第三章 树脂基复合材料及其制备工艺

袋压成型
袋压成型工艺可分为两种：加压袋法和真空袋法
袋压成型工艺
在装袋以前的各工序与手糊成型法或喷射成型法相同.
装袋 对于大多数环氧树脂系统，必须将湿法糊制的制品加热， 以降低树脂的黏度。这可以使用空气加热枪或将整个制 品放入约65℃的炉子中。
固化 袋压成型工艺的固化制度，必须根据所用树脂类型、模 具种类、制品厚度等条件经过试验确定。袋压成型的加 热方法可以把加热元件直接放在模具内，也可以用载热 体——空气、二氧化碳、蒸汽、水、油等加热。
由A阶转到B阶，即得到需要的玻璃纤维胶布。
A阶树脂是线型树脂，能溶解于酒精或丙酮中，一般是指 从合成釜中生产得到的树脂。 B阶树脂是A阶树脂经进一步反应而转变成支链型的树脂， 其中部分树脂已接近凝胶，因此B阶树脂只能部分溶解于 酒精或丙酮中。 C阶树脂是已转变成体型结物的不溶不熔的较完全固化了 的树脂。
料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在选择材料、设 计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、 结构形状和外观质量要求等。
➢制品成型比较简单方便 所需工序及设备要比其它材料简单的多，对于某些制品仅需一套
模具便能生产
手糊成型工艺
手糊成型——又称接触成型
用于制备热固性树脂复合材料的一种最原始、最简单 的成型工艺。用手工将增强材料的纱或毡铺放在模具中， 通过浇、刷或喷的方法加上树脂； 纱或毡也可在铺放前用 树脂浸渍，用橡皮辊或涂刷的方法赶出其中的空气。如此 反复，直到所需厚度。固化通常在常温、常压下进行，也 可适当加热，或常温时加入催化剂或促进剂以加快固化。
聚合物基复合材料及其制备工艺
3-1 聚合物复合材料的分类 3-2 聚合物复合材料的性能 3-3 聚合物复合材料的制备工艺 3-4 复合材料成型固化工艺 3-5 PMC界面聚合物复合材料 3-6 纤维增强聚合物复合材料的力学性能 3-7 聚合物复合材料设计
聚合物复合材料的分类
纤维增强（FRC） （1）按纤维形态： 连续纤维和非连续纤维； （2）按铺层方式：单向；织物；三维； （3）按纤维种类：玻璃纤维；碳纤维； 芳纶（Kevlar）纤维；混杂纤维；
占80% 。
⑵、环氧玻璃钢 综合力学性能最好，耐蚀性好；粘度大，施工困难。
⑶．酚醛玻璃钢 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达1000℃；
电学性能好，耐电弧。
玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
赛艇、帆船壳体
体育馆采光
透光型玻璃钢
GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点： ⑴、比重最轻1.1～1.6 ⑵、抗儒变性等力学性能明显提高 ⑶、热学性能大大改善>50% ⑷、尺寸稳定性提高
10、压力袋成型 11、树脂注射和树脂传递模塑成型 12、卷制成型 13、真空辅助注射成型 14、离心浇铸成型 15、片状（团状）模塑成型 16、连续板材成型
目前我国还是以手糊成型为主，在树脂基复合材 料中约占80%。
成型工艺特点
➢材料制造与制品成型同时完成 一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材
2 一次脱模蜡M-08811 美国Meguiars公司
3 脱模蜡
日本竹内化成株式会社
4 多次脱模蜡
美国FinishKare公司
5 脱模蜡
常州助剂厂
6 脱模蜡
江阴第二合成化工厂
手糊成型工艺
⑵、胶液配方
手糊成型工艺
手糊成型工艺
(3)、模具
模具是复合材料手糊成型工艺中的主要装备，模具的结构形 式和材料对复合材料制品的质量和生产成本有很大的影响。
1.2
1.8
1.4
比强度
600
1120
180
拉伸模 量,GPa
42
130
210
比模量
21
81
27
热膨胀系 数(10-6/K)
8
0.2
12
铝
钛
2.8 4. 5 0.48 1. 0 170 210 77 110 27 25 23 9.0
GF增强热固性塑料（GFRP）---- 玻璃钢
⑴、聚酯玻璃钢 加工性能最好。低粘度，可室温固化；价低，用量
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。
层压成型
（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。
如制品需涂漆，则可先将表面残存的脱模剂去除，然后按一般的油 漆工艺进行上漆。
手糊成型工艺
手糊成型工艺的优点： 1、不受尺寸、形状的限制； 2、设备简单、投资少； 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。
手糊成型工艺的缺点 1、生产效率低，劳动强度大，卫生条件差； 2、产品性能稳定性差； 3、产品力学性能较低。
➢要符合制品设计的精度要求 ➢要有足够的强度和刚度
防止生产过程中外力对模具的损坏，以延长模具的使用周期 ➢要容易脱模 ➢成本低,材料易得
手糊成型工艺
(3)、模具
手糊成型工艺所使用的模具分单模和对模两类。单模又分阴 模和阳模两种;不论单模或对模都可以根据上艺要求设计成整体 式或拼装式。
手糊成型工艺
袋压成型 袋压成型是最早最广泛用于预浸料成型的工艺之一。
将铺层铺放在模具中，依次铺上脱膜布、吸胶层、隔 离膜、袋膜等，在热压下固化。经过所需的固化周期后， 材料形成具 有一定结构形状的构件.
袋压法的优点：制品两面较平滑；能适应聚脂、环氧 及酚醛树脂；制品质量高，成型周期短; 缺点:成本较高，不适用于大尺寸制品。
150℃，出口段100℃以下。
立式上胶机：
层压成型
层压成型
层压成型
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····）
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。
层压成型
手糊玻璃钢赛舟
时间 ---- 24小时脱模，一周使用。
手糊成Βιβλιοθήκη Baidu工艺
(6)、脱模、修整及装配
当制品固化到脱模强度时，便可以进行脱模；脱模最好用木制或 铜制工具，以防将模具或制品划伤.
脱模后的制品要进行机械加工，去除飞边、毛刺，修补表面和内部 缺陷。
大型玻璃钢制品往往分几部分成型，机加工后要进行拼接组装，组 装时的连接方法有机械连接和胶结两种。最可靠的办法是两种方法同时 使用。
喷射成型
按喷射方式分类，可分为两种。 ①高压型 (a)用泵把树脂送入喷枪，利用泵压进行喷
射； (b)用空压机将树脂罐和固化剂罐加压树脂，
在该压力下将树脂和固化剂压入喷枪进行喷射。 ②气动型 树脂和固化剂的混合物借压缩空
气喷出的力与空气雾化、喷出。
喷射成型
喷射成型的优点是： ①利用粗纱代替玻璃布，可降低材料费用； ②半机械操作，生产效率比手糊法高2-4倍，尤其对大型 制品，这种优点更为突出， ③喷射成型无接缝，制品整体性好； ④减少飞边、裁屑和剩余胶液的损耗。 喷射成型的缺点是: 树脂含量高，制品强度低，现场粉尘大，工作环境差。
层压成型 复合材料层压板的生产工艺流程:
层压成型
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。
树 脂： 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。
层压成型
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
喷射成型
这是一种半机械化成型技术。它是将混有引发剂的树脂和混有 促进剂的树脂分别从喷枪两侧喷出或混合后喷出，同时将纤维用 切断器切断并从喷枪中心喷出，与树脂一起均匀地沉积在模具上， 待材料在模具上沉积一定厚度后，用手辊压实，除去气泡并使纤 维浸透树脂，最后固化成制品。
喷射成型
对原材料的要求: ➢ 树脂体系的黏度要适中; ➢ 容易喷射雾化,脱出气泡 ➢ 浸润纤维 ➢ 不带静电
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。
层压成型
合适的张力可以使布平整地进入胶槽。 （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； 第二阶段：取决于内部扩散。 a、温度制度 卧式上胶机： 进口段90～110℃，中部烘干段120～
高强度纤维增强塑料
⑴、C纤维增强塑料 比强度，比模量最高的材料；耐腐蚀耐热都很
好。抗冲击性差，价格昂贵。
⑵、芳纶纤维增强塑料 • 与塑料相容性好，价格适中，应用前景广泛。 • 抗拉强度与C纤维相当，冲击强度远高于C纤维；
振动衰减是玻璃钢的4～5倍。 • 抗压性能差。
⑶、B纤维增强塑料 突出优点是刚度好，价格比C纤维还贵。
(4)、糊制
刷胶衣： 纵横各一遍，施胶量300～500 g/m2 ， 厚度0.25～0.5mm。
结合层糊制：待胶衣半固化后进行，用柔软的表面毡作过渡层，再 贴纤维。铺层尽可能连续，错位对接，严禁搭接。
手糊成型工艺
(5)、固化
不饱和聚酯：
固化剂 ---- 苯乙烯 引发剂 ---- 过氧化物 促进剂 ---- 有机钴 温度 ---- > 15℃ 湿度 ---- < 80%
层压成型
层压成型工艺，是把一定层数的浸胶布(纸)叠在一起，送 入多层液压机，在一定的温度和压力下压制成板材的工艺。层 压成型工艺属于干法、压力成型范畴，是复合材料的一种主要 成型工艺。
层压成型工艺的特点是制品表面光洁、质量较好且稳定以及 生产效本较高。缺点是只能生产板材，产品的尺寸大小受设备 的限制.
层压成型 （2）、可溶性树脂含量控制
X2＝
W 1 W 3 100% W1 W 2
W3——溶解后胶布质量； X2——可溶树脂含量。 可溶性树脂含量通过对干燥温度、时间调整来控制。
烘干温度高、时间长，可溶性树脂含量降低，反之可 溶性树脂含量高；各种胶布的可溶性树脂含量控制指标
见P140，表6-2。
（3）挥发份含量控制
⑷、SiC纤维增强塑料 突出优点是与树脂相容性好。
碳纤维头盔
地铁闸瓦
C 纤 维 增 强
芳 纶 纤 维 增 强
CM的成型工艺（树脂基） 目前在生产上经常采用的成型方法有16种： 1、手糊成型——湿法铺层成型 2、夹层结构成型（手糊法、机械法） 3、模压成型 4、层压成型 5、缠绕成型 6、拉挤成型 7、注射成型 8、喷射成型 9、真空袋压力成型
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。
（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
张力大小取决于：布自重、及布与各导向辊之间的 摩擦力。
晶须增强（WRC） 粒子增强（PRC）
聚合物复合材料的性能
高比强、高比模量 设计性强、成型工艺简单 耐腐蚀、抗疲劳性能好 高温性能好 减震性能好
安全性能好
聚合物复合材料的性能
GFRP
CFRP
材料
玻璃纤维增强热固 碳纤维增强热 性塑料（玻璃钢） 固性塑料
钢
密度, g/cm3
2.0
1.6
7.8
拉伸强 度,GPa
X3＝
W1 W4 W1
100%
W4——烘干后胶布质量。
层压成型
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%。
（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。
手糊成型工艺
工艺过程： 模具 → 涂脱模剂 → 刷胶衣 → 刷树脂 → 贴增强剂 → 固化 → 脱模 → 后处理→ 成品
⑴、原料选择 基体：液态热固性预聚体。 纤维：纤维布、毡、无捻粗纱。 脱模剂：脱模蜡，塑料薄膜，有机硅类，改性甘油三 乙酸酯类。
手糊成型工艺
蜡型脱模剂
编号
名称
产地
1 多次脱模蜡M-0811 美国Meguiars公司
胶布质量指标及控制方法
（1）、含胶量的控制
X1＝
W1 W 2 W1
100%
W1——胶布质量 g； W2——坯布质量 g； X1——胶布含胶量 ％。 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。
层压成型
实际生产中含胶量控制方法： 1）、调整胶液粘度； 2）、调整浸胶时间； 3）、调节胶辊间距