复合材料成型工艺2.ppt
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1、复 合 材 料 成 型 与 加 工 技 术,手糊成型工艺及设备 手糊成型又称接触成型Hand Lay Up 工艺流程,原材料,增强体,基体,Hand Lay Up,手糊成型工艺的优点: 1、不受尺寸、形状的限制; 2、设备简单、投资少; 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。 手糊成型工艺的缺点 1、生产效率低,劳动强度大,卫生条件差; 2、产品性能稳定性差; 3、产品力学性能较低。,2.1 原材料的选择 选用的原材料必须满足3点要求 1、产品设计的性能要求 2、手糊成型工艺要求 3、价格便宜、材料容易取得 2.1.1 聚合物基体
2、的选择 选用原则: 室温下固化凝胶 能配成粘度适中的胶液 0.20.5Ps,双酚A型环氧树脂,Tg 240 260 ,四缩水甘油基-4,4一二氨基二苯甲烷(TGDDM) 芳香胺-二氨基二苯砜(DDS),不饱和聚酯,乙烯基酯,3、辅助剂 不饱和聚酯树脂的辅助剂包括交联剂、引发剂、促进剂、阻聚剂、光敏剂等。 1) 交联剂 要求:高沸点,低粘度,能溶解树脂、引发剂、促进剂、染料等,反应活性大,能使共聚反应在室温或较低温度下进行,能与树脂共聚形成均相共聚物。 常用交联剂: 苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基甲苯、邻苯二甲酸二丙烯酯、邻苯二甲酸二丁酯。最常用的是苯乙烯。,2)、引发剂 引发剂可以产生自由基,
3、引发树脂体系进行固化反应。引发剂一般为过氧化物,其通式为 ROOR。引发剂的主要类型有:氢过氧化物、酸过氧化物、酮过氧化物、酯过氧化物、二酰基过氧化物。 最常用的有: 过氧化二苯甲酰 过氧化环己酮(混合物) 过氧化甲乙酮(混合物),O O C6H5-C-OO-C-C6H5,3) 促进剂 常用的引发剂其临界温度均在60以上,说明单独使用有机过氧化物,不能满足不饱和聚酯树脂室温固化的要求。在促进剂的存在下,有机过氧化物的“分解活化能”显著下降,可以使有机过氧化物的分解温度降到室温以下。 这种能使引发剂降低分解活化能,降低引发温度的物质称为促进剂。 引发剂促进剂体系称为引发系统 常用的引发剂促进剂体
4、系有: 过氧化苯甲酰叔胺体系 过氧化环己酮环烷酸钴,常用叔胺的反应活性顺序: N,N二甲基对甲苯胺 二甲基苯胺 二乙基苯胺,A 过氧化苯甲酰叔胺体系,叔胺促进剂对固化速度的影响,不饱和聚酯树脂+1%过氧化苯甲酰,B 酮过氧化物环烷酸钴引发体系,也是不饱和聚酯树脂低温固化最常见的引发体系,环烷酸钴对聚酯固化速度的影响见下表。,4) 阻聚剂 为了增加不饱和聚酯树脂的贮存稳定性,调节适用期,常在聚酯树脂中加入阻聚剂。(一般在树脂生产过程中就加入) 最常用的阻聚剂有:对苯二酚、叔丁基对苯二酚、硝基苯、亚硫酸盐等 自由基与苯乙烯的反应速度比自由基与O2的反应速度慢104倍,一般聚酯树脂制品固化时,表面应
5、覆盖聚酯薄膜。若不用薄膜覆盖,也应使成型表面形成与空气隔离的物质如蜡类,否则自由基与周围空气中的O2 、H2O反应,耗去大部分自由基,造成表面固化不完全而发粘。,2.1.2.1增强材料的种类: (1)玻璃纤维种类 E玻璃纤维,无碱纤维,含碱0.8以下 C玻璃纤维,中碱纤维,含碱8左右 A玻璃纤维,有碱纤维,含碱1215 S玻璃纤维,高强纤维,含碱0.3 M 高弹玻璃纤维 L防辐射玻璃纤维,2.1.3 增强材料的表面处理 一、表面处理的意义 去污,增强了玻璃与树脂界面的粘接,防止水分或其它介质的侵入,改善了界面状态,有效地传递应力,使玻璃纤维与树脂间形成一个牢固的整体,偶联剂是一种改善玻纤的表面
6、性质,即能与玻纤起化学反应形成化学键结合,又能与树脂起化学反应形成化学键结合的表面处理剂。它可以加强复合材料的界面结合,保护纤维,防止水分等有害介质的侵入;它可以改善复合材料的界面状态,有效传递应力,使多种材料间形成一个复合牢固的整体。,poor adhesion with a incompatible silane coupling agent.,good adhesion with a compatible silane coupling agent.,(4)玻璃纤维的处理方法 后处理法:(对于“纺织型浸润剂”) 第一步除去浸润剂,有两种方法。 a、洗涤法:在皂水或有机溶液中清洗,然后烘干
7、。 b、热处理法:(250450) 1h。 第二步用表面处理剂处理(要求产品质量较高时),处理步骤为: 浸渍水洗烘干。 前处理法:把表面处理剂就加入到“浸润剂”里,在拉丝时表面处理剂就被覆盖在了玻璃纤维上。 迁移法:把表面处理剂加入到树脂胶液中,当玻璃纤维浸胶时,树脂会迁移到纤维与树脂的界面上。 迁移法需要热处理后使用。,CARBON FIBERS,Carbon fiber surfaces are chemically inactive and must be treated to form surface functional groups that promote good chemic
8、al bonding with the polymer matrix.,Oxidative surface treatments,The gas-phase oxidation Nitric acid,2. Nonoxidative surface treatments,Coated by styrenemaleic, anhydride copolymers, methyl acrylateacrylonitrile copolymer, and polyamides,2.2手糊成型模具与脱模剂,2.2.1模具的结构与材料 一、结构,单模,对模,拼装模,阳模,阴模,阳模:制品内表面尺寸准确,
9、光滑。成型方便,便于通风。 阴模:制品外表面尺寸准确,光滑。阴模深操作不便、通风条件不好、卫生条件差。 对模:由阴阳模两部分组成,制品内外表面均光滑,厚度准确。不适合成型批量少及大型制品(模具、设备投资大)。 拼装模:一些形状复杂的产品,为了脱模方便,需要利用拼装模,即把模具分成几块进行拼装,脱模时可以分块进行,比较方便。,二、材料 木材、石膏、水泥、玻璃钢、陶土、金属等。 必须满足以下要求: (1)满足产品尺寸、精度、外观及数量的要求; (2)有足够的强度与刚度,不易变形、损坏; (3)不受树脂及辅助材料的浸蚀,不影响树脂固化; (4)易脱模,使用周期长; (5)价格便宜,材料易得。,(1)
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