聚合物基复合材料成型工艺共66页文档
复合材料课件 第5章 聚合物基复合材料(2)
薄膜型脱模剂
最常用的有：聚酯薄膜、玻璃纸、聚氯乙 烯薄膜、聚乙烯薄膜等。
其中聚酯薄膜应用最普遍，使用厚度一般 为0.04 mm 、0.02 mm。
• 使用方法：铺在模具上，或用凡士林贴在模具 上。
混合溶液型脱模剂 ①聚乙烯醇脱模剂
一般采用较低分子量的聚乙烯醇。 在搅拌状态 下，用水将聚乙烯醇加热溶解（水温约95℃）， 冷却到室温，往里滴加乙醇或丙酮（边加边搅 拌）。
5.3聚合物基复合材料 成型加工技术
聚合物基复合材料成型工艺特点:
● 材料制造和成品成型同时完成，利用这一特点，可以 实现大型制品一次整体成型，从而简化了制品结构， 并且减少了组成零件和连接零件的数量，这对减轻制 品质量，降低工艺消耗和提高结构使用性能十分有利。
● 影响因素：固化温度、压力、保温时间等工艺参数； 纤维的预处理、纤维的排列方式、驱除气泡的程度、 是否挤胶等都直接影响制品的性能。
常用的制造成型工艺
目前在生产上经常采用的成型方法16种： • 1、手糊成型——湿法铺层成型 • 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 • 8、模压成型 • 9、注射成型
• 10、挤出成型 • 11、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、热塑性片状模塑热冲压成型 • 16、离心浇注成型
手糊成型工艺 SMC/BMC模压
成型 喷射成型工艺
所占比例 （%） 30.5
14.0 23.0
8.0
工艺种类
连续成型工艺 （制板） RTM成型工艺
纤维缠绕及离 心成型 其他
所占比例 （%） 7.0
聚合物复合材料工艺
聚合物复合材料工艺1.原料准备：聚合物基体的选择十分重要，常用的聚合物有环氧树脂、聚酰胺、聚丙烯等。
增强材料可以选择纤维、颗粒等材料。
在工艺前需要对原料进行检测和处理，确保原料质量。
2.预浸料制备：将聚合物基体与增强材料预先混合制备成预浸料。
预浸料的制备通常采用浸渍、浸涂或喷涂等方法。
制备预浸料时需要控制好混合比例和搅拌时间，确保增强材料均匀分布于聚合物基体中。
3.模具制备：根据产品形状和尺寸制备模具。
模具可以是金属模具、硅胶模具或塑料模具等。
模具制备需要考虑产品的成型方式和形状，确保成型的准确性和表面质量。
4.预热处理：将模具和预浸料加热至一定温度，以保证树脂固化反应的进行。
预热处理可以采用热风循环或真空吸附等方式，提高材料的固化效果。
5.成型：将预热后的模具和预浸料放置在压力机或真空室中，施加一定的压力和温度。
通过压力和温度促进预浸料的固化。
成型可以根据工艺要求进行单层堆叠或多层堆叠。
6.热固化：在一定的温度和时间下，使预浸料中的聚合物基体与增强材料进行化学反应，形成一个整体。
热固化一般采用热压或自由固化两种方式。
7.后处理：成型后的产品需要经过修整、清洁等后处理步骤，以保证产品的尺寸精度和外观质量。
以上是聚合物复合材料的一般工艺过程，其中的具体细节和操作可以根据不同的材料和产品要求进行调整。
同时，需要注意材料的储存和运输条件，以免材料受潮、酸碱等外界因素的影响。
对于大型复合材料制品，还需要进一步进行表面处理、验收等步骤，确保产品质量符合要求。
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料聚合物基复合材料第二节聚合物基复合材料（PMC）1.1聚合物基体1.2PMC界面1.3PMC制备工艺1.4PMC性能与应用聚合物基复合材料（PMC）是以有机聚合物为基体，连续纤维为增强材料组合而成的。
聚合物基体材料虽然强度低，但由于其粘接性能好，能把纤维牢固地粘接起来，同时还能使载荷均匀分布，并传递到纤维上去，并允许纤维承受压缩和剪切载荷。
而纤维的高强度、高模量的特性使它成为理想的承载体。
纤维和基体之间的良好的结合充分展示各自的优点，并能实现最佳结构设计、具有许多优良特性。
实用PMC通常按两种方式分类。
一种以基体性质不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料；另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态分类。
如：玻璃纤维增强热固性塑料(俗称玻璃钢)、短切玻璃纤维增强热塑性塑料、碳纤维增强塑料、芳香族聚酰胺纤维增强塑料、碳化硅纤维增强塑料、矿物纤维增强塑料、石墨纤维增强塑料、木质纤维增强塑料等。
这些聚合物基复合材料具有上述共同的特点，同时还有其本身的特殊性能。
通常意义上的聚合物基复合材料一般就是指纤维增强塑料(FRP)，而为各种目的加入各种填料的高分子材料不在这里论及。
1.1聚合物基体聚合物基体是纤维增强塑料的一个必需组分，在复合材料成型过程中，基体经过复杂的物理、化学变化过程，与增强纤维复合成具有一定形状的整体。
因而基体性能直接影响复合材料性能。
基体的主要作用包括将纤维粘合成整体并使纤维位置固定，在纤维间传递载荷，并使载荷均匀；决定复合材料的一些性能。
如复合材料的高温使用性能(耐热性)、横向性能、剪切性能、耐介质性能(如耐水、耐化学品性能)等；决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择；保护纤维免受各种损伤。
此外对复合材料一些性能有重要影响，如纵向位伸、尤其是压缩性能，疲劳性能，断裂韧性等。
1、分类用于复合材料的聚合物基体主要按树脂热行为可分为热固性及热塑性两类。
热塑性基体如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚砚、聚醚醚酮等，它们是一类线形或有支链的固态高分子，可溶可熔，可反复加工成型而无任何化学变比。
5.1 聚合物基复合材料
金属材料的疲劳破坏是由里往外突然发 展的。无预兆。
聚合物基复合材料由于疲劳而产生裂缝 时，因纤维与基体的界面能阻止裂缝的扩 展，提高材料的抗疲劳性，有预兆。
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5、2 聚合物基复合材料的性能
3、减震性能好 较高的自振频率会避免工 作状态下引起的早期破坏， 而结构的自振频率除了与 结构本身形状有关而外， 还与材料的比模量的平 方根成正比。 在复合材料中纤维与基体界面具吸振的能力 其振动阻尼很高，减震效果很好。
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团状模塑料 DMC Dough molding compound
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团状模塑料
• 目前，国外轿车车灯 反光罩已有70％采用 IBMC料， 实现轿车 反光罩材料的国产化， IBMC被列为国家“九 五”攻关项目，于96 年底研制出IBMC料， 生产出合格的夏利轿 车车灯反光罩，并于 1997年实现了规模生 产，获得国家专利。
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概述
• 纤维和基体之间的良好的复合显示 了各自 的优点，并能实现最佳结构设计，具有许 多优良特性。
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PMC的组成
(1) 基体
热固性基体(thermosetting matrix)：
i) 熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好
ii) 交联固化成网状结构，尺寸稳定性、耐热性好，但性脆
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1－1 原材料
（1）基体、胶液准备 • 不饱和聚酯树脂：80％ • 环氧树脂 • 高性能树脂：聚酰亚胺、双马树脂
(医学课件)聚合物基复合材料PPT演示课件
由羟基酸出发进行的聚酯反应同二元酸与二元醇的线型缩 聚反应相同。 不饱和聚酯链中由于有不饱和双键，因此可以在加热、光 照、高能幅射或引发剂的作用下与交联单体共聚，交联固化 成具有三维网络的体型结构。 .
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聚合物基体材料
按纤维形态 纤维增强 按铺层方式 连续纤维 不连续纤维 单向 角铺层 织物 三维 玻璃纤维 碳纤维 芳纶纤维 超高分子量聚乙烯纤维等 长纤维（毡） 短切纤维
聚 合 物 基 复 合 材 料
按纤维种类
晶须增强 层片增强 粒子增强
碳化硅晶须、氧化铝晶须等 云母、玻璃、金属等 . 氧化铝、碳化硅、石墨、金属等
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聚合物基体材料
聚合物材料的介绍
热固性树脂 在初受热时变软，可以塑性加工成一定的形状，随着加热的 进行或固化剂的加入，会逐渐成凝胶或固化成型。再加热不会 软化，不溶、不熔。 其高分子聚合物属于三维体型网状结构。 常用热固性树脂：环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。 热塑性树脂 加热到一定温度可软化甚至流动，可塑性加工成各种形状。 冷却后变硬，再加热可软化。 其高分子聚合物属于线型或支链型分子结构。 常用的热塑性树脂：聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺（尼龙）、 . 9 聚碳酸脂等。
聚合物基体材料
不饱和聚酯树脂 ( UP)
不饱和聚脂树脂为低粘度液体，可在室温下固化，成型工艺 简单，适合于大型异形部件的制造。 不饱和聚脂树脂在固化程中 可分为三个阶段： 1 凝胶：失去流动性形成半固态凝胶。 2 定型：从凝胶到具有一定硬度和固定的形状。 3 熟化：要使其达到最好的力学和化学性能，还要在高温 加热几小时或在室温中放置几周。 不饱和聚脂树脂的固化采用引发剂。其优点为： 1 可以有效地控制反应速度。 2 最终固化可趋于完全，固化后树脂性能稳定。 3 在配以适当的促进剂后，可以满足各种固化工艺的要求。 引发剂：能使单体分子或含双键的线型高分子活化而成为 游离基并进行连锁聚合反应的物质。 . 20
聚合物基复合材料 ppt课件
·厚度变化区以阶梯过渡。
冲击载荷
0
主承载
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分散应力
6、实验校核
按拉伸、压缩、剪切，根据国标或行标实验校核， 结果与设计值比较。
璃纤维
2～3
• 高强度纤维
1.5～2
• 民用取上限，军事用途可取低些。
自然界的纳米高手
聚合物基复合材料的特性
通过改变纤维、基体的种类 及相对含量、纤维集合形式 及排列方式、铺层结构等可 以满足对复合材料结构与性 能的各种设计要求。
复合材料制品的制造始于 整体成型,一般不需焊、铆、 切割等二次加工,工艺过程 比较简单。
©2003 Brooks/Cole, a division of Tomson Learning, Inc. Thomson
合物水解，形成半互穿 网络。
插层法
层间插入法是利用层状 无机物的膨胀性、吸附 性和离子交换性，使之 作为无机主体，将聚合 物或单体作为客体插入 无机相的层间，制得聚 合物基纳米复合材料。
a 插层聚合（intercalation polymerization）
b 溶液插层（solution intercalation）
量、固化时的压力和温度、固化后的尺寸收缩率等。
基体材料树脂的选取：
受力结构件首选热固性树脂；大量使用、连续挤压 次受力件可选热塑性树脂（如建筑装饰）。 <150℃，聚酯或环氧 150～400℃，聚酰亚胺或双马来酰亚胺树脂 内装饰件，酚醛树脂（阻燃性好）
3、单层设计 目的：为层合板设计提供依据 ---- 强度、刚度。 一般过程：确定复合比 → 性能预测 → 实验校核
芳 纶 纤 维 增 强
聚合物基复合材料设计
复合材料工艺
F-35
战 斗 机
复合材料进气道 预形件的编织是在一个大心轴上进行的，将其共分为35块， 以便在固化后分别从心轴上取下。心轴是由五层连续石墨 纤维编织而成，局部达八层厚。编织为一种自动化的经纬 编织法，零件表面纤维拉紧。
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）。
原理1、纤维路径在整个缠绕过程中不打滑。 原理2、整个成型过程中，纤维不架桥。 原理3、纤维路径与芯模端部相切。
原理4、整条纤维尽可能均匀地完全覆盖芯模。
大型玻璃钢现场微控整体缠绕贮槽、贮罐，缠绕直径 4000mm-10000mm，缠绕长度为3000--12000mm。
（1）干法缠绕
• 干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软 化至粘流态后缠绕到芯模上。
模具检验 及涂脱模 剂
图纸资料 胶液配制
玻璃布处理
预浸料制备
湿法铺陈 干法铺陈
装袋
固化炉 热压罐
模具
脱模 制件 加工和 修饰
试验片
检验区
检验
成
品
性能测试
真空袋成型
②真空袋法 此法是将手糊成型未固化的制品，加盖一层橡胶膜，制品处于橡 胶膜和模具之间，密封周边，抽真空（0.05～0.07MPa），使制品中的气泡 和挥发物排除。真空袋成型法由于真空压力较小，故此法仅用于聚酯和环氧 复合材料制品的湿法成型。
1层贴法
2 沉积法
3 缠绕法 4 编织法
聚合物基复合材料2
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四、袋压成型工艺 袋压成型是最早及最广泛应用于预浸料成型的工艺之一。 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。 袋压成型可分为三种：真空袋压成型、压力袋压成型和热 压罐成型
▼当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，帮助纤维进一步浸 透树脂，排除气泡，
▼再进行加热或常温固化， ▼固化后脱模即获得制品。
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喷射成型的工艺参数
☆喷射成型工艺参数主要有：
树脂含量：制品中树脂含量应控制在60%左右； 喷雾压力：当树脂黏度为0.2Pa·s,树脂罐压力为
0.05~0.15MPa时，雾化压力为0.3~0.35MPa；
（1）轮鼓缠绕法
适用于实验室的研究性工作或小批量生产
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（2）陈列铺排法 湿法：许多平行排列的纤维束或织物同时进入胶槽，浸渍 树脂后由剂胶器除去多余胶液，经烘干除去溶剂后，加隔 离纸并经辊压整平，最后收卷。 干法：熔融态树脂从漏槽流到隔离纸上，通过刮刀后在隔 离纸上形成一层厚度均匀的薄膜，经导向辊与平行排列的 纤维或织物叠合，通过热鼓时树脂熔融并浸渍纤维，再经 过辊压使树脂充分浸渍纤维，冷去后收卷。
2.2 纤维增强复合材料的制备方法
2.2.1 聚合物基复合材料的工艺特点
聚合物基复合材料在性能方面有许多独到之处，其成型工
艺与其它材料加工工艺相比也有其特点： （1）材料的成型与制品的成型是同时完成的，复合材料的
第四章 聚合物复合材料成型方法
二、压力袋成型 向真空袋外通入压缩空气或氮气等对预制件 进行加压。
三、真空袋-热压罐成型
将真空袋压法的抽气、加热以及固化放在压 力罐中进行。 优点:制品孔隙率低，增强纤维填充量大， 致密性好，尺寸稳定、性能优异，适应性强等；
缺点:生产周期长，效率低、袋材料昂贵， 制件尺寸受热压罐体积限制等。
该法主要用于制造航空、航天领域的高性能 复合材料结构件。
（2）干法浸渍（热熔预浸法）：在热熔预浸机
上进行。熔融态树脂从漏槽流到隔离纸上，通过刮 刀后在隔离纸上形成一层厚度均匀的胶膜，经导向 辊与经过整合后平行排列的纤维或织物叠合，通过 热鼓时树脂熔融并浸渍纤维，再经辊压使树脂充分 浸渍，冷却收卷。
热塑性预浸料 1、预浸渍技术
特点：树脂完全浸渍 （1）溶液浸渍：将热塑性高分子树脂溶于适当 的溶剂中进行浸渍，除去溶剂后既得到浸渍良好的 预浸料。类似于热固性树脂的湿法浸渍技术。
4.1.3.1 聚合物基复合材料的工艺特点
1、材料的形成与制品的成型是同时完成的， 复合材料的生产过程也就是复合材料的制品的生 产过程。
可以实现大型制品一次整体成型，简化了制 品结构，减少了组成零件和连接件的数量，对减 轻质量，降低工艺消耗和提高结构使用性能十分 有利。
2、树脂基复合材料的成型比较方便。
使用时具有合适的粘度、铺覆性和凝胶时间等工
艺性能，复合材料制品的力学性能及化学性质在
很大程度上取决于预浸料的质量。按树脂基体又
可分成热固性预浸料和热塑性预浸料。
热固性预浸料 1、轮鼓缠绕法：间歇式湿法工艺
从纱团引出的连续纤维束，经导向轮进入胶槽
浸渍树脂，经挤胶器除去多余树脂后由喂纱嘴将纤
维依次整齐排列在衬有脱模纸的轮鼓上，待大部分
聚合物基复合材料(全套课件320P)
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第 1章 绪 论
1.6 复合材料的应用
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1.6 复合材料的应用
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1.6 复合材料的应用
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第 1章 绪 论
1.7 复合材料的进展
金属氧化物：（Al2O3 ，CaO ，MgO ，BeO ，Na2O,K2O，B2O3）
改善制备玻璃纤维的工艺条件(Na2O,K2O为助熔剂，降低熔点) 和性能(BeO，模量 ；B2O3，耐酸 )
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第2章 增强材料 2.2 玻璃纤维
玻璃纤维的分类 按化学组成分：有碱玻璃纤维（碱金属氧化物MxOy含量大
于12%）；中碱玻纤（ MxOy：6~12% ）；低碱玻纤（ MxOy： 2~6% ）；微碱玻纤（ MxOy：＜2% ）
按纤维使用特性：普通玻纤；电工玻纤（E玻纤）；高强
玻纤（S玻纤或R玻纤）；耐化学药品玻纤（C玻纤）
按产品特点分：长度（定长玻纤，连续玻纤）；
直径（粗纤
维d>30µm，初级纤维20µm <d<30µm ，中级纤维10µm <d<20µm ， 高级纤维3µm <d<9µm ）；外观（连续纤维，短切纤维，空心玻纤， 玻璃粉） 2018/10/2 42
优点：
2）耐疲劳性能好，破损安全性能高 3）阻尼减振性好 4）多种功能性（电绝缘、摩擦、耐腐蚀、光、磁） 5）良好的加工工艺性（可设计性、多种成型方法、整体成型）
6）各向异性和性能的可设计性
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