1、复合材料工学复合材料工学主讲人：主讲人：目目 录录1、绪论、绪论 6、夹层结构、夹层结构2、玻璃纤维表面处理、玻璃纤维表面处理 7、模压成型、模压成型 3、热固性树脂工艺性能、热固性树脂工艺性能 8、缠绕成型、缠绕成型4、手糊成型、手糊成型 9、挤出注射成型、挤出注射成型5、喷射成型、喷射成型 10、连续成型连续成型课间休息课间休息绪绪 论论金属基复合材料金属基复合材料 树脂基复合材料树脂基复合材料无机非金属基无机非金属基复合材料分类复合材料分类金属基复合材料金属基复合材料硼硼/铝复合材料铝复合材料碳化硅纤维碳化硅纤维/铝复合材料铝复合材料金属基复合材料金属基复合材料树脂基复合材料树脂基复合材
2、料玻璃玻璃/酚醛酚醛高硅氧高硅氧/酚醛酚醛涤纶涤纶/酚醛酚醛碳碳/酚醛酚醛碳碳/环氧环氧蜂窝夹层结构复合材料蜂窝夹层结构复合材料经编复合材料经编复合材料多维整体编织织物复合材料多维整体编织织物复合材料耐高温树脂基复合材料耐高温树脂基复合材料特种不燃防（隔）热材料特种不燃防（隔）热材料无机非金属基复合材料无机非金属基复合材料碳基复合材料：碳基复合材料：整体毡碳整体毡碳/碳碳 低密度碳低密度碳/碳碳 多维整体编织碳多维整体编织碳/碳碳陶瓷基复合材料：陶瓷基复合材料：石英织物增强复合材料石英织物增强复合材料 高硅氧织物增强复合材料高硅氧织物增强复合材料复合材料的发展概况复合材料的发展概况1932年年
3、 诞生于美国诞生于美国4245年年 手糊军用雷达罩，远航飞机油箱材料手糊军用雷达罩，远航飞机油箱材料 玻纤增强聚酯树脂。玻纤增强聚酯树脂。44年年 飞机机身、机翼飞机机身、机翼 与上述改进：玻钢夹层结构与上述改进：玻钢夹层结构46年年 纤维缠绕成型纤维缠绕成型50年年 压制成型，直升机螺旋桨压制成型，直升机螺旋桨 49年年 玻纤预混，对模压制成型玻纤预混，对模压制成型60年代年代 机械式，计算机缠绕机械式，计算机缠绕 玻纤、聚酯树脂喷射成型玻纤、聚酯树脂喷射成型61年年 德国，片状模塑料（德国，片状模塑料（SMC）问世）问世 63年年 FRP板材工业化生产，美、法、日板材工业化生产，美、法、日
4、60年代中年代中 美、日美、日SMC汽车部件，浴盆，船上构件汽车部件，浴盆，船上构件60年代年代 棒材、细管、定型截面制品棒材、细管、定型截面制品70年代年代 拉挤，环向缠绕拉挤，环向缠绕 树脂反应注射成型（树脂反应注射成型（RIM）增强树脂反应注射成型（增强树脂反应注射成型（RRIM）卫生器具，汽车零件卫生器具，汽车零件72年年 美国美国PPG公司，热塑性片状模塑料公司，热塑性片状模塑料 (SMTC)80年年 法国，湿法热塑性片状模塑料法国，湿法热塑性片状模塑料(GMT)6080年代年代 离心浇铸成型，瑞士离心浇铸成型，瑞士 美国，大口负压管道美国，大口负压管道发展领域发展领域 军军民民 美
5、国美国 民民军军 西欧西欧主要国家主要国家1990年年CM产量产量 种类种类国家国家热固性复合材热固性复合材料（万料（万t）热塑性复合材热塑性复合材料（万料（万t）美国美国11733.3西欧西欧118.530日本日本45.418.9中国中国10.30.3应用范围应用范围 建筑建筑 轻型房屋（日本）轻型房屋（日本）装饰（雕塑、装饰件）装饰（雕塑、装饰件）卫生洁具（淋浴室）卫生洁具（淋浴室）冷却塔（中国可见）冷却塔（中国可见）贮水箱（中国上海可见）贮水箱（中国上海可见）波形瓦（样品）波形瓦（样品）塑钢门窗塑钢门窗 落水系统（落水管、雨蓬）落水系统（落水管、雨蓬）地面，墙布，桌椅，卫生桶地面，墙布，
6、桌椅，卫生桶化学工业化学工业 防腐管、泵、罐、槽、衬里、隔层架防腐管、泵、罐、槽、衬里、隔层架交通交通 汽车构件、铁路客车、通讯器材、汽车构件、铁路客车、通讯器材、高速公路格栅高速公路格栅造船造船 各种小艇、无磁性小艇、破障艇各种小艇、无磁性小艇、破障艇电器电器 元器件、灯具（杯）、绝缘工具元器件、灯具（杯）、绝缘工具军事航空军事航空 弹体件、雷达罩、飞机附件弹体件、雷达罩、飞机附件体育体育 撑杆、弓箭、球拍、雪橇、赛车、撑杆、弓箭、球拍、雪橇、赛车、滑板、赛艇、滑板、赛艇、皮艇、划桨、渔杆、按摩舱皮艇、划桨、渔杆、按摩舱农业农业 温室（温室（FILONFILON板，透光率板，透光率99%99
7、%）食品级设备食品级设备机械机械 机械零配件机械零配件中国复合材料的状况：中国复合材料的状况：传统的福建漆器，漆雕传统的福建漆器，漆雕现代的现代的“玻璃钢玻璃钢”复合材料性能：复合材料性能：性能的可设计性性能的可设计性力学性能、热学性能、耐腐性能。力学性能、热学性能、耐腐性能。主要成型工艺主要成型工艺 手糊、袋压、喷射、树脂注射、模压、缠绕、手糊、袋压、喷射、树脂注射、模压、缠绕、连续、离心连续、离心手工手工 异形，小批量产品，投资低、效率低、异形，小批量产品，投资低、效率低、重复性差重复性差机械自动化机械自动化 外形不复杂，批量大产品，连续性、外形不复杂，批量大产品，连续性、投资高、效率高、
8、重复性好、性能好投资高、效率高、重复性好、性能好玻璃纤维表面处理玻璃纤维表面处理1-1、概述、概述意义：意义：纤维纤维基体界面的结构和性能对基体界面的结构和性能对复合材料的力学性能和物理性能起主要作复合材料的力学性能和物理性能起主要作用。用。如断裂、韧性、腐蚀、刚度、膨胀等。如断裂、韧性、腐蚀、刚度、膨胀等。1-2、表面复合材料的结构表面复合材料的结构 1、结构：、结构：数种弹性性能不同的材料薄片交数种弹性性能不同的材料薄片交替铺叠而成。替铺叠而成。如图所示：如图所示：AABB2、决定因素、决定因素：纤维的原子排列，化学性能纤维的原子排列，化学性能高分子基体的分子结构和化学组成高分子基体的分子
9、结构和化学组成例：例：纤维的高模量、高强度性能使它成为理想的负荷纤维的高模量、高强度性能使它成为理想的负荷载体，但必须有一种模量较低的基体把它牢固地载体，但必须有一种模量较低的基体把它牢固地粘结起来，使任何一根纤维的断裂，对整体的强粘结起来，使任何一根纤维的断裂，对整体的强度影响不大。这就要求纤维对基体有良好的浸润度影响不大。这就要求纤维对基体有良好的浸润性，但玻纤和碳纤对树脂的浸润性是相当差的，性，但玻纤和碳纤对树脂的浸润性是相当差的，表现在层间剪切上。表现在层间剪切上。1-3、处理剂作用理论处理剂作用理论 1、耦联目的：、耦联目的：增加玻纤与树脂间的粘结力增加玻纤与树脂间的粘结力2、耦联作
10、用：耦联作用：耦联剂具有两种或两种以上性质耦联剂具有两种或两种以上性质不同的官能团，一端亲玻纤，一端亲树脂。从而不同的官能团，一端亲玻纤，一端亲树脂。从而起到玻纤与树脂间的桥梁作用。起到玻纤与树脂间的桥梁作用。耦联剂的主要功能是在纤维表面的氧化物分子耦联剂的主要功能是在纤维表面的氧化物分子团和树脂的聚合物分子之间建立很强的化学键合，团和树脂的聚合物分子之间建立很强的化学键合，产生很强的耐水键。产生很强的耐水键。耦联剂的部分作用是提高表面能以保证树脂很耦联剂的部分作用是提高表面能以保证树脂很好的浸润。好的浸润。3、耦联机理：、耦联机理：不吸湿，带羟基不吸湿，带羟基 SiO2,Al2O3,Fe2O
11、3带羟基，带羟基，MOH,M=Si,Fe,Al。玻纤表面玻纤表面 水合完以后水合完以后,分布基团分布基团 留下来由不留下来由不 水合氧化物水合氧化物 网络构成的网络构成的 疏松表面。疏松表面。吸水基，形成水合氧化层吸水基，形成水合氧化层1-4、处理、处理剂种类和作用机理剂种类和作用机理 1、种类、种类有机硅烷型，非有机硅烷型有机硅烷型，非有机硅烷型2、通式、通式 RSiX3 与聚合物作用端与聚合物作用端 与与Si键合的可水解基团键合的可水解基团3、作用过程：、作用过程：(1)水解水解RSiX3H2ORSi（OH）33HX(2)与纤维表面羟基与纤维表面羟基结合结合RSiOHOOHHHOMRSiO
12、HOOHHHOM玻璃纤维玻璃纤维(3)脱水脱水聚硅氧烷层聚硅氧烷层玻璃纤维玻璃纤维HOSi OSi OHRROOMM(4)与树脂结合与树脂结合R基团与树脂基团基团与树脂基团相似相容相似相容玻璃纤维玻璃纤维刚性键刚性键HOSi OSi OHRROOMM(5)克服刚性键克服刚性键第一、形成改性区第一、形成改性区改性树脂区：改性树脂区：机械性能介机械性能介于纤维和树脂的机械性能之间。于纤维和树脂的机械性能之间。产生方法：产生方法：a、硅烷耦联剂改变纤维表面区域基体树脂的固、硅烷耦联剂改变纤维表面区域基体树脂的固化行为。化行为。b、用含有长链、用含有长链R基团的硅烷耦联剂，使得固化基团的硅烷耦联剂，使
13、得固化以后在纤维和树脂之间出现一层性能不同于块状以后在纤维和树脂之间出现一层性能不同于块状树脂的树脂层。树脂的树脂层。第二、第二、Plueddemann机制机制核心：两个表面相互滑移但不产生永久性的联键核心：两个表面相互滑移但不产生永久性的联键破坏。破坏。1974年年Plueddemann提出界面上的运动或滑移可提出界面上的运动或滑移可以松弛局部应力，但却维持其化学键合。以松弛局部应力，但却维持其化学键合。如图：见下页如图：见下页H2O+玻璃纤维玻璃纤维HOSiOHROMRSiOHOOHHHOMRSiOHOOHHHOMPlueddemann机制图机制图存在分子水时，水会扩散透过树脂进入界面，共
14、价存在分子水时，水会扩散透过树脂进入界面，共价键键MO便发生可递的水解过程。因为过程的可逆性，便发生可递的水解过程。因为过程的可逆性，当水扩散出去之后，共价键重新恢复。当水扩散出去之后，共价键重新恢复。当一个与界面相平行的简单剪应力作用时，两个当一个与界面相平行的简单剪应力作用时，两个表面会相互滑移，但不产生永久性的联键破坏。表面会相互滑移，但不产生永久性的联键破坏。R R R R聚合物聚合物 玻璃玻璃 M M M M聚合物聚合物R R R RM M M M玻璃玻璃 滑移滑移 总之：总之：纤维纤维硅烷界面和硅烷硅烷界面和硅烷树脂树脂 化学键合化学键合 化学键合，相互扩散化学键合，相互扩散1-5
15、、纤维的表面处理工艺纤维的表面处理工艺 1、玻纤、玻纤前处理，后处理，迁移法三种。前处理，后处理，迁移法三种。(1)前处理前处理耦联剂代替石蜡型浸润剂，直接用于玻纤拉丝集耦联剂代替石蜡型浸润剂，直接用于玻纤拉丝集束，使用时勿须脱蜡处理。束，使用时勿须脱蜡处理。强度完好，柔性较差。强度完好，柔性较差。(2)后处理后处理纤维先热处理脱蜡，然后浸渍耦联剂，再经预烘、纤维先热处理脱蜡，然后浸渍耦联剂，再经预烘、蒸馏水洗涤、干燥工序。热处理导致强度下降。蒸馏水洗涤、干燥工序。热处理导致强度下降。(3)迁移法迁移法耦联剂直接加入树脂配方中，让它在浸胶和成型耦联剂直接加入树脂配方中，让它在浸胶和成型过程中迁
16、移到玻纤表面发生耦联作用。方法简便，过程中迁移到玻纤表面发生耦联作用。方法简便，可增加纤维与树脂间的粘结力，提高了强度与电可增加纤维与树脂间的粘结力，提高了强度与电性能。性能。2、碳纤、碳纤与玻纤不同，一般采用表面活化的办法，提高了与玻纤不同，一般采用表面活化的办法，提高了碳纤与树脂复合材料的剪切强度。有液相氧化、碳纤与树脂复合材料的剪切强度。有液相氧化、气相氧化、阳极氧化、气相氧化、阳极氧化、Co60或中子辐照。或中子辐照。热固性树脂工艺性能热固性树脂工艺性能2-1、浸润性能、浸润性能 不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂三大类。不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂三大类。用于制造纤维增强复合材
17、料时有三条浸润途径。用于制造纤维增强复合材料时有三条浸润途径。1、湿法加工、湿法加工低粘度树脂浸润干燥的纤维。低粘度树脂浸润干燥的纤维。方法方法1：湿法铺糊，用辊压的方法将纤维毡用树脂湿法铺糊，用辊压的方法将纤维毡用树脂浸渍。浸渍。方法方法2：湿法缠绕或纤维缠绕，用纤维束通过树脂湿法缠绕或纤维缠绕，用纤维束通过树脂槽拉出缠绕在所需形状的芯轴或芯模上。槽拉出缠绕在所需形状的芯轴或芯模上。方法方法3：树脂注塑，纤维在闭模中铺好，树脂在重树脂注塑，纤维在闭模中铺好，树脂在重力或外压的作用下注入模子。力或外压的作用下注入模子。工艺因素：工艺因素：(1)树脂对纤维的完全浸润树脂对纤维的完全浸润(2)树脂
18、粘度树脂粘度(3)树脂与纤维之间的界面的表面张力树脂与纤维之间的界面的表面张力(4)纤维体积百分数高，直径细小，完全浸纤维体积百分数高，直径细小，完全浸润需长时间和高压。润需长时间和高压。2、预浸润、预浸润第一步：生产预浸料第一步：生产预浸料把纤维和树脂铺在两张硅化纸或塑料薄膜之间，再把纤维和树脂铺在两张硅化纸或塑料薄膜之间，再对它加压或辊压，确保压实和纤维浸润，然后部分对它加压或辊压，确保压实和纤维浸润，然后部分固化得到浸有树脂的纤维带或片。固化得到浸有树脂的纤维带或片。该步工艺优点：单向层中的纤维定向程度极好。该步工艺优点：单向层中的纤维定向程度极好。第二步：去纸或薄膜第二步：去纸或薄膜移
19、去纸或薄膜后，将预浸料铺叠成物件形状或把预移去纸或薄膜后，将预浸料铺叠成物件形状或把预浸带缠绕在芯轴上，通过加压压实，最后由加热加浸带缠绕在芯轴上，通过加压压实，最后由加热加压实现固化。压实现固化。3、改性预浸渍法、改性预浸渍法形成中间产物：片状模塑料形成中间产物：片状模塑料SMC 团状模塑料团状模塑料DMCSMC：是一种含有化学增稠剂和碳酸钙的薄片。是一种含有化学增稠剂和碳酸钙的薄片。DMC：含较多的填料和较低的纤维含量，并且纤含较多的填料和较低的纤维含量，并且纤维是三维取向的，在模中热压后，进一步压实并维是三维取向的，在模中热压后，进一步压实并固化，得到结实又刚硬的固化，得到结实又刚硬的D
20、MC。2-2、粘接性能、粘接性能 发生在界面上的粘着认为有五发生在界面上的粘着认为有五种机理。种机理。1、吸附和浸润、吸附和浸润两电中性的表面，粗糙，表面两电中性的表面，粗糙，表面足够近地靠在一起。足够近地靠在一起。物理吸引物理吸引 两种现象两种现象孤立点接触孤立点接触 要使纤维表面有效浸润，必须：液态树脂覆盖表面要使纤维表面有效浸润，必须：液态树脂覆盖表面上的每个峰谷，空气完全排除。上的每个峰谷，空气完全排除。浸润方程：浸润方程：Wa=SVLVSLWa：由高度集中的分子间色散力引起的物理结合。由高度集中的分子间色散力引起的物理结合。理想状态，这种色散力能在树脂与碳纤维或玻璃纤理想状态，这种色
21、散力能在树脂与碳纤维或玻璃纤维之间产生很强的粘结。维之间产生很强的粘结。SVLLVSVSL它受下列因素影响：它受下列因素影响：(1)纤维表面受沾污使有效表面能大大低于原固体纤维表面受沾污使有效表面能大大低于原固体的表面能。的表面能。(2)材料表面有截留的空气和其他气体存在。材料表面有截留的空气和其他气体存在。(3)固化过程中形成很大的凝缩应力，在表面引起固化过程中形成很大的凝缩应力，在表面引起不可恢复的位移。不可恢复的位移。这种强的物理结合在这些因素的影响下，往往不这种强的物理结合在这些因素的影响下，往往不能成为理想状态的强结合。能成为理想状态的强结合。2、相互扩散、相互扩散 两种聚合物表面有
22、可能形成的，两种聚合物表面有可能形成的，通过一个表面上聚合物分子向另通过一个表面上聚合物分子向另一个表面的分子网络扩散形成粘一个表面的分子网络扩散形成粘结。结。定义，也叫自粘着作用定义，也叫自粘着作用界面上分子缠绕的数量和所包含界面上分子缠绕的数量和所包含分子的数目分子的数目粘结强度的决定粘结强度的决定因素。因素。溶剂和增塑剂的存在溶剂和增塑剂的存在有助于有助于扩散。扩散。3、静电吸引、静电吸引一个表面携有净正电荷而一个表面携有净正电荷而另一个表面携有净负电荷另一个表面携有净负电荷时，两个表面之间会产生时，两个表面之间会产生吸引力吸引力定义。定义。控制控制PH值值控制电荷密度控制电荷密度最佳耦
23、联效果最佳耦联效果界面强界面强度度+-+-+4、化学键结合、化学键结合耦联剂作用机理。耦联剂作用机理。5、机械粘着、机械粘着两粗糙表面形成的两粗糙表面形成的纯粹机械连锁作用。纯粹机械连锁作用。A A A A A AB B B B B B2-3、流动性能、流动性能 树脂在熔融态经历了延展（拉伸）和剪切两种流树脂在熔融态经历了延展（拉伸）和剪切两种流动，这种简单的二维变形对纤维产生影响。动，这种简单的二维变形对纤维产生影响。延展流动：延展流动：纤维朝延伸的方向转动，延伸量很大，纤维朝延伸的方向转动，延伸量很大，纤维取向程度也大。纤维取向程度也大。剪切流动：剪切流动：一些纤维朝剪切方向转动，其他纤维
24、一些纤维朝剪切方向转动，其他纤维朝相反方向转动，因此在纤维的取向上没有净变朝相反方向转动，因此在纤维的取向上没有净变化。化。部分取向的材料中，剪切流动的作用使得一些纤部分取向的材料中，剪切流动的作用使得一些纤维转离取向主方向。维转离取向主方向。2-4、固化性能、固化性能 1、交联、交联(1)交联的作用交联的作用热固性聚合物，通过化学交联由液态树脂转变成热固性聚合物，通过化学交联由液态树脂转变成硬而脆的固体物质，交联导致了高分子链的三维硬而脆的固体物质，交联导致了高分子链的三维网络的紧密键合的形成。网络的紧密键合的形成。(2)交联的工艺因素交联的工艺因素机械性能取决于组成网络的分子单元和交联的长
25、机械性能取决于组成网络的分子单元和交联的长度与密度，前者由所用的化合物决定。后者受交度与密度，前者由所用的化合物决定。后者受交联工艺，其中也包括固化工艺的控制。联工艺，其中也包括固化工艺的控制。(3)交联工艺交联工艺程序：程序：a、设定温度、加热时间、设定温度、加热时间最佳交联，最佳性能。最佳交联，最佳性能。b、设定某一较高温度、设定某一较高温度进一步固化，提高性能。进一步固化，提高性能。2、热响应、热响应热固性树脂一般是各向同性的。热固性树脂的最热固性树脂一般是各向同性的。热固性树脂的最大特点是对热的响应，它不因加热而熔化，这一大特点是对热的响应，它不因加热而熔化，这一点与热塑性塑料不同。不
26、过，当加热到热变形温点与热塑性塑料不同。不过，当加热到热变形温度时，热固性树脂会失去其刚度，这也就规定了度时，热固性树脂会失去其刚度，这也就规定了热固性树脂在结构件上应用的有效上限温度。热固性树脂在结构件上应用的有效上限温度。与热塑性塑料相比，在交联和热响应与热塑性塑料相比，在交联和热响应中两者有何不同？中两者有何不同？热塑性塑料分子间没有交联。热塑性塑料热塑性塑料分子间没有交联。热塑性塑料的强度和刚度来源于单体链节所固有的性的强度和刚度来源于单体链节所固有的性质及其高分子量。由此可以肯定，在非晶质及其高分子量。由此可以肯定，在非晶态热塑性塑料中存在着高度集中的分子缠态热塑性塑料中存在着高度集
27、中的分子缠结，这些缠结起着交联的作用，与热固性结，这些缠结起着交联的作用，与热固性树脂不同。树脂不同。手糊成型工艺手糊成型工艺模具模具涂脱模剂涂脱模剂手糊成型手糊成型树脂胶液树脂胶液增强材料增强材料原材料原材料设备设备固化固化 脱模脱模 后处理后处理 检验检验 制品制品 手糊工艺视频手糊工艺视频定义：定义：用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺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。下固化，脱模成制品的工艺方法。特点：特点：优点优点缺点缺点形状任意、复杂形状任意、复杂效率低下效率低下设备简单
28、、投资小、折旧低设备简单、投资小、折旧低工作环境差工作环境差工艺简单工艺简单产品质量不稳产品质量不稳可任意添补可任意添补产品力学性能不好产品力学性能不好树脂量高，耐腐蚀树脂量高，耐腐蚀批量小批量小1、原材料、原材料 要求：要求：满足设计要求满足设计要求 手糊工艺要求手糊工艺要求 价低易得价低易得 1-1、聚合物基体、聚合物基体 要求：要求：1、室温下固化、胶凝，生成高分子物、室温下固化、胶凝，生成高分子物 2、胶液粘度：、胶液粘度：0.20.5PaS（适合手糊）（适合手糊）3、无毒或低毒、无毒或低毒 4、价低、价低种类：种类：不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂 环氧树脂环氧树脂 双马来酰亚胺树脂双马
29、来酰亚胺树脂 聚酰亚胺树脂聚酰亚胺树脂1-1-1、不饱和聚酯树脂、不饱和聚酯树脂优点：常温迅速固化优点：常温迅速固化，粘度低，良好的性能粘度低，良好的性能。缺点：怕氧，固化收缩大，固化易受温度、湿度缺点：怕氧，固化收缩大，固化易受温度、湿度影响。影响。品种：品种：通用型通用型专用型专用型 耐腐耐腐 阻燃阻燃 低收缩低收缩 耐候耐候 1-1-2、环氧树脂、环氧树脂价格相对较高，但性能好。受力结构或耐碱、电价格相对较高，但性能好。受力结构或耐碱、电性能等制品多用环氧树脂。自熄型环氧树脂，简性能等制品多用环氧树脂。自熄型环氧树脂，简称溴化环氧，有较好自熄效果，但粘度大，不适称溴化环氧，有较好自熄效果
30、，但粘度大，不适合手糊工艺。合手糊工艺。品种品种 双酚双酚A型型 脂环族脂环族 自熄型自熄型 分子量分子量 300700 软化点软化点 30 牌号牌号 E-51(618)R-122(6207)Ex-25 E-44(6101)300#E-42(634)400#1-1-3、辅助材料、辅助材料 1、稀释剂、稀释剂 活性稀释剂活性稀释剂 非活性稀释剂非活性稀释剂 参与反应参与反应 不参与反应不参与反应 少量少量 515%对树脂固化后影响小对树脂固化后影响小 对树脂固化后有影响对树脂固化后有影响 用于较高要求用于较高要求 有毒有毒 一般低毒一般低毒 2、填料、填料无机：粘土、无机：粘土、CaCO3、白云
31、石、滑石粉、白云石、滑石粉、石英粉、石墨石英粉、石墨有机：聚氯乙烯粉有机：聚氯乙烯粉3、色料、色料使用无机颜料。使用无机颜料。一般不用有机颜料，易与有机树脂反应。一般不用有机颜料，易与有机树脂反应。1-2、增强纤维、增强纤维 玻璃纤维、碳纤维、芳伦纤维、其它纤维。玻璃纤维、碳纤维、芳伦纤维、其它纤维。E-玻纤：玻纤：无碱纤维无碱纤维 成本高成本高C-玻纤：玻纤：耐酸性耐酸性 成本低成本低A-玻纤：玻纤：有碱纤维有碱纤维 成本低成本低S-玻纤：玻纤：高强纤维高强纤维M-玻纤：玻纤：高弹纤维高弹纤维L-玻纤：玻纤：防辐射纤维防辐射纤维中国的中碱玻纤中国的中碱玻纤 1-2-1、玻纤制品、玻纤制品 玻
32、纤无捻粗纱：玻纤无捻粗纱：由无捻络纱机将拉丝得到的原由无捻络纱机将拉丝得到的原纱平行并股卷成圆筒形。纱平行并股卷成圆筒形。命名法：命名法：无碱无捻纱无碱无捻纱 8 24 /5玻纤种类玻纤种类 单单丝丝直直径径原原纱纱号号数数并并股股纱纱数数短切纤维毡短切纤维毡 将连续玻纤经浸润剂集束后，按一定长度切断，将连续玻纤经浸润剂集束后，按一定长度切断，无序分散成一定厚度，再用粘结剂合成毡状。无序分散成一定厚度，再用粘结剂合成毡状。特点：成本低，使用方便，各向同性。特点：成本低，使用方便，各向同性。缺点：强度低。缺点：强度低。衬里毡、表面毡。衬里毡、表面毡。无捻粗纱布无捻粗纱布方格布方格布特点：经纬强度
33、均衡，冲击强度高，成型容易，特点：经纬强度均衡，冲击强度高，成型容易，与短切毡合用。与短切毡合用。缺点：缺点：45方向强度低。方向强度低。玻纤细布玻纤细布平纹布平纹布特点：变形量小，铺覆性好，曲率复杂制品。特点：变形量小，铺覆性好，曲率复杂制品。单向织物单向织物单位宽度内经纱量远大于纬纱量。单位宽度内经纱量远大于纬纱量。特点：管道、贮罐，适用于某单向需要加强。特点：管道、贮罐，适用于某单向需要加强。1-2-2、碳纤维、碳纤维 特点特点 强度高、模量高、耐高温强度高、模量高、耐高温 品种品种 普通型普通型 高强型高强型 高模量高模量型型 超高强超高强度型度型 超高断裂超高断裂伸长型伸长型 生产生
34、产原料原料 沥青纤沥青纤维维 聚丙烯聚丙烯腈腈 用途用途 航空、航天、汽车、体育用品航空、航天、汽车、体育用品 1-2-3、Kevlar纤维纤维 美国杜邦公司美国杜邦公司(Dupont)开发的聚芳酰胺纤维开发的聚芳酰胺纤维品种：品种：Kevlar29 Kevlar49 特点：特点：刚性模量很大，密度低，强度高，热膨胀系刚性模量很大，密度低，强度高，热膨胀系数低，耐高温性能优良，韧性好，表面缺陷影响小，数低，耐高温性能优良，韧性好，表面缺陷影响小，价格比碳纤维低价格比碳纤维低。缺点：缺点：抗压强度低，日照芳环链会解链抗压强度低，日照芳环链会解链。1-3、手糊工艺、手糊工艺 1-3-1、原材料准备
35、、原材料准备1-3-1-1、胶液、胶液主要工艺参数：胶液粘度，凝胶时间主要工艺参数：胶液粘度，凝胶时间1、胶液粘度、胶液粘度定义：表征流动特性。定义：表征流动特性。调节调节粘度高（稠）不易涂刷和浸透粘度高（稠）不易涂刷和浸透 粘度低（稀）凝胶前胶液流失粘度低（稀）凝胶前胶液流失 邻苯二甲酸二丁酯邻苯二甲酸二丁酯 环氧丙烷丁基醚环氧丙烷丁基醚 0.20.8PaS 2、凝胶时间、凝胶时间定义：定义：指在一定温度条件下，树脂中加入定量引指在一定温度条件下，树脂中加入定量引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，变成软胶状态的凝胶所需的时间。变成软胶状态
36、的凝胶所需的时间。凝胶时间过短凝胶时间过短 粘度迅速增大，不能浸透材料，粘度迅速增大，不能浸透材料，局部固化。局部固化。凝胶时间过长凝胶时间过长 凝胶期过长，生产周期相应变长，凝胶期过长，生产周期相应变长，胶液流失，胶连剂挥发，贫胶、胶液流失，胶连剂挥发，贫胶、固化难。固化难。受控因素：受控因素：(1)胶液体积胶液体积体积大，反应热不易散发，相当于给胶液加热，体积大，反应热不易散发，相当于给胶液加热，凝胶时间变短。凝胶时间变短。(2)环境温度与湿度环境温度与湿度气温高，凝胶短，气温低，凝胶长，气温太低，气温高，凝胶短，气温低，凝胶长，气温太低，固化不良固化不良(15)。温度低，时间短；温度高，
37、时间长。温度低，时间短；温度高，时间长。(3)制品厚度与表面积大小制品厚度与表面积大小厚度厚，表面积大，时间长。厚度厚，表面积大，时间长。(4)交联剂蒸发损失交联剂蒸发损失延长凝胶时间，对大表面积制品注意。延长凝胶时间，对大表面积制品注意。(5)树脂胶液中混入某些物质树脂胶液中混入某些物质 聚合反应被抑制（交联聚合中毒），因此注意胶聚合反应被抑制（交联聚合中毒），因此注意胶液的清洁，加盖。液的清洁，加盖。(6)填料加入量填料加入量料大延长时间料大延长时间书中不饱和聚酯树脂凝胶时间、环境温度、促书中不饱和聚酯树脂凝胶时间、环境温度、促进剂用量关系参考。进剂用量关系参考。经验经验1：配胶时将树脂与
38、固化剂以外的组分先调配胶时将树脂与固化剂以外的组分先调好搅匀，施工前加入固化剂，搅匀后马上使用（如好搅匀，施工前加入固化剂，搅匀后马上使用（如色素预混）。色素预混）。经验经验2：伯胺伯胺+低活性固化剂，控制环氧树脂胶凝低活性固化剂，控制环氧树脂胶凝时间。时间。3、不饱和聚酯树脂胶液配制、不饱和聚酯树脂胶液配制4、环氧树脂胶液配方、环氧树脂胶液配方树脂树脂 +引发剂引发剂 +促进剂促进剂 预混预混 操作前操作前 环氧环氧 +固化剂（胺类）固化剂（胺类）稀释剂，辅助剂稀释剂，辅助剂 1-3-1-2、增强材料、增强材料 布，毡布，毡预处理：预处理：干：烘干，不潮湿干：烘干，不潮湿净：无油污净：无油污
39、下料：按样下料下料：按样下料注意点：注意点：1、布的方向性，设计规定排向。、布的方向性，设计规定排向。（例如：正交要求纵横交替，管道注意受力方向）（例如：正交要求纵横交替，管道注意受力方向）2、同一铺层拼接、同一铺层拼接3、圆形：、圆形：45成带成带 锥形：扇形锥形：扇形4、节约、节约 搭接搭接 错开对接错开对接 传（受）力均匀传（受）力均匀 1-3-1-3、胶衣糊、胶衣糊 1、种类与功效、种类与功效 33号间苯二甲酸型胶衣树脂：号间苯二甲酸型胶衣树脂：耐水耐水36PA树脂：树脂：不透明、自熄不透明、自熄39号胶衣树脂，间苯二甲酸号胶衣树脂，间苯二甲酸-HET酸酐：酸酐：耐热、耐热、自熄自熄2
40、1号胶衣树脂，新戊二醇：号胶衣树脂，新戊二醇：耐水煮、耐热、不污耐水煮、耐热、不污染、柔韧耐磨染、柔韧耐磨 2、配置、配置胶衣树脂胶衣树脂+引发剂引发剂+促进剂促进剂1-3-1-4、手糊制品厚度与层数计算、手糊制品厚度与层数计算 1、厚度、厚度数学计算见书数学计算见书P.26 t =m k 制品制品厚度厚度mm 材料材料质量质量Kg/m2 厚度常数厚度常数mm/Kgm-22、层数计算、层数计算 n=A/mf(kf+ckr)A：制品总厚度制品总厚度(mm)mf：增强纤维单位面积质量：增强纤维单位面积质量(Kg/m2)kf：增强纤维厚度常数：增强纤维厚度常数(mm/Kgm-2)kr：树脂基体的厚度
41、常数树脂基体的厚度常数(mm/Kgm-2)c：树脂与增强材料的质量比（含胶量）树脂与增强材料的质量比（含胶量）n：增强材料铺层层数增强材料铺层层数1-3-2、工艺操作、工艺操作糊制糊制 1-3-2-1、表面层、表面层 定义：定义：制品表面需要特制的面层制品表面需要特制的面层富树脂层。富树脂层。构成：构成：厚度：厚度：0.250.5mm工艺：工艺：涂刷涂刷 横竖刷横竖刷喷涂喷涂 左右平行喷左右平行喷加有颜料的胶衣树加有颜料的胶衣树脂脂粉末填料的普通树脂粉末填料的普通树脂玻纤表面毡玻纤表面毡三类三类喷涂影响因素：喷涂影响因素：1、触变指数、触变指数影响雾化扇面宽度。影响雾化扇面宽度。喷射距离喷射距
42、离400500mm此时触变指数此时触变指数55.5以上以上 2、温度、温度 2530，喷枪气压，喷枪气压0.30.4MPa 3、气泡、气泡 杜绝杜绝 4、苯乙烯、苯乙烯 防止挥发防止挥发 5、水、水 杜绝杜绝 1-3-2-2、铺层、铺层 连续，拼接时要对接，接缝错开，外包封，连续，拼接时要对接，接缝错开，外包封，多层拼接用多次薄层法拼接。多层拼接用多次薄层法拼接。详见书详见书P.27接缝接缝布层布层附加布附加布1-3-3、工艺操作、工艺操作固化固化 1-3-3-1、不饱和聚酯树脂固化、不饱和聚酯树脂固化 引发剂引发剂 游离基游离基 树脂双键打开树脂双键打开 聚合聚合 产生产生 使使自行自行（凝
43、胶（凝胶定型定型熟化）熟化）时间、温度、硬度时间、温度、硬度 促进剂促进剂 迫使迫使 烘箱、固化炉、模内加热、红外烘箱、固化炉、模内加热、红外1-3-4、工艺操作、工艺操作影响因素影响因素 配方、反应过程、后加工。配方、反应过程、后加工。1、原材料方面、原材料方面纤维：质量不匀，扭结、断头、沾污、含湿，质纤维：质量不匀，扭结、断头、沾污、含湿，质量不达标，内应力高，石蜡浸润剂存在。量不达标，内应力高，石蜡浸润剂存在。树脂：粘度不宜，浸润性差，树脂的指标不合格树脂：粘度不宜，浸润性差，树脂的指标不合格（酸值、挥发分、分子量分布、环氧值等）（酸值、挥发分、分子量分布、环氧值等）2、反应中：、反应中
44、：不按规程操作，固化剂纯度、用量，不按规程操作，固化剂纯度、用量，室温，湿度，加压时机等。室温，湿度，加压时机等。3、后加工：、后加工：脱模，机加工，连接不当。脱模，机加工，连接不当。4、质量控制：、质量控制：避免上述影响因素。避免上述影响因素。5、常见缺陷：、常见缺陷：胶衣胶衣 原因原因 起皱起皱 胶衣层太薄，胶衣未固化就糊增强层，胶衣层太薄，胶衣未固化就糊增强层，交联剂使胶衣溶胀交联剂使胶衣溶胀 龟裂龟裂 胶衣层厚薄不均，厚部牵拉胶衣层厚薄不均，厚部牵拉 变色变色 颜料含水量严格控制颜料含水量严格控制 书中详列原因与方法书中详列原因与方法 制品制品 原因原因 皱缩皱缩 拐角或斜坡曲面（原因
45、及防治参见书拐角或斜坡曲面（原因及防治参见书P.31）翘曲与变形翘曲与变形（原因及防治参见书（原因及防治参见书P.32）喷射成型工艺喷射成型工艺1、定义：、定义：(1)将分别混有促进剂和引发剂的不饱和聚酯树脂将分别混有促进剂和引发剂的不饱和聚酯树脂从喷枪两侧（或枪内混合）喷出，同时将玻纤无从喷枪两侧（或枪内混合）喷出，同时将玻纤无捻粗纱用切割机切断，并由喷枪中心喷出，与树捻粗纱用切割机切断，并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上。脂一起均匀沉积到模具上。(2)待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂，压实并除去气泡，最后固化成产品。树脂，压实并
46、除去气泡，最后固化成产品。工艺流程：工艺流程：玻纤无捻粗纱玻纤无捻粗纱 聚酯树脂聚酯树脂加热加热 引发剂引发剂促进剂促进剂静态混合静态混合切割喷枪切割喷枪喷射成型喷射成型 模具模具辊压辊压固化固化脱模脱模喷射成型工喷射成型工艺艺2、分类、分类 气动型气动型 压缩空气的喷射将胶液雾化并喷压缩空气的喷射将胶液雾化并喷 涂到芯模上涂到芯模上 烟雾弥漫，浪费，污染烟雾弥漫，浪费，污染液压型液压型 内混内混 喷枪头紊流混合器内混喷枪头紊流混合器内混 污染小，易堵枪，丙酮及时洗污染小，易堵枪，丙酮及时洗 外混外混 喷枪外混，类似气动喷枪外混，类似气动 浪费，污染浪费，污染 先混先混 静态混合器，好，贵静态
47、混合器，好，贵3、优点：、优点：效率高，成本低，整体性（无效率高，成本低，整体性（无 缝），产品壁厚可调节。缝），产品壁厚可调节。缺点：缺点：污染大，树脂用量大，制品强污染大，树脂用量大，制品强 度低（短切）度低（短切）2-1、喷射工艺控制、喷射工艺控制 2-1-1、工艺参数、工艺参数 1、纤维：、纤维：含量为含量为2833%，长度，长度2550mm25%，10mm，强度低，强度低50mm，气泡多，不分散，气泡多，不分散2、含胶量：、含胶量：60%左右左右3、胶液粘度：、胶液粘度：0.30.8PaS，触变度，触变度1.544、喷射量：、喷射量：喷嘴直径喷嘴直径1.23.5mm，喷胶量，喷胶量8
48、60g/s5、喷角、喷距：、喷角、喷距：喷角喷角20，喷距，喷距350400mm，粘度粘度0.2PaS，雾化压力，雾化压力0.30.5MPa2-1-2、工艺要点、工艺要点 1、环境温度：、环境温度：255高：高：固化快，堵枪固化快，堵枪低：低：粘度大，浸渍不好，固化慢粘度大，浸渍不好，固化慢2、标准化作业、标准化作业3、独立供气，除湿、独立供气，除湿（国内难）（国内难）4、胶液罐恒温、胶液罐恒温5、调节割辊与气压同步、调节割辊与气压同步 6、底胶先喷，初终光面、底胶先喷，初终光面（打薄）（打薄）7、均匀喷射、均匀喷射8、滚压、排气泡、修毛刺、滚压、排气泡、修毛刺9、旋转喷嘴，调喷射直径、旋转喷
49、嘴，调喷射直径10、特殊部位、特殊部位 曲面曲面法线方向法线方向 沟槽沟槽四周向内四周向内 转角转角由内向外由内向外2-1-3、缺陷及防治、缺陷及防治 见书见书P.36“软软”，“硬硬”，“快快”，“过头过头”，“泡泡”。2-2、树脂传递模塑与反应注射模塑、树脂传递模塑与反应注射模塑 树脂传递模塑：树脂传递模塑：Resin Transfer Molding反应注射模塑：反应注射模塑：Reaction Injection MoldingRTM定义：将液态热固性树脂（通常为不饱定义：将液态热固性树脂（通常为不饱和聚酯）及固化剂，由计量设备分别从储桶和聚酯）及固化剂，由计量设备分别从储桶内抽出，经静
50、态混合器混合均匀，注入事先内抽出，经静态混合器混合均匀，注入事先铺有玻纤增强材料的密封模内，经固化，脱铺有玻纤增强材料的密封模内，经固化，脱模，后加工而成制品。模，后加工而成制品。2-2-1、原材料、原材料 1、树脂系统、树脂系统 低粘度，低放热，快固化，以适应树脂低粘度，低放热，快固化，以适应树脂RTM的反应机理，设备需求。的反应机理，设备需求。低粘度低粘度 抽、注要求抽、注要求低放热低放热 密封模固化要求密封模固化要求快固化快固化 生产周期要求生产周期要求工艺参数：工艺参数：粘度粘度 250300 PaS放热放热 80140凝胶凝胶 530min固化固化 2倍胶凝时间倍胶凝时间2、增强材料
