实验4 手糊,袋压成型工艺实验报告

复合材料工艺学实验报告（第一组）
实验4 手糊·袋压成型工艺实验
同济大学
飞行器制造工程
实验4 手糊·袋压成型工艺实验
一，实验原理
1，手糊成型工艺又称接触成型工艺，其成型过程为：先在模具上涂脱模剂，然后将配好的树脂混合料用刮刀或刷子涂刷到模具上，开始铺设第一层纤维增强材料（如：玻纤布等），用刮刀或棍子，毛刷迫使树脂浸入增强材料内并赶出气泡，待树脂均匀浸透增强材料后，再铺放第二层增强材料，如此反复涂刷树脂和铺放增强材料，直至达到所需要的设计层数，然后进行固化，脱模和修整。

手糊成型工艺流程见图4.1.
图4.1 手糊成型工艺流程图
手糊成型工艺具有以下特点：
a. 无需专用设备，投资少.
b、不受制品形状、尺寸限制，特别适用于数量少、整体式结构，造型复杂及大型制品的生产和试制；
c．合理地使用增强材料，可以根据设计要求，在任意部位加强或减弱 . 做到以最低成本实现设计要求，当发现设计不合理时，能方便地进行修改，
d. 操作方便，容易掌握，便于推广.
其缺点是：
a. 人为因素较复杂，产品质量不易控制；
b. 对工人技术水平要求高S
C 生产效率低劳动条件差。

2，袋压成型工艺是在手糊成型的基础上 (树脂未凝胶) ，通过橡胶袋或其它不透气的高分子聚合物材料制成的柔软袋，将气体压力传递到未固化的复合材料制品表面，达到赶除气泡、层合致密的一种成型方法。

袋压成型有湿法和干法之分：从加压形式又可分为加压袋法、真空袋法和热压罐法。

袋压成型比手糊成型的制品强度高、材质均匀致密、质量稳定。

我国在 5O 年代就开始采用真空袋法制造飞机雷达罩， 7O 年代后采用热压罐法制造碳纤维和硼纤维复合材料机翼后缘板，起落架后门，垂直尾真等，已成功的用于航空工业。

袋压成型工艺按袋压方式不同可分以下三种：
（1）加压袋法：它是在未凝胶的手糊制品表面加盖一层橡胶袋，固定好盖板如图 4. 2，然后通过压缩空气或蒸汽，使制品在均匀压力下固化成型。

(2) 真空袋法：将未固化的制品，连同模具，用一个大橡胶袋包上，周边密封，抽真空，使手糊制品表面受大气压力. 经固化后即得制品如图 4.3 所示。

1模具（可加热）；2加压橡胶袋； 1模具（可加热）2橡胶袋；3手糊铺层
3手糊铺层；4气压口；5盖板；6紧固 4抽真空口；5密封条
装置
（3）热压灌法：其工作原理参见图 4. 4，它是在真空袋法的基础上把模具和制品整个推进压力罐中，接通真空和压缩空气，边抽真空，边导入压缩气体，使制品在封闭的压力罐内热压固化。

它综合了加压袋法和真空袋法的优点，生产周期短，产品质量高。

1模具小车；2手糊铺层；
3橡胶袋（膜）；4空口；
5密封条；6气压口；7模
具车轨；压罐
以上三种成型方法的共同特点是：都采用了手糊铺层、橡胶袋 (膜) 加压和加热固化。

但三种方法的成型压力是不同的，真空袋压法的压力为 0.06- 0.095MPa；加压袋法的压力可提高到 0.4-0. 6Mpa：热压罐法的工作压力最大，一般为 O 5-1 MPa，最大可达到 O. 5-2 SMPa。

由于热压罐法成本高，因此一般都用于航空航天高性能复合材料结构件的制备，采用预浸料铺层，如碳纤维预浸料，其主要优点是复合材料的树脂含量能较准确得到控制。

二，实验目的
l. 熟悉手糊成型工艺的操作流程；
2. 掌握合理裁剪纤维增强材料 (布) 和铺层技术的要点；
3. 基本掌握不饱和聚酷树脂、环氧树脂室温固化剂的用量与环境温度的关系；
4.掌握真空袋成型工艺，热压罐成型工艺中辅助材料的功能和铺放顺序。

5，基本掌握树脂基纤维增强复合材料层合板袋压成型工艺方法 .
三，实验内容
l，以不饱和聚醋树脂或环氧树脂（室温配方)为基体材料；玻璃纤维二轴向织物 EBX8OO( 士45度各 401 克，捆绑纱6.9g 克)为增强材料，采用真空袋成型工艺制作一块复合材料层合板 ( 纵横剪切试样 ). 尺寸： 3OOX 3OO 。

铺层方案： [土45度]3S（8层）
2. 选用单向碳纤维预浸料（牌号： USN125B）或环氧树脂 ( 高温配方)，玻璃纤维经编衬纬布 EL6OO （0度 591 克， 90度 33 克，捆绑纱 10 克)，采用热压罐成型工艺制作一块复合材料层合板. 尺寸： 3OOX 300。

辅层方案【0度】8-17层 (单向碳纤维拉伸试样8层，压缩、剪切、弯曲试样 l7 层)。

3，制品脱模，称重并计算树脂含量（重量%）.
四。

实验材料和仅器设备
实验主材为：玻纤经编织物EBX800（正负45度），引发剂（过氧化甲乙酮）2-4%，促进剂（锌酸酤）0.5-4%，不饱和聚酯树脂（307-3）
辅材为：四氧脱模布（有孔，无孔），吸胶层，均压铝板真空袋膜等
1,实验材料；不饱和聚酯树脂（307-3）、环氧树脂（E51）引发剂（过氧化甲乙酮）2-4%，促进剂（锌酸酤）0.5-4%，三乙烯四胺（环氧室温固化剂）、 594 潜伏性环氧固化剂、经编衬纬布 EL6OO、双轴向玻纤织物 EBX8OO. 碳纤维单向预浸料；
2，实验辅助材料：脱模剂、凡士林、四氟玻纤布、带孔四氟玻纤布、无纺涤纶毡、,透气毡、真空袋膜、密封胶带、绝缘胶带、丙酮、卷筒纸；3. 实验仪器设备和工具：玻璃板、铝板、带孔铝板、真空泵、热压罐、钢皮直尺、特种彩笔，剪刀、刮板、毛刷、量简、天平。

五. 实验步骤
l. 模具准备：
（1）涂脱模剂，用卷筒纸沾少许脱模剂以椭圆轨迹从左向右，从上而下涂抹于玻璃平板模具上面以免局部遗漏 (铝板、带孔铝板的正反面都得涂脱模剂 1-3 遍，对于新模具必须涂 3 遍，每遍间隔 15 分钟)；
（2）在上述基础上，于平板模具中心位置再涂刮一层凡士林（涂刮面积如同四氟玻纤布大小 400x400），铺贴四氟玻纤布：
（3）沿玻璃平板模具周边 l 厘米处粘贴密封胶带，撕掉其中一边脱模纸，将真空袋膜 (500x500) 覆盖于模具上方，其中一边与密封胶带粘贴牢后再把真空袋膜掀起于模具一侧；
2，玻纤织物与实验辅助材料剪裁：
按铺层设计要求和辅助材料的功能与铺层次序合计后剪裁，增强材料需称重并记录在案。

3. 按试件增强材料重量的 l：1比例称量树脂配料；
（1）不饱和聚酯树脂（室温配方）：先加入0.5%-4%触进剂后必须先搅拌均匀后才可加入引发剂再搅拌均匀，引发剂的用量一般固定在2%-4%之间 . 促进剂和引发剂的用量可根据环境温度和所需的凝胶时间而定，对于大而复杂的制品应预先做好树脂箍胶时间的测试（国标：GB/T 7193.6-1987）。

（2）环氧树脂（E51）：加入8%-10%三乙烯四胺或潜伏性环氧固化剂594（高温配方）搅拌均匀。

3:如果采用预浸料铺层，就不需要再配树脂了。

所谓预浸料，就是将纤维单向织物或布通过预浸料浸润设备，把高温或中温固化配方的树脂 (含稀释溶剂) 按所需的树脂含量百分比浸润到纤维织物中，经溶剂挥发后即成预浸料。

4。

手糊铺层：将配好的树脂料用刮刀或刷子涂刷到模具上，开始铺设第一层纤维增强材料，用刮刀、毛刷迫使树脂浸入玻璃布并排出气抱，待树脂均匀浸透增强材料后，再铺放第二层、第三层增强材料……;
5，手糊完成后表面依次铺盖透气脱模布 (带孔四氟玻纤布) 、吸胶层 (无纺涤纶毡)，均压带孔铝板、透气毡、真空薄膜：
（l ) 对于真空袋成型工艺，置入抽真空接头，抽真空加压成型固化，参见图4.5。

图4.5真空袋法铺层示意
1玻璃板；2四氟玻纤布；3手糊铺层；4带孔脱模布；5吸胶层；6带孔铝板；7透气毡；8真空薄膜；9密封条；10抽真空接头
（2）对于热压罐成型工艺，用铝板替代玻璃板，四周用压敏胶带封闭，置于热压罐小车平台上，铺盖透气毡、真空袋膜，薄膜四周粘贴压敏胶带，抽真空，检查是否密封（参见图4.6）。

放入热压罐，设置加热、加压等固化制度参数后成型固化。

图4.6热压罐法铺层示意
1铝板；2四氟玻纤布；3材料铺层；4带孔脱模布；5吸胶层；6带孔铝板；7透气毡；8真空薄膜；9密封条；10抽真空接头；11热压罐小车平台
6，制品脱模，称重并计算树脂含量 (重量%)、测量厚度估算材料密度后将材料名称，铺层，树脂含量，复合材料密度等写贴标签。

1， 有关数据：均压铝板：2-3mm ，引发剂10g ，促进剂4.2g ，树脂重量600G,纤维布重量584.5g ，制品脱模后称重735.9g 2， 计算过程：
1
1
2
1
212
1
1
12
584.50.7753735.9
0.77530.7055
f m m m
V m m
V V
V
V V ρρ===
=++
=+,为纤维的重量含量
为纤维的体积含量。

3，注意事项：抽真空加压固化至层板凝胶硬化后才可泄压。

实验 4 思考题
l. 在手糊成型工艺中树脂凝胶时间过短或过长， 对制品质量将产生如何影响？
答：在一定的温度条件下，一定量的热固性树脂中加入一定量的促进剂，引发剂后到开始发热，发粘和失去流动性所需要的时间称为树脂的凝胶时间。

凝胶时间太短，树脂较难 充满整个模腔，凝胶时间过长又会产生流胶现象，同时会影响产品的脱模时间。

都对制品的综合性能有不良影响。

只有凝胶时间适当，确保树脂充模后能充分地浸润纤维铺层，消除气泡，才能更好的提高产品质量。

2. 取相同材料分别用手糊、 真空袋、 热压罐三种工艺方法成型制品 ， 其力学性能有差异吗？ 为什么？
答： 对于手糊成型：力学性能较低且由于产品质量不易控制，性能稳定性也不高；
对于真空袋成型，：（１）纤维与树脂的重量比最高可达7:3；（2）体系均匀加压，制品性能更均匀；（3）消除产品中气泡等缺陷；因而产品的力学性能更好；
对于热压罐：与手糊成型方法相比,热压罐方法成型的复合材料结构件耐热性高、相对质量轻、树脂含量均匀、内部结构致密和内部质量良好，力学性能优异。

3. 树脂粘度偏高适合袋压法工艺吗？ 有什么办法可解决？
答：适合袋压法工艺的要求为：树脂粘度低、流动性好，并且容易调节粘度。

树脂粘度偏高不适合袋压法工艺。

解决方法：可加入稀释剂，降低树脂粘度，使树脂具有流动性，改善树脂对增强材料、填料等的浸润性等。