环氧片状模塑料在模压过程中的纤维分布
复合材料模压成型工艺与应用技术

复合材料模压成型工艺与应用技术【摘要】随着复合材料生产水平和成型效率的提高,在各行各业已经取得了广泛的应用。
通过分析SMC、WCM、PCM三种模压成型工艺的工艺特点和关键技术,对三种高效率成型工艺的应用场景进行了对比。
总结而言,通过结构统型扩大单件产量需求,采用高效率模压成型工艺实现自动化生产,将进一步降低复合材料部件的制造成本。
【关键词】复合材料;高效率;低成本;模压成型1.引言以碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等为代表的纤维增强复合材料,具备高比强度、高比模量、高耐候的优异特性,是目前最理想、应用最广泛的轻量化材料之一。
随着国内复合材料生产水平的提高以及成型效率的提升,复合材料越来越广泛地被各行各业接受。
在很多应用场景下,复合材料结构全生命周期的应用成本或低于金属结构。
面对汽车、风电、轨道交通等大批量应用场景,生产效率对成本的影响尤为关键。
复合材料的成型工艺为重要环节,高效低成本成型工艺的应用将直接降低部件的生产制造成本。
复合材料模压成型工艺是典型的高效成型工艺之一,具备以下优势:1.生产效率高,便于实现专业化和自动化生产;2.产品尺寸精度高,可重复性好;3.制品的内应力很低,且翘曲变形也很小,机械性能较稳定;4.表面光洁度高,无需二次加工;5.可在一给定的模板上放置模腔数量较多的模具,生产率高;6.原材料的损失小,不会造成过多的损失(通常为制品质量的2%-5%);7.能一次成型结构复杂的制品;8.模腔的磨损很小,模具的维护费用较低。
同时模压成型也存在一定的不足:1.不适用于存在凹陷、侧面倾斜等的复杂制品;2.在制作过程中,完全充模存在一定的难度;3.模具制造较为复杂,投资较大;4.产品尺寸受压机限制,一般只适合制造中小型复合材料制品。
复合材料模压成型工艺类型很多,本文主要对三种高效率复合材料模压成型工艺技术及其应用场景进行分析。
1.复合材料高效率模压成型工艺复合材料模压成型工艺在各种成型方法中占有十分重要的地位,其优势在于成型异形制品的高效率、高可重复性制造。
玻璃钢制品及玻纤制品上玻璃纤维浸润剂的应用

玻璃钢制品及玻纤制品上玻璃纤维浸润剂的应用玻璃钢制品及玻纤制品上玻璃纤维浸润剂的应用发布日期:2011-08-09 来源:陕西玻璃钢网浏览次数:150 分享到:随着玻璃钢工业技术水平的不断提高,对增强材料玻璃纤维制品的质量也提出了更高的要求。
随着玻璃钢工业技术水平的不断提高,对增强材料玻璃纤维制品的质量也提出了更高的要求。
介绍各种不同成型工艺的玻璃钢制品,对玻璃纤维制品的性能要求,综述了玻璃纤维浸润剂技术的应用。
1、缠绕工艺及拉挤工艺拉挤和缠绕工艺的要求与织造工艺有很多相似性,这种相似性决定了它们均使用软质浸润剂,即浸润剂成膜剂为不干的粘结膜,英国标准在分类时都把它们列为w类。
实际上有些产品确实在这三类应用中通用。
O.C.F, PPG及Vetrofex等三大玻纤公司许多产品只是缠绕与拉挤通用。
缠绕成型工艺对缠绕纱技术要求如下:首先纱线耐磨性好,不起毛、不断头;这要求浸润剂中要使用高效的润滑剂,同时浸润剂对纤维保护好,对无碱缠绕纱或拉挤纱,抗拉强度最好要达到0.35N/TEX以上,无捻粗纱的强度下降主要是由于散丝、毛丝及单纤间张力不均匀造成。
对此类纱另一个质量控制指标是成带性好和悬垂性好(张力均匀)。
悬垂性好的无捻粗纱织成方格布布面平整,毛丝少。
用于缠绕、拉挤,则纱线负荷均匀,外观平整,而悬垂性差的无捻粗纱,在复合材料加工过程中,长度短的股纱首先受力,极易拉毛,甚至拉断,而长度较长的股纱则易在导纱孔、模具口处堆积拉断,如在方格布织造时在箭杆导孔处或拉挤纱模具口,减少合股数是提高悬垂性的一个有效方法。
在浸润剂技术方面,提高无捻粗纱的悬垂性可采取以下措施:无捻粗纱在浸渍树脂前要保持暂时的饱和性,合股纱股纱之间不应散开,这样可提高缠绕纱及拉挤纱的作业加工性能。
浸润剂配方中添加水溶性环氧,其作用是提高浸润剂的粘结力,以提高粗纱的成带性。
浸润剂膜爽滑,静电少,使退纱时单股纱通过导纱勾及张力辊时阻力小,张力均匀,悬垂性好,这样的缠绕纱,制品表面平整,凹凸度不大于制品厚度的20% .拉挤纱张力不匀、松弛、圈结、毛丝、断纱,会造成模具进料口堵孔,玻纤纱拉断或大量毛丝堆积,必须停车清理,使作业无法正常进行.拉挤制品也往往使用膨体纱,连续原丝毡或缝编毡,以提高制品横向强度及表面质量,膨体纱对浸润剂有特殊要求,经膨化机后膨化容易,单丝易散开,同时单丝又不能断裂,应成圈状,尽量减少强度的损失,此类浸润剂一般采用增强纺织型浸润剂,原纱、单丝间粘结力适中,易于膨化变形,同时要对纱线保护润滑性好,保护单丝的完整性浸透快、表面质量好。
模压成型工艺

加入热塑性树脂粉可显著降低制品收缩,后面课 程讨论。
(2)、模具结构和制品形状的影响 模具的结构不同对制品的收缩尺寸也有影响,模具刚
度不够时,压制时变形会使尺寸增大,特别对较薄的制 品因为压制时的变形,使制品尺寸有时会大于模具尺寸。 因此,要根据生产经验考虑模具结构的影响。
4.2.3.3 模压料的压缩性
压缩比: 是指模压料和模压制品比容的比值。 即制品密度与模压料密度的比值。
压缩比= 模压料比容 = 制品密度 制品比容 模压料密度
压缩比过大,即模压料过于蓬松,给装模带来困难, 对于压缩比太大的模压料,一般需要采取预成型工艺。 纤维状的模压料的压缩比一般为6~10。
作业:1、什么是模压料的收缩性?由哪几种收缩组成? 2、简述成型工艺条件对模压制品收缩率的影响。
(4)高聚物分子结构的影响 a、分子量愈大,粘度愈大。分子量愈大一般链段愈多, 分子链重心的相对移动愈难,即粘度愈大,流动性愈差。
粘度与分子量间的关系:
3.4
0 AM w
η0——剪切速度较低时的表观粘度 A ——经验常数 Mw——重均分子量
b、刚性高分子流动性差,由于刚性高分子的链段长, 因此流动困难。 c、分子量相同,支链愈多、愈短,粘度愈低,流动愈 好。
工艺流程: 树脂调配 ↓
玻璃纤维→热处理→切割→混合→撕松→烘干→模压料
模压料配方: P75,表4-1
生产步骤: 以镁酚醛为例 P75 ,8条
设 备: 主要有纤维切割机、捏合机、撕松机
4.2.2.2 短纤维模压料的质量控制 指标: 树脂含量;挥发物含量;不溶性树脂含量。
见P76 表4-2
模压成型工艺

因
素
温度对流动性的影响有极值点
第四章 模压成型
课件
4.2.3
流
动
性
B
C
A-总的流动曲线;
模
A
B-粘度对流动性影响曲线;
压
C-固化速度对流动性影响曲线
料 的 工
Tk
温度
温度对热固性聚合物流动性的综合影响
艺
性
在Tk以前,温度对粘度的影响起主导作用,T↑→流动性↑,在Tk以后
及
,聚合交联反应起主导作用,T↑→交联速度↑→流动性↓。
质
捏合时间长,纤维强度损失大,且溶剂挥发过多增加撕松困
量
难。
控
制
课件
4.2.2
第四章 模压成型
4)烘干条件
烘干温度与时间是控制挥发物含量与不溶性树脂含量的 主要因素。
模 快速固化酚醛预混料:
80℃, 20~30min
压 慢速固化酚醛预混料: 料
80℃, 50~70min
的 环氧酚醛预混料:
80℃, 20~40min
第四章 模压成型
课件
模压成型工艺按增强材料物态主制要品和用或模于具制有压备耐高腐料强蚀品度、异耐种形热分类:
等特殊性能的制品
(1)纤维料模压法
树脂预混或预浸纤维模压料,然后模 压成型制品。
4.1
(2)织物模压 概 述
将预先织成所需形状的两向、三向或多向织
物经树脂浸渍后进行模压。
质量稳定,但成本高,适用于有特殊性能要求的
影
响
因
模压工艺中物料充满模腔的适宜温度,应该在粘度最低点附近区域而又不
素
引起迅速交联反应的温度。
第四章 模压成型
高分子加工工程 课件 第二章 模压成型

模压成型的分类
织物模压法
将预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂后, 置于模具内加热加压成型为制品。
由于在Z方向上引入了增强纤维,三维织物模压法 明显改善了制品的性能,特别是层间性能。
制品的性能有更好的重复性和可靠性,是开发具有 特殊性能要求模压成型制品的一种有效途径 工艺较复杂成本较高。
适于成型形状简单,性能要求一般的制品。
模压成型的分类
层压模压法
介于层压与模压之间的一种成型方法。 把预浸渍的玻璃布或其他织物裁剪成所需形状,置 于模具内层叠铺设并加热加压成型为制品。 适于成型大型薄壁制品或形状简单而有特殊要求的 制品。
模压成型的分类
缠绕模压法
介于缠绕与模压之间的一种成型方法。 采用专用缠绕机,在一定的张力与温度下,把预浸 渍的玻璃纤维或布带缠绕在芯模上,然后在模具内 进行加热加压成型为制品。 适于成型有特殊要求的管件或回转体形制品。
模压成型的分类
短纤维料模压法
将经过预混或预浸渍后的短纤维料置于模具内成型。 采用的树脂一般为酚醛树脂、环氧树脂、改性环氧 树脂等,树脂体系多为单组分或双组分,玻璃纤维 较长(30~50 mm),含量较高(50%~60% 质量分数) , 一般很少加入粉状填料
广泛应用于成型高强度、耐热、防腐蚀等特殊性能 的制品。
烧结
将形坯加热到熔点以上,并在该温度下保持一 段时间,单颗粒树脂互相扩张,然后粘结熔合 成一个密实的整体,最后进行冷却。
升温 保温 冷却
溶剂辅助常温模压
模压成型的分类
毡料模压法
采用树脂(多数为酚醛树脂)浸渍玻璃纤维毡,然后 烘干为预浸毡,并把其裁剪成所需形状后置于模具 内加热加压成型为制品。 适于成型形状较简单,厚度变化不大的薄壁大型制 品。
环氧片状模塑料增稠特性的研究

环氧片状模塑料增稠特性的研究参考文献[1] 低压片状模塑料增稠工艺研究黄志雄,于浩,秦岩(武汉理工大学材料科学与工程学院,湖北武汉430070)摘要:采用氧化镁为增稠剂、结晶树脂以粉料形式加入而降低片材热模内粘度的工艺,改进了对低压片状模塑料的增稠方法。
结果表明:采用此工艺,设备不需要加热,增稠符合传统SMC增稠曲线;片材在模腔内有较低的粘度,适宜于低压成型。
关键词:低压片状模塑料;增稠;结晶树脂;粉料;热模粘度中图分类号: TQ327·7文献标识码: B文章编号: 1005-5770(2005)10-0031-03 [2] 环氧片状模塑料的增稠特性的研究黄正群摘要:SMC制品可设计性好,工艺简单,生产效率高,因而广泛应用于国民经济的一各个领域。
目前SMC主要是以不饱和聚酝树脂为基体,而现在所谓的玻璃纤维增强环氧模塑料大部分应用在电子封装__巨,虽然有的把它制成片状,但它采用的是混炼的方法,未采用化学增稠模压成型方法,井不是真正意义上的环氧片状模塑料。
本文分别用二异氰酸醋化合物和MgO增稠环氧树脂,并推断了其增稠机理,还研究了增稠后环氧树脂的流动性,旨在为环氧片状模塑料的开发提供几种可行的增稠方法和一些基础性的数据。
研究了TDI用量、异氰酸酷预聚体分子量、环境温度、固体环氧树脂的比例对二异氰酸酷化合物增稠环氧树脂的影响,结果表明:二异氰酸酷化合物对环氧树脂有增稠的效果,随着增稠剂用量的增加、异氰酸酷预聚体分子量的提高、环境温度的上升、固体环氧树脂加入量的增加,环氧树脂增稠的速度加快二并通过差示扫描量热法(DSC)以及红外光谱(FTIR)测定,推断了环氧树脂的增稠机理:一NCO基与环氧树脂中的仲轻基反应,分子通过氨基甲酸酷连接起来形成网状结构,使体系的粘度不断的增加。
研究了Mgo用量、有机酸用量、环境温度、有机酸种类对MgO增稠环氧树脂的影响,并通过及红外光谱(FTIR)测定,推断了环氧树脂的增稠机理。
高分子材料加工技术--压制成型

1.2工艺过程
高分子材料成型加工
高分子材料成型加工
2.片状模塑料模压成型
(Sheet Molding Compound. SMC)
2.1 配比:
不饱和聚酯 约20~30%
增稠剂
约 5%
无机填料 40~50%
引发剂
2~3%
脱模剂
0.5~1%
短切玻璃纤维或毡片 适量
2.2 工艺过程
高分子材料成型加工
高分子材料成型加工
三. 模型硫化工艺及硫化条件
工艺过程
混炼胶和橡胶半成品→ 计量→ 加料→ 闭 模→排气 →保压(硫化)→ 脱模→ 制品
这一过程基本上与热固性塑料的模压成型 相同,硫化工艺条件是硫化压力、硫化温 度和硫化时间。
高分子材料成型加工
1.硫化压力 大多数的橡胶制品的硫化是在一定压力下 进行的 一般模压制品的硫化压力为2~4 MPa 胶料流动性差,制品形状复杂,制品表面 花纹细致,结构复杂,厚制品,硫化温度 高,则硫化压力高一些。 太高的硫化压力会加速橡胶分子链的热降 解
高分子材料成型加工
一. 热固性模塑料的成型工艺性能:
1.流动性:热固性模塑料的流动性是指其在受热和受 压情况下充满整个模具型腔的能力。 影响流动性的因素:
压模塑料的性能和组成(分子量、颗粒形状、小分 子物质)
模具与成型条件(光洁度、流道形状、预热)
流动性要适中:
太大:溢出模外,塑料在型腔内填塞不紧,或树脂 与填料分头聚集。
高分子材料成型加工
根据实践经验,在选择模压成型的工艺条 件时,可以从模压压力、温度和时间三者 中先固定一个条件,如按经验选定成型压 力,然后再变化成型的温度和时间,从实 验中找出合理的条件来。
环氧树脂碳纤维复合材料模压制品冲击强度影响因素分析

碳纤维增强的环氧树脂片状模塑料(EP/CF⁃SMC)是由树脂糊浸渍短切纤维后,经模压工艺进行固化成型的复合材料。
EP/CF⁃SMC比强度高、耐腐蚀、绝缘强度好、表面光洁度高、外形尺寸稳定,且成型效率高、生产成本低,广泛应用于汽车、电力、建筑、航空航天等领域。
但其冲击强度差仍是难以忽略的缺点,因此提高EP/CF⁃SMC的冲击强度已经成为进一步提高其使用效能的关键。
目前,已有不少学者针对复合材料模压成型工艺对制品力学性能的影响开展了相关研究。
张臣臣、汪兴等通过设计正交试验研究了模压成型关键参数对树脂基复合材料力学性能的影响。
胡章平等通过建立响应面模型分析了各个工艺参数对制品力学性能的贡献率。
杨志生、花蕾蕾等从制品生产角度研究了制品易产生缺陷的工序以及相应的控制方法。
林旭东、宋清华、张吉等通过建立数学物理模型,对模压成型工艺制度进行了优化。
Mayer、吴凤楠等通过对制品进行微观表征,研究了不同生产工艺对最终模压制品的性能影响。
本文以EP/CF⁃SMC模压成型制品的冲击性能为研究对象,设计正交试验研究了模压温度、模压压力、保压时间、合模速度对模压制品冲击性能的影响。
使用极差法分析了4个因素对制品性能的影响程度大小;获得了最佳的工艺参数并进行了验证实验;借助光学显微镜和场发射扫描电子显微镜(SEM)对典型冲击断裂试样进行了微观形貌表征,并分析了各影响因素作用于制品模压成型过程中的微观机制。
(论文引用:赵川涛, 贾志欣, 刘立君, 李继强, 张臣臣, 荣迪, 高利珍, 王少峰. 环氧树脂/碳纤维复合材料模压制品力学性能影响因素分析[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 26-32.)一实验部分(节选)1、制样过程模压温度、模压压力、保压时间、合模速度是影响EP/CF⁃SMC材料模压制品力学性能的4个主要因素。
选择合适的因素水平设计得到正交试验L16(44),其因素水平表如表1所示。
将原料裁剪为160mm×320mm大小后,居中铺放在预热好的定模上,设置模压参数,等待模压完成。
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和内聚强度高 , 耐腐蚀性及介电性能优异, 因此所研
制的 E S M C可 以弥 补 S MC和 P . S M C在 性 能上 的不
( K H . 5 5 0 ) 、 增稠剂 T D I 等加入黏度较低 的环氧树脂 ( 以丙酮为溶剂 , 将黏度降至 2 5 m P a ・ S 左右) 中, 用 强力搅拌机低速混合 ( 搅速为 1 5 0 r / m i n , 低 的搅拌
体树脂 的环 氧 型 片 状 模 塑 料 ( E p o x y S h e e t Mo 1 . d i n g C o m p o u n d , 简称 “ E S MC ” ) 。 由于 环氧 树脂 粘 结 强度
1 实验部分 1 - 1 E S MC模 塑料 片材 制 备
按照 一 定 配 比将 内脱 膜 剂 ( 硬脂 酸锌 ) 、 填 料 ( 碳 酸钙 ) 、 固化 剂 (自制 微 胶 囊 型 固化 剂 ) 、 偶 联 剂
可以用各部分的纤维含量来进行表征 。本文通过对
原材料 组 分 、 片材黏度、 铺层 方 式 、 模 压 工 艺 参 数 等 因素 与纤 维流 动分 布 的关 系 进行 系统 研 究 . 为 环 氧
片状模塑料的顺利生产提供一定 的理论依据。
备一些特殊使用环境 的结构部件。本 文在 S M C和 P . s M c的研究基础上研制出了一种以环氧树脂为基
布对复合材料制品的拉伸 、 弯曲、 压缩等力学性能有 较大的影响。 而片材的流动性能对 E S M C模压制 品
料。整个制备工艺流程 图如 图 1 所示 。
收稿 日期 :2 0 1 6 . 0 8 . 1 4 基金项 目:国家 自然科学基金项 目 ( 5 0 4 7 3 0 1 3 ) ;湖北省教育厅中青年人 才基 金项 目 ( Q 2 0 1 2 2 3 0 5 ) ;湖北省 汽车传动与 电子控制重 点
各个部位的纤维含量分布起到了决定性作用 。影响
片材 流动性 的因素 主要有原 材料 组分 、 片材 黏度 、 铺 层方式 、 模 压工 艺 参 数 等 [ 4 . 9 ] 。 但 所有 的影 响结 果 均
自动化程度高 , 能够一次成型形状复杂的构件 , 且制
品表 面光 洁 , 因 而具 有 广 阔的应 用 前 景 。 目前 生产 和研 究 中的模 压成 型片状 模 塑料 主要 有 不饱 和 聚 酯 树脂 片状 模塑 料 ( S MC) 和 酚醛 片状模 塑料 ( P . S MC) 两种 。其 中 : S MC力学 强 度 较 低 , 耐 老 化性 能 差 。 制 品收 缩率 高 ; P — S MC脆 性 大 , 耐 冲 击性 差 , 不 适 于制
速度 可 以避 免 胶囊 固化 剂 提前 破 裂 , 也 可 以避 免 树 脂 与各 种 助 剂 之 间 摩 擦 升 温 发 生 增 稠 ) , 制 备 得 到 E S MC树 脂糊 。然 后 , 将搅 拌 均 匀 后 的树 脂 糊 分 别 浸渍 长度 为 1 5 mm、 2 4 m m、 3 3 mm 的短 切玻 璃纤 维 。 最后 , 将 浸 润好 的 预 浸料 放 置 在 两 边铺 有 薄 膜 的 片 材机 上 , 利 用片材机压辊 压实 , 制 成 片 材 。片 材 收 卷, 放 置于 恒温 ( 温度 为 4 5 c I = ) 烘 房 中增稠 。经过 3 4 d的增稠 后 。 即得 到可 以模 压 的 E S MC片状 模 压
环氧 片状模 塑料在模 压过程 中的纤维分布
2 0 1 7年 2月
环 氧片 状模 塑料在 模 压 过 程 中 的纤维 分布
徐娇娇 ,李 建 ,黄 志雄
4 3  ̄7 0 )
( 1 .湖北 汽车工业学 院材料科学与工程学院 ,十堰 4 _ 4 2 o o 2;
2 . 武汉 理工大学材料科学与工程学院 ,武汉
制 品 纤 维分 布 的均 匀性 较 好
关键词 :环氧 片状模塑料 ;纤维分布 ;流动 中图分类号 :T B 3 3 2 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 3 - 0 9 9 9 ( 2 0 1 7 ) 0 2 - 0 0 5 4 - 0 6
片状 模塑 料是 一种将 短切 纤维 增强 热 固性 树脂 的 片材置 于热 模 具 中进 行 加 压 成 型 的复 合 材 料 , 其
实验室开放基金项 目 ( Z D K 1 2 0 1 4 0 5 ) ;大学生创新基金项 目 ( S J 2 0 1 5 3 1 ) 作者 简介 :徐娇娇 ( 1 9 9 5 一 ) ,女 ,主要从事 汽车高分子材料方面的研究 。 通讯作 者:李建 ( 1 9 8 0 . ) ,男 , 博士, 副教授 ,主要从事树脂基复合材料方 面的研究 ,l i j i a n 0 7 1 1 @ 1 6 3 . c o m。
足, 在 建筑 、 航天 、 电气 等领 域有 广泛 的应 用前 景 。 目前 。 国 内外 对 环 氧 片 状 型 模 塑料 的研 究 还 停 留在增 稠 和 固化 这两 个方 面 [ 1 。 ] , 而本 文所 研 究 出来 的这种 环 氧片状 模塑 料不 仅有 良好 的 固化 和增 稠工 艺, 还 可 以进行 规模 化生产 , 是 现有热 片状 模 塑 料 和 酚 醛 片状 模 塑料 ) 的升 级替代 产 品 。 在环 氧片状 模 塑 料模 压 过 程 中 , 纤 维 的含 量 分
摘要 :纤维的流动分布对环氧 片状模塑料 ( E S MC ) 制品的各项性 能有十分重要 的影响。 以纤维含 量作为性 能指标 , 对原
材料组分、 片材黏度 、 铺层方式 、 模压 工艺参数等 因素与纤维流 动分布的 关 系进行 系统研 究。研 究结果表 明, 当玻 璃纤 维含 量
为2 4 %、 长度 为 2 4 m m、 填料 粒径为 4 5 I x m、 片材黏度 为 5 × 1 0 P a ・ s 、 铺料 面积 为 6 0 %、 压机 闭模速度 为 1 m m / s时 , E S MC模 压