1、 第十章第十章 热塑性复合材料热塑性复合材料 成型工艺成型工艺 热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)10、1 概述 热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维芳纶纤维等增强各种热塑性热塑性树脂的总称。国外称 FRTP （Fiber Reinforced Thermo Plastics）地区性一百万上台阶是不是中医药管理局国产 热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)10、1 概述国产 由于热塑性树脂和增强材料种类种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。热塑性
2、复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和 连续纤维增强复合材料两大类热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)短纤维增强复合材料v注射成型工艺v挤出成型工艺v离心成型工艺热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)连续纤维增强及长纤维增强复合材料连续纤维增强及长纤维增强复合材料l预浸料模压成型l片状模塑料冲压成型l片状模塑料真空成型l预浸纱缠绕成型l拉挤成型热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材
3、料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料的特性热塑性复合材料的特性(1)密度小、强度高密度小、强度高 热塑性复合材料的密度为1.11.6g/cm3，仅为钢材的1/51/7，比热固性玻璃钢轻1/31/4。一般来讲，不论是通用塑料还是工程塑料，用玻璃纤维增强后，都会获得较高的增强效果，提高强度提高强度应用档次。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)(2)性能可设计性大性能可设计性大 热塑性复合材料的物理性能、化学性能、力学性能，都可通过合理选择合理选择原材料种类、配比、加工方法、纤维含量和铺层方式来进行设计。由于热塑性复合材料的基体材料
4、种类基体材料种类比热固性复合材料多很多很多，因此，其选材设计的自由度也就大得多。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)(3)热性能好热性能好 一般塑料的使用温度为50100，用玻璃纤维增强后，可提高到100以上。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)例：尼龙6的热变形温度为65，用30%玻纤增强后，热变形温度可提高到190。聚醚醚酮树脂的耐热性达220，用30%玻纤增强后，使用温度可提高到310，这样高的耐热性，热固性复合材料是达不到的。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑
5、性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)(4)耐化学腐蚀性耐化学腐蚀性 复合材料的耐化学腐蚀性，主要由基体基体材料的性能决定。热塑性树脂的种类种类很多，每种树脂都有自己的防腐特点。热塑性复合材料的耐水性优于优于热固性复合材料。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)(5)电性能电性能 一般热塑性复合材料都具有良好的介电性能，不反射无线电电波，透过微波性能良好等。由于热塑性复合材料的吸水率比热固性玻璃钢小，故其电性能优于后者。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)(6)加工性能加工性能 热
6、塑性复合材料可重复加工重复加工成型，废品和边角余料能回收利用回收利用。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)由于热塑性复合材料有很多优于热固性玻璃钢的特殊性能，应用领域十分广泛，从国外的应用情况分析，热塑性复合材料主要用于车辆制造工业、机电工业、化工防腐及建筑工程等方面。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)10.2 注射成型工艺热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复
7、合材料成型工艺培训教材(PPT53页)10.2.1 概述 注射成型是热塑性复合材料的主要生产方法，历史悠久，应用最广。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)优点：成型周期短，能耗小，产品精度高，一次可成型形状复杂及带有嵌件的制品，生产效率高。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)缺点：不能生产长纤维增强复合材料制品 对模具质量要求高热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)根据目前的技术发展水平，注射成型的最大产品为5kg，最小到1g。主
8、要用来生产各种机械零件，建筑制品，家电壳体，电器材料，车辆配件等热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)10.2.2 注射成型工艺注射成型工艺 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，通过喷嘴注入闭合模内，经冷却定型后，脱模得制品。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)注射成型的主要控制参数是料筒温度、塑化时间、注射压力、模具温度、锁模力和保压冷却时间。料筒
9、温度由树脂种类定，纤维增强比纯树脂稍高，注射压力一般在 80200MPa。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)HTL68注塑成型机 卧式注塑机热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)立式注塑机立式注塑机热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)注塑产品热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)103 挤出成型工艺热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(
10、PPT53页)103 挤出成型工艺 挤出成型是热塑性复合材料制品生产中应用较广的工艺之一。主要特点:生产过程连续，生产效率高，设备简单，技术容易掌握等。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)挤出成型 粒料从料斗进入挤出机加热料筒，料筒中螺杆旋转，物料沿螺槽前移。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)挤出成型 前移过程中物料受机械剪切作用摩擦热和料筒的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力的作用通过机头和口模，获得与口模形状相似的连续体。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性
11、复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)双螺杆挤出机热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)单螺杆挤出机热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)应用主要应用:用于生产管、棒、板及异型断面型等产品。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)挤出产品v挤出灯罩 挤出成型吸尘器管热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料的缠绕成型工艺原理原理和缠绕机设备设备与热固性玻璃的一样，不同的是
12、热塑性复合材料缠绕制品的增强材料不是玻纤粗纱，而是经过浸胶（热塑性树脂）的预浸纱预浸纱。104 缠绕成型工艺缠绕成型工艺热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)需要在缠绕机上增加预浸纱预热装置和加热加压辊。缠绕成型时，先将预浸纱加热到软化点，缠绕到芯模上，再加热加压，使其熔接成一个整体。104 缠绕成型工艺缠绕成型工艺热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)105 热塑性复合材料拉挤成型 热塑性复合材
13、料的拉挤成型工艺与热固性玻璃钢的基本相似。只要把进入模具前的浸胶方法加以改造，生产热固性玻璃钢的设备便可使用。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)106 焊接层合法焊接层合法 此法系利用热塑性复合材料的可焊性可焊性，生产复合材料板材。其方法如下：先在工作台上压铺一层预浸料（一般宽500mm），铺第二层预浸料时，开动压辊的焊接器，使预浸料进入压辊下，焊接器使上下两层预浸料在几秒钟几秒钟内同时受热熔化，预浸料在压辊的压力（0.3MPa）作用下粘合成一体
14、。如此重复，可生产任意厚度的板材。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)107 热塑性片状模塑料制品冲压成型热塑性片状模塑料制品冲压成型 工工 艺艺 热塑性片状模塑料是以连续玻璃纤维毡、短切玻璃纤维毡、布、无捻粗纱和热塑性树脂复合而成的一种片状模塑料。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性片状模塑料制品的特性：热塑性片状模塑料制品的特性：比强度高能重复加工成型：边角余料可回收利用，不污染环境，减少材料消耗，降低成本。成型周期短：热固性SMC的成型周期一般为6min15min，热塑性
15、片状模塑料的成型周期仅为20s50s。成型压力低：冲压力只有几兆帕。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)贮存期长：热固性预浸料和片状模塑料的贮存期只有3个月(常温贮存)，而热塑性模塑料则可长期贮存几年以上。比热固性玻璃钢具有较高的耐化学腐蚀性、耐水性的气密性等。原料来源充足，价格便宜。成本低机械化程度高热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性片状模塑料的生产工艺及设备热塑性片状模塑料的生产工艺及设备 原材料l树脂：尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯等l增强材料：主要是玻璃纤维 生产方法
16、可归纳为湿法和干法两大类 热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)干法生产工艺干法生产工艺 干法工艺又分为层合法和分散法(1)层合法生产热塑性片状模塑料工艺 将连续玻璃纤维毡和聚丙烯(或其它热塑性塑料)薄片叠合叠合后，经过加热、加压、浸渍、冷却定型和切断等工序制造片状模塑料的方法。(2)分散法生产热塑性片状模塑料工艺 将短切玻璃与聚丙烯或尼龙等树脂粉末在特殊的搅拌机内混合均匀混合均匀，然后按设计厚度铺撒均匀，再经加热、加压制成片状模塑料。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)湿法生产工艺湿
17、法生产工艺 湿法生产热塑性片状是将玻璃纤维无捻粗纱切成7mm50mm(最佳长度为13mm左右)的短纤维，在搅拌器内与粉末树脂(PPPVCHDPE)。加水搅拌成均匀的悬浮料浆悬浮料浆，用泵将其输送到传送网带上，经减压脱水，形成湿毡，再经干燥、切断、收卷成中间产品。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料制品冲压成型工艺及设备热塑性复合材料制品冲压成型工艺及设备冲压成型工艺分为固态冲压成型和流动态冲压成型固态冲压成型是按样板将片状模塑料剪切成坯料，然后在加热器内将料片加热到到低于树脂熔点10 20，装入模内，快速合模加压，冷却脱模，
18、再经修边成制品。流动态冲压成型是先将裁成与制品质量相同的坯料，在加热器内加热到高于树脂熔点10 20，放入模具内，快速加压，迫使坯料流动并填满模腔，冷却定型后脱模成制品。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)冲压成型设备冲压成型设备冲压成型设备由剪切、加热、冲压等设备及模具组成剪切设备：一般选用钢板剪切机加热炉：热源为红外线加热或热风加热压机：液压式或机械传动式模具：冲压成型用的模具材料一般为铸钢。对固态冲压成型用的模具，因为成型压力小于1MPa，故可选用轻金属、复合材料。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺
19、培训教材(PPT53页)108 热塑性复合材料的连接技术热塑性复合材料的连接技术热塑性复合材料的连接方法：l铆接l焊接l管件对接焊l缠绕焊接l薄板超声波焊接 热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)（1）铆接）铆接 用于热塑性复合材料铆接用的铆钉，一般都是用连续纤维增强热塑性塑料制造，最好是用拉挤棒材制造。也可以用金属螺栓。施工时，铆钉预热到可以加压塑变的温度，铆钉与孔径应能严密配合，不能大，也不能小。铆接的优点是耐冲击性好，无电化学腐蚀，价格便宜。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)（
20、2）焊接焊接 热塑性复合材料的焊接处理，是将被连接材料的焊接表面加热到熔化状态，然后搭接加压，使之接成一体。复合材料焊接原理与塑料焊接相似。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)（3）管件对接焊管件对接焊 热塑性复合材料管的对接焊方法有直接对接和补强对接焊两种。l优点是工艺简单，可在现场施工，不需对管子进行机械加工，连接强度高，不易断裂。l缺点是成本高，工艺要求严格，要保证尺寸紧密配合。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)（4）薄板超声波焊接薄板超声波焊接 此法是用超声波对被连接处进行加热焊接，一般能够获得较高的连接强度。热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)热塑性复合材料成型工艺培训教材(PPT53页)
