复合材料概论12-聚合物基复合材料PPT课件

定义
将一定量的模压料放入金属 对模中，在一定温度、压力作用 下，固化成型制品的方法。
加热加压的作用
使模压料塑化、流动，充满 空腔，并使树脂发生固化反应。
有较高的生产效率，适于大批量生产，制品 尺寸精确，表面光洁，可以有两个精制表面， 价格低廉，容易实现机械化和自动化，多数结 构复杂的制品可一次成型，无需有损于制品性 能的辅助加工，制品外观及尺寸的重复性好。
CH2 CH O
酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂，一般 常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂。
OH 苯酚
O HCH
甲醛
12.1.2 热塑性树脂基复合材料
具有线型或支链型结构的一类有机高分子化合物， 受热软化(或熔化)，冷却变硬，这个过程可反复进行。
CH2 CH2 n
聚乙烯
CH2 CH n CH3
压模的设计与制造较复杂，初次 投资较高，制品尺寸受设备限制，一 般只适于制备中、小型玻璃钢制品。
SMC(片状模塑料，Sheet Molding Compound) 的特点
SMC基本组成：不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、 交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合 物浸渍短切玻纤粗纱或玻纤毡，两表面加上保护膜(聚乙烯 或聚丙烯薄膜)形成的片状模压成型材料。
使用时除去薄膜，按尺寸裁剪，然后进行模压成型。
增稠剂
SMC在压制成型、贮存、运输 过程中均需要有较高的粘度(制备 SMC时要求粘度低，浸渍纤维)，粘 度的提高通过增稠剂实现。
通过增稠剂控制SMC从生产到 使用全过程的粘度变化。
常用的增稠剂：
粘度（Pa.S）
IIA族金属氧化物或氢氧化物：
103
MgO、 Mg(OH)2、 CaO、 Ca(OH)2
102
应用较广的增稠剂
10
特点：增稠速度快，短时
间内能达到最高粘度。
1.0
MgO增稠的效果，与MgO活性和 加入量有很大的关系。
MgO
10 份
5份
2份 1份
60 120 180 时间（min）
MgO用量对不饱 和聚酯增稠特性 的影响
不饱和聚酯树脂：在聚酯化缩聚反应结束后，趁热加入一定 量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之 为不饱和聚酯树脂。
分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化 合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。
分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征， 环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由 于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型 的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状 结构的高聚物。
将混有引发剂和促进剂的不饱和聚酯树脂从喷枪喷 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。待沉 为积改到进一手定糊厚成度型，工用艺手而辊开滚发压的，一使种纤半维机浸械透化树成脂型、工压艺，是 手糊实工并艺除的去变气形泡。，最后固化成制品。
玻璃纤维无捻粗纱
聚酯树脂
聚丙烯
CH2 CH n
CH2 CH Cl
聚氯乙烯
聚苯乙烯
CH2 O n
聚甲醛
O HO CH2CH2 O C
HO
CH3 C CH3
聚碳酸酯
O OC
n
O
C O n 聚对苯Hale Waihona Puke Baidu甲酸乙二醇酯
O
+ HO CH2CH2 OH
HO C
O C OH
12.2 聚合物基复合材料的制造技术
聚合物基复合材料的制造把复合材料的制 造和产品的制造融合为一体。
通用型 耐化学介质腐蚀型 耐高温型 阻燃型
常温常压固化成型 高温加压固化成型
热固性树脂基复合材料
热塑性树脂基复合材料
12.1.1 热固性树脂基复合材料
聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。 饱和聚酯：没有非芳族的不饱和键
O CO
不饱和聚酯：含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或酸 酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和不 饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。
12 聚合物基复合材料
聚合物基复合材料：以聚合物为基体的复合材料。
复合材料中研究最早、发展最快的一类复合 材料。在现代复合材料领域中占有重要的地位， 在国民经济建设中发挥了越来越重要的作用。
分类
复合材料
增强纤维种类
基体材料性能
复合材料成型 固化方式 聚合物基体的 结构形式
玻璃纤维增强型 碳纤维增强型 芳纶纤维增强型
压实辊 树脂
手糊成型示意图
(1) 不受尺寸、形状的限制，适宜尺寸大、批量小、 形状复杂产品的生产； (2) 设备简单、投资少、设备折旧费低，成本低； (3) 工艺简单； (4) 可在任意部位增补增强材料，易满足产品设计要 求； (5) 产品树脂含量高，耐腐蚀性能好。
(1) 生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条 件差； (2) 产品质量不易控制，性能稳定性差； (3) 产品力学性能较低。
根据增强体和基体材料种类的不同，需要 应用不同的制造工艺和方法。
根据基体材料不同分类：
热固性树脂复合材料的制造方法：手糊成型 法、喷射成型法、模压成型法、注射成型法、 RTM成型法(注射成型法)等。
热塑性复合材料的制造方法：模压成型法、 注射成型法、RTM成型法、真空热压成型法、 缠绕成型法等。
模具 准备
树脂胶 液配制
增强材 料准备
涂脱模剂
手糊成型
纤维增强材料和树 脂胶液在模具上铺 覆成型，室温(或加 热)、无压(或低压) 条件下固化，脱模 成制品的工艺方法。
固化 脱模 后处理 手糊成型工艺流程
检验
制品
胶衣是赋予复合材料制品表 面的一层美观、耐化学品侵 待增浸强树材脂料其蚀的起、到耐保擦护伤作和用耐的老表化面等涂的层对。 可选用胶衣
加热
引发剂 促进剂
静态混合 脱模
模具
切割 喷枪
固化
喷射 成型
辊压
工艺流程
(1)生产效率比手糊法提高2~4倍； (2)利用粗纱代替织物，降低了材料成本； (3)成型过程中无接缝，制品的整体性好； (4)减少了飞边、裁屑和剩余胶液的损耗； (5)可自由调节产品壁厚、纤维与树脂的比 例及纤维的长度。
(1) 产品的均匀程度在很大程度上取决于操 作工人的熟练程度； (2) 树脂含量高，增强纤维短，制品的强度 较低，耐温性能差； (3) 因过量喷涂而造成原材料损耗大； (4) 阴模成型比阳模成型难度大，小型制品 比大型制品难度大； (5) 现场粉尘大，工作环境恶劣； (6) 初期投资比手糊成型大。