复合材料制备技术讲义3-预浸料
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准粗纱角度为82°。其制品在一定 方向的强度是钢材的4倍，而质量是 钢材的1/2。
3.7.1 山东金源玻璃钢有限公司SMC模塑料工艺流程图
3.7.2 SMC机组
3.7.2 SMC机组 1000mm/SMC机组
3.7.3 SMC模塑料树脂糊配方
1）国内SMC树脂糊配方
196＃树脂
100
苯乙烯
20
SMC是用UP、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂 和着色剂等混合成树脂糊浸渍短切玻璃纤维粗纱或玻璃纤维毡，并在两面用聚 乙烯或聚丙稀薄膜包覆起来形成的片状模压成型材料。
Mg(OH)2
苯乙烯 Ca(OPMH)M2 A
甲基丙烯酸甲酯MgOPS
乙烯基甲苯 CaPOVAc
邻苯二甲酸二丙烯酯
复合材料 成型与加工技术
曾竟成 教授 杜 刚 讲师
第3章 复合材料预浸料制备技术 3.1 预浸料定义
又称模塑料，是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续、短切纤维或 织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。是 进行铺层设计的基础，也是直接用来制造各种复合材料构件的原料。
3.2 商用预浸料性能要求
3.9 预浸料质量控制
化学性能
预浸料
物理性能 工艺性能
力学性能
红外光谱 高压液向色谱 粘性 铺覆性 树脂含量 树脂流动度 凝胶时间 挥发分含量 剪切性能 弯曲性能 剥离性能 疲劳性能
3.5 预浸料制备技术
热固性树脂基体预浸料制备技术 溶液浸渍法 热熔法
热塑性树脂基体预浸料制备技术 溶液浸渍法 热压法——热压机＋树脂粉末＋增强材料 热熔法 粉末浸渍法－悬浮液浸渍、流态化床浸渍、静电吸附
（1）溶液浸渍法
优点：纤维易被树脂浸透，便于制造薄厚两型预浸料，设 备造价较低。 缺点；需要去除并回收溶剂，树脂体积含量不易控制。
2.1.3 预浸料物理性能（表2－2） 2.1.4.1 3218Z/EW220复合材料的物理性能（表2－3）
2.1.4.2 层合板燃烧性能
层合板燃烧性能应符合表2—4的规定。 2.2 力学性能
3218Z/玻璃纤维织物层合板的力学性能见表2－5
2.3 工艺性能（表2－6）
2.4 使用性能 3218Z/EW220复合材料已用于某型号机夹层复合材料地板
氯乙烯－乙酸乙烯共聚物 20
过氧化二异丙苯
1
硬脂酸锌
2
氧化镁
3
碳酸钙
120
2）国外SMC树脂糊配方 OCF－E980 苯醌 过氧化苯甲酸特丁酯 硬脂酸锌 氧化镁 碳酸钙
100 500mg/kg 1 2.5 1.5 50
SMC井盖
防眩板 电表箱
3.8 预成型坯模塑料制备技术
预成型坯模塑料是预先将纤维仿制成与制品结构、形状、 尺寸相一致的坯料，在模内成型时再加入树脂混合物热压 成制品。（深度及外形尺寸较大而形状不太复杂的制品）
按非危险品运输，包装箱应平放，防止受潮，避免碰撞 或剧烈振动。 3.3 贮存
预浸料在室温20～23℃的贮存期为45天; -18℃的贮存为 12个月。 4 使用建议
可用于工作温度80℃以下飞机或其它装置的承力构件， 尤其是有阻燃性能要求的部件。
可用于热压罐、模压、真空袋各种成形工艺。
3.7 片状模塑料（Sheet Molding Compound, SMC ）制备技术
1.1 牌号及名称 3218Z/EW-220 中温固化环氧树脂/无碱玻璃纤维织物预浸料 3218Z/EW-100 中温固化环氧树脂/无碱玻璃纤维织物预浸料 3218Z/SW-280 中温固化环氧树脂/高强玻璃纤维织物预浸料 3218Z/SW-220 中温固化环氧树脂/高强玻璃纤维织物预浸料 3218Z/SW-110A 中温固化环氧树脂/高强玻璃纤维织物预浸料
（2）热熔法（直接热熔法和胶膜压延法） 直接热熔法
（2）热熔法 胶膜压延法
脱模纸
涂胶辊
聚乙烯薄膜
冷却辊
收卷
泵
树脂加热系统
Βιβλιοθήκη Baidu
优点：没有溶剂，预浸料挥发分含量低，可连续化生产。 缺点；不适合浸渍厚纤维或织物，高粘度树脂难于浸渍。
3.6 预浸设备
北京航空材料研究院自行研制48英寸热熔预浸机
3.6 预浸设备
北京航空材料研究院窄带预浸机
实例1：无纬布预浸料（单向预浸料）制备技术 滚筒法（溶液浸渍法）制备
1.树脂配方（重量比）
环氧树脂 100
固化剂 二乙烯三胺：8 聚酰胺树脂：50 BF3•MEA：3
稀释剂 120－140 100 120－140
2.工艺流程
无纬布原材料准备
增强 材料
树脂 基体
辅助 材料
1.2 基本组成
3218Z环氧树脂
无碱玻璃纤维织物
高强玻璃纤维织物。 1.3 材料标准
Q/6S 1842 －2002《3218Z阻燃型环氧树脂溶液》； Q/6S1841 －2002 《玻璃纤维织物/3218Z阻燃型预浸料》 1.4 使用工艺说明书
见Q/6S1841 －2002 《玻璃纤维织物/3218Z阻燃型预浸料》 1.5 供应状态
成卷供应，宽度900mm，长度50～100m。 1.6 应用概况
已用于某型号机复合材料夹层结构地板和壁板的生产。
1.7 研制及生产单位 北京航空材料研究院研制生产。
2 性能 2.1物理及化学性能 2.1.1 3218Z树脂的性能 （表2－1）
2.1.2预浸料外观 表面平整，颜色均匀一致；树脂分布均匀；无明显富树脂区 和贫树脂区，无皱褶，撕裂或其它永久变形。
滚筒排布机排纱 （或手工涂刷）
预浸料
常温晾置 或加热烘干
基本性能测试
稀释剂 准备
固化剂 准备
N
Y
复合材料构件
达到要求？
贮存
碳纤维无纬布 玻璃纤维无纬布
实例2：商用预浸料
—3218Z中温固化阻燃型环氧树脂玻璃织物预浸料
1．概述
3218Z是中温固化阻燃型环氧树脂。它可与各种玻璃纤维织物 复合制成预浸料，该预浸料可用热压罐法、真空袋法、模压法成 型复合材料。复合材料具有优良的力学性能、阻燃性能、耐环境 性能，可在80℃下长期工作。
PE
CBDTPHBCOPPP1211%%%硅碳硫氧%酸酸酸化烷盐盐盐物卵硬基类类类类蜡磷酯磷类酯酸酯酸
PVC
硬酯酸盐类
PB
SMC的种类
BMC
TMC
结构SMC
高强SMC
SMC
LS-SMC ITP-SMC
高弹SMC
低密度SMC
耐热SMC
耐燃SMC
TMC（Thick Molding Compound）, 厚B片M状C（模B塑u料lk ，MSolMdiCn一g C般om厚p度ou为nd）, 按 － （ （是 塑6少 用.纤 R连 不块 维 度 品3美 料聚 更（m维 续 连状 长 比国 。乙 广m纤形 纤 续S模 度，P烯 泛维MP态 维 纤塑 较TG薄C不M与 单 维公料 短低膜规C分 向 定司， ，，厚的则布 分 向最纤 填适度用分不布分先维料用可量布同）布发含含于，达）可、）展量量制降5、0分以S的较较造.低M8S为及高m低大M小成CmSS强C－，，型本MM。－模D纤强制，CC减C应 －HMC/CR是、一SM种C少－加D/或R。不纤加维填含料量，在短3切0 ％纤～维7含0％量，达树60脂％采～用80高％反，应玻性璃的纤间维苯 二定甲向酸分聚布酯，树树脂脂。含量在35％以下的 低片收状缩模SM塑C料（，Lo具w有Sh极rin好ka的ge流S动MC性）和， 采成用型低表收面缩，树其脂制或品加强入度热是塑普性通低S收M缩C 添制加品剂的制3造倍，。成品收缩可趋于零，适 渗 （ S性于 制M透 I、X续 加 玻n制 品Ct增 尺Me玻适 璃）造rpC稠 寸璃量 纤,e尺制是n片 稳纤或 维e寸品一t状 定e维不 以精r具种a模 性t，加 一度i有含n塑 。2g填 定高高有0料T％料 角和度7h0i～的度表c刚％k3片交i面性～n0g％状叉光、8P0聚模布洁r耐％oc酯塑置度冲定es树料，高s击向脂。标的连，
预浸料品种多样，能够满足不同成型方法对各类预浸料的要求。
不同规格、品种，不同性能的预浸料已商品化，可以适应国防工业和国民经济各个 部门的应用。
北航材研究院预浸料已被在研先进直升机选用，具有年产100万平方米的生产能力， 窄带预浸机年生产能力90万米。
美国亚利桑那州 ICI合成纤维复合材料公司，生产的977-3型韧化改性预浸渍材料， 被洛克希德公司用来制造F-22战斗机的机体。该项计划包括制造和安装11架F-22飞行试 验机，2架地面试验F-22机体，并对F-22机身中35％的复合材料进行性能测试研究工作。 977-3 改性预浸渍材料，是在宇航结构材料977 型树脂的的基础上，研制成功的一种新 配方。它是一种热固性和热塑性混用复合材料，具有良好的韧性、抗溶剂性，以及高性 能飞机必须具备的湿/性能等。这种新型预浸渍材料，在固化时能把工程热塑材料的刚 性和高温热固材料的特性，有机地融合在一起。ICI公司认为，由于研制成功这种新材 料，因此能与洛克希德公司合作完成为期 5年的项目计划
支耳毛坯
编织炭/炭毛坯
制备方法
（1）喷射预成型 短切的纤维和胶粘剂乳液同时喷射到一个旋转的敞开筛模上。 大尺寸预成型坯，纤维长度可调，纤维分布由手工控制。
（2）通风室预成型 在一个封闭室内将短切的纤维和胶粘剂乳液沉积在筛模上。
（3）湿浆室预成型
短切纤维悬浮在含有胶粘剂的水中，通过泵将水从筛模内 抽出，经烘干后即得到预成型坯。
❖具有较长的适用期（室温>1个月，－18℃> 6个月）； ❖可准确控制增强材料的含量和排列方向； ❖成型时应有适当的粘性和铺设性； ❖挥发分含量尽可能小（一般<2%，主承力构件预浸料<0.8%）
3.3 预浸料的原材料
碳纤维
纤维
玻璃纤维 芳纶纤维
热固性
增强材料
硼纤维 碳纤维织物
基体
织物
预浸料用增强体
和壁板蒙皮。 2.5使用工艺
预浸料制备采用溶液法。 复合材料成型采用热压罐法，固 化工艺见图2－1。
3218Z/EW-220热压罐成型工艺也可以用真空袋压法或模压 法成型。
3 其它 3.1 包装
每卷预浸料应用聚乙烯薄膜包覆并密封，预浸料外包装 应为硬质包装箱，并用软固定隔开，防止碰撞。 3.2 运输
玻璃纤维织物 芳纶纤维织物 混杂纤维织物
热塑性
预浸料用基体
环氧 酚醛 氰酸酯 双马来酰亚胺 聚酰亚胺 聚砜 聚醚砜 聚苯硫醚 聚醚酰亚胺 聚醚醚酮 聚酰亚胺
单向预浸带
窄预浸带
碳纤维织物预浸料 玻璃纤维织物预浸料
3.4 国内外预浸料制备技术情况
目前预浸料制造已成为一种专门的工艺技术，由专业化工厂进行生产，制造技术有 了很大提高，质量控制得到加强，实现了工艺过程的自动化，以保证产品的稳定性。
3.7.1 山东金源玻璃钢有限公司SMC模塑料工艺流程图
3.7.2 SMC机组
3.7.2 SMC机组 1000mm/SMC机组
3.7.3 SMC模塑料树脂糊配方
1）国内SMC树脂糊配方
196＃树脂
100
苯乙烯
20
SMC是用UP、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂 和着色剂等混合成树脂糊浸渍短切玻璃纤维粗纱或玻璃纤维毡，并在两面用聚 乙烯或聚丙稀薄膜包覆起来形成的片状模压成型材料。
Mg(OH)2
苯乙烯 Ca(OPMH)M2 A
甲基丙烯酸甲酯MgOPS
乙烯基甲苯 CaPOVAc
邻苯二甲酸二丙烯酯
复合材料 成型与加工技术
曾竟成 教授 杜 刚 讲师
第3章 复合材料预浸料制备技术 3.1 预浸料定义
又称模塑料，是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续、短切纤维或 织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。是 进行铺层设计的基础，也是直接用来制造各种复合材料构件的原料。
3.2 商用预浸料性能要求
3.9 预浸料质量控制
化学性能
预浸料
物理性能 工艺性能
力学性能
红外光谱 高压液向色谱 粘性 铺覆性 树脂含量 树脂流动度 凝胶时间 挥发分含量 剪切性能 弯曲性能 剥离性能 疲劳性能
3.5 预浸料制备技术
热固性树脂基体预浸料制备技术 溶液浸渍法 热熔法
热塑性树脂基体预浸料制备技术 溶液浸渍法 热压法——热压机＋树脂粉末＋增强材料 热熔法 粉末浸渍法－悬浮液浸渍、流态化床浸渍、静电吸附
（1）溶液浸渍法
优点：纤维易被树脂浸透，便于制造薄厚两型预浸料，设 备造价较低。 缺点；需要去除并回收溶剂，树脂体积含量不易控制。
2.1.3 预浸料物理性能（表2－2） 2.1.4.1 3218Z/EW220复合材料的物理性能（表2－3）
2.1.4.2 层合板燃烧性能
层合板燃烧性能应符合表2—4的规定。 2.2 力学性能
3218Z/玻璃纤维织物层合板的力学性能见表2－5
2.3 工艺性能（表2－6）
2.4 使用性能 3218Z/EW220复合材料已用于某型号机夹层复合材料地板
氯乙烯－乙酸乙烯共聚物 20
过氧化二异丙苯
1
硬脂酸锌
2
氧化镁
3
碳酸钙
120
2）国外SMC树脂糊配方 OCF－E980 苯醌 过氧化苯甲酸特丁酯 硬脂酸锌 氧化镁 碳酸钙
100 500mg/kg 1 2.5 1.5 50
SMC井盖
防眩板 电表箱
3.8 预成型坯模塑料制备技术
预成型坯模塑料是预先将纤维仿制成与制品结构、形状、 尺寸相一致的坯料，在模内成型时再加入树脂混合物热压 成制品。（深度及外形尺寸较大而形状不太复杂的制品）
按非危险品运输，包装箱应平放，防止受潮，避免碰撞 或剧烈振动。 3.3 贮存
预浸料在室温20～23℃的贮存期为45天; -18℃的贮存为 12个月。 4 使用建议
可用于工作温度80℃以下飞机或其它装置的承力构件， 尤其是有阻燃性能要求的部件。
可用于热压罐、模压、真空袋各种成形工艺。
3.7 片状模塑料（Sheet Molding Compound, SMC ）制备技术
1.1 牌号及名称 3218Z/EW-220 中温固化环氧树脂/无碱玻璃纤维织物预浸料 3218Z/EW-100 中温固化环氧树脂/无碱玻璃纤维织物预浸料 3218Z/SW-280 中温固化环氧树脂/高强玻璃纤维织物预浸料 3218Z/SW-220 中温固化环氧树脂/高强玻璃纤维织物预浸料 3218Z/SW-110A 中温固化环氧树脂/高强玻璃纤维织物预浸料
（2）热熔法（直接热熔法和胶膜压延法） 直接热熔法
（2）热熔法 胶膜压延法
脱模纸
涂胶辊
聚乙烯薄膜
冷却辊
收卷
泵
树脂加热系统
Βιβλιοθήκη Baidu
优点：没有溶剂，预浸料挥发分含量低，可连续化生产。 缺点；不适合浸渍厚纤维或织物，高粘度树脂难于浸渍。
3.6 预浸设备
北京航空材料研究院自行研制48英寸热熔预浸机
3.6 预浸设备
北京航空材料研究院窄带预浸机
实例1：无纬布预浸料（单向预浸料）制备技术 滚筒法（溶液浸渍法）制备
1.树脂配方（重量比）
环氧树脂 100
固化剂 二乙烯三胺：8 聚酰胺树脂：50 BF3•MEA：3
稀释剂 120－140 100 120－140
2.工艺流程
无纬布原材料准备
增强 材料
树脂 基体
辅助 材料
1.2 基本组成
3218Z环氧树脂
无碱玻璃纤维织物
高强玻璃纤维织物。 1.3 材料标准
Q/6S 1842 －2002《3218Z阻燃型环氧树脂溶液》； Q/6S1841 －2002 《玻璃纤维织物/3218Z阻燃型预浸料》 1.4 使用工艺说明书
见Q/6S1841 －2002 《玻璃纤维织物/3218Z阻燃型预浸料》 1.5 供应状态
成卷供应，宽度900mm，长度50～100m。 1.6 应用概况
已用于某型号机复合材料夹层结构地板和壁板的生产。
1.7 研制及生产单位 北京航空材料研究院研制生产。
2 性能 2.1物理及化学性能 2.1.1 3218Z树脂的性能 （表2－1）
2.1.2预浸料外观 表面平整，颜色均匀一致；树脂分布均匀；无明显富树脂区 和贫树脂区，无皱褶，撕裂或其它永久变形。
滚筒排布机排纱 （或手工涂刷）
预浸料
常温晾置 或加热烘干
基本性能测试
稀释剂 准备
固化剂 准备
N
Y
复合材料构件
达到要求？
贮存
碳纤维无纬布 玻璃纤维无纬布
实例2：商用预浸料
—3218Z中温固化阻燃型环氧树脂玻璃织物预浸料
1．概述
3218Z是中温固化阻燃型环氧树脂。它可与各种玻璃纤维织物 复合制成预浸料，该预浸料可用热压罐法、真空袋法、模压法成 型复合材料。复合材料具有优良的力学性能、阻燃性能、耐环境 性能，可在80℃下长期工作。
PE
CBDTPHBCOPPP1211%%%硅碳硫氧%酸酸酸化烷盐盐盐物卵硬基类类类类蜡磷酯磷类酯酸酯酸
PVC
硬酯酸盐类
PB
SMC的种类
BMC
TMC
结构SMC
高强SMC
SMC
LS-SMC ITP-SMC
高弹SMC
低密度SMC
耐热SMC
耐燃SMC
TMC（Thick Molding Compound）, 厚B片M状C（模B塑u料lk ，MSolMdiCn一g C般om厚p度ou为nd）, 按 － （ （是 塑6少 用.纤 R连 不块 维 度 品3美 料聚 更（m维 续 连状 长 比国 。乙 广m纤形 纤 续S模 度，P烯 泛维MP态 维 纤塑 较TG薄C不M与 单 维公料 短低膜规C分 向 定司， ，，厚的则布 分 向最纤 填适度用分不布分先维料用可量布同）布发含含于，达）可、）展量量制降5、0分以S的较较造.低M8S为及高m低大M小成CmSS强C－，，型本MM。－模D纤强制，CC减C应 －HMC/CR是、一SM种C少－加D/或R。不纤加维填含料量，在短3切0 ％纤～维7含0％量，达树60脂％采～用80高％反，应玻性璃的纤间维苯 二定甲向酸分聚布酯，树树脂脂。含量在35％以下的 低片收状缩模SM塑C料（，Lo具w有Sh极rin好ka的ge流S动MC性）和， 采成用型低表收面缩，树其脂制或品加强入度热是塑普性通低S收M缩C 添制加品剂的制3造倍，。成品收缩可趋于零，适 渗 （ S性于 制M透 I、X续 加 玻n制 品Ct增 尺Me玻适 璃）造rpC稠 寸璃量 纤,e尺制是n片 稳纤或 维e寸品一t状 定e维不 以精r具种a模 性t，加 一度i有含n塑 。2g填 定高高有0料T％料 角和度7h0i～的度表c刚％k3片交i面性～n0g％状叉光、8P0聚模布洁r耐％oc酯塑置度冲定es树料，高s击向脂。标的连，
预浸料品种多样，能够满足不同成型方法对各类预浸料的要求。
不同规格、品种，不同性能的预浸料已商品化，可以适应国防工业和国民经济各个 部门的应用。
北航材研究院预浸料已被在研先进直升机选用，具有年产100万平方米的生产能力， 窄带预浸机年生产能力90万米。
美国亚利桑那州 ICI合成纤维复合材料公司，生产的977-3型韧化改性预浸渍材料， 被洛克希德公司用来制造F-22战斗机的机体。该项计划包括制造和安装11架F-22飞行试 验机，2架地面试验F-22机体，并对F-22机身中35％的复合材料进行性能测试研究工作。 977-3 改性预浸渍材料，是在宇航结构材料977 型树脂的的基础上，研制成功的一种新 配方。它是一种热固性和热塑性混用复合材料，具有良好的韧性、抗溶剂性，以及高性 能飞机必须具备的湿/性能等。这种新型预浸渍材料，在固化时能把工程热塑材料的刚 性和高温热固材料的特性，有机地融合在一起。ICI公司认为，由于研制成功这种新材 料，因此能与洛克希德公司合作完成为期 5年的项目计划
支耳毛坯
编织炭/炭毛坯
制备方法
（1）喷射预成型 短切的纤维和胶粘剂乳液同时喷射到一个旋转的敞开筛模上。 大尺寸预成型坯，纤维长度可调，纤维分布由手工控制。
（2）通风室预成型 在一个封闭室内将短切的纤维和胶粘剂乳液沉积在筛模上。
（3）湿浆室预成型
短切纤维悬浮在含有胶粘剂的水中，通过泵将水从筛模内 抽出，经烘干后即得到预成型坯。
❖具有较长的适用期（室温>1个月，－18℃> 6个月）； ❖可准确控制增强材料的含量和排列方向； ❖成型时应有适当的粘性和铺设性； ❖挥发分含量尽可能小（一般<2%，主承力构件预浸料<0.8%）
3.3 预浸料的原材料
碳纤维
纤维
玻璃纤维 芳纶纤维
热固性
增强材料
硼纤维 碳纤维织物
基体
织物
预浸料用增强体
和壁板蒙皮。 2.5使用工艺
预浸料制备采用溶液法。 复合材料成型采用热压罐法，固 化工艺见图2－1。
3218Z/EW-220热压罐成型工艺也可以用真空袋压法或模压 法成型。
3 其它 3.1 包装
每卷预浸料应用聚乙烯薄膜包覆并密封，预浸料外包装 应为硬质包装箱，并用软固定隔开，防止碰撞。 3.2 运输
玻璃纤维织物 芳纶纤维织物 混杂纤维织物
热塑性
预浸料用基体
环氧 酚醛 氰酸酯 双马来酰亚胺 聚酰亚胺 聚砜 聚醚砜 聚苯硫醚 聚醚酰亚胺 聚醚醚酮 聚酰亚胺
单向预浸带
窄预浸带
碳纤维织物预浸料 玻璃纤维织物预浸料
3.4 国内外预浸料制备技术情况
目前预浸料制造已成为一种专门的工艺技术，由专业化工厂进行生产，制造技术有 了很大提高，质量控制得到加强，实现了工艺过程的自动化，以保证产品的稳定性。