聚合物基复合材料培训课件

FRP注射成型过程：
预浸渍料加入料筒，适当加温加压，当物料运 动到喷嘴时，粘度应达到最低值，并被迅速注入模 腔。在热压作用下固化定型，然后开模取出制品。
FRTP和FRP的注射成型特点对比
(1) FRTP可以反复加热塑化，物料 的熔融和硬化完全是物理变化； FRP加热固化后不能再塑化，固化 过程为不可逆反应。
热固性树脂复合材料的制造方法
6.挤出成型工艺 7.注射成型工艺 8.树脂传递模塑 9.反应注射模塑和增强型反应注射模
1.Biblioteka Baidu糊成型工艺
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
制造方法
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。
热固性树脂复合材料的制造方法
1.手糊成型工艺 2.喷射成型工艺 3.模压成型工艺 4.层压成型工艺 5.缠绕成型工艺
作业：比较FRTP和FRP的注射成型各有哪些特点？
8.树脂传递模塑
树脂传递模塑(Resin Transfer Molding, RTM)
工艺过程：
将热固性树脂及固化剂混合均匀后 注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封 模内，经固化、脱模制得制品的过程称 为树脂传递模塑，简称(RTM)。
RTM成型工艺特点
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
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聚合物基复合材料 陶瓷基复合材料
上海交通大学 材料科学与工程学院
2010.12.18
聚合物基复合材料内容
概述 制作工艺与方法 应用
定义
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。
。
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
蚀、耐擦伤和耐老化等的对
其起到保护作用的表面涂层
待浸树脂的
。
增强材料
压实辊
树脂
可选用胶衣
手糊成型示意图
优 点
(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。
配胶
控制胶含量。在一
浸胶
定温度、时间条件 下烘干，除去大部
烘干
分溶剂等挥发物并 使树脂有一定程度
胶布带搭接
胶布中间贮存 卷管
的固化，即得需要 的玻璃纤维胶布。
叠合
卷盘 布带缠绕
工艺流程
层压
层压成型工艺过程
预浸胶布制备、胶布裁剪、叠合、热压 、冷却、脱模、加工、后处理等工序
5.缠绕成型工艺
缠绕工艺： 将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，
9.反应注射模塑和增强型反应注射模塑
按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱 模成为复合材料制品的工艺过程。
决定产品形状的模具
小车
绕线筒
预浸槽 张力控制器
吐丝嘴
芯模
基本纤维缠绕机
胶液配制
纱团 集束 浸胶
烘干
络纱
湿
法
张力控制
缠
绕 纵、环向缠绕
成
型
芯模制造
工
艺
固化
脱模
缠绕工艺流程图
打模喷漆 成品
胶纱纱锭
干
张力控制
法 缠
加热粘流
绕 成
纵、环向缠绕
型 工
艺
干法缠绕
将预浸纱带(或预浸布)，在缠绕 机上经加热软化至粘流状态并缠绕 到芯模上的成型工艺过程。
湿法缠绕
将无捻粗纱(或布带)经浸胶后直接缠绕 到芯模上的成型工艺过程。
半干法缠绕
将无捻粗纱(或布带)浸胶后，随即预烘 干，然后缠绕到芯模上的成型工艺方法。
6.挤出成型工艺
工艺过程 ：
先将树脂和增强纤维制成粒料， 然后再将粒料加入挤出机内，经塑 化、挤出、冷却定型而成制品。
3.模压成型工艺
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
优 点
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
不饱和聚酯
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。
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。
聚合物复合材料的分类与结构形
式
分类
增强纤维种类
玻璃纤维增强型 碳纤维增强型
芳纶纤维增强型
复合材料
基体材料性能
复合材料成型 固化方式
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
聚合物基体的 结构形式
热固性树脂基复合材料
热塑性树脂基复合材料
热固性树脂基复合材料
1. 不饱和聚酯树脂 2.环氧树脂 3.酚醛树脂
CH2 CH O
酚醛树脂
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
热塑性树脂
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
聚丙烯
CH2 CH Cl
特 点
生产的机械化、自动化程度 较高；产品质量稳定；但一次 性投资较大，适合于批量生产 。
干法成型，先将纸、布、玻璃布等浸胶， 制成浸胶布(纸)半制品，再经加温加压成型。
胶布制备工艺过程
玻璃布
玻璃布经化学
生布带产缠复绕合制板品材的、树半管脂成材品以及
处理或热处理后， 浸渍树脂胶液，并
热处理或化学处理
(2) 模具质量要求高
注射过程中，物料在模内流动充 模，玻璃纤维对模具磨损较大，模具 必须采用硬度较高的合金钢材料或模 具表面经过硬化处理，故造价较贵。
注射成型工艺原理 (1) FRTP注射成型原理
增强粒料在注射机的料筒内加热熔化至粘流态， 以高压迅速注入温度较低的闭合模内，经冷却使物料 恢复玻璃态并保持模腔形状，然后开模取出制品。
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
SMC生产工艺
树脂 固化剂 增稠剂 填料 低收缩添加剂 其它
SMC成型机
a. 设备投资少，用小吨位压机能生产大型制品( 相对模压)。 b. 制品双面光滑，尺寸稳定，容易组合； c. 允许制品带有加强筋、镶嵌件和附着物，可设 计性好，可局部加强，甚至生产泡沫夹层结构；
d. 模具制作较方便(相对模压)； e. 对树脂和填料的适应性广； f. 生产周期短，劳动强度低，原材料损耗少； g. 产品后加工量少； h. 环境污染小(闭模，单体苯乙烯挥发少)。
聚氯乙烯
CH2 CH n 聚苯乙烯
CH2 O n
聚甲醛
O HO CH2CH2 O C
HO
CH3
O
C
OC
n
CH3
O C On
聚碳酸酯
聚对苯二甲酸乙二醇酯
O
+ HO CH2CH2 OH
HO C
O C OH
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。
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。
优
缺
点
点
1、能加工绝大多数热塑性复合材料 及部分热固性复合材料； 2、生产过程连续，自动化程度高； 3、工艺易掌握及产品质量稳定等。
只能生产线型制品
7.注射成型工艺
注射成型适用于热塑性和热固性复合材料，以热 塑性复合材料应用最广。
注射成型
间歇式操作过程
将粒状或粉状的纤维—树脂混合料从注射机的 料斗送入机筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压， 通过喷嘴注入温度降低的闭合模内，经过冷却定型 后，脱模得制品。
树脂糊制备
薄膜
粗纱 切割 沉降 浸渍 收卷 稠化 包装
SMC生产工艺流程
模压工艺
模具预热 脱模剂涂刷
料的称量
料预热 成预成型
压制前准备
装模 压制 脱模
后处理
打底及辅 助加工
压制
检验 成品
模压成型工艺流程
4.层压成型工艺
层压工艺：
将浸有或涂有树脂的片材层叠， 送入层压机，在加热加压条件下，固 化成型玻璃钢制品的一种成型工艺。
能的辅助加工，制品外观及尺寸的重复性好。
压模的设计与制造较复杂，初次
缺 投资较高，制品尺寸受设备限制，一 点 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。
环氧树脂
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。
FRTP的注射成型过程主要产生物理变化
(2) FRP注射成型原理
A
B
粘度
注射料在加热过程中
温度升高，粘度下降，但随
着时间的延长，分子间的交
联反应增加，粘度又会上升
O
。实际加热过程应综合考虑
两种作用的影响。
加热时间
热固性树脂纤维混合料加热 时粘度与时间变化关系
FRP的注射成型过程是一个复杂的物理和化学过程
工艺流程
优 点
(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。
缺 点
(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。
注射成型相对于模压成型的特点：
(1) 成型周期短，物料的塑化在注射机内完成。
(3) 闭模成型，能提高产品精度，保证质量， 减少后加工工作量。
(4) 可使形状复杂的产品一次成型，能防止模腔内 嵌件变形或位移。
(5) 生产效率高，成本低。
注射成型的缺点：
(1) 不适用于长纤维增强的产品，一 般纤维长度小于7mm
缺点
(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。
2.喷射成型工艺
为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺，是 手糊工艺的变形。
玻璃纤维无捻粗纱
聚酯树脂
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
(2) FRTP受热时，物料由玻璃态变为熔 融的粘流态，料筒温度要分段控制，其 塑化温度应高于粘流温度，但低于分解 温度；FRP在料筒中加热时，树脂分子 链发生运动，物料熔融，但接着会发生 化学反应、放热，加速化学反应过程。 因此，FRP注射成型的温度控制要比 FRTP严格得多。
(3) FRTP注射成型 时，料筒温度必须 高于模具温度，物 料在模腔内冷却时 会引起体积收缩， 故需要有相应的料 垫传压补料，FRP注 射成型时，料筒温 度低于模具温度， 物料在模腔内发生 固化收缩的同时， 也发生热膨胀，因 此，充模后不需要 补料。