复合材料工艺和设备

第一章

1.复合材料定义：是指两种或两种以上不同材料，用适当的方法复合成一种新材料，其性能比单一材料性能优越。根据基体材料不同，分为金属基复合材料，非金属基复合材料，树脂基复合材料

2.复合材料最大特点，是性能具有可设计性。影响复合材料性能的因素很多，主要取决于增强材料的性能，含量及分布情况，基体材料的性能和含量，以及它们之间的界面结合情况。

3.树脂基复合材料的使用温度一般为60摄氏度到250摄氏度；金属基复合材料为400摄氏度到600摄氏度；陶瓷基复合材料为1000摄氏度到1500摄氏度。复合材料硬度主要取决于基体材料的性能，一般硬度为陶瓷基复合材料大于金属基复合材料大于树脂基复合材料

4.就力学性能而言，复合材料的力学性能取决于增强材料的性能，含量和分布，以及基体材料的性能和含量。

复合材料的耐自然老化性能，取决于基体材料的性能和与增强材料的界面粘结。一般优劣次序为，陶瓷基复合材料大于金属基复合材料大于树脂基复合材料。

导热性能的优劣比较为：金属基复合材料大于陶瓷基复合材料大于树脂基复合材料。

5.选择成型方法时应考虑：

①产品外形构造和尺寸大小

②材料性能和产品质量要求

③生产批量大小及供应时间（允许的生产周期）要求

④企业可能提供的设备条件及资金

⑤综合经济效益，保证企业盈利

第二章

1.手糊成型：又称接触成型。是用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型，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。

手糊成型按成型固化压力可分为两类：接触压和低压（接触压以上）。前者为手糊成型，喷射成型。后者包括对模成型，真空成型，袋压成型，热压釜成型，树脂传递模塑（RTM）和反应注射模塑（RIM）成型。

2.聚合物基体的选择：能配置成粘度适当的胶液，适宜手糊成型的胶液粘度为200-500厘泊聚合物集体包括不饱和聚酯树脂，环氧树脂和辅助材料。其中，辅助材料包括稀释剂（分为活性稀释剂和非活性稀释剂），填料（在糊制垂直或倾斜面层时，为避免“流胶”，可在树脂中加入少量活性SiO2处变剂），色料。

3.增强材料包括玻璃纤维（E-玻璃纤维，也称无碱纤维；C-玻璃纤维；A-玻璃纤维，有碱纤维；S-玻璃纤维，高强纤维；M-高弹玻璃纤维；L-防辐射玻璃纤维），碳纤维（聚丙烯腈纤维，沥青纤维，粘胶纤维），Kevlar纤维。

玻璃纤维制品：玻璃纤维无捻粗纱，短切纤维毡，无捻粗砂布，玻璃纤维细布，单向织物4.手糊成型模具分为单模和对模。单模分为阳模和阴模。

玻璃钢高级模具：用玻璃钢制作，可获得“镜面效果”的，高光泽度，高平整度手糊制品的模具。

高级模具的要求：

（1）具有足够的强度、刚度。

（2）具有一定硬度、耐热性能承受树脂固化放热的收缩作用。

（3）工作面外形尺寸精确，表面平顺，无潜藏气泡和针孔。

（4）光泽度达到80-90光泽单位或者目测有清晰的镜面反光。

（5）抛光后模具表面残留划痕度小于0.1μm。

5.材料选择：

（1）胶衣树脂：应具有收缩率低，延伸率高，耐磨耐热等优良性能。最理想的是专用模具胶衣树脂。

（2）玻璃纤维表面毡和玻璃纤维短切毡：毡用来增强胶衣防止微裂纹；形成富树脂层，提高模具表面光洁度和耐腐蚀性能；消除玻璃布在模具表面产生的布纹痕迹。

制造工艺：

（1）过渡模（母模）制造

（2）GFRP模具翻制

（3）模具表面处理

（4）模具表面质量检测

6.脱模剂：为了使制品与模具分离而附于模具成型面的物质。主要分为：薄膜型脱模剂，混合溶液型脱模剂，蜡型脱模剂。

脱模蜡的使用温度在80摄氏度以下，使用方法：

（1）将模具清洗干净

（2）在模具表面均匀的涂一薄层脱模蜡，停2-3分钟后，用干净毛巾用力擦至照出人影，停2小时，让蜡层中的溶剂挥发掉，并使蜡模硬化，在模具表面形成一层坚硬光亮的模层。然后再用相同的方法继续涂脱模蜡，直到模具表面上形成的蜡模厚度足够反复多次使用。（3）制品脱模后，只需把模具表面揩干净，即可重复使用。

7.表面层：制品表面需要特制的面层，称为表面层。一般采用加了颜料的胶衣树脂（俗称胶衣层）制作，也可用加入粉末填料的普通树脂制作，或直接用玻璃纤维表面毡。表面层树脂含量高，故也称富树脂层。

表面层的作用：不仅可以美化制品，而且可以保护制品不受周围介质侵蚀，提高耐侵蚀、耐水、耐酸碱、耐候等性能，具有延长制品使用寿命的功能。

8.铺层拼接的设计原则：制品强度损失小，不影响外观质量和尺寸精度，施工方便。拼接的形式有搭接和对接两种，以对接为宜。对接式铺层可保持纤维的平直性，产品外形不发生畸变，并且制品外观和质量分布的重要性好。为不致降低接缝区强度，各层的接缝必须错开，并在接缝区多加一层附加布。

9.欲使不饱和聚酯树脂的线性分子与交联剂变成体型结构，必须加入引发剂。引发剂指活性较大含有共价键的化合物。在一定条件下，可以受热分解产生游离基。游离基是一种能量很高的活性物质，它能把双键打开，以游离基的聚合方式进行聚合，达到交联固化的目的。引发剂开始产生游离基的最低温度为临界温度，大多在60-130摄氏度。

在室温下引发剂不能分离出游离基（低于临界温度），故必须加入促进剂。促进剂实为活性剂，它能促使引发剂在较低温度下分解产生大量游离基，降低固化温度，加快固化度和减少引发剂用量。

10.固化度：表明热固性树脂固化反应的程度，通常用百分率表示。固化度越大，树脂的固化程度越高。一般通过调控树脂胶液中固化剂的含量和固化温度来实现。对于室温固化的制品，都必须有一段适当的固化时期，才能充分发挥玻璃钢制品的应用性能。

判断玻璃钢固化度的方法：除采用丙酮萃取测定树脂不可溶分含量方法之外，常用的简单方法是测定制品巴氏硬度。一般达到15时便可脱模，尺寸精度要求高的制品，达到30方可脱模。

11.喷射成型：通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时喷射到模具表面，经棍压、固化制得复合材料制件的方法。分为压力罐供胶试喷射成型机和泵供胶试喷射成型机。

喷射成型设备：玻璃纤维切割喷射器，树脂胶液喷枪，静态混合器

12.热压釜：能够对复合材料手糊制品或胶接结构同时进行加热和加压的专用设备。