品（铺层）厚度，mm； • m —— 材料质量，kg／m2； • k ——厚度常数，mm／（kg·m-2）
（即每1kg／m2材料的厚度）。
例1 一手糊玻璃钢制品，壁由 5层 800g／m2E玻 璃布糊制，玻璃纤维含量为 55％〔质量比），
聚脂配方
环氧配方
（2） 增强材料准备
• 1.表面处理 • 2.布的下料 • 注意下列各点： • （1）布的方向性 • （2）同一铺层搭接 • （3）剪裁布的大小
（3） 胶衣糊准备
• 胶衣糊用来制作表面胶衣层
• 33号胶衣树脂，是有良好耐水性的间 苯二甲酸型胶衣树脂。
• 36号胶衣树脂，是制造不透明制品用 的自熄性胶衣树脂。
• 3）. Kevlar纤维
6.2.2 手糊成型模具与脱模剂
• 6.2.2.1 模具结构与材料 1) 模具结构 --单模和对模两类 2) 成整体式或拼装式
6.2.2.2. 模具材料
1) 木材 2) 石膏 3) 石蜡 4) 可溶性盐 5) 低熔点金属 6) 金属
6.2.2.3 模具设计要则
1) 根据制品的数量、确定模具材料与结构 2) 刚度和强度 3) 光洁度 4) 拐角曲率半径应大于2mm 5) 拔模斜度，一般为2° 6) 耐热性 7) 造价
选择成型方法时，必须同时满足材料性能、产 品质量和经济效益等多种因素，具体包括：
1.产品的外形构造和尺寸大小 2.产品性能和质量要求（如材料的物化性能、 产品的强度及表面粗糙度等）
3.生产批量的大小及供应时间（允许的生产 周期）
4.企业可提供的设备条件及资金 5.综合经济效益
6.2 手糊成型工艺及设备
• 39号胶衣树脂，是氯代间苯二甲酸型 耐热自熄性胶衣树脂。
• 21号胶衣树脂，是异戊二醇型胶衣树 脂。具有耐水煮、耐热、不易污染及柔 韧耐磨的特性。
胶衣层树脂胶液配制
• 33号胶衣树脂100（质量％）
引发剂H
4
促进剂E
2-4
Hale Waihona Puke • 胶衣树脂技术指标： 外观：颜色均匀，无杂质，粘稠状流体 酸值：10～15mgKOH/g（树脂） 凝胶时间：10～15min 触变指数：5.5 ～ 6.5 贮存时间∶25℃ 6个月
• 3) 其它影响因素 ：
胶液体积 、环境温度与湿度 、制品 厚度与表面积大小 、交联剂蒸发损失 、 抑制聚合反应的助剂、填料加入量。
• 4) 配制方法
按配方比例先将引发剂等助剂和树脂 混合均匀备用，操作前再加入促进剂搅 拌均匀。加入引发剂的树脂胶液，贮存 期不能过长。一次配胶量不要过多。
促进剂用量
• 手糊成型又称接触成型。是用纤维增 强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型， 在室温或加热无压（或低压）条件下固 化，脱模成制品的工艺方法。
工艺
手糊成型法分类：
手糊成型按成型固化压力可分为两类； 接触压和低压（接触压以上） 1. 接触压为手糊成型、喷射成型。 2. 低压成型包括对模成型、真空成型、袋 压成型以及树脂传递模塑（RTM）和反 应注射模塑（RIM）成型等。
3. 色料：改变制品外观。一般不使用有机颜料和 碳黑
3) 增强材料
1）.玻璃纤维 A一玻璃纤维 E一玻璃纤维 （无碱） S一高强玻璃纤维 M一高弹玻 璃纤维和L一防辐射玻璃纤维 ，c-中碱 玻璃纤维
玻璃纤维制品 无捻粗纱、短切纤维毡 、 无捻粗纱布 、 玻璃纤维细布 、 单向 织物
• 2）. 碳纤维聚丙烯睛（PAN）纤维、沥 青纤维和粘胶纤
6.2.3 手糊工艺过程
• 6.2.3.1 原材料准备
• （1) 胶液准备--根据产品的使用要求确定 树脂种类，并配制树脂胶液.主要考虑的工 艺因素
1）胶液粘度0.2-0.8Pa.s 2）凝胶时间 —– 手糊作业结束后树脂 应及时凝胶。一定温度下，主要受引发剂、 促进剂或固化剂量的影响。手糊前应做凝胶 试验
不饱和聚酯树脂，用量约占各类树脂的 80％ 主要牌号 196#、191、189、198； 其次是环氧树脂15%，主要牌号E-51、E-44、E-42。 航空结构制品采用高性能树脂，须高温高压固化成型
2)辅助材料
1. 稀释剂 :调整树脂黏度。有活性和非活性两种。 非活性加入量为5%-15%。
2. 填料 :降低成本，改善树脂性能（减小收缩率、 自熄性、耐磨性等）。有粘土、碳酸钙、白云 石、滑石粉、石英砂、石墨、聚氯乙烯粉等。 糊制垂直或倾斜面时，可加少量活性SiO2 。
第6章 复合材料成型工艺
6.1 概述
制品成型特点 与其它材料不同，复合材料的材料和制 品是在同一个成型工艺过程中一次形成 的。
生产中建立起来的成型方法有：
1. 手糊成型 2. 真空袋压法成型 3. 压力袋成型 4. 树脂注射和树脂传递成型 5. 喷射成型 6. 真空辅助树脂注射成型 7. 夹层结构成型
6.2.2.4 模具设计程序
1) 分析原始资料 2) 选定原材料及制造方法 3) 确定模具结构及脱模方法 4) 编制模具制造工艺技术规程 5) 绘制模具图纸
6.2.2.5 其他
• 胶衣树脂 应具有收缩率低、延伸率高、耐 磨耐热等优良性能 脱模剂 脱模剂分外脱模剂和内脱模剂两 大类。外脱模剂主要应用于手糊成型和冷 固化系统，内脱模剂主要用于模压成型和 热固化系统 ①薄膜型脱模剂---聚酯薄膜、聚乙烯醇薄 膜、玻璃纸 ②混合溶液型脱模剂 --聚乙烯醇溶液 ③蜡型脱模剂