复合材料工艺及设备
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复合材料工艺及设备
李地红
1 绪论
• 复合材料 多种材料通过适当的物理方法组 合到一起形成的新的材料。 • 复合材料工艺 复合材料成型过程以及成型 手段等。
1.1 复合材料工艺
• 复合材料设计包括： 功能设计-根据使用要求及使用环境，设计 出具备使用要求和适合使用环境的复合材 料； 结构设计-保证复合材料在使用周期内不失 效，是保证复合材料正常发挥使用功能的 保障； 工艺设计-实现设计方案过程的设计。
4.2.1片状模塑料的组成 4.2.1.1 树脂 4.2.1.2 引发剂 4.2.1.3 填料 4.2.1.4 内脱模剂 4.2.1.5 着色剂 4.2.1.6 增强材料 4.2.1.7 增稠剂
纤维毡片机
带式机
辊式机
鼓轮式机
4.2.3 片状模塑料的模压成型工艺
5 模压成型设备
5.1 模具
• • • •
5.1.1.1 压模分类 密闭式压模 敞开式压模 半密闭式压模和半密闭式逆压模
6 层压与卷管
• 6.1 预浸布工艺 • 6.2 层压工艺 • 6.3 卷管工艺
7 缠绕工艺
• 7.1 概述
7.2 纤维缠绕工艺
2 手糊成型工艺
• 手糊属于接触成型工艺，用增强材料和树 脂胶液在模具上铺敷成型，然后在室温 （或加温），常压（或低压、高压）条件 下固化，脱模成制品的方法。
• 手糊是出现比较早的工艺方法，也是目前 占比例较大的成型方法。 • 手糊可进行大型、异性、短周期、低成本 制品成型
• 手糊成型优点：
不受产品尺寸和形状限制，适合批量小、大 尺寸、形状复杂制品的生产 设备简单，投资少设备折旧费用低 工艺简单 易满足设计要求，可任意增补、填充、混杂 树脂含量高，耐腐性能好 • 缺点 生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差 产品质量不易控制，性能稳定性差 产品力学性能低
复合材料工艺发展特点
• 复合材料工艺的出现和发展是为了适应和生产 新品种的复合材料及制品的要求，同时，复合 材料工艺的完善，保证了复合材料性能的实现。 • 复合材料工艺的发展，基于复合材料科学的基 本理论的发展，也对复合材料科学理论发展具 有促进作用。 • 复合材料工艺从简单、繁琐的手工工艺生产到 机械化、程序化、智能化生产，从单件生产到 批量生产，继承传统工艺，又依托高新技术。 • 复合材料发展提高了人们对复合材料的认识， 对复合材料发展有重大推动作用。
7.3.2 平面缠绕
7.3.3 螺旋缠绕
切点法分析缠绕规律
缠绕规律
转速比：芯模转数与导丝头往返次数的比值
• 环向缠绕
• 平面缠绕
• 螺旋缠绕
2.1 原材料选择
• 合理选择原材料，以满足设计要求，保证 质量，降低成本为前提。 • 主要要求 1）产品设计性能要求 2）手糊成型工艺要求 3）价格便宜，资源充分
2.1.1 基体材料的选择
• 可在常温常压下固化，在固化过程中不产 生低分子产物 • 可配制成粘度适当的胶液 • 无毒或低毒 • 价格便宜 • 资源充分
• 手糊中常用环氧树脂和聚酯树脂
2.1.2 增强材料
• 增强材料选择原则 易浸润 柔软 满足性能要求 价格便宜 资源充分
2.1.3 辅助材料
1.2.3.2 填料
1.3 模具
1.7 玻璃钢的修补
2 玻璃钢夹层结构
• 2.1 概述
4.1.1.3 模压料的质量控制
1.3 复合材料成型工艺简介
• • • • • • • • • 手糊 真空袋压 压力袋 树脂注射和树脂传递 喷射 真空辅助树脂注射 夹层结构 模压 注射 • • • • • • • 挤出 缠绕 拉挤 连续成型 卷管 热塑性冲压 离心浇铸
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1.4 复合材料工艺选择和设计原则
• • • • • • • 产品外形 材料性能 产品精度 批量和生产周期 设备 资金 效益
1.2 复合材料工艺发展
• 传统复合材料一般是指纤维增强塑料。
• 复合材料发展很大程度上与工艺发展密切 相关，复合材料工艺发展是复合材料发展 的基础和条件。 • 复合材料成型某种意义上也是塑料成型工 艺。 • 复合材料工艺包括：接触成型、常温成型、 高温成型、压力成型、负压成型等。
• 1940年，手糊复合材料雷达罩。 • 1944年，美国采用压力成型军用飞机翼试 飞成功，同时出现了复合材料夹芯结构。 • 1946年，缠绕工艺。 • 1950年，压力成型、负压成型。 • 1960年，出现了喷射成型工艺。 • ？？模压工艺、层压工艺。
• 7.2.1 原材料选择 增强材料 基体材料 • 7.2.2 芯模 • 芯模材料：石膏，水溶性材料，低熔点合 金，金属，石蜡，组合模具 • 7.2.3 内衬 • 金属内衬，橡胶内衬，塑料内衬 • 7.2.4 工艺参数 • 纤维烘干，浸胶，缠绕张力，落纱，固化
7.3 缠绕规律
7.3.1 环向缠绕
李地红
1 绪论
• 复合材料 多种材料通过适当的物理方法组 合到一起形成的新的材料。 • 复合材料工艺 复合材料成型过程以及成型 手段等。
1.1 复合材料工艺
• 复合材料设计包括： 功能设计-根据使用要求及使用环境，设计 出具备使用要求和适合使用环境的复合材 料； 结构设计-保证复合材料在使用周期内不失 效，是保证复合材料正常发挥使用功能的 保障； 工艺设计-实现设计方案过程的设计。
4.2.1片状模塑料的组成 4.2.1.1 树脂 4.2.1.2 引发剂 4.2.1.3 填料 4.2.1.4 内脱模剂 4.2.1.5 着色剂 4.2.1.6 增强材料 4.2.1.7 增稠剂
纤维毡片机
带式机
辊式机
鼓轮式机
4.2.3 片状模塑料的模压成型工艺
5 模压成型设备
5.1 模具
• • • •
5.1.1.1 压模分类 密闭式压模 敞开式压模 半密闭式压模和半密闭式逆压模
6 层压与卷管
• 6.1 预浸布工艺 • 6.2 层压工艺 • 6.3 卷管工艺
7 缠绕工艺
• 7.1 概述
7.2 纤维缠绕工艺
2 手糊成型工艺
• 手糊属于接触成型工艺，用增强材料和树 脂胶液在模具上铺敷成型，然后在室温 （或加温），常压（或低压、高压）条件 下固化，脱模成制品的方法。
• 手糊是出现比较早的工艺方法，也是目前 占比例较大的成型方法。 • 手糊可进行大型、异性、短周期、低成本 制品成型
• 手糊成型优点：
不受产品尺寸和形状限制，适合批量小、大 尺寸、形状复杂制品的生产 设备简单，投资少设备折旧费用低 工艺简单 易满足设计要求，可任意增补、填充、混杂 树脂含量高，耐腐性能好 • 缺点 生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差 产品质量不易控制，性能稳定性差 产品力学性能低
复合材料工艺发展特点
• 复合材料工艺的出现和发展是为了适应和生产 新品种的复合材料及制品的要求，同时，复合 材料工艺的完善，保证了复合材料性能的实现。 • 复合材料工艺的发展，基于复合材料科学的基 本理论的发展，也对复合材料科学理论发展具 有促进作用。 • 复合材料工艺从简单、繁琐的手工工艺生产到 机械化、程序化、智能化生产，从单件生产到 批量生产，继承传统工艺，又依托高新技术。 • 复合材料发展提高了人们对复合材料的认识， 对复合材料发展有重大推动作用。
7.3.2 平面缠绕
7.3.3 螺旋缠绕
切点法分析缠绕规律
缠绕规律
转速比：芯模转数与导丝头往返次数的比值
• 环向缠绕
• 平面缠绕
• 螺旋缠绕
2.1 原材料选择
• 合理选择原材料，以满足设计要求，保证 质量，降低成本为前提。 • 主要要求 1）产品设计性能要求 2）手糊成型工艺要求 3）价格便宜，资源充分
2.1.1 基体材料的选择
• 可在常温常压下固化，在固化过程中不产 生低分子产物 • 可配制成粘度适当的胶液 • 无毒或低毒 • 价格便宜 • 资源充分
• 手糊中常用环氧树脂和聚酯树脂
2.1.2 增强材料
• 增强材料选择原则 易浸润 柔软 满足性能要求 价格便宜 资源充分
2.1.3 辅助材料
1.2.3.2 填料
1.3 模具
1.7 玻璃钢的修补
2 玻璃钢夹层结构
• 2.1 概述
4.1.1.3 模压料的质量控制
1.3 复合材料成型工艺简介
• • • • • • • • • 手糊 真空袋压 压力袋 树脂注射和树脂传递 喷射 真空辅助树脂注射 夹层结构 模压 注射 • • • • • • • 挤出 缠绕 拉挤 连续成型 卷管 热塑性冲压 离心浇铸
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1.4 复合材料工艺选择和设计原则
• • • • • • • 产品外形 材料性能 产品精度 批量和生产周期 设备 资金 效益
1.2 复合材料工艺发展
• 传统复合材料一般是指纤维增强塑料。
• 复合材料发展很大程度上与工艺发展密切 相关，复合材料工艺发展是复合材料发展 的基础和条件。 • 复合材料成型某种意义上也是塑料成型工 艺。 • 复合材料工艺包括：接触成型、常温成型、 高温成型、压力成型、负压成型等。
• 1940年，手糊复合材料雷达罩。 • 1944年，美国采用压力成型军用飞机翼试 飞成功，同时出现了复合材料夹芯结构。 • 1946年，缠绕工艺。 • 1950年，压力成型、负压成型。 • 1960年，出现了喷射成型工艺。 • ？？模压工艺、层压工艺。
• 7.2.1 原材料选择 增强材料 基体材料 • 7.2.2 芯模 • 芯模材料：石膏，水溶性材料，低熔点合 金，金属，石蜡，组合模具 • 7.2.3 内衬 • 金属内衬，橡胶内衬，塑料内衬 • 7.2.4 工艺参数 • 纤维烘干，浸胶，缠绕张力，落纱，固化
7.3 缠绕规律
7.3.1 环向缠绕