复合材料制备与加工5
特种粉末冶金及复合材料制备加工第五届学术会议在安徽合肥隆重召开
第2期郭彦青等:2A I2铝合金粉末与T C4钛合金热等静压粉-固扩散连接• 73 •在进一步促进了 CU的扩散。
在扩散层靠近钛合金的一侧,并未检测出具体的化合物。
(3)利用CU作为中间层的扩散连接接头中间区域相比直接扩散连接的中间区域,硬度较低,为120HV,其剪切强度相比铝合金粉末和钛合金固体的直接扩散连接增加了 64%,达到了 23 MPa。
参考文献:[1] Leyens C, Peters M. Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and Applications[M]. Weinheim: Wiley-VCH, 2005.[2]Heinz A, Haszler A, Keidel C, et al. Recent development in aluminium alloys for aerospace applications[J]. Materials Scienceand Engineering(A), 2000, 280(1): 102.[3] WEI Y, LI J, XIONG J, et al. Joining aluminum to titanium alloy by friction stir lap welding with cutting pin[J]. MaterialsCharacterization, 2012,71(5): 1.[4] LI Y, LIU P, WANG J, et al. XRD and SEM analysis near thediffusion bonding interface of Mg/AI dissimilar materials[J].Vacuum, 2007, 82(1): 15.[5] REN J, LI Y, FENG T. Microstructure characteristics in the interface zone of Ti/Al diffusion bonding[J]. Materials Letters,2002, 56(5): 647.[6]Jiangwei R, Yajiang L. Tao F. Microstructure characteristics inthe interface zone of Ti/Al diffusion bonding[J]. Materials Letters, 2002, 56(5): 647.[7] W Y, A P W, G S Z, et al. Formation process of the bondingjoint in Ti/Al diffusion bonding[J]. Materials Science and Engi-neering(A), 2008, 480(1/2): 456.[8] Prescott R, Graham M J. The formation of aluminum oxidescales on high- temperature alloys[J]. Oxidation of Metals,1992,38(3/4): 233.[9] Cook G O, Sorensen C D. Overview of transient liquid phaseand partial transient liquid phase bonding[J]. Journal of Materials Science, 2011, 46( 16): 5305.[10] Kenevisi M S, Mousavi Khoie S M. An investigation on microstructure and mechanical properties of A17075 to Ti - 6A1 - 4Vtransient liquid phase (TLP) bonded joint[J]. Materials & Design, 2012(38): 19.[11] Alhazaa A, Khan T I, Haq I. Transient liquid phase (TLP) bonding of A17075 to Ti-6A1-4V alloy[J]. Materials Characterization, 2010, 61(3): 312.[12]郎利辉,王刚,布国亮,等.钛合金粉末热等静压数值模拟及性能研究[J].粉末冶金工业,2015, 25(3): 1.[13]喻思,郎利辉,王刚,等.热等静压成形2A12铝合金粉末的数值模拟研究[J].粉末冶金工业,2016, 26(2): 17.[14]喻思,郎利辉,王刚,等.2A12铝合金粉末热等静压成形的性能研究[J].粉末冶金工业,2015, 25(5): 42.[15]郎利辉,王刚,布国亮,等.热等静压工艺参数对2A12粉末铝合金性能的影响研究粉末冶金工业,2014, 24(5): 19.[16] Geng J, Oelhafen P. Photoelectron spectroscopy study of Al-Cuinterfaces[J], Surface Science, 2000,452(1 ): 161.•行业劲特种粉末冶金及复合材料制备/加工第五届学术会议在安徽合肥隆重召开2020年12月24-26日,“特种粉末冶金及复合材料制备/加工第五届学术会议”在安徽省合肥市世纪金源 大饭店召开。
金属复合材料的制备与应用
金属复合材料的制备与应用随着科技的不断发展与创新,人类对于材料的研究和应用也越来越深入。
金属复合材料作为一种新型材料,具有优异的力学性能、导热性能和耐腐蚀性能,被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子通讯、冶金等领域。
本文将介绍金属复合材料的制备与应用。
一、金属复合材料的制备金属复合材料制备的方式主要有物理法和化学法两种。
1. 物理法物理法的制备过程是通过热处理、轧制、拉拔等机械加工方式将两种或以上的金属材料制成一种复合材料。
其中较为常见的方法是粉末冶金法。
这种方法的基本过程就是将两种或以上的金属粉末通过压制、烧结等方式使之融合在一起,再进行加工,形成金属复合材料。
这种方法不但可以制备各种复杂形状的金属复合材料,而且能控制其微观结构,是目前较为常用的制备方法之一。
2. 化学法化学法的制备过程主要是通过化学反应的方式使不同种类的金属在反应过程中形成复合材料。
这种方法的基本过程就是将两种或以上的金属离子在溶液中进行化学反应,生成金属复合材料。
化学法制备的复合材料具有较高的强度和稳定性,但其复杂性较大,成本也较高。
二、金属复合材料的应用金属复合材料在工业生产和国民经济中有着广泛的应用。
1. 航空航天领域因为金属复合材料具有高强度、耐腐蚀、抗疲劳等特性,能够有效减轻飞行器的重量、提高其寿命和安全性能,所以在航空航天领域应用非常广泛。
常见的应用有飞机的机翼、起落架、加油管道等部件,还可以用于航天装备中的尾翼、燃气轮机叶片等。
2. 汽车制造金属复合材料可以大大提高汽车的性能,优化车辆结构。
例如,在发动机部件中使用金属复合材料可以提高发动机的功率和效率、延长使用寿命;在轮毂、车身等部件中使用金属复合材料可以减轻车辆重量,提升车辆加速性能和燃油经济性等。
3. 电子通讯金属复合材料在电子通讯领域也有着广泛的应用。
例如,在光纤通讯领域,可以使用金属复合材料制造光学器件;在半导体制造中使用金属复合材料可以改善电子的导电性和热传导性等。
举例日常生活中用到的复合材料并说明它的制备应用
举例日常生活中用到的复合材料并说明它的制备应用复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料,具有优于单一材料的特性和性能。
下面是一些日常生活中用到的复合材料以及它们的制备方法和应用。
1.碳纤维复合材料:制备方法:将预浸的碳纤维布固定于特定形状的模具上,然后将其浸渍于环氧树脂基体,并经高温烘干固化。
应用:碳纤维复合材料轻质高强,广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域,如飞机机身、汽车车身以及高尔夫球杆等。
2.玻璃钢复合材料:制备方法:在玻璃纤维布上涂覆树脂,通过手工层叠、模压或者喷涂等方式制备而成。
应用:玻璃钢复合材料具有耐腐蚀、高强度等特点,常应用于建筑、船舶、化工设备等领域,如泳池、船体以及储罐等。
3.铝塑板:制备方法:将涂覆有胶粘剂的铝箔与聚乙烯塑料薄膜复合而成。
应用:铝塑板重量轻、耐热耐腐蚀,广泛应用于装饰、广告标牌、室内隔断等领域。
4.聚合物基复合材料:制备方法:将纤维或者颗粒等增强材料与热塑性或者热固性聚合物基体混合,并加热熔融、塑炼或固化成型。
应用:聚合物基复合材料具有良好的机械性能、尺寸稳定性和耐磨性,常用于汽车制造、电子设备以及家居用品等领域。
5.金属基复合材料:制备方法:将金属基体与非金属相如陶瓷、纤维等相结合,常使用粉末冶金、堆叠压制、熔融浸渍等方法制备。
应用:金属基复合材料具有高温强度、耐磨损等优点,被广泛应用于航空、能源、汽车等领域,如航空发动机叶片、刀具等。
以上仅是日常生活中复合材料的一些例子,复合材料的种类繁多,各种不同的制备方法和应用领域都有。
复合材料的制备过程通常涉及到材料选择、预处理、原料混合、成型、加工等多个步骤,以满足不同应用的需求。
对于复合材料的研发和应用有助于提高材料的性能和降低材料的成本,具有重要的科学意义和经济价值。
复合材料的制备方法与工艺(1-1)
预成形体的制造技术
(1)缝合技术
采用高性能纤维和工业用缝合机将多层二维纤维 织物缝合在一起, 织物缝合在一起,经复合固化而成的纺织复合材 料。 美国的NASA。 美国的NASA。 复合材料机翼,28m长的蒙皮复合材料预成形体 长的蒙皮复合材料预成形体。 复合材料机翼,28m长的蒙皮复合材料预成形体。 缝合超过25mm厚的碳纤维层,缝合速度3000针 缝合超过25mm厚的碳纤维层,缝合速度3000针/ 厚的碳纤维层 分。 相对于同样的铝合金零件重量减少25%, 相对于同样的铝合金零件重量减少25%,成本降 20%。 低20%。
(5) 自动铺放技术
该技术在现代飞机上已经获得广泛应用,并 该技术在现代飞机上已经获得广泛应用, 取得了巨大进展。现有的自动铺叠技术已经 取得了巨大进展。 在速度和准确度上有很大增长,而且计算机 在速度和准确度上有很大增长, 技术对它产生了很大影响,铺叠面积也有所 技术对它产生了很大影响, 增长透用) 长纤维的编织(树脂基复合材料的压挤渗透用)
汽车储气罐
门型纤维编织成形机
碳纤维强化网球拍的成形装置
Beech Starship飞机 飞机 翅膀的成型中使用 高压) 的autoclave (高压 高压 成形
(3) 三维机织
是一种高级纺织复合材料。 是一种高级纺织复合材料。 纺织异型整体织物,如T形、U形、工形、 工形、 纺织异型整体织物, 十字形等型材和圆管等, 十字形等型材和圆管等,还可以创造出许多 新的复杂形状织物。 新的复杂形状织物。
(4) 编织
编织是一种基本的纺织工艺, 编织是一种基本的纺织工艺,能够使两条以 上纱线在斜向或纵向互相交织形成整体结构 的预成形体。这种工艺通常能够制造出复杂 的预成形体。 形状的预成形体,但其尺寸受设备和纱线尺 形状的预成形体, 寸的限制。该工艺技术一般分为两类, 寸的限制。该工艺技术一般分为两类,一类 的二维编织工艺,另一类是三维编织工艺。 的二维编织工艺,另一类是三维编织工艺。
材料合成与制备 第5章 定向凝固技术
4、磁性材料
稀土超磁致伸缩材料RFe(R-Tb、Dy)作为一种电-磁-机械能量或信 息转换的新型功能材料,从20世纪70年代以来得到了迅速发展,它具有 很高的磁致伸缩值(1500~2000×10 )和能量密度(14000~25000J/m ),而 且还具有低频响应速度快、机电耦舍系数大等特点,故在大功率声纳换 能器、磁弹性波器件、液压阀门控制、精密加工徽定位、精度高速线性 马达、伺服系统和特殊兵器等高新技术领域展示出广阔的应用前景。对 于Tb-Dy-Fe材料,人们一直希望得到具有<111>方向择优取向的样品。 通过改变材料的定向凝固条件、控制材料的取向度、以及对材料进行热 处理消除晶界提高材料磁致伸缩性能。
(4)激光超高温梯度快速凝固
利用激光器作为热源来实现定向凝固。 激光具有能量高度集中的特性,在作为定向凝固热源时可能获得 比现有定向凝固方法高得多的温度梯度。利用激光表面熔凝技术实现 超高温度梯度快速定向凝固的关键在于:在激光熔池内获得与激光扫 描方向一致的温度梯度;根据合金凝固特性选择适当的工艺参数以获 得胞晶组织。
定向凝固过程工艺参数分别为: 合金熔融温度1450℃,温度梯度140℃/cm,牵引速度0.5-0.8 mm/min。
2、柱状晶生长
控制热流方向和温度梯度。
3、高温合金制备
定向凝固制备Fe-Cr-C过共晶原位生长复合材料
高铬铸铁是一种优良的耐磨材料,普通条件下凝固的高铬铸铁碳 化物呈网状,在实际磨损中往往会因为碳化物脆裂或折断而失效。 为此,通过定向凝固的方法,使碳化物纤维定向排列,即将Fe-C-Cr 合金制备成碳化物呈定向分布的原位生长复合材料,使高硬度的碳 化物垂直于磨面的方向定向生长,可以显著提高其性能。
碳纤维复合材料加工工艺
碳纤维复合材料加工工艺
碳纤维复合材料加工工艺一般包括以下步骤:
1. 制备纤维预浸料:将碳纤维与树脂混合,形成纤维预浸料。
树脂可以是热固性树脂如环氧树脂、酚醛树脂,也可以是热塑性树脂如聚酰亚胺。
2. 成型:将纤维预浸料放置在模具中,并使用真空吸附或压力来排除空气和树脂预浸料之间的空隙。
根据不同的加工工艺,可以采用压缩成型、注塑成型、旋转成型等不同方法。
3. 固化:根据树脂的类型和加热条件,将模具中的纤维预浸料加热,使树脂固化为硬化状态。
这一步可以在常温下进行,也可以在高温下进行,需要根据树脂的固化特性和材料要求来确定最佳固化条件。
4. 切割和修整:将固化后的碳纤维复合材料切割成所需尺寸和形状,可以使用机器切割、喷砂或电火花加工等方式进行切割和修整。
5. 表面处理:对切割和修整后的碳纤维复合材料进行表面处理,以改善其表面性能和粘接性能。
常见的表面处理方法包括打磨、清洗、表面处理剂或涂层的涂覆等。
6. 组装和连接:将处理好的碳纤维复合材料组装到所需的产品中,并使用黏合剂、螺栓或其他连接件进行连接。
7. 检测和质量控制:对加工好的碳纤维复合材料进行检测和质量控制,包括外观检查、尺寸测量、力学性能测试等,以确保产品质量符合要求。
需要注意的是,以上所述的加工工艺只是一般的步骤,具体的加工工艺流程会根据具体的产品要求和材料性能而有所不同。
材料制备与加工工艺
材料制备与加工工艺对于材料的制备与加工工艺的研究,是现代科学技术领域的一项重要工作。
材料的选择、制备和加工工艺直接影响了产品的质量、性能和使用寿命。
本文将介绍一些常见的材料制备与加工工艺,并探讨其在不同领域中的应用。
一、金属材料制备与加工工艺金属材料是最常见的材料之一,广泛应用于机械、建筑、航空等各个领域。
金属材料的制备与加工工艺主要包括熔炼、铸造、锻造、热处理等。
熔炼是将金属原料加热至熔点,使其液化后借助重力或电磁力等方法进行分离和纯化的过程。
铸造是将液态金属倒入模具中,经过冷却凝固得到所需形状的工艺。
锻造是通过将金属材料置于锻机上,借助外力作用使其发生塑性变形得到所需形状。
热处理则是通过对金属材料进行加热、保温和冷却等过程,改变其结构和性能。
二、陶瓷材料制备与加工工艺陶瓷材料具有优异的耐高温、耐腐蚀和绝缘性能,广泛应用于电子、化工、建筑等领域。
陶瓷材料的制备与加工工艺主要包括研磨、成型、烧结等步骤。
研磨是将原料进行细磨,使其粒度均匀。
成型是将研磨后的陶瓷原料进行压制或注塑等工艺,得到所需形状。
烧结是将成型后的陶瓷材料进行高温加热,使其颗粒间发生结合,形成致密的材料。
三、聚合物材料制备与加工工艺聚合物材料具有很好的可塑性和耐磨性,广泛应用于塑料、纺织、医药等领域。
聚合物材料的制备与加工工艺主要包括聚合、挤出、注塑、模压等。
聚合是将单体分子进行化学反应,形成高分子链的过程。
挤出则是将聚合物料塑化后通过模具挤出成型。
注塑是将塑化的聚合物料注入到模具中,通过冷却凝固得到所需形状。
模压则是将聚合物加热塑化后放入模具中压制,形成所需形状。
四、复合材料制备与加工工艺复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的新材料,具有优异的特性和广泛的应用前景。
复合材料的制备与加工工艺主要包括预浸法、层叠法、注射法等。
预浸法是将纤维材料与树脂浸渍后固化,形成复合材料。
层叠法是将纤维和树脂分层叠加,经过压制和热处理形成复合材料。
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。
碳纤维增强硅橡胶复合材料制备
碳纤维增强硅橡胶复合材料制备的报告,800字碳纤维增强硅橡胶复合材料是一种具有高性能的复合材料,由碳纤维和硅橡胶组成,可以满足不同用途的要求。
本报告将介绍碳纤维增强硅橡胶复合材料制备工艺简介以及该材料的特性和性能。
一、碳纤维增强硅橡胶复合材料制备工艺简介碳纤维增强硅橡胶复合材料的制备工艺大体可以分为五个主要步骤:碳纤维制备、碳纤维定向沉积、碳纤维层压、硅橡胶流体化处理和硅橡胶复合材料的成型加工。
1. 碳纤维制备:碳纤维的制备采用悬浮法,使用四氯化碳、二氧化碳等化学试剂添加到水中,按一定的比例混合,然后把混合物加入到坩埚里煮沸,当坩埚中温度达到设定值时,利用调节器把混合物均匀地涂在表面上,形成碳纤维。
2. 碳纤维定向沉积:将制备出的碳纤维放入碳纤维沉积炉中,在适当的温度下,利用真空下冷却的方式进行碳纤维定向沉积,以形成均匀的碳纤维膜。
3. 碳纤维层压:利用层压机将上述所形成的碳纤维膜平整地压紧,以便为硅橡胶流体化处理及后续成型加工提供良好的基础。
4. 硅橡胶流体化处理:将硅橡胶流体化处理液涂覆到碳纤维表面,以形成碳纤维和硅橡胶之间的紧密粘结,达到硅橡胶和碳纤维间的完全混合。
5. 硅橡胶复合材料的成型加工:将硅橡胶流体化处理后的碳纤维表面进行成型加工,形成所需的复合材料。
二、碳纤维增强硅橡胶复合材料的特性和性能碳纤维增强硅橡胶复合材料的最大优势是具有良好的机械性能,具有较高的弹性模量、抗拉强度和抗弯曲强度。
此外,该材料还具有较好的抗冲击性能,能够有效地缓冲冲击力,提高产品的运行可靠性。
碳纤维增强硅橡胶复合材料同时还具有良好的耐久性和耐腐蚀性,能够有效地保护产品免受空气和化学腐蚀的侵害。
通过上述介绍,可以知道,碳纤维增强硅橡胶复合材料是一种具有良好机械性能、耐久性、耐腐蚀性的高性能复合材料,可以满足不同用途的性能要求。
木塑复合材料制备与制品成型
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2)模具设计和冷却定型:
• ①除了保证流道设计的圆滑过渡与合理的流量 分配。木塑复合材料对建压能力与温度控制精 度有更高的要求。
• ②要使木塑产品获得好的纤维取向(仿木纹) 和制品质量就要确保机头有足够的建压能力 (从10千巴提高到30千巴)和长的定型段。甚 至在压缩段和定型段采用双锥度结构。
• a、家电、五金工业件如电视机外壳、插座、底座 • b、异形家具部件如装饰条、腿、支架等 • c、独特的音响效果,如音箱等
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2)注塑木塑的难点:
• ①干燥度:木质材料如木粉、木纤维、草纤维的 高吸水性,加上注塑机不设排气孔,因而为保证 产品质量,其吸水率≤1%。
• ②木粉的细度:
• ③木塑制品导热性差,且多为异形材,冷却定 形困难,多采用水冷定型,冷却流道合理设计, 保证高效冷却。
• ④宽幅门板和发泡宽幅木塑板材如1220×25, 模具设计为双阶形式。
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四、注塑木塑复合材料加工成型的发展
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1)趋势:注塑木塑复合材料目前仅占木塑总量的3%, 但这二年来其增长率却达70%。注塑成型开始运用 于木塑的产品仅仅是室外景观——扶手和柱的帽 端,慢慢地扩大为三类:
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三、挤出木塑复合材料设备上的对策:
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1)螺杆构型上的设计:
木塑复合材料挤出过程中,螺杆的构型起着十 分重要的作用。合理的螺杆结构能降低螺杆与 木纤维的磨擦,产生适当的剪切和分散混合, 使含有大量木质材料的物料体系能很好的均匀 塑化。
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具体要求是:
• ①对木纤维,树脂,助剂等能在设备中能实现良好的分 散和浸润。
复合材料的制备方法和工艺流程
复合材料的制备方法和工艺流程复合材料由两种或两种以上不同种类的材料组成,以互补和协作的方式结合在一起。
它是一种现代的、高性能的材料,因其优异的性能被广泛应用于太空、军事、汽车、航空、船舶、建筑和体育器材等领域。
本文主要介绍复合材料的制备方法和工艺流程。
一、材料的选择和设计复合材料的制备首先要遵循“材料设计”的原则,也就是根据所需的性能和用途,选取合适的材料,并进行深入的研究和设计。
选取材料时要考虑它们的成本、可用性、加工性、耐用性、强度、韧性、密度、热性能、电性能、振动等特性。
二、预制备处理预制备处理是指在复合材料制备前,对原材料进行处理。
这些处理旨在改善材料的性能,并准备加工之用。
下面是一些常规的预制备处理方法:1. 纤维的表面处理:纤维的表面处理可以使其更具有附着力、耐水性和化学稳定性。
这可以通过化学处理、表面改性、表面覆盖、氧化、电化学方法和等离子体处理等方式实现。
2. 树脂的过滤:在树脂的制备过程中,可能会产生颗粒物和杂质。
这些颗粒物和杂质会影响树脂的成型性能和强度。
因此,要在树脂制备前对其进行过滤和去除杂质。
三、复合材料的成型方法复合材料的成型方法主要有手工层压、自动层压、注塑成型、挤出成型等。
这些成型方法的选择取决于材料的性质、制备要求和加工成本等因素。
1. 手工层压:手工层压是一种较为简单的成型方法,在制备中使用的是手工制造的“模具”。
首先将纤维和树脂混合成浆状,均匀涂在模具表面。
然后将纤维放在树脂浆上,并依次加上更多的纤维和树脂,直到形成完整的复合材料。
2. 自动层压:自动层压是一种全自动化的制备方法,其原理是在制备过程中使用自动控制系统。
自动层压设备由成型模块和控制系统组成。
在制备过程中,将预处理的纤维或预浸树脂制成所需的形状,并放入模具中,再加上压板和电热片。
控制系统会自动将温度和压力调整到适当的值,以制备出所需的复合材料。
3. 注塑成型:注塑成型主要用于制备高强度、高密度和复杂形状的复合材料。
复合材料的设计与制备技术
复合材料的设计与制备技术复合材料是一种由两种或更多材料组合而成的材料,具有多种优异性能。
复合材料不仅具有传统材料的基本性能,如强度、耐久性和耐腐蚀性等,还具有许多其他特殊性能,如轻质、耐高温、难燃、导电和绝缘等等。
因此,复合材料在众多领域中都得到了广泛的应用,如航空航天、汽车、建筑和医疗等。
本文将介绍复合材料的设计与制备技术。
一、复合材料的设计复合材料的设计是制备成功的关键因素之一,这需要综合考虑各种因素,如总体性能、加工性和成本等。
设计复合材料时需要考虑以下几个方面:1.材料的选择:选择合适的材料对于设计复合材料具有至关重要的作用。
关键是选择具有相似化学和物理性质的材料,以确保其在混合时能有效结合。
2.界面控制:当两种或更多种材料混合时,其间的存在一个界面导致力学和化学不兼容性从而影响复合材料的总体性能。
因此,界面控制是复合材料设计的一个重要方面,可以通过把界面改造为可以稳定结合材料间相互移动的区域来实现控制。
3.性能设计:将不同材料组合在一起时,其特性是非常复杂的。
因此,性能设计是复合材料的设计的核心方面,需确保复合材料具有所需的物理、力学和化学特性,而不只是材料的简单组合。
二、复合材料的制备技术复合材料的制法通常涉及混合不同材料的方法,以及合成和加工制成所需的成品。
下面是复合材料制备过程中常用的几种方法:1.真空制备法:在真空环境下将树脂和其他材料混合,并使其硬化。
这种方法严格控制了混合过程,使材料的均匀性达到最佳状态。
2.热压制备法:将打磨后的复合材料在高温和高压下合成。
这种制备方法能够确保复合材料表面平整,并在细节部分制造出细致的模型。
3.树脂注塑及挤出法:在热水中混合树脂,并在电子注塑或挤出机上组合。
这种方法快速且易于控制,可生产大批量的复合材料。
4.热塑性微控制结构法:将热塑性聚合物涂布在具有微米级别的结构性金属或模板表面上,未固化前先进行微观形状的调控,使后续流量和聚合反应的微观特征固定下来,之后脱离金属模板。
复合材料的制备及其应用
复合材料的制备及其应用复合材料是由两种或多种不同材料组合而成的一种新型材料,其优点主要包括高强度、轻质化、耐腐蚀等特点。
随着科技的发展,复合材料已经广泛应用于航空航天、汽车、海洋工程等领域。
本文将介绍复合材料的制备方法以及常见的应用领域。
一、复合材料的制备方法1.浸渍法浸渍法是制备复合材料的最常见方法之一,其步骤如下:(1)将纤维材料浸泡在浸液中,使其充分湿润;(2)将浸渍后的纤维材料取出来,挤压去除多余的液体;(3)将浸渍后的纤维材料放入成型模具中,施加一定的压力;(4)加热硬化,使树脂固化成为复合材料。
2.层叠法层叠法是指将两种或多种材料按一定的顺序和方式层叠在一起,再进行压制和加热,使它们彼此结合成为一体。
这种方法最常用的材料是玻璃纤维布和环氧树脂,可以制备出高强度、轻质化的复合材料。
3.旋转成型法旋转成型法是将涂有树脂的毡带放置在旋转模具上,随后开始旋转,使树脂均匀地填充在毡带上,形成预定的形状。
该工艺主要适用于制备大小和形状相对简单的零件。
4.自动化生产随着科技的飞速发展,自动化制造已成为制备复合材料的一种常用方法。
自动化生产具有高效、精确的优点,能够大大节省人力资源,提高生产效率。
二、复合材料的应用领域1.航空航天航空航天领域是复合材料最广泛的应用领域之一。
复合材料的轻质化和高强度特点使其可以应用于制作飞机的机身、翼面、尾部等部件,提高飞机的综合性能,节约燃油成本。
2.汽车复合材料也被广泛应用于汽车领域。
可用于车顶、车门、车身等部件,大大降低了汽车的重量和汽车的阻力,提高了汽车的燃油效率和安全性。
3.海洋工程复合材料还可用于海洋工程中,如制造船舶的螺旋桨、潜艇、海底电缆等部件。
复合材料的耐腐蚀性、耐海水腐蚀性和轻质化特点,增加了零部件的使用寿命。
4.建筑复合材料还可用于建筑领域中。
现今很多高档建筑物中使用了大量的异形铝塑板材和金属复合板材,大大降低了建筑物的重量和提高了建筑物的建筑效率。
航空复合材料成型与加工技术
航空复合材料成型与加工技术摘要:复合材料通常是指由高分子材料、无机非金属材料或金属材料复合而成的一种新材料。
复合材料可定义为出两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料,且各组分材料之间具有明显的界面。
具有重量轻、设计制造性能好、复合效应高等特点,以及比强度和比模量高、疲劳寿命长、抗腐蚀性能好等优点。
关键词:航空复合材料;成型;加工技术一、复合材料成型技术1.1自动铺放技术自动铺放技术主要有自动铺丝和自动铺带两种技术,这两种技术的共同点是都采用了预浸料,并能实现全自动化与数字化制造,高速高效。
自动铺放技术非常适用于制造大型复合材料结构件,在各种飞行器,尤其是大型民用飞机结构的制造中所占比重越来越大。
自动铺带技术的原材料是带隔离衬纸的单向预浸带。
切割、定位、堆叠和轧制均采用数控技术自动完成,并由自动铺带机实现。
多轴龙门机械手可用于完成胶带铺设位置的自动控制,核心部件——铺带头配备有预浸带输送和切割系统,可根据待铺设工件的轮廓自动完成预浸带预定形状的切割。
加热后,预浸料带在压辊的作用下铺设在模具表面。
该方法具有高质量、高效率、高可靠性和低成本的特点。
主要用于平面或低曲率弯曲部件或准平面复合材料部件的层压制造。
特别适用于大型复杂零部件的制造,减少了组装件的数量,节约了制造和组装成本,大大降低了材料的废品率和制造时间。
1.2热压罐成型热压罐成型工艺是目前复合材料结构件制造过程中应用最广泛的方法之一。
它利用热压罐内的高温压缩气体对复合材料坯料进行加热和加压,以完成固化目的。
热压罐主要由罐门及罐体、风机系统、加热系统、冷却系统、真空系统、压力系统、控制系统和安全系统等机械辅助设施组成。
在复合材料结构制品的固化过程中,按照工艺和技术要求完成制品的抽真空、加热和加压,以达到制品固化的目的。
热压罐成型具体工艺流程如下:第一步是材料准备,主要是预浸料,根据设计要求裁剪预浸料;第二步是模具准备,在铺放预浸料前需要用甲乙酮或丙酮等溶剂清洗模具的表面。
复合材料的制备工艺研究
复合材料的制备工艺研究涉及到复合材料的成型、固化和后续加工等过程。
以下是一般的制备工艺研究步骤:
1. 材料选择:根据应用需求选择合适的基体材料和增强材料。
基体材料可以是塑料、金属、陶瓷等,增强材料可以是纤维、颗粒、薄膜等。
2. 预处理:对基体材料和增强材料进行预处理,如清洗、去除氧化层、表面处理等,以提高材料的粘接性能和表面活性。
3. 成型:根据复合材料的形状和结构要求,采用不同的成型方法,如层压、注塑、挤出、旋转成型等。
成型方法的选择取决于材料性质、成本、生产效率等因素。
4. 固化:通过热固化、光固化、化学固化等方法,使复合材料中的树脂或粘合剂固化,增强材料与基体材料之间形成牢固的结合。
5. 后续加工:对固化后的复合材料进行修整、切割、打磨、涂层等加工工序,以满足最终产品的要求。
在制备工艺研究中,需要考虑材料的性能要求、制备工艺的可行性、成本效益等因素,并进行实验验证和优化。
同时,还需要注意材料的质量控制和环境保护等问题。
复合材料与工程专业本科课程设置
复合材料与工程专业本科课程设置引言复合材料与工程是一门涉及材料科学、机械工程、化学工程等多学科的综合性工程学科。
复合材料在现代工程领域中的应用越来越广泛,因此,培养复合材料与工程专业的人才对于推动科技发展和工程应用至关重要。
本文将介绍复合材料与工程专业本科课程设置的内容,旨在培养学生的理论基础和实践能力,使他们能够在复合材料领域中运用所学知识解决实际问题。
一、材料科学基础课程1.材料科学基础–课程简介:介绍材料科学的基本概念、原理和方法。
包括材料的结构与性能、材料制备、材料测试与表征等内容。
–学分:3学分–授课方式:讲授+实验2.复合材料基础–课程简介:介绍复合材料的种类、特性和常见制备方法。
包括纤维增强复合材料、层合板材料等。
–学分:3学分二、复合材料制备与加工课程1.复合材料制备技术–课程简介:介绍复合材料的制备过程和相关工艺。
深入讲解纤维预处理、树脂浸渍和固化等关键工艺。
–学分:3学分–授课方式:讲授+实验2.复合材料成型技术–课程简介:介绍复合材料的成型工艺和应用。
包括压模成型、注塑、挤出成型等常见成型工艺。
–学分:3学分–授课方式:讲授+实验三、复合材料性能与测试课程1.复合材料性能表征与测试–课程简介:介绍复合材料的性能测试方法和相关标准。
包括拉伸、弯曲、冲击等性能测试。
–学分:3学分四、复合材料应用与设计课程1.复合材料应用–课程简介:介绍复合材料在航空航天、汽车、建筑等工程领域的应用。
包括优化设计、结构分析等内容。
–学分:3学分–授课方式:讲授+案例分析2.复合材料设计–课程简介:针对不同工程需求,学习复合材料设计的基本原理和方法。
包括性能要求分析、材料选取、结构优化等内容。
–学分:3学分–授课方式:讲授+案例分析五、实践教学环节1.实验实训–课程简介:通过实验实训,培养学生的实践操作能力和科学研究素养。
包括复合材料制备、成型和测试的实验操作。
–学分:2学分2.毕业设计–课程简介:让学生通过独立进行毕业设计,综合运用所学知识解决实际问题。
复合材料的制备流程
复合材料的制备流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
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复合材料的制备方法
增强材 料准备
制品
涂脱模剂
手糊成型
检验
固化
脱模
后处理
手糊成型工艺--湿法铺层成型法
层压成型工艺
• 层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠 加后,放入两个抛光的金属模具之间,加温加压形成复合 材料制品的生产工艺。它是复合材料成型工艺中发展较早、 也较成熟的一种成型方法。
• 层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材,具有机 械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点,但一次性投 资较大,适用于批量生产,并且只能生产板材,且规格受 到设备的限制。
复合材料成型工艺
• 生产中采用的成型工艺 (1)手糊成型工艺 (3) RTM技术 (5)热压罐成型技术 (7)热膨胀模塑法成型技术 (9)模压料生产工艺 (11)模压成型工艺 (13)卷制管成型技术 (15)连续制板生产工艺 (17)拉挤成型工艺 (19)注射成型工艺 (21)离心浇铸制管成型工艺
(2)喷射成型工艺 (4)袋压法 (6)液压釜法成型技术 (8)夹层结构成型技术 (10) ZMC模压料注射技术 (12)层压成型工艺 (14)纤维缠绕制品成型技术 (16)浇铸成型技术 (18)连续缠绕制管工艺 (20)挤压成型工艺 (22)其它成型技术
手糊成型工艺--湿法铺层成型法
模具 准备
树脂胶 液配制
第四阶段-热压保温阶段
目的在于使树脂能够充分固化。从加全压到整个热压结束,称为热压 阶段。而从达到指定的热压温度到热压结束的时间,称为恒温时间。热 压阶段的温度、压力和恒温时间,也是由配方决定。几种配方体系的加
压工艺参数见表
第五阶段-冷却阶段
• 在保压的情况下,采取自然冷却或者强制 冷却到室温,然后卸压,取出产品。冷却 时间过短,容易使产品产生翘曲、开裂等 现象。冷却时间过长,对制品质量无明显 帮助,但是使生产效率明显降低。
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胶膜法制造预浸料的工艺过程图:与熔融法相似,一 定数量的纱束经整齐排铺后,夹于胶膜之间,成夹芯状, 再通过加热辊挤压,使纤维浸嵌于树脂膜,最后加附隔 离纸裁体压实,即可分切收卷。
(3)粉末法制备预浸料 用于制备热塑性树脂和高熔点难溶解树脂的预浸料。又分为 粉末静电法和粉末悬浮法。 粉末静电法是在连续纤维表面沉积带电树脂粉末,用辐射加 热的方法使聚合物粉末永久性地粘附在纤维表面上。 不会引起纤维/树脂界面 应力,也不会因聚合物在高 温下持续时间过长而导致性 能退化。粉末静电法需事先 将高聚物研磨成非常细微的 颗粒,其典型的粒子大小是 240um,110um和80um。采用 超细颗粒的粉末,可获得柔 软的预浸料。
5.2.2 短纤维增强热固性模塑料的制造方法 纤维模塑料即短纤维预浸料,它是由树脂渍短纤维经过 烘干制成,因通常用于模压工艺,故称之为模塑料。 所用树脂主要是酚醛树脂,还有氨基树脂、不饱和聚酯 树脂、有机硅树脂、环氧树脂等。所用纤维主要是玻璃纤维, 还有棉纤维、石棉、有机纤维、碳纤维等。
(1)预混法制造短纤维模塑料 将短纤维(如棉纤维、石棉纤维等)或切成 10 - 50mm 长 的纤维(如玻纤、合成纤维等)与一定量的胶液混合均匀, 再经撕松、烘干而制成模塑料。
粉末悬浮法通常又分为水悬浮和气悬浮两种。 前者是在水中悬浮的树脂颗粒粘附到连续运动的纤维 上,后者是细度为10-20um的聚合物颗粒在硫化床中悬 浮,聚合物颗粒附着在连续的纤维上,随即套上护管, 使粉末不再脱离纤维表面。
5.3
高分子复合材料的成形工艺
5.3.1 概述
(一)纤维增强高分子基复合材料成形方法分类
(四)袋压成形
袋压成形包括压力袋、真空袋和真空袋 - 热压罐成形法。 是借助成形袋与模具之间抽真空形成的负压或袋外施加压 力,使复合材料坯料紧贴模具,经固化成形 的方法。最大 优点是,仅用一个模具(阳模或阴模),就可以得到形状 复杂,尺寸较大、质量较好的制件,也能制造夹层结构件。
真空袋成形
在固化时利用抽真空产生的大气负压对制品施加压力而成形。 工艺过程:将铺叠好的制件毛坯密闭在真空袋与模具之间, 然后抽真空形成 负压,大气压通过真空袋对毛坯加压,固化 完全后卸模取出制件。
辊筒缠绕法工艺 连续纤维束从纱团引出,进入胶槽 浸渍树脂,经挤胶器除去多余树脂后, 靠喂纱导器纤维纱依次整齐地环向缠 绕在贴有隔离膜的辊筒上,最后沿辊 筒母线切断展开即成单向纤维预浸料。 因其纬向没有纤维,经纱是靠树脂将 其粘在一起的,所以也常叫无纬布。 该法设备简单,操作方便,但制备的 无纬布长度受辊筒直径限制,生产速 度较低,一般适用于实验室或小批量 生产。
5.2.1 纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法
(1)长纤维型粒料的制造工艺
一般采用电缆包覆法制造:玻纤粗纱通过十字形挤 出机头,被熔融树脂包覆,经冷却、牵引、切粒而成。 长纤维粒料,由于树脂包覆差,纤维分布不均匀,粒料 硬度不高,仅适宜于螺杆式注射机成形。在成形时依靠 螺杆的混合作用,使纤维均匀地分散于树脂之中。
(2)短纤维型粒料的制造工艺
先将短切纤维和树脂初混合,再经螺杆挤出机混炼,纤维 被折断,以长度约为0.25-0.5mm的短纤维形式,均匀地分散 于树脂中。 短纤维型粒料具有较好的成形加工性和表面平滑性,用柱 塞式和螺杆式注射成形机均可成形。但由于纤维在造粒时磨 损严重、长度短,制品强度不高。它适合于制造壁薄和形状 复杂的制品。用连续纤维预浸料的制造方法
纤维预浸料是将树脂体系浸涂到连续纤维或纤维织物上, 通过一定的处理过程所形成的一种贮存备用的半成品,是 制造连续纤维增强复合材料制品重要中间材料。 按纤维排布形式不同有织物预浸料(预浸胶布、预浸纱 带),单向纤维预浸料无纬布、预浸纱等,广泛用于层压、 卷制、缠绕、裱糊、真空袋、热固罐、模压和拉挤等各种 成形工艺。
复合材料制品的生产流程图
5.2 高分子复合材料成形用半成品的制备
高分子复合材料常常是预先将纤维等添加剂与树脂混 合制成成形用材料(半成品),然后再经压制,注射等 成形操作获得。
对热塑性塑料,习惯上把这种成形用材料叫做粒料; 对热固性塑料而言,则叫做模塑料;
对连续纤维增强塑料即复合材料,则称为预浸料。
复合材料制备与加工
第五章 纤维增强高分子复合材料的制备与加工
5.1 概述 聚合物基复合材料成形通常有一步法与二步法之分。一 步法是由纤维、树脂等原材料直接混合浸渍,一步固化成 形形成复合材料。二步法则是预先对纤维树脂进行混合浸 渍加工,使之形成半成品,再由半成品成形出复合材料制 品。 一步法(又称“湿法”)工艺简便,设备简单。但溶剂、 水分等挥发物不易去除,裹入制品形成孔洞;树脂不易分 布均匀,在制品中形成富胶区和贫胶区,严重时会因纤维 浸渍不好而出现“白丝”现象;生产效率低,环境恶劣。 二步法将浸渍过程提前,可很好地控制含胶量和解决纤 维树脂均匀分布问题;在半成品制备过程中烘去溶剂、水 分和低分子组分,降低了制品的空隙率,也改善了复合材 料成形作业的环境。因此二步法又称“干法”。通过半成 品的质量控制,确保复合材料制品的质量。
阵列式连续排铺法
许多平行的纤维束(或织物)同时连续浸涂树脂,经辊 压等工序后,即成连续预浸料。该法生产效率高,适于大 量生产。 一定数量的纱束从纱架引出径整径,平行整齐地进入装 有树脂溶液的浸渍胶槽,经挤胶、烘干、垫铺隔离纸和压 实,即可收卷,获得成卷的连续预浸料。为获得质量合格 的预浸料,必须严格控制环境温度、胶液浓度、辊筒缝隙 和纤维的行进速度等。
真空袋- 热压罐成形 利用热压罐内部的程控温度的静态气体压力,使复合材料 叠层坯料在一定的温度和压力下完成固化过程。
干法手糊成形是采用预浸料按铺层序列层贴,获预成形毛 坯后,再用模压或真空袋—热压罐成形方法固化成形。
(二)喷射成形工艺
通过喷射的树脂流与短切纤维混匀,沉积在开模上,压实 固化成制件。 将装有引发剂的树脂和装有促进剂的树脂分装于两个罐中, 由液压泵或压缩空气按比例输送到喷枪内雾化,同时与短切 纤维混合并喷射到模具上,沉积到一定厚度时,用压辊排气 压实,再继续喷射,直到完成坯件制作,然后固化成形。
按树脂类型分为热固性树脂预浸料和热塑性树脂预浸料。 按纤维种类不同有碳纤维预浸料、芳纤预浸料、玻璃纤维 预浸料和棉布预浸料等。
(1)溶液浸渍法
与预浸法制备短纤维模塑料一样,将构成树脂的各组 分按预定的固体含量溶解到溶剂中去,然后纤维(纱或织 物)通过树脂溶液,粘着一定量的树脂,经烘干除去溶剂 即得预浸料。 用于层压、卷制、布带缠绕成形的预浸胶布多采用溶液 法浸渍纤维织物获得,其制备在卧式或立式浸胶机上连续 进行。纤维织物(布)以一定速度均匀移动,首先通过热 处理炉除去水份或石蜡 浸润剂,然后经过浸胶槽浸渍一定 量的树脂溶液,再经过烘干炉除去大部分溶 剂和挥发份, 并使树脂预固化到一定程度,最后收卷贮存。预浸布经剪 裁成窄带后用于缠绕成形。 单向纤维预浸料,根据制备设备的不同,分辊筒缠绕和 阵列式连续排铺法。辊筒缠绕法多采用湿法工艺,阵列式 连续排铺法逐渐由湿法向干法发展。
(1) 闭模成形 模压成形 、树脂传递模塑 (RTM)、注射成形 、增强反应 性注射(RRIM) (2) 开模成形
手糊成形、喷射成形、真空袋成形、压力袋成形、热压釜 成形、纤维缠绕成形、拉挤成形、离心浇铸成形
(3) 其它
编织、吸积(吸胶)成形
(二)高分子复合材料成形三要素
(1) 赋形 赋形在于增强材料如何达到均匀或保证在特定 的方向上排列。将增强材料“预成形”是先行的赋形过程, 使毛坯与制品最终形状接近,而最终形状的赋形则在压力下 靠成形模具完成。 (2) 浸渍 浸渍意味着将增强材料间的空气臵换为基体树 脂形成良好的界面粘接和复合材料的低空隙率,浸渍机理分 脱泡和浸润两部分。浸渍好坏受树脂粘度、种类、配比和增 强材料的品种、形态影响。预浸料半成品制备,已将主要浸 渍过程提前,但在加热成形过程还需进一步完善树脂对纤维 的浸渍。 (3) 固化 热固性树脂发生交联的化学反应,形成三向网 络基体材料。热塑性树脂则是冷却硬化定型的过程。
该法工艺简单,不需要 专用设备,常用来制造室 温固化的制件,也可在固 化炉内成形高、中温固化 的制件。
适用于大尺寸产品的成 形 ,如船体、浴缸及小 型的飞机部件。
真空袋成形
压力袋成形
借助于橡皮囊构成的气压室(压力袋),通过向气压室 通入压缩空气实现毛坯加压,所以也叫气压室成形。
压力可达0.25MPa~0.5MPa,由于压力较高,对模具强 度和刚度的要求也较高,还需考虑热效率,故一般采用轻 金属模具,加热方式通常用模具内加热的方式。
特点是生产效率高, 劳动强度低,节省原 材料,制品无搭接缝, 整体性好,制件的形 状和尺寸不受限制; 但场地污染大,制件 的承载能力低。适于 制造船体、浴盆、汽 车车身、容器及板材 等大型部件。
(三)纤维缠绕成形
纤维缠绕成形是将浸渍树脂的纤维丝束或带,按照一定 规律缠绕到芯模上,然后固化成为制品的方法。该方法适 于制造复合材料旋转体。 缠绕工艺可分为干法、湿法及半干法三种。
各种工艺方法在工艺过程中必须共同遵守的要点: (1) 要使纤维均匀地按设计要求分布有制品的各个部分 (2) 要使树脂适量地均匀地分布在制品的各个部位,并适 当地固化 (3) 工艺过程中要尽最大的努力减少气泡,降低空隙率, 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。 在整个工艺过程,纤维是没有什么变化,起变化的是树脂。 在初期,树脂 一般是粘度较低的液体,充分浸渍纤维,排除 气泡,在工艺过程中粘度逐渐增加,凝胶,直至固化。只有 充分掌握所用树脂配方的工艺性能,才能制订出合理的固化 工艺规范,制造出质量优良的制品。
(2)热熔浸渍法和胶膜辗压法
干法制造预浸料有熔融法和胶膜法两种。 由于不使用溶剂,生产现场和环境无污染,也不易引 起火灾;节约溶剂;预浸料和挥发份含量低,制备复合 材料的孔隙小。
熔融法的基本工艺:借助加热从漏槽中流出的熔融树 脂体系刮涂于隔离纸裁体上,随后转移到经整经、排列 整齐的平行纤维纱上,同时,纤维的另一面贴附上一层 隔离纸,然后三者成一夹芯经热辊后,使树脂浸润纤维, 最后压实收卷。