复合材料成型工艺与设备(5.层压工艺与设备)

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5.2 胶布制备工艺及设备
5.2.1 制备工艺 5.2.1.1 原材料
增强材料：
玻璃布，石棉布，合成纤维布，玻璃毡，石棉毡， 石棉纸，牛皮纸等。
酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树 脂、有机硅树脂等。
树 脂：
5.2.1.2 胶布制备工艺过程
玻璃纤维布经化学处理或热处理后，浸渍树脂胶液，并控制胶 含量。在一定温度、时间条件下烘干，使树脂由A阶转到B阶，即 得到需要的玻璃纤维胶布。如P136工艺流程图。
1）、预热、预压阶段
目的是使树脂熔化，除去挥发份，进一步浸渍玻璃 布，并使树脂进入凝胶状态。 不同类型板材的预压工艺参数见表6－4, P148
2）、热压阶段——从加全压到热压结束
几种热压板热压工艺参数见表6－5。
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5.3.1.5 冷却脱模
关闭热源，通冷却水，在保压状态下冷却。 冷却时间根据板材厚度确定，一般冷却到50℃以下， 除去压力、脱模。板材取出温度过高时，表面易起泡 且易翘曲变形。 5.3.1.6 后处理 是在烘房内进行的处理程序，目的是使树脂进一步 固化。对不同的树脂后固化处理的温度、时间不同。 特别对后阶段固化慢的环氧－酚醛板材，压制定型 后，需要在120～130℃，处理48～75h。
（4）翻板装置 P154，图6-15
（5）吸板装置 P155，图6-16
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6.4 玻璃钢卷管工艺及设备
6.4.1 卷管工艺原理及过程
是使用玻璃胶布在卷管机上经热卷成型玻璃钢管材的一 种方法。是层压成型的一种变形。
胶布塔接部位 胶布 胶布 压辊（加热） 连续胶布 压辊 （热辊） 胶布
前支撑辊
前支撑辊 后支撑辊
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（5）贮存条件 胶布在室温下存放时，挥发份含量、可溶性树脂含量、 流动度三项指标易发生变化。使出现胶布发脆、发粘、 流胶等现象。 胶布应存放在干燥室内，贮存的干燥条件见P141，表 6－3。
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5.2.2 浸胶设备
浸胶机由卧式浸胶机和立式浸胶机两种。
5.2.2.1 卧式浸胶机
由玻纤布存放装置、干燥装置（干燥未浸胶玻纤布）、 浸胶装置、除尘装置、烘干箱体（烘干胶布）、牵引装 置、切割装置、收卷装置等组成。见图6-1。
（3）挥发份含量控制
X3 ＝
W1 W 4 100 % W1
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W4——烘干后胶布质量。
挥发份含量一般通过调整干燥速度（温度、时间）来 实现。 干燥温度提高过快，挥发份来不及跑掉会影响胶布质 量。挥发份含量的控制范围为：1.5～3%, 见表6-2。 （4）流动度控制 流动度是胶布中含胶量，可溶性树脂含量，挥发份含 量三项指标的综合反映。它表示树脂固化时的流动性能。 流动度是评价胶布性能的专用技术指标。流动度一般 控制在20～30mm之间，测定方法见：P141。
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胶布的计算下料量公式如下：
G＝
FHd(1 )
F——板材面积 m2； H——板材厚度 m； d——板材密度 kg/m3； G——板材用料量 kg； α——物料损失系数， 5mm以下薄板， α取0.02～0.03；厚板 α取0.03～0.08。
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5.3.1.3 组合
顺序如下： 铁板（较厚） → 衬纸 → 单面钢板 → 板料 → 双面钢 板→板料→······→双面钢板→板料→单面钢板→衬纸 →铁板。
5.层压成型工艺及设备
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层压成型工艺及设备
5.1 概述
5.1.1 层压工艺的发展现状及前景
是指将浸有或涂有树脂的片材层叠，在加热加压条件 层压工艺： 下，固化成型玻璃钢制品的一种成型工艺。
起始于30年代，目前在航空、航天、汽车、船舶、电讯等工业 广泛应用。层压成型工艺制品已经成为不可缺少的工程材料之一。
5.3.2.2 多层压机的结构组成 （1）总体结构外形 图6-13， P153
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由卧式缸、推拉架、升降台、升降台槽板、上固定板、 压机主体、垫板、柱塞、下部活动板、吸钢板机、操作 滚道等组成。
压机层数一般为 7～ 18 层，压机两侧各设一个升降台 和推拉架，其作用是装板与卸板，滚道用来输送垫板、 叠层、制品等。 （2）加热板 采用蒸汽加热、导热油加热、电阻加热、高频加热等。 （3）升降台和推拉架，图6-13
a、温度制度 卧式上胶机： 进口段90～110℃，中部烘干段120～150℃，出
口段100℃以下。
立式上胶机： 进出口段30～60℃，中部60～80℃，顶部第三段
85～130℃（上下来回一次）。
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b、干燥时间的控制 干燥时间取决于若干因素， t＝f（T,W,A,B· · · · ） T—温度; w—风速; A—树脂状况; B—布状况。 通过调节布的运行速度来调节。 干燥时间 t＝L/v L——烘箱有效长度； v——胶布运行速度。 c、气流控制 通常布面风速控制在3～4m/s。 5.2.1.4 胶布质量指标及控制方法 （1）、含胶量的控制
固体吸收法。
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5.3 层压工艺及设备 5.3.1 层压工艺 5.3.1.1 下料
通常用连续切割机裁剪。 压制厚板时应将布裁的小一些。特别是布的纬向，纬 纱收缩性较大，压制时会展开。裁小的比例应由经验和 具体实验确定。 不同性能胶布应分别堆放，例如：面层布、芯层布。
5.3.1.2 配叠（排版或配布）
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5.2.1.3 胶布制备工艺参数
主要有：胶液粘度、浸胶时间、烘干温度与时间、 牵引张力。 （1）、胶液粘度
一般通过胶液浓度及环境温度来控制。浓度的控制往往采用 测试密度的方法来实现。 各种玻璃布所用的胶液密度见P137，表6-1。
（2）、浸胶时间
一般控制在15～45s，不同的布浸透时间不同。
（3）、张力控制
5.2.2.2 立式浸胶机
由送布装置、浸胶装置、牵引装置、烘干箱体、除 尘装置、热风循环装置、收卷装置等组成。见图6－5。
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5.2.2.3 浸胶机的废气处理
胶布烘干过程中，将有大量有机低分子物，酚醛、 甲苯、酒精、二甲苯等物质排出，有一定毒性，直接排 放会污染环境，需要进行处理。 处理方法： 燃烧净化法； 冷凝回收法； 液体吸收法；
应注意以下几个问题（P147） 。
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1 ）、两表面分别用 2 ～ 3 层面层胶布，（面层胶布 的含胶量稍高，并掺有内脱模剂）; 2）、胶布的挥发份含量不宜过大，控制在1～6％， 否则应干燥处理; 3）、临近面层的10～20层胶布，应选用平整无破损 的胶布，更不能搭接。中间部分使用不合格胶布的量也 不得超过10％; 4）、下料量 薄板按张数下料法——实验法确定; 厚板按重量下料法——计算法确定。
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张力大小取决于：布自重、及布与各导向辊之间的 摩擦力。 张力要均衡（不能一边松、一边紧），大小要适中，张力太大，布 横向收缩变形，张力太小拉不紧。 合适的张力可以使布平整地进入胶槽。
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（4）浸胶布的烘干温度与时间
烘干过程完成的任务是：除去胶布中挥发份；使树 脂由A阶转向B阶。
胶布的干燥分两个阶段： 第一阶段：取决于表面对流传质； 第
成型压力、温度、时间是三个最重要的工艺参数。称 为三大工艺参数。 （1）成型压力的选定 成型压力根据树脂特性、板厚、树脂含量、流动度和 升温速度确定。 （2）层压板热压升温曲线 （ P150 图6－7） 预热阶段
中间保温阶段
分为5个阶段： 升温阶段 热压保温阶段
冷却阶段
后支撑辊
图6-17 手工添加卷制示意图
图6-18 连续添加卷制示意图
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6.4.2 卷管成型设备
三辊筒卷管机
图6-19 卷管机图
1－胶布辊；2－张力控制装置；3－热压辊；4－管芯模具；5－两个托 辊；6－除尘装置；7－动力装置；8－热压辊提升电动机
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图6-20 卷管过程 卷管工艺是借助于卷管机上的热辊将胶布软化，使胶布中树脂 熔融；在一定张力作用下，借助滚筒与芯模的摩擦力将胶布连续的 卷到芯模上，经冷辊冷却定型，然后在固化炉中固化得到产品的一 种生产方式。
W1——胶布质量 g； W 1 W 2 X1 ＝ 100 % W2——坯布质量 g； W1 X1——胶布含胶量 ％。
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一般情况下，卷管用胶布含胶量控制在40～45％；层 压板用胶布含胶量控制在30～40％；而面层胶布含胶量应 比内层胶布含胶量稍高。
实际生产中含胶量控制方法：
1）、调整胶液粘度；
（1）组合原则 对于厚20mm以上的板材应单独压制。 厚、薄板一起压制时，应将薄板排放在两侧，厚 板排放在中间，这样对产品质量有利。 （2）垫衬材料的作用 主要目的： 使板材受压、传热均匀；并起到传热、 冷却的缓冲作用。
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5.3.1.4 热压
层压板的热压过程分为两个阶段： 预热预压阶段和热压阶段。
介质损耗角正切值 tgδ 愈小，说明其在交流电作用 下发热量愈小，材料的绝缘性能愈好。
5.3.1.8 层压工艺中出现的问题及解决措施 见表6－6。 5.3.1.9 复合材料层压板性能
见表6－7。
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5.3.2 层压设备
5.3.2.1 多层压机的结构特点及工作过程
多层压机的台面一般2500×1300mm，每层间距200mm。 （1）、多层压机的特点， P153， 1～5； （2）、多层压机的结构， 图6-12； （3）、多层压机的工作过程。 将叠合体送入压机的热板之间，然后升温、加压、 保温一定时间、冷却、取出制品。
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温 度 /℃ 第二阶段 第一阶段
第四阶段 第五阶段 第三阶段
时间
图6-7 热压工艺五个阶段的升温曲线示意图
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（3）、压制时间的控制
压制时间与树脂的固化速度、层压板的厚度、压制 温度等有关。 压制时间对制品的性能影响非常显著，压制时间对 制品体积电阻系数，介质损耗角正切值，拉伸强度、 吸水性能的影响见P151， 图6-8、6-9、6-10、6-11实 验数据。