1、 课件3.1 概述概述第三章 夹层结构3、夹层结构成型工艺及设备、夹层结构成型工艺及设备3.1 概述概述 由由高强度的蒙皮高强度的蒙皮(表层表层)与与轻质芯材轻质芯材组成的一种组成的一种结构材料结构材料。玻璃钢夹层结构玻璃钢夹层结构 蒙皮为玻璃钢、芯蒙皮为玻璃钢、芯材为玻璃布蜂窝或泡沫材为玻璃布蜂窝或泡沫塑料等组成的结构材料。塑料等组成的结构材料。轻质夹芯轻质夹芯 高强度面层高强度面层 加入芯材的目的：维持两面板加入芯材的目的：维持两面板之间的距离，使夹层面板截面之间的距离，使夹层面板截面的惯矩和弯曲刚度增大。的惯矩和弯曲刚度增大。课件3.1 概述概述第三章 夹层结构EJplf483f简支梁的
2、弯曲扰度；简支梁的弯曲扰度；P载荷；载荷；l梁的跨距；梁的跨距；E弹性弹性模量；模量；J惯性矩；惯性矩；h梁的高度；梁的高度；EJ梁的刚度梁的刚度3121bhJ 可以在玻璃钢板用量不变的情况下，使刚度提高。可以在玻璃钢板用量不变的情况下，使刚度提高。这种结构可有效的弥补玻璃钢弹性模量低、刚度差的这种结构可有效的弥补玻璃钢弹性模量低、刚度差的不足。由于芯材的容重小，用它制成的夹层结构，能不足。由于芯材的容重小，用它制成的夹层结构，能在同样承载能力下，大大减轻结构的自重。在同样承载能力下，大大减轻结构的自重。课件第三章 夹层结构3.1.2.1 泡沫夹层结构泡沫夹层结构 泡沫夹层结构的夹芯材料是泡沫
3、塑料泡沫夹层结构的夹芯材料是泡沫塑料特点：特点：质量轻、刚度大、保温隔热性能好、强度不高质量轻、刚度大、保温隔热性能好、强度不高3.1.2 类型、特点及应用类型、特点及应用1-玻璃钢面层玻璃钢面层 2-泡沫塑料泡沫塑料 课件第三章 夹层结构3.1.2 类型、特点及应用类型、特点及应用由气体填充的轻质高分子合成材由气体填充的轻质高分子合成材料，是一种气固两相体材料。料，是一种气固两相体材料。泡沫塑料结构泡沫塑料结构开孔开孔泡沫泡沫塑料塑料闭孔闭孔泡沫泡沫塑料塑料气体充填在由聚气体充填在由聚合物构成的互不合物构成的互不相通的格子中。相通的格子中。气体充填在聚合气体充填在聚合物构成的互相连物构成的互
4、相连通的格子内。通的格子内。课件第三章 夹层结构3.1.2 类型、特点及应用类型、特点及应用开孔泡沫塑料开孔泡沫塑料闭孔泡沫塑料闭孔泡沫塑料 闭孔结构的吸水性、透气闭孔结构的吸水性、透气件、导热性均较开孔结构小，件、导热性均较开孔结构小，强度和刚度比开孔结构高。强度和刚度比开孔结构高。课件第三章 夹层结构3.1.2.2 蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构 蜂窝夹层结构的夹芯材料是蜂窝材料蜂窝夹层结构的夹芯材料是蜂窝材料(玻璃布蜂窝、玻璃布蜂窝、纸蜂窝、棉布蜂窝等纸蜂窝、棉布蜂窝等)特点：特点：质量轻、强度大、刚度大质量轻、强度大、刚度大应用：应用：构件尺寸较大、强度要求较高的部件构件尺寸较大、强度要求较
5、高的部件3.1.2 类型、特点及应用类型、特点及应用1-玻璃钢面层玻璃钢面层 3-蜂窝玻璃布夹芯蜂窝玻璃布夹芯3.1.2 类型、特点及应用类型、特点及应用按平面投影形状分类按平面投影形状分类 课件第三章 夹层结构正六边形菱形矩形正弦曲线形有加强带的六边形有加强带六边形蜂窝的强有加强带六边形蜂窝的强度为最高，其次是正六边度为最高，其次是正六边形蜂窝。但正六边形蜂窝形蜂窝。但正六边形蜂窝用料省、制造简单。结构用料省、制造简单。结构效率最高，所以应用最广。效率最高，所以应用最广。课件第三章 夹层结构3.1.2 类型、特点及应用类型、特点及应用T-蜂窝高度；蜂窝高度；L-纵向长度；纵向长度；W-横向宽
6、度；横向宽度；c-蜂窝芯蜂窝芯子的斜边长度；子的斜边长度；d-蜂窝芯子的节线长度；蜂窝芯子的节线长度；t-蜂窝芯蜂窝芯子的斜边壁厚；子的斜边壁厚；-蜂窝芯子斜边与节线间的夹角蜂窝芯子斜边与节线间的夹角蜂窝芯子蜂窝芯子 课件第三章 夹层结构3.1.2.3 波板夹层结构波板夹层结构 波板夹层结构的夹芯材料是波纹板波板夹层结构的夹芯材料是波纹板(玻璃钢波纹板、纸基玻璃钢波纹板、纸基波纹板和棉布波纹板波纹板和棉布波纹板)。特点：特点：制作简单，节省材料，但不适用于曲面形状的制品，制作简单，节省材料，但不适用于曲面形状的制品，质量轻、刚度大。质量轻、刚度大。3.1.2 类型、特点及应用类型、特点及应用1
7、-玻璃钢面层玻璃钢面层 4-玻璃钢波纹板玻璃钢波纹板 课件第三章 夹层结构夹层结构的共有特点：夹层结构的共有特点：质轻、刚度大。质轻、刚度大。应用范围应用范围多用于尺寸较大，刚度要求高多用于尺寸较大，刚度要求高，强度要求不高的场合强度要求不高的场合3.1.2 类型、特点及应用类型、特点及应用原因原因 材料的绕度与其厚度的材料的绕度与其厚度的3次方次方成正比，如果把厚度为成正比，如果把厚度为h的玻璃的玻璃钢从中间等分，夹上钢从中间等分，夹上2h 的芯材，的芯材，厚度变为厚度变为3h，则其刚度增加到原，则其刚度增加到原来刚度的来刚度的27倍。倍。EJplf4833121bhJ 作业：夹层结构为什么
8、具有刚度大的特点？作业：夹层结构为什么具有刚度大的特点？课件第三章第三章 夹层结构夹层结构3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料蜂窝夹层结构用原材料3.2.1.1 玻璃布玻璃布 蒙皮布：蒙皮布：增强型浸润剂处理的玻璃布。一般用无碱增强型浸润剂处理的玻璃布。一般用无碱或低碱平纹布，或低碱平纹布，0.10.2mm厚。对曲面制品用斜纹布厚。对曲面制品用斜纹布(属于加捻布属于加捻布)，变形性较好，有利于制品的成型加工。，变形性较好，有利于制品的成型加工。用于制作蒙皮和蜂窝芯材用于制作蒙皮和蜂窝芯材3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料蜂窝夹层结构用原材料3.2 蜂窝夹层结构制造工艺蜂窝夹层结构制造工艺不易变形，不
9、脱蜡可以防不易变形，不脱蜡可以防止树脂胶液渗到玻璃布的止树脂胶液渗到玻璃布的背面，产生粘连现象。背面，产生粘连现象。课件第三章第三章 夹层结构夹层结构芯材布：芯材布：未脱蜡的无碱平纹布。未脱蜡的无碱平纹布。3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料蜂窝夹层结构用原材料 有蜡玻璃布可防止树脂渗透到玻有蜡玻璃布可防止树脂渗透到玻璃布的背面，减少层间粘接，有利于璃布的背面，减少层间粘接，有利于蜂窝格子孔的拉伸。无碱平纹布不易蜂窝格子孔的拉伸。无碱平纹布不易变形，可提高芯材的挤压强度。变形，可提高芯材的挤压强度。课件第三章第三章 夹层结构夹层结构3.2.1.2 绝缘纸绝缘纸 可以用于制作蒙皮和蜂窝，要求具有良好
10、的被浸可以用于制作蒙皮和蜂窝，要求具有良好的被浸润性和足够的拉伸强度，一般采用木质纤维素纸或棉润性和足够的拉伸强度，一般采用木质纤维素纸或棉纤维纸。要求纸中不含有金属和其它杂质。纤维纸。要求纸中不含有金属和其它杂质。3.2.1.3 金属箔金属箔制作蜂窝可用铝箔、不锈钢箔和钛合金箔等制作蜂窝可用铝箔、不锈钢箔和钛合金箔等3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料蜂窝夹层结构用原材料 课件第三章 夹层结构3.2.1.4 粘结剂粘结剂 蒙皮浸胶、芯材浸胶、蒙皮芯材结合用胶。蒙皮浸胶、芯材浸胶、蒙皮芯材结合用胶。环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、有机硅树脂和树脂、有机硅树脂和DA
11、P树脂等树脂等3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料蜂窝夹层结构用原材料蜂窝夹芯制做过程中的胶条蜂窝夹芯制做过程中的胶条聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛胶和环氧树脂等丁醛胶和环氧树脂等 课件第三章 夹层结构(1)聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯 无毒，价格便宜，可在室温下固化。无毒，价格便宜，可在室温下固化。此种胶此种胶易溶于苯乙烯，故用此胶制作的蜂窝不能浸聚酯易溶于苯乙烯，故用此胶制作的蜂窝不能浸聚酯树脂。它既可用机械涂胶，也适用于手工涂胶。树脂。它既可用机械涂胶，也适用于手工涂胶。3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料蜂窝夹层结构用原材料 课件第三章 夹层结构(2)聚乙烯醇缩丁醛胶聚乙烯醇
12、缩丁醛胶 需加热，加压固化。需加热，加压固化。120，0.20.3MPa，固化时间固化时间24h。它只适用于机械制造蜂窝芯子。它只适用于机械制造蜂窝芯子(3)环氧树脂环氧树脂 6101（E-44），），618#(E-51)，634#(E-42)等。等。室温固化，可用氨类固化剂固化。室温固化，可用氨类固化剂固化。3.2.1 蜂窝夹层结构用原材料蜂窝夹层结构用原材料 课件第三章 夹层结构3.2.2 各种材质蜂窝夹芯的制造各种材质蜂窝夹芯的制造3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造密度密度 低密度夹芯低密度夹芯高密度夹芯高密度夹芯芯材芯材：纸、棉布、玻：纸、棉布、玻璃布浸渍树脂，泡沫璃布浸渍树脂，
13、泡沫塑料、铝蜂窝夹芯；塑料、铝蜂窝夹芯；蒙皮蒙皮：胶合板、玻璃：胶合板、玻璃钢、薄铝板钢、薄铝板芯材与蒙面胶结而成芯材与蒙面胶结而成 芯材与蒙皮材料都采用不锈钢或芯材与蒙皮材料都采用不锈钢或钛合金，芯材制造及芯材与蒙皮钛合金，芯材制造及芯材与蒙皮的联接多采用焊接的方法。的联接多采用焊接的方法。课件第三章 夹层结构3.2.2.1 布蜂窝夹芯的制造（包括纸，棉布，玻璃布等）布蜂窝夹芯的制造（包括纸，棉布，玻璃布等）制作方法：制作方法：胶接拉伸法胶接拉伸法(手工涂胶法，机械手工涂胶法，机械涂胶法涂胶法)、塑性胶接法、模压法。、塑性胶接法、模压法。3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造首先在模具上糊
14、制半六边形蜂窝，再粘结首先在模具上糊制半六边形蜂窝，再粘结成蜂窝。优点：蜂窝尺寸稳定，可成型任成蜂窝。优点：蜂窝尺寸稳定，可成型任何形状和规格的蜂窝夹芯，但需要大量模何形状和规格的蜂窝夹芯，但需要大量模具，生产效率低。具，生产效率低。课件第三章 夹层结构3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造 将粘接剂通过不同的方式涂在玻璃布上形成胶条，相邻两层涂有胶条的玻璃布应使胶条错开，形成一块蜂窝芯子板。粘接剂充分固化，将蜂窝芯子板放在切纸机上切成一条条具有所要求高度的蜂窝芯子条，然后将蜂窝芯子展开，即成蜂窝。课件第三章 夹层结构蜂窝芯子条蜂窝芯子条3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造展开的蜂窝展开
15、的蜂窝 课件第三章 夹层结构（1）手工涂胶法）手工涂胶法 只需将胶涂成一条、一条的形状，将布粘接只需将胶涂成一条、一条的形状，将布粘接在一起，胶液固化后，将两面层布拉开就可形成在一起，胶液固化后，将两面层布拉开就可形成蜂窝。涂胶条的位置不同，形成不同形状的蜂窝。蜂窝。涂胶条的位置不同，形成不同形状的蜂窝。3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造a.涂胶装置涂胶装置 由上下两块板构成，上板为涂胶板，可打开，铺由上下两块板构成，上板为涂胶板，可打开，铺放胶条纸；下板为平板，可向左右移动放胶条纸；下板为平板，可向左右移动2a的距离。的距离。课件第三章 夹层结构3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造
16、b.涂胶板制作涂胶板制作 设正六边形的边长为设正六边形的边长为a，则两相邻胶条的距离为，则两相邻胶条的距离为4a。2a4aa由于粘接剂的胶液会沿着涂胶纸上胶缝的边沿向两边由于粘接剂的胶液会沿着涂胶纸上胶缝的边沿向两边渗透，使蜂窝格子的胶接宽度大于渗透，使蜂窝格子的胶接宽度大于a，所以为了确保蜂，所以为了确保蜂窝格子正六边形，在涂胶纸上刻的胶条宽度要稍小于窝格子正六边形，在涂胶纸上刻的胶条宽度要稍小于a。课件第三章 夹层结构3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造胶条纸板的刻制胶条纸板的刻制 课件第三章 夹层结构3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造c.涂胶工序涂胶工序 下板上铺第一层布，盖上
17、上板下板上铺第一层布，盖上上板(涂胶板涂胶板)，刷胶；打开，刷胶；打开上板，铺第二层布并使下板移动上板，铺第二层布并使下板移动2a位置，刷胶；位置，刷胶；。因。因此；此；两层布间每隔两层布间每隔2a距离就有一个胶条黏结距离就有一个胶条黏结。2a4aa 课件第三章 夹层结构3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造（2）机械涂胶法）机械涂胶法印胶法、漏胶法、带条式胶涂法、波纹式涂胶法印胶法、漏胶法、带条式胶涂法、波纹式涂胶法 生产效率较高，但漏胶嘴不生产效率较高，但漏胶嘴不易加工，胶条宽度不易控制，易加工，胶条宽度不易控制，涂腔质量较差，设备清洗也涂腔质量较差，设备清洗也不方便，故很少用。不方便，
18、故很少用。课件第三章 夹层结构3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造印胶式自动涂胶机工艺示意图印胶式自动涂胶机工艺示意图1-1-放布筒；放布筒；2-2-张紧辊；张紧辊；3-3-印胶辊；印胶辊；4-4-递胶辊；递胶辊；5-5-带胶辊；带胶辊；6-6-导向辊；导向辊；7-7-加热器；加热器；8-8-收布卷筒；收布卷筒；9-9-胶槽；胶槽；10-10-调压辊调压辊工作原理：玻璃布从放布筒工作原理：玻璃布从放布筒1引出后，经过张紧辊引出后，经过张紧辊2到第到第一道印胶辊，在布正面涂胶，然后经过导向辊到第一道印胶辊，在布正面涂胶，然后经过导向辊到第2道印道印胶辊，并在布的反面涂胶。涂胶后的玻璃布经过加
19、热器胶辊，并在布的反面涂胶。涂胶后的玻璃布经过加热器加热，在水平导向辊加热，在水平导向辊6处与末涂胶的玻璃布迭合，一起卷处与末涂胶的玻璃布迭合，一起卷绕到收布卷筒绕到收布卷筒8上。收卷到设计厚度时，从收布卷筒上将上。收卷到设计厚度时，从收布卷筒上将蜂窝芯子板取下，加热固化后，切成蜂窝条备用。蜂窝芯子板取下，加热固化后，切成蜂窝条备用。课件第三章 夹层结构3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造印胶辊示意图印胶辊示意图印胶凸环印胶凸环 胶液通过带胶辊和递胶辊传到印胶辊的凸胶液通过带胶辊和递胶辊传到印胶辊的凸环上，当玻璃布和印胶辊接触时，胶液便被环上，当玻璃布和印胶辊接触时，胶液便被涂到玻璃布上去
20、。第一道印胶辊和第二道印涂到玻璃布上去。第一道印胶辊和第二道印胶辊的凸环错位胶辊的凸环错位2a。课件第三章 夹层结构3.2.2.3 蜂窝的拼接蜂窝的拼接 制造大面积的制品及制造大面积的制品及异形制品时，加工的蜂异形制品时，加工的蜂窝块尺寸往往不能满足窝块尺寸往往不能满足要求，因此需要拼接。要求，因此需要拼接。拼接时取少许粘结剂，拼接时取少许粘结剂，涂在拼接处，搭接长度涂在拼接处，搭接长度为正六边形的边长，将为正六边形的边长，将搭接处用曲别针或夹具搭接处用曲别针或夹具固定、加压、固化。固定、加压、固化。3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造蜂窝接长蜂窝接长蜂窝接宽蜂窝接宽 课件第三章 夹层结构
21、3.2.2.4 影响蜂窝夹层性能的因素影响蜂窝夹层性能的因素（1）含胶量对性能的影响）含胶量对性能的影响 含胶量高，蜂窝强度高，容重也大。含胶量高，蜂窝强度高，容重也大。3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造树脂含量，树脂含量，(%)蜂窝容重，蜂窝容重，(g/cm3)压缩强度，压缩强度，(MPa)18-200.0571.1340-450.0782.5755-580.0984.88 课件第三章 夹层结构（2）玻纤布对性能的影响）玻纤布对性能的影响 厚度大，强度高，容重也大。厚度大，强度高，容重也大。3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造玻璃布厚度玻璃布厚度,(mm)蜂窝容重蜂窝容重,(g/c
22、m3)压缩强度压缩强度,(MPa)0.110.0782.570.190.1413.46 课件第三章 夹层结构（3）蜂窝尺寸的影响）蜂窝尺寸的影响 蜂窝尺寸大，容重小，强度也小。蜂窝尺寸大，容重小，强度也小。（4）蜂窝高度的影响）蜂窝高度的影响 蜂窝高度大，制品刚度提高，弯曲强度提高；蜂窝高度大，制品刚度提高，弯曲强度提高；压缩强度降低。压缩强度降低。作业：影响蜂窝夹层性能的主要因素有哪些？，如何影响？作业：影响蜂窝夹层性能的主要因素有哪些？，如何影响？原因是什么？原因是什么？3.2.2 蜂窝夹芯的制造蜂窝夹芯的制造蜂窝孔尺寸蜂窝孔尺寸,(cm2)蜂窝容重蜂窝容重,(g/cm3)压缩强度压缩强度
23、,(MPa)0.60.1413.461.20.1082.26 课件第三章 夹层结构3.2.4.蜂窝夹层结构的制造蜂窝夹层结构的制造（1）一次成型法）一次成型法 将内、外蒙皮和浸渍好树脂的蜂窝芯材按顺序放在模将内、外蒙皮和浸渍好树脂的蜂窝芯材按顺序放在模具上，一次胶合固化成型。成型压力具上，一次胶合固化成型。成型压力0.010.08MPa。优点：优点：生产周期短，成型方便，蜂窝芯材与内外蒙皮胶接生产周期短，成型方便，蜂窝芯材与内外蒙皮胶接强度高。强度高。缺点：缺点：成型技术要求较高。成型技术要求较高。3.2.4 蜂窝夹芯结构的制造蜂窝夹芯结构的制造 课件第三章 夹层结构（2）二次成型法）二次成型
24、法 将内、外蒙皮分别成型，然后与芯材胶结在一起固将内、外蒙皮分别成型，然后与芯材胶结在一起固化成型。化成型。(芯材可以是先固化好的，也可是没有固化的芯材可以是先固化好的，也可是没有固化的)优点：优点：制件表面光滑，易于保证质量制件表面光滑，易于保证质量（3）三次成型法）三次成型法 外蒙皮预先固化好；与芯材胶合进行二次固化；最外蒙皮预先固化好；与芯材胶合进行二次固化；最后在芯材上胶合内蒙皮进行三次固化。后在芯材上胶合内蒙皮进行三次固化。优点：优点：表面光滑，成型过程中可进行质量检查，发现问表面光滑，成型过程中可进行质量检查，发现问题及时排除。题及时排除。缺点：缺点：生产周期长生产周期长 3.2.
25、4 蜂窝夹芯结构的制造蜂窝夹芯结构的制造 课件第三章 夹层结构3.2.5 常见问题及解决措施常见问题及解决措施（1）分层，起泡及折皱）分层，起泡及折皱原因：原因：成型压力不足，产生分层起泡现象；玻璃布铺放不成型压力不足，产生分层起泡现象；玻璃布铺放不平整造成折皱现象。平整造成折皱现象。解决措施：解决措施：提高成型压力，加工时将玻璃布拉平。提高成型压力，加工时将玻璃布拉平。（2）蜂窝压瘪现象）蜂窝压瘪现象原因：原因：蜂窝厚度不均匀，接触处压力集中；蜂窝端面刚性蜂窝厚度不均匀，接触处压力集中；蜂窝端面刚性较差；湿法成型时，芯材尚未固化完全就加较大压力。较差；湿法成型时，芯材尚未固化完全就加较大压力
26、。解决措施：解决措施：注意受力部位的平整度，减少应力集中，适当注意受力部位的平整度，减少应力集中，适当降低成型压力。降低成型压力。3.2.5 常见问题及解决措施常见问题及解决措施 课件第三章 夹层结构（3）胶结不良）胶结不良 注意树脂配方，提高成型压力，可在蒙皮上注意树脂配方，提高成型压力，可在蒙皮上加一层树脂含量高的表面纤维毡。加一层树脂含量高的表面纤维毡。3.2.5 常见问题及解决措施常见问题及解决措施 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺3.3.1 各种泡沫夹层结构的基本性能各种泡沫夹层结构的基本性能 突出特点突出特点3.3 泡沫塑料夹层结构制造工
27、艺泡沫塑料夹层结构制造工艺常用泡沫塑料的性能见表常用泡沫塑料的性能见表34。隔热，隔音性能优良隔热，隔音性能优良(优于优于蜂窝结构蜂窝结构)，质量轻，具有均匀，质量轻，具有均匀传递外部载荷的性能。传递外部载荷的性能。泡沫塑料夹层结构的性能主泡沫塑料夹层结构的性能主要取决于泡沫塑料类型与性能。要取决于泡沫塑料类型与性能。课件第三章 夹层结构3.3.2 泡沫塑料夹芯构造、种类、制作工艺泡沫塑料夹芯构造、种类、制作工艺3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺1-玻璃钢面层玻璃钢面层 2-泡沫塑料泡沫塑料 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺第三
28、章 夹层结构由气体填充的轻质高分子合成材由气体填充的轻质高分子合成材料，是一种气固两相体材料。料，是一种气固两相体材料。泡沫塑料结构泡沫塑料结构开孔开孔泡沫泡沫塑料塑料闭孔闭孔泡沫泡沫塑料塑料气体充填在由聚气体充填在由聚合物构成的互不合物构成的互不相通的格子中。相通的格子中。气体充填在聚合气体充填在聚合物构成的互相连物构成的互相连通的格子内。通的格子内。课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺第三章 夹层结构开孔泡沫塑料开孔泡沫塑料闭孔泡沫塑料闭孔泡沫塑料 闭孔结构的吸水性、透气闭孔结构的吸水性、透气件、导热性均较开孔结构小，件、导热性均较开孔结构小，强度和
29、刚度比开孔结构高。强度和刚度比开孔结构高。课件第三章 夹层结构(1)按树脂基体分类：按树脂基体分类：(2)按泡沫塑料硬度分类：按泡沫塑料硬度分类：硬质、半硬质、软质硬质、半硬质、软质3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、脲甲醛、氨酯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛、环氧、有机硅等酚醛、环氧、有机硅等区别方法：区别方法：将泡沫塑料压缩，使其变形达到将泡沫塑料压缩，使其变形达到50%时，减压后视其残余变形：时，减压后视其残余变形：大于大于10%称为硬质泡沫塑料；称为硬质泡沫塑料；在在2%10%之间称为半硬质泡沫塑料；小于之间称为半硬
30、质泡沫塑料；小于2%时称为软质泡沫塑料。时称为软质泡沫塑料。课件第三章 夹层结构(3)按泡沫塑料密度分类：按泡沫塑料密度分类：低密度低密度(高发泡高发泡)泡沫塑料，小于泡沫塑料，小于0.1kg/m3；中密度中密度(中发泡中发泡)泡沫塑料，泡沫塑料，0.1-0.4 kg/m3；高密度高密度(低发泡低发泡)泡沫塑料，大于泡沫塑料，大于0.4kg/m3。(4)按燃烧性能分类：按燃烧性能分类：可燃型、自熄型可燃型、自熄型3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺 课件第三章 夹层结构3.3.2.2 泡沫塑料的发泡方法泡沫塑料的发泡方法 化学发泡法化学发泡法 机械发泡法机械发泡法 物理发泡
31、法物理发泡法 3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺用机械方法将气体混入用机械方法将气体混入聚合物形成泡沫，然后聚合物形成泡沫，然后通过凝固获得泡沫塑料通过凝固获得泡沫塑料通过化学反应产生通过化学反应产生气体形成泡沫结构气体形成泡沫结构 课件第三章 夹层结构（1）物理发泡法）物理发泡法 惰性气体法惰性气体法 低沸点溶液法低沸点溶液法 分为三种分为三种 高压下使惰性气体压入熔高压下使惰性气体压入熔融聚合物或糊状复合物，融聚合物或糊状复合物，升温减压，气体膨胀发泡升温减压，气体膨胀发泡掺加中空微球掺加中空微球3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺优点：优点：发泡
32、后没有发泡剂留发泡后没有发泡剂留下的残渣，不会对制成的泡下的残渣，不会对制成的泡沫塑料的物理和化学性能有沫塑料的物理和化学性能有不利影响。不利影响。缺点：缺点：此法需要此法需要比较复杂的高压设备。比较复杂的高压设备。聚氯乙烯和聚乙烯泡沫塑料聚氯乙烯和聚乙烯泡沫塑料 课件第三章 夹层结构（1）物理发泡法）物理发泡法 惰性气体法惰性气体法 低沸点溶液法低沸点溶液法 分为三种分为三种 掺加中空微球掺加中空微球3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺把低沸点液体溶于聚合物把低沸点液体溶于聚合物颗粒中，然后升高温度，颗粒中，然后升高温度，当树脂软化，液体蒸发时，当树脂软化，液体蒸发时，形
33、成泡沫塑料。形成泡沫塑料。塑料中加入中空微球，塑料中加入中空微球，经固化制得泡沫塑料经固化制得泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料 课件第三章 夹层结构（2）机械发泡法）机械发泡法 用机械方法将气体混入聚合物形成用机械方法将气体混入聚合物形成泡沫，然后通过凝固获得泡沫塑料泡沫，然后通过凝固获得泡沫塑料3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺特点：特点：需选用合适的表面活性剂，以降低表面张需选用合适的表面活性剂，以降低表面张力，使气体分散均匀；要求搅拌形成的泡沫能力，使气体分散均匀；要求搅拌形成的泡沫能够稳定一段时间，使泡壁内的聚合物得以固定。够稳定一段时间，使泡壁内的聚合物
34、得以固定。脲醛泡沫塑料脲醛泡沫塑料 课件第三章 夹层结构（3）化学发泡法）化学发泡法a.利用原料组分相互反应产利用原料组分相互反应产生气体，形成泡沫结构。生气体，形成泡沫结构。例：组合聚醚与异氰酸酯例：组合聚醚与异氰酸酯b.借助于化学发泡剂分解产借助于化学发泡剂分解产生气体，形成发泡结构。生气体，形成发泡结构。例：双氧水例：双氧水(菱苦土发泡菱苦土发泡)铝粉铝粉(水泥发泡水泥发泡)等等3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺特点特点设备简单，质量容易控制设备简单，质量容易控制 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺热塑性泡沫塑料的发泡工艺热
35、塑性泡沫塑料的发泡工艺第一步：将原料放入模内压制成坯料第一步：将原料放入模内压制成坯料 一定温度压力下树脂软化，发泡剂开始一定温度压力下树脂软化，发泡剂开始分解，树脂达到粘流态时气体形成微小的气分解，树脂达到粘流态时气体形成微小的气泡，均匀地分布在液体树脂中，冷却至玻璃泡，均匀地分布在液体树脂中，冷却至玻璃化温度即得坯料。化温度即得坯料。将坯料放在限制模内，重新加热，等物料处将坯料放在限制模内，重新加热，等物料处于高弹态时，坯料中气体克服聚合物分子间的作于高弹态时，坯料中气体克服聚合物分子间的作用力，气孔开始增长，使物料胀满在限制模内，用力，气孔开始增长，使物料胀满在限制模内，冷却至玻璃化温度
36、，即得热塑性泡沫塑料。冷却至玻璃化温度，即得热塑性泡沫塑料。第二步：坯料发泡第二步：坯料发泡 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺热固性泡沫塑料的发泡工艺热固性泡沫塑料的发泡工艺 在原料大分子处于粘流态阶段进行，在原料大分子处于粘流态阶段进行，随树脂胶凝固化，使气泡稳定，形成泡沫。随树脂胶凝固化，使气泡稳定，形成泡沫。课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺3.3.2.3 泡沫塑料形成原理泡沫塑料形成原理气发气发泡沫泡沫塑料塑料组合组合泡沫泡沫塑料塑料把已成型的直径把已成型的直径为为20一一250m；壁；壁度度2-3m
37、的中空玻的中空玻璃微球、中空陶璃微球、中空陶瓷微球或中空塑瓷微球或中空塑料微球，加入树料微球，加入树脂中拌匀，固化。脂中拌匀，固化。泡沫泡沫形成形成泡沫泡沫增长增长泡沫泡沫稳定稳定 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺 将发泡剂或气体加入液态塑料中形成将发泡剂或气体加入液态塑料中形成溶液，当气体在溶液中达到饱和限度而形溶液，当气体在溶液中达到饱和限度而形成过饱和溶液时，会从溶液中逸出形成气成过饱和溶液时，会从溶液中逸出形成气泡。形成气泡的过程就是成核作用。泡。形成气泡的过程就是成核作用。成核剂：很细的固体粒子或很小的气泡，会促成核剂：很细的固体粒子或很小
38、的气泡，会促进成核作用。使泡沫塑料的形成速度加快，泡进成核作用。使泡沫塑料的形成速度加快，泡孔变细。如果没有成核剂，可能产生大孔。孔变细。如果没有成核剂，可能产生大孔。课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺促进气泡增长的因素：促进气泡增长的因素：增加溶解气体；升高温度；增加溶解气体；升高温度；气体膨胀；气泡合并。气体膨胀；气泡合并。阻碍气泡增长的因素：阻碍气泡增长的因素：气泡形成后，气泡内的气体压力与直径成反比，气泡形成后，气泡内的气体压力与直径成反比，即气泡越小，气泡内的压力越大，因此，当大小两即气泡越小，气泡内的压力越大，因此，当大小两个气泡接近时，就
39、会产生由小到大的气泡合并。通个气泡接近时，就会产生由小到大的气泡合并。通过成核作用，增加了气泡的数量，加上气泡孔径的过成核作用，增加了气泡的数量，加上气泡孔径的膨胀扩大，从而使泡沫增长。膨胀扩大，从而使泡沫增长。表面张力和聚合物粘度表面张力和聚合物粘度 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺 随着泡沫的形成和增长，泡孔表面积不随着泡沫的形成和增长，泡孔表面积不断增大，泡壁厚度减薄，泡沫体很不稳定。断增大，泡壁厚度减薄，泡沫体很不稳定。稳定泡沫的方法稳定泡沫的方法利用表面活性剂利用表面活性剂(如硅如硅油油)降低表面张力，有降低表面张力，有利于形成细泡，减少利
40、于形成细泡，减少气体扩散作用，使泡气体扩散作用，使泡孔稳定；孔稳定；提高聚合提高聚合物的粘度物的粘度防止泡壁防止泡壁进一步减进一步减薄。薄。物料冷却或物料冷却或聚合物交联聚合物交联途径途径 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺化学发泡剂化学发泡剂3.3.2.4 发泡剂发泡剂 加热条件下，能分解产加热条件下，能分解产生气体从而使聚合物发泡的生气体从而使聚合物发泡的无机或有机化合物。发泡剂无机或有机化合物。发泡剂的分解温度和发气量，在很的分解温度和发气量，在很大程度上决定了发泡加工条大程度上决定了发泡加工条件和适用的塑料品种。件和适用的塑料品种。课件第三章
41、夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺(1)分解的温度范围比较狭窄，而且要固定；分解的温度范围比较狭窄，而且要固定；(2)能很快地在聚合物中分散和溶解，使气体分布均匀；能很快地在聚合物中分散和溶解，使气体分布均匀；(3)逸出气体速率能够控制；逸出气体速率能够控制；(4)价格便宜，运输和贮藏时稳定；价格便宜，运输和贮藏时稳定；(5)发泡剂和放出的气体无毒，无腐蚀；发泡剂和放出的气体无毒，无腐蚀；(6)分解产物对聚合物的物理及化学性能无影响。分解产物对聚合物的物理及化学性能无影响。课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺无机发泡剂无机发
42、泡剂有机发泡剂有机发泡剂优点：原料来源广泛，价格便宜，加热分解时放出CO2、N2等。缺点：与树脂的混溶性铰差，难以均匀分布。碳酸铵碳酸铵(NH4)3CO3碳酸氢钠碳酸氢钠NaHCO3固固体物质体物质品种很多，由于其结构不同，性能各异，适用于不同的聚合物。NCCCH3CH3NNCCH3CNCH390N2+NCCCH3CH3CCH3CNCH3150OC偶氮二异丁腈的热分解反应 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构
43、制造工艺原材料原材料由含有羟基的聚醚或聚酯树脂、异氰由含有羟基的聚醚或聚酯树脂、异氰酸酯、水及其他助剂共同反应生成。酸酯、水及其他助剂共同反应生成。软质软质3.3.2.5 聚氨酯泡沫塑料的制备工艺与设备聚氨酯泡沫塑料的制备工艺与设备制品制品性能性能半硬质半硬质硬质硬质聚醚型聚醚型聚酯型聚酯型和多种材料粘接性好、能够在现场发和多种材料粘接性好、能够在现场发泡制造。泡制造。课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺一步法一步法把所有的原料混在一起、搅拌均匀，发泡制成泡沫塑料。生产时反应生产时反应控制的程序控制的程序两步法两步法使异氰酸酯先与聚酯或聚醚树脂反应生成预
44、聚体，再加入其他组分使其成为泡沫塑料。优点：原料组分粘度小，输送优点：原料组分粘度小，输送方便，生产周期短，设备较少。方便，生产周期短，设备较少。缺点：生产较两步法难控制。缺点：生产较两步法难控制。课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺异氰酸酯异氰酸酯聚酯或聚醚聚酯或聚醚 发泡剂发泡剂催化剂催化剂交联剂交联剂乳化剂、表乳化剂、表面活性剂剂面活性剂剂阻燃剂阻燃剂填料填料加快交联速度，增进加快交联速度，增进泡沫形成的稳定性。泡沫形成的稳定性。加速聚氨酯的形成和加速聚氨酯的形成和原料混合物的发泡原料混合物的发泡 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工
45、艺泡沫塑料夹层结构制造工艺甲苯二异氰酸酯甲苯二异氰酸酯CH3NCONCO2,4-二异氰酸酯甲苯CH3NCOOCN2,6-二异氰酸酯甲苯异构比异构比=2,4异构异构体体/2,6异构体异构体活性大活性大异构比越高，发气与凝固反异构比越高，发气与凝固反应进行越快，泡沫趋向于闭应进行越快，泡沫趋向于闭孔结构；反之，异构比越低，孔结构；反之，异构比越低，泡沫趋向于开孔结构。泡沫趋向于开孔结构。甲苯二异氰酸酯与聚酯或聚醚树脂的羟基反应，形甲苯二异氰酸酯与聚酯或聚醚树脂的羟基反应，形成聚氨酯；与水作用，生成发泡用的二氧化碳；与成聚氨酯；与水作用，生成发泡用的二氧化碳；与水解盐生成的中间产物反应，使聚合体发生
46、交联。水解盐生成的中间产物反应，使聚合体发生交联。课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺低沸点的卤化碳，低沸点的卤化碳，制品吸水性低、制品吸水性低、绝热性好绝热性好卤化碳的气体不卤化碳的气体不易逃逸，本身导易逃逸，本身导热系数较低热系数较低水在非极性的水在非极性的卤化碳中不溶卤化碳中不溶 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺 使亲水的多羟基聚合物和疏使亲水的多羟基聚合物和疏水的异氰酸酯、发泡剂以及催化水的异氰酸酯、发泡剂以及催化剂等成为均匀的混合物，保证发剂等成为均匀的混合物，保证发泡在体系中均匀进行。泡在体系中均匀
47、进行。作用作用 它们是表面张力调节剂，降低它们是表面张力调节剂，降低树脂的表面张力，有助于稳定气树脂的表面张力，有助于稳定气泡，防止细小微孔的合并。泡，防止细小微孔的合并。常用的表面活性剂为水溶性硅油、乳化剂为常用的表面活性剂为水溶性硅油、乳化剂为吐温吐温80(聚氧化乙烯山梨糖醇酐甘油酸酯聚氧化乙烯山梨糖醇酐甘油酸酯)课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺链增长反应链增长反应NCO+HONHCOO放气反应放气反应NCO+NHCOOHHOHNHH+CO2 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺氨基与异氰氨基与异氰酸酯的反
48、应酸酯的反应交联与支交联与支化反应化反应NHH+OCNNHCNOHOCNOH+OCNOCNOCNOH脲基甲酸酯 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺缩二脲的形缩二脲的形成反应成反应带有羧基聚酯与带有羧基聚酯与异氰酸酯反应异氰酸酯反应NHCNOH+NHCNOCNOHOCN缩二脲COOH+OCNCONH+CO2 课件第三章 夹层结构作业：作业：1、怎么区分硬质、半硬质、软质泡沫塑料？、怎么区分硬质、半硬质、软质泡沫塑料？2、简述泡沫塑料的发泡方法。、简述泡沫塑料的发泡方法。3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺 课件第三章 夹层结构3.3
49、泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺一步法一步法把所有的原料混在一起、搅拌均匀，发泡制成泡沫塑料。生产时反应生产时反应控制的程序控制的程序两步法两步法使异氰酸酯先与聚酯或聚醚树脂反应生成预聚体，再加入其它组分使其成为泡沫塑料。预聚法预聚法半预聚法半预聚法使部分聚酯或聚醚树脂与所有的异氰酸酯作用，而后加入剩余的聚酯或聚醚与其它组分的混合物使其成为泡沫塑料。课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺喷涂喷涂 两组分原料分别由计量泵输送至喷枪内混合，使用干燥的高压空气作为搅拌动力(或用风动马达带动搅拌器)，再在压缩空气作用下，将混合物喷射至目的物。喷涂法
50、生产喷涂法生产工艺流程图工艺流程图 贮罐贮罐 齿轮泵齿轮泵压缩空气压缩空气 风阀风阀 喷枪喷枪 课件第三章 夹层结构3.3 泡沫塑料夹层结构制造工艺泡沫塑料夹层结构制造工艺浇注浇注 在喷涂配方的基础上，将催化剂用量适当减少，两组分物料经过混合头混合或喷枪混合后，流至浇铸件的模具内，常温常压下膨胀发泡成型，然后加温熟化并脱模。课件第三章 夹层结构3.3.3、泡沫夹层结构的制造、泡沫夹层结构的制造预制粘结成型法（适用于批量生产，外形简单的产品）预制粘结成型法（适用于批量生产，外形简单的产品）现场浇注成型法（现场浇注成型法（适用适用于形状复杂的产品）于形状复杂的产品）机械连续成型法机械连续成型法（1
