導航:首頁 > 耗材問題 > 復合材料樹脂浸漬工藝

復合材料樹脂浸漬工藝

發布時間:2023-08-04 11:27:50

❶ 碳纖維復合材料成型工藝

        碳纖維復合材料雖然性能優異,但因為成本和批量化生產效率的問題,遲遲沒有大規模應用。如何高速、高效大批量生產高質量、低成本的碳纖維復合材料,並提高材料利用率,是業界人士的共同目標。

        碳纖維復合材料在發揮其輕質高強的基礎上,會根據應用對象的差異採用不同的成型工藝,從而盡可能地發揮出碳纖維所具有的特殊性能。 成型工藝改進、優化的目的主要是提高效率和製品質量,從而降低整體的加工成本。

(1)手糊成型工藝--濕法鋪層成型法;

(2)噴射成型工藝;

(3)樹脂傳遞模塑成型技術(RTM技術);

(4)袋壓法(壓力袋法)成型;

(5)真空袋壓成型;

(6)熱壓罐成型技術;

(7)液壓釜法成型技術;

(8)熱膨脹模塑法成型技術;

(9)夾層結構成型技術;

(10)模壓料生產工藝;

(11)ZMC模壓料注射技術;

(12)模壓成型工藝;

(13)層合板生產技術;

(14)卷制管成型技術;

(15)纖維纏繞製品成型技術;

(16)連續制板生產工藝;

(17)澆鑄成型技術;

(18)拉擠成型工藝;

(19)連續纏繞制管工藝;

(20)編織復合材料製造技術;

(21)熱塑性片狀模塑料製造技術及冷模沖壓成型工藝;

(22)注射成型工藝;

(23)擠出成型工藝;

(24)離心澆鑄制管成型工藝;

(25)其它成型技術。

         隨著碳纖維復合材料應用的深入和發展,碳纖維復合材料的成型方式也在不斷地以新的形式出現,但是碳纖維復合材料的諸種成型工藝並非按照更新淘汰的方式存在的,在實際應用中,往往是多種工藝並存,實現不同條件、不同情況下的最好效應。相信在未來幾年碳纖維復合材料成型速度會不斷提高,或許一分鍾內成型將不會是空談。

        在模具工作面上塗敷脫模劑、膠衣,將剪裁好的碳纖維預浸布鋪設到模具工作面上,刷塗或噴塗樹脂體系膠液,達到需要的厚度後,成型固化、脫模。在制備技術高度發達的今天,手糊工藝仍以工藝簡便、投資低廉、適用面廣等優勢在石油化工容器、貯槽、汽車殼體等許多領域廣泛應用。其缺點是質地疏鬆、密度低,製品強度不高,而且主要依賴於人工,質量不穩定,生產效率很低。

         屬於手糊工藝低壓成型中的一類,使用短切纖維和樹脂經過噴槍混合後,壓縮空氣噴灑在模具上,達到預定厚度後,再手工用橡膠錕按壓,然後固化成型。為改進手糊成型而創造的一種半機械化成型工藝,在工作效率方面有一定程度的提高,但依然滿足不了大批量生產,用以製造汽車車身、船身、浴缸、儲罐的過渡層。

        將逐層鋪疊的預浸料放置於上下平板模之間加壓加溫固化,這種工藝可以直接繼承木膠合板的生產方法和設備,並根據樹脂的流變性能,進行改進與完善。層壓成型工藝主要用來生產各種規格、不同用途的復合材料板材。具有機械化和自動化程度高、產品質量穩定等特點,但是設備一次性投資大。

        將經過樹脂膠液浸漬的連續纖維或布帶按一定規律纏繞到芯模上,然後固化、脫模成為復合材料製品的工藝。碳纖維纏繞成型可充分發揮其高比強度、高比模量以及低密度的特點,製品結構單一,可用於製造圓柱體、球體及某些正曲率回轉體或筒形碳纖維製品。

        將浸漬樹脂膠液的連續碳纖維絲束、帶或布等,在牽引力的作用下,通過擠壓模具成型、固化,連續不斷地生產長度不限的型材。拉擠成型是復合材料成型工藝中的一種特殊工藝,其優點是生產過程可完全實現自動化控制,生產效率高。拉擠成型製品中纖維質量分數可高達80%,浸膠在張力下進行,能充分發揮增強材料的作用,產品強度高,其製成品縱、橫向強度可任意調整,可以滿足製品的不同力學性能要求。該工藝適合於生產各種截面形狀的型材,如工字型、角型、槽型、異型截面管材以及上述截面構成的組合截面型材,碳纖維復合芯導線主要採用這種成型工藝。

        將液態單體合成為高分子聚合物,再從聚合物固化反應為復合材料的過程改為直接在模具中同時一次完成,既減少了工藝過程中的能量消耗,又縮短了模塑周期(只需約2分鍾便可完成一件製品)。但這種工藝的應用,必須以精確的管道輸送和計量以及溫度壓力自動控制為基礎,屬於高分子材料和近代高新科學技術的交叉范疇,目前的應用還不是很廣。液態成型主要包括:RTM成型工藝、RFI成型、VARI成型。

         樹脂膜滲透(RFI)成型工藝示意圖如下。主要優點是模具比RTM工藝模具簡單,樹脂沿厚度方向流動,更容易浸潤纖維,沒有預浸料,成本較低。但所得製品尺寸精度和表面質量不如RTM工藝,空隙含量較高,效率也稍微低一些,適合生產大平面或簡單曲面的零件。

        真空輔助成型工藝(VARI)的示意圖如下,這種方法的優點是原材料利用率高,製件修整加工量少,不需要預浸料,成本較低,適用於常溫或溫度不高的大型壁板結構件生產。但缺點和RFI成型工藝相似。    

        將單層預浸料按預定方向鋪疊成的復合材料坯料放在熱壓罐內,在一定溫度和壓力下完成固化過程。熱壓罐是一種能承受和調控一定溫度、壓力范圍的專用壓力容器。坯料被鋪放在附有脫模劑的模具表面,然後依次用多孔防粘布(膜)、吸膠氈、透氣氈覆蓋,並密封於真空袋內,再放入熱壓罐中。加溫固化前先將袋抽真空,除去空氣和揮發物,然後按不同樹脂的固化制度升溫、加壓、固化。固化制度的制定與執行是保證熱壓罐成型製件質量的關鍵。該種成型工藝適用於製造飛機艙門、整流罩、機載雷達罩,支架、機翼、尾翼等產品。

這種方法使用較多,主要優點是:

(1)製品尺寸穩定,重復性好;

(2)纖維體積含量高(60%-65%);

(3)力學性能可靠;

(4)幾乎可成型所有的材料;

(5)可固化不同厚度的層合版;

(6)可製造復雜曲面的零件。

但也存在以下不足:

(1)製件大小受熱壓罐尺寸限制;

(2)周期長、生產效率低;

(3)耗能高,運行成本高。

        簡稱VIP, 在模具上鋪「干」碳纖維復合材料,然後鋪真空袋,並抽出體系中的真空,在模具腔中形成一個負壓,利用真空產生的壓力把不飽和樹脂通過預鋪的管路壓入纖維層中,讓樹脂浸潤增強材料,最後充滿整個模具,製品固化後,揭去真空袋材料,從模具上得到所需的製品。該工藝在1950年就出現了專利記錄,但在近幾年才得到發展。在真空環境下樹脂浸潤碳纖,製品中產生的氣泡極少,製品的強度更高、質量更輕,產品質量比較穩定,而且降低了樹脂的損耗,僅用一面模具就可以得到兩面光滑平整的製品,能較好地控制產品厚度。一般應用於船艇工業中的方向舵、雷達屏蔽罩,風電能源中的葉片、機艙罩,汽車工業中的各類車頂、擋風板、車廂等。

        將碳纖維預浸料置於上下模之間,合模將模具置於液壓成型台上,經過一定時間的高溫高壓使樹脂固化後,取下碳纖維製品。這種成型技術具有高效、製件質量好、尺寸精度高、受環境影響小等優點,適用於批量化、強度高的復合材料製件的成型。但前期模具製造復雜,投入高,製件大小受壓機尺寸的限制。

預浸料基材的成型工藝

        另外片狀模塑料(Sheet Molding Compound,SMC)模壓成型工藝、長碳纖維增強熱塑性材料(Long Carbon Fiber Reinforced Thermolplastics,CF-LFT)注塑成型工藝也得到了廣泛應用。

        SMC由樹脂糊浸漬纖維或短切纖維氈,兩面覆蓋聚乙烯薄膜而製成的片狀模壓料,屬於預浸氈料范圍。SMC成型效 率高、產品的表面光潔度好、外形尺寸穩定性好,且成型周期短、成本低,適合大批量生產,適合生產截面變化不太大的薄壁製品,在GFRP汽車部件生產領域已得到廣泛應用。目前,在車用CFRP成型工藝方面,SMC主要用於片狀短切纖維復合材料的生產,由於纖維的非連續性,製品強度不高,且強度具有面內各向同性特點。而碳纖維在樹脂糊中的潤濕性是SMC工藝面臨的重要課題,通過對碳纖維進行必要的表面處理,並採用適當的潤濕分散劑能夠有效提高碳纖維在樹脂糊中的潤濕性和均勻性。碳纖維SMC也在汽車工業領域獲得了不少應用。

SMC的參考工藝流程

        模壓工藝在歐美雖然已經有相當長的應用歷史,但是在國內依然是應用性很強的一種碳纖維成型工藝,在工業的承力結構件製造方面有不可取代的地位,由於樹脂含量可控,纖維浸潤性好,成品碳纖維含量較高,因此強度表現優異,精準的製件尺寸,較短的成型周期,良好的生產環境,能滿足年產量5-8萬件的規模性生產。我國高鐵某車型應用的一款碳纖維結構件在無錫威盛新材量產,採用預埋加模壓的工藝,成型後不僅解決了金屬與碳纖維連接難的問題,而且確保了製件的機械強度,據高鐵製造商方面反饋,這種質輕、強度大、耐老化、使用壽命長的碳纖維結構件不僅達到了他們的預期效果,而且他們從應用結果推斷,使用模壓成型工藝的碳纖維還可以適用於更多的產品,例如高鐵車輛內部的裝飾件、扶手、車身附件等。

         一種將感應器集成在模具中的新型感應加熱工藝,可以在20℃-400℃的溫度下加工碳纖維,通過熱傳導利用集成在模具內部的感應器來加熱模具表面。這是由新興企業RocTool公司在Cage系統上推出的補充技術,採用電磁感應可以迅速加熱模具,並能很好地控制局部溫度。其優勢是顯著減少了周期時間和部件成本。但是目前該種技術尚不適合大型部件,而且相關的產量必須足夠大。

         樹脂轉移模塑成形(RTM:Resin Transfer Molding)技術是一種低成本復合材料的製造方法,最初主要用於飛機次承力結構件,如艙門和檢查口蓋。1996年,美國防務預研局開展了高強度主承力構件的低成本RTM 製造技術研究。RTM技術具有高效、低成本、製件質量好、尺寸精度高、受環境影響小等優點,可應用於體積大、結構復雜、強度高的復合材料製件的成型,已經成為近幾年航空航天材料加工領域研究最為活躍的方向之一。

原理簡介

        RTM工藝的主要原理是在模腔(模腔需要預先製作成特定尺寸)中鋪放按性能和結構要求設計的增強材料預成形體,在一定壓力范圍內,採用注射設備將專用樹脂體系注入閉合模腔,通過樹脂與增強體的浸潤固化成型。模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統,以保證樹脂流動順暢並排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤纖維;同時具有加熱系統,可加熱固化成形復合材料構件。它是一種不採用預浸料,也不採用熱壓罐的成形方法。

        目前主要的派生技術是真空導入模塑工藝(VIMP:Vacuum Infusion Molding Process)、柔性輔助RTM和共注射RTM。這些技術在保留了傳統的RTM工藝可浸漬成型帶有夾芯、加筋、預埋件的大型構件等優勢的基礎上,具有生產構件范圍廣、產品質量穩定、易與其他編織工藝相結合和低成本的製造優勢。此外高壓Resin transfer molding (HP-RTM)採用預成型件、鋼模、真空輔助排氣,高壓注射和高壓下完成高性能熱固性復合材料的浸漬和固化工藝,實現低成本、短周期(大批量)、高質量生產。

HP-RTM主要優點:

① 樹脂快速充滿模腔。②改善了樹脂浸漬增強材料的質量。③加速樹脂反應性系統可以獲得短的固化周期。④對空氣的排除和產品的孔隙減少具有重大意義。⑤產品具有卓越的表面性能和質量。⑥產品的厚度和三維形狀尺寸偏差低。⑦具有高的工藝穩定性和重復性。 ⑧使用內脫模劑和自清潔系統。

HP-RTM需要滿足以下要求:

① 很好的材料和很高的另件性能。②另件的表面質量要求非常高。③短的加工周期。④有條件有能力使用快速固化樹脂。⑤具備大規模化的工業生產能力。

雖然RTM成型工藝的優點很多,但也存在以下 不足: ①閉合磨具密封要求高,前期費用高;②樹脂和纖維直接有空隙,注入樹脂前需要加熱,預成型體在放入模具時位置要恰到好處。

        這是一種新型技術,伯樂CIML設備將傳統的「多步法」工藝集成為「一步法」,大大縮短了工藝流程,並且更好地保留了纖維長度,達到節能高效生產的目的。通過攻克材料-裝備-製造中的配方優化、混配系統、智能控制系統和成型工藝參數優化等一系列關鍵技術問題,完全滿足汽車輕量化對製品強度、成本、效率等方面的需求,堪稱為汽車輕量化量身打造的裝備利器。

參考資料:

[1] https://www.sohu.com/a/165244973_777213

[2] http://www.sohu.com/a/74530286_232483

[3] https://wenku..com/view/.html

❷ 纖維增強樹脂復合材料有哪幾類,各有什麼特點

纖維一般作為增強材料,樹脂作為基體,主要提高材料強度及抗沖擊強度。纖專維和樹脂復合:纖維通屬過樹脂容器浸漬後固化,有很多工藝:纏繞;人工;拉擠等工藝,主要是根據產品來確定工藝。
纖維增強樹脂使用樹脂主要有兩大類:熱固包括,環氧、酚醛、不飽和聚酯等等;熱塑包括,尼龍、聚乙烯、聚酯等等。所有都必須依據產品來定

❸ 真空熱壓成型機工藝是什麼

熱熔浸漬法
熱熔浸漬也稱樹脂膜浸漬,其主要優點:纖維排紗平直均勻,含膠最、帶寬、帶厚均能精確控制。熱壓浸演。浸漬效果好,紗束之間無間隙.有利於降低製品的空隙率:無溶劑揮發,勞動環境好等.熱熔浸漬是在專用熱熔浸漬機上進行。機器開動後,牽引輥牽引上下隔離紙與連續纖維同步移動.此時被加熱到熔融狀態的樹脂通過塗膜輥均勻塗覆到上下隔離紙相對應的單面上,上下隔離紙上的膠膜將纖維夾在中間.通過加壓輥將熔融樹脂壓浸到纖維中間,經過冷卻,最後將上下隔離紙和預浸帶分別收卷待用.預浸料的含膠量可通過調節刮膠輥與塗膜輥之間的間隙和調節溫度、走紙速度來控制.
成型模具
熱壓罐成型模具要求模具材料在製品成型沮度和壓力下能保持適當性能,同時還要考慮到棋具成本、壽命、梢度、強度、質最、機械加工性、熱脹系數、尺寸德定性、表面處理及導熱系數等。模具的製造可選擇鋁、鋼、鎳合金、電沉積鑲和碳/環氧復合材料等。

熱壓罐成型工藝模擬
在熱壓罐成型工藝過程中,將發生以下主要物理、化學變化:①樹脂在纖維中流動,以促使樹脂充分浸透纖維;②纖維增強網路壓實,以保證復合材料構件中纖維體積分數最大化;③合適的固化壓力,以抑制樹脂基體中孔隙的形成;④合適的固化溫度周期。以確保樹脂充分固化。所有這些物理化學過程,均可以通過建立樹脂流動模型、纖維形變模型、纖維慶實模型、孔隙形成模型、熱傳遞模型等進行工藝模擬,並把這些模型統一集成到固化工藝優化的軟體系統中。

❹ 想了解玻璃纖維的製作工藝和製作流程,越詳細越好,多謝

纖維增強環氧樹脂復合材料成型工藝
一、前言
相比傳統材料,復合材料具有一系列不可替代的特性,自二次大占以來發展很快。盡管產量小(據法國Vetrotex公司統計,2003年全球復合材料達700萬噸),但復合材料的水平已是衡量一個國家或地區科技、經濟水平的標志之一。美、日、西歐水平較高。北美、歐洲的產量分別佔全球產量的33%與32%,以中國(含台灣省)、日本為主的亞洲佔30%。中國大陸2003年玻班纖維增強塑料(玻璃纖維與樹脂復合的復合材料、俗稱「玻璃鋼」)逾90萬噸,已居世界第二位(美國2003年為169萬噸,日本不足70萬噸)。
復合材料主要由增強材料與基體材料兩大部分組成:
增強材料:在復合材料中不構成連續相賦於復合材料的主要力學性能,如玻璃鋼中的玻璃纖維,CFRP(碳纖維增強塑料)中的碳纖維素就是增強材料。
基體:構成復合材料連續相的單一材料如玻璃鋼(GRP)中的樹脂(本文談到的環氧樹脂)就是基體。 y
按基體材料不同,復合材料可分為三大類:
樹脂復合材料
金屬基復合材料
無機非金屬基復合材料,如陶瓷基復合材料。
本文討論環氧樹脂基復合材料。
1、為什麼採用環氧樹脂做基體?
固化收縮率代低,僅1%-3%,而不飽和聚酯樹脂卻高達7%-8%;
粘結力強;
有B階段,有利於生產工藝;
可低壓固化,揮發份甚低;
固化後力學性能、耐化學性佳,電絕緣性能良好。
值得指出的是環氧樹脂耐有機溶劑、耐鹼性能較常用的酚醛與不飽和聚酯權勢脂為佳,然耐酸性差;固化後一般較脆,韌性較差。
2、環氧玻璃鋼性能(按ASTM)
以FW(纖維纏繞)法製造的玻纖增強環氧樹脂的產品為例,將其與鋼比較。
表1 GF/EPR與鋼的性能比較

玻璃含量 GF/EPR(玻纖含量80wt%) AISI1008 冷軋鋼
相對密度 2.08 7.86 V
拉伸強度 551.6Mpa 331.0MPa
拉伸模量 27.58GPa 206.7GPa
伸長率 1.6% 37.0%
彎曲強度 689.5MPa
彎曲模量 34.48GPa
壓縮強度 310.3MPa 331.0MPa
懸臂沖擊強度 2385J/m
燃燒性(UL-94) V-O
比熱容 535J/kg•k 233J/kg•k
膨脹系數 4.0×10-6k-1 6.7×10-6k-1
熱變形溫度 204ºC(1.82MPa)
熱導率 1.85W/m•k 33.7W/m•k
介電強度 11.8×106V/m
吸水率 0.5%(24h)

表2 幾種常用材料與復合材料的比強度和比模量

材料名稱 密度g/cm3 拉伸強度×104MPa 彈性模量×106MPa 比強度×106cm 比模量×109cm
鋼 7.8 10.10 20.59 0.13 0.27
鋁 2.8 4.61 7.35 0.17 0.26
鈦 4.5 9.41 11.18 0.21 0.25
玻璃鋼 2.0 10.40 3.92 0.53 0.21
碳纖維/環氧樹脂 1.45 14.71 13.73
碳纖維/環氧樹脂 1.6 1049 23.54
芳綸纖維/環氧樹脂 1.4 13.73 7.85
硼纖維/環氧樹脂 2.1 13.53 20.59
硼纖維/鋁 2.65 9.81 19.61 0.75 c2

二、纖維增強環氧樹脂復合材料成型工藝簡介
1、手糊成型 (hand lay up)
(1)概要 依次在模具表面上施加
脫模劑
膠衣
一層粘度為0.3-0.4PaS的中等活性液體熱固性樹脂(須待膠衣凝結後)
一層纖維增強材料(玻纖、芳綸、碳纖維......),纖維增強材料有表面氈、無捻粗紗布(方格布)等幾種。以手持輥子或刷子使樹脂浸漬纖維增強材料,並驅除氣泡,壓實基層。鋪層操作反復多次,直到達到製品的設計厚度。
樹脂因聚合反應,常溫固化。可加熱加速固化。
(2)原材料 F gb NG ^
樹脂 不飽和聚酯樹脂、已烯基酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂等。
纖維 玻纖、碳纖、芳綸等。雖然厚的芳綸織物難於手工將樹脂浸透,亦可用。
芯材 任意。
(3)優點
1)適合少量生產;
2)可室溫成型,設備投資少,模具折舊費低;
3)可製造大型製品和型狀復雜產品;
4)樹脂和增強材料可自由組合,易進行材料設計;
5)可採用加強筋局部增強,可嵌入金屬件;
6)可用膠衣層獲得具有自由色彩和光澤的表面(如開模成型則一面不平滑);
7)玻纖含量較噴射成型高。
無捻粗紗布 50%左右
織物 35%-45%
短切原絲氈 30%-40%
(4)缺點
1)屬於勞動密集型生產,產品質量由工人訓練程度決定; ;
2)玻纖含量不可能太高;樹脂需要粘度較低才易手工操作,溶劑/苯乙烯量高,力學與熱性能受限制;
3)手糊用樹脂分子量低;通常可能較分子量高的樹脂有害於人的健康和安全。
(5)典型產品
艦艇、風力發電機葉片、游樂設備、冷卻塔殼體、建築模型。
2、樹脂傳遞成型(RTM)
(1)概要
RTM是一種閉模低壓成型的方法。
將纖維增強材料置於上下模之間;合模並將模具夾緊;在壓力下注射樹脂;樹脂固化後打開模具,取下產品。
樹脂膠凝過程開始前,必須讓樹脂充滿模腔,壓力促使樹脂快速傳遞到模個內,浸漬纖維材料。
RTM是一低壓系統,樹脂注射壓力范圍0.4-0.5MPa,當製造高纖維含量(體積比超過50%)的製品,如航空航天用零部件時,壓力甚至達0.7MPa。
纖維增強材料有時可預先在一個模具內預成型大致形狀(帶粘結劑),再在第二個模具內注射成型。 為了提高樹脂浸透纖維能力,可選擇真空輔助注射(VARI-vacuum saaistedrsin injection)。
注意樹脂一經將纖維材料浸透,樹脂注口要封閉,以便樹脂固化。注射與固化可在室溫或加熱條件下進行。模具可以復合材料與鋼材料 製作。若採用加熱工藝。宜用鋼模。
(2)原材料
樹脂:一般多用環氧、不飽和聚酯、乙烯基脂及酚醛;當加溫時,高溫樹脂台雙馬列來醯亞胺樹脂亦可用。
法國 Vetrotex公司開發了熱塑性樹脂RTM。
纖維:任意。常用玻纖連續氈、縫編材料(其纖維間的縫隙得於樹脂傳遞)、無捻粗紗布;玻纖與熱塑性塑料的復合紗及其織物與片材(法國Vetrotex商品名TWINTEX)。
芯材:不用蜂窩,因蜂窩空格全被樹脂填滿,壓力會導致其破壞。可用耐溶劑發泡材料PU、PP、CL、VC等。
(3)優點
1)製品纖維含量可較高,未被樹脂浸得部分非常少;
2)閉模成型,生產環境好;
3)勞動強度低,對工人技術熟練程度的要求也比手糊與噴射成型低;
4)製品兩面光,可作有表面膠衣的製品,精度也比較高;
5)成型周期較短;
6)產品可大型化;
7)強度可按設計要求具有方向性;
8)可與芯村、嵌件一體成型;
9)相對注射設備與模具成本較低。
(4)缺點
1)不易製作較小產品;
2)因要承壓,故模具較手糊與噴射工藝用模具要重和復雜,價位也高一些;
3)能有未被浸漬的材料,導致邊角料浪費。
(5)典型產品
小型飛機與汽車零部件、客車座椅、儀表殼
3、纖維纏繞(FW)
(1)概要
通常採用直接無捻粗紗作為增強材料。粗紗排列在紗架上。粗紗自紗架上退繞,通過張力系統、樹脂槽、繞絲嘴,由小車帶動其往復移動並纏繞在回轉的芯軸(模)上。纖維纏繞角度與纖維排列密度根據強度設計,並由芯軸(模)轉速與小車往復速度之比,精確地控制。固化後將纏繞的復合材料製品脫模。
對某些兩端密閉的產品不用脫模,芯模即包在復合材料產品內,作為內襯。
(2)原材料
樹脂:任意。環氧、不飽和聚酯、乙烯基脂及酚醛樹脂。
纖維:任意。無捻粗紗、縫編和無紡織物。生產管罐時,常用表面氈、短切原絲作為內襯材料。
芯材:可用。雖然復合材料製品通常是單一殼體,一般不用。
(3)優點
1)因為纖維逕直以合理的線形鋪設,承擔負荷,故復合材料製品的結構特性可非常高;
2)由於同內襯層組合,可製得耐腐蝕、耐壓、耐熱的製品;
3)可製造兩端封閉的製品;
4)鋪放材料快、經濟、用無捻粗紗,材料費用低;
5)可採用樹脂計量,然浸膠後的纖維通過擠膠或口模,控制樹脂含量;
6)可大理生產和自動化;
7)機械成型,復合材料材質及方向性均勻,質量穩定。
(4)缺點
1)製品形狀限於圓柱形或其它回轉體;
2)纖維不易沿製品長度方向精確排列;
3)對於大型製品,芯模成本高;
4)成品外表不是「模製」的,不盡人意;
5)對於承受壓力的製品,如選擇樹脂不合適或無內襯,就易發生滲漏。
(5)典型產品 '
管道、貯罐、氣瓶(消防呼吸氣瓶、壓縮天然氣瓶等)、固體火箭發動機殼體。
4、RIM(Reaction Injection Molding一反應注射成型)
(1)概要
將兩種或兩種以上的組分在混合區低壓(0.5MPa)混合後,即在低壓(0.5-1.5MPa)下注射到閉模中反應成型,此即為工藝過程。若組分一為多元醇,一為異氰酸酯,則反應生成聚氨酯 。為增加強度,可直接在一種組分內行加入磨碎玻纖原絲和(或)填料。弈可採用長纖維(如連續纖維氈、織物、復合氈、短切原絲等的預成型物等)增強,在注射前,將長纖維增強材料預先置模具內。用此法可得到高力學性能的製品。這種工藝稱為SRIM(Structural Reaction Injection Molding-結構反應注射成型)。
(2)原材料
樹脂:常用聚氨酯體系或聚氨酯/脲混合體系;亦可採用環氧、尼龍、聚酯等基本;
纖維:常用長0.2-0.4mm的磨碎玻璃纖維;
芯材:不用。
(3)優點
1)製造成本比熱塑性塑料注射工藝低;
2)可製造大尺寸、開頭復雜的產品;
3)固化快,適於快速生產。
(4)缺點
採用磨碎玻璃纖維增強原料費用高,薦用礦物復合材料取代之。
(5)主要產品
汽車儀表盤、保險杠、建築門、窗、桌、沙發、電絕緣件。
5、拉擠成型 (Pultrusion)
(1)概要
主要採用玻璃纖維無捻粗紗(使用前預先放置在紗架上),它提供縱向(沿生產線方向)增強。
其它類型的增強有連續原絲氈、織物等,它們補充橫向增強,表面氈則用於提高成品表面質量。樹脂中可加入填料,改進型材料性能(如阻燃),並降低成本。
拉擠成型的程序是
1)使玻璃纖維增強材料浸漬樹脂;
2)玻璃纖維預成型後進入加熱模具內,進一步浸漬(擠膠)、基本樹脂固化、復合材料定型;
3)將型材按要求長度切斷。 現在已有變截面的、長度方向呈弧型的拉擠製品成型技術。 拉擠成型將增強材料浸漬樹脂有兩種方式:
膠槽浸漬法:通常採用此法,即將增強材料通過樹脂槽浸膠,然後進入模具。此法設備便宜作業性好,適於不飽和聚酯樹脂,乙烯基酯樹脂。
注入浸漬法(圖6):玻纖增強材料進入模具後,被注入模具內的樹脂所浸漬。此法適於凝膠時間短、粘度高、生產附產物的樹脂基體,如酚醛、環氧、雙馬來醯亞胺樹脂。
(2)原材料
樹脂:常用不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、乙烯基酯樹脂、酚醛樹脂;
纖維:拉擠用玻璃纖維無捻粗紗、連續氈、縫編氈、縫編復合氈、織物、玻纖表面氈、聚酯纖維表面氈等;
芯材:一般不用,現有以PU發泡材料為芯材,外為連續拉擠框型型材,作為保溫牆板的。
(3)優點
1)典型拉擠速度0.5-2m/min,效率較高,適於大批量生產,製造長尺寸製品;
2)樹脂含量可精確控制;
3)由於纖維呈縱向,且體種比可較高(40%-80%),因而型材軸向結構特性可非常好;
4)主要用無捻粗紗增強,原材料成本低,多種增強材料組合使用,可調節製品力學性能;
5)製品質量穩定,外觀平滑。
(4)缺點
1)模具費用較高;
2)一般限於生產恆定橫截面的製品。
(5)典型產品
建築屋頂橫梁、椽子、門窗框架型材、牆板、石油開采抽油桿、帳篷竿、梯子、橋梁、工具把、手機微波站罩殼、汽車板簧、傳動軸、電纜管、光纖光纜芯、釣魚竿、隔柵、汽車空調器罩、擴軌罩。 0}1x p* V
6、真空袋法法成型(Vacuum bag process)
(1)概要 :
此法是手糊法與噴射法的延伸。將手糊或噴射好的積層在樹脂的A階段與模具在一 起,在積層上覆以橡膠袋,周邊密封,在後用真空泵抽真空,積層從而受到不大於1個氣壓的壓力,而被壓實、成型。
(2)原材料
樹脂:主要採用環氧樹脂、酚醛樹脂。不飽和聚酯樹脂與乙烯基酯樹脂則因真空泵將樹脂中的苯乙烯(交聯劑)過度抽出,可能會造成問題,故一般不用;
纖維:同手糊法;
芯材:任意。
(3)優點
1)採用普通的濕法鋪層技術,通常可獲得高纖維含量的製品;
2)可製造大尺寸產品;
3)產品兩面光;
4)較濕法鋪層浸膠孔隙率低;
5)由於壓力,樹脂流經結構纖維,纖維得以較好地浸漬樹脂;
6)有利於操作人員健康和安全;真空袋減少了固化時逸出的揮發性物質。
(4)缺點
1)額外的工藝過程增加了勞動力和袋材成本;
2)要求操作人員有較高的技術熟練水平;
3)樹脂混合和含量控制基本上仍然取決於操作人員的技術;
4)生產效率不高。
(5)典型產品
艇、賽車、芯材粘結、飛機鼻錐雷達罩、機翼、方向舵。
7、樹脂膜熔浸成型(RFI-Resin Film Infusion)
(1)概 要
將干強物與樹脂片(樹脂片系放在一層脫模紙上提供)交替鋪放在模具內。鋪層被真空袋包覆,藉真空泵抽真空,將干織物內空氣抽出。然後加熱,令樹脂熔化並流浸已抽出空氣的織物,然後經過一事實上時間即固化。
(2)原材料
樹脂:一般僅用環氧樹脂; ¬
纖維:任意;
芯材:許多種芯材都可以使用,由於工藝過程中溫度高,對PVC泡沫需要專門處理,以免泡沫損壞。
(3)優點
1)空隙率低,可精確獲得高的纖維含量;
2)鋪層清潔,有利於健康和安全(似預浸);
3)可較預浸法成本低,此為主要的優點;
4)由於樹脂僅能過織物厚度方向傳遞,故樹脂未浸到白斑區可較SCRIMP(西曼復合材料公司樹脂參入成型法—Seeman Composite Resin Infusion Molding Process)少。
(4)缺點
1)目前僅用於宇航工業,還未推廣;
2)雖然宇航工業用高壓釜系統產非總是需要,但加熱室和真空袋系統對於復合材料固化,總是不可少的;
3)模具要求能經受樹脂膜片的工藝溫度(低溫固化即需60-100ºC);
4)要求所用芯材能經受工藝溫度和壓力;
(5)典型產品
飛機雷達罩、艦艇聲納整流罩。
8、預浸料(高壓釜)成型
(1)概要
預先在加熱、加壓或使用溶劑的條件下,將織物和(或)纖維預先用預催化樹脂預浸漬。固化劑大多能在環境溫度下,讓預浸材料貯存幾周或幾個月,仍能保質使用。當要延長保持期,材料須在冷凍條件下貯存。樹脂通常在環境溫度下呈臨界固態。故觸摸預浸材料時有輕微的黏附感,象膠帶似的。製作單向預浸漬材料的纖維直接由紗架下來,與樹脂結合。預浸漬材料用手或機械鋪於模具表面,通過真空袋抽真空,並通常加熱到120-180ºC。使樹脂重新流動,並最終固化。盛開附加壓力通常藉助高壓釜(實際上是一座壓力加熱罐)提供,它能對鋪層施加達5個大氣壓的壓力。
(2)原材料
樹脂:通常用環氧樹脂,不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂及高溫樹脂,如聚醯亞胺、氰酸酯、雙馬來醯亞胺樹脂等;
纖維:任意。雖然由於在工藝過程中,高溫分對芯材有些影響,需要採用某些專門的泡沫芯材。
(3)優點
1)預浸材料製造人員可精確地調整樹脂/固化劑水平和樹脂在纖維中的含量;可以可靠地得到高纖維含量。
2)材料於操作人員十分安全,無礙健康,操作清潔;
3)單向帶纖維成本最低,因為毋須將纖維預先轉為織物的二次加工過程;
4)由於製造過程採用可滲透的高粘度樹脂,樹脂化學性能力學和熱性能可以是最適宜的;
5)材料有效時間長(室溫下可保質數月),這意味著可優化結構、復合材料易鋪層;
6)可能實現自動化和節省勞動力。
(4)缺點
1)對於預浸織物,材料成本高;
2)通常要對高壓釜固化復合材料製品,耗費大、作業慢、製品尺寸受限制;
3)模具需能承受作業溫度;
4)芯材需要承受作業溫度和壓力。
(5)典型產品
飛機結構復合材料(如機翼和尾翼)、衛星與運載火箭結構件(太陽能電池基板、夾層結構板、衛星介面支架、火箭整流罩等)、賽車、運動器材(如網球拍、滑雪板等)。
9、低溫 固化預浸料成型
(1)概要
低溫固化預浸料完全按通常的預浸料方法制備,但樹脂的化學性質使其得以在60-100ºC溫度下固化。在60ºC時,材料可操作保持期可小到限於1個星期,但亦可延長到幾個月。樹脂系統的流動截面適於採用真空袋壓力,避免採用高壓釜。
(2)材料 |
樹脂:一般僅採用環氧樹脂;
纖維:任意,同通常的預浸料;
芯材:任意,雖然一般 的PVC泡沫需要特別注意。
(3)優點
1)具有傳統預浸料法所具備的(1)-(6)條優點;
2)模具材料較便宜,如木材亦可用,因其固化溫度較低故;
3)可容易地製造大型結構。因為僅需真空袋壓力;固化溫度低,可採用簡單的熱空氣循環加熱室(經常就地建造大於製品的加熱室 )
4)可採用普通的PVC泡沫芯材,略作處理即可;
5)能耗低。
(4)缺點
1)材料成本仍高於預浸織物;
2)需加熱室和真空袋系統,以固化製品;
3)模具需能經受高於環境溫度的溫度(常用60-100ºC);
4)仍有能耗,因需高於環境溫度固化。
(5)典型產品
高性能風力發電機葉片、賽艇、救生艇、火車用零部件。
10、SCRIMP,RIFT,VARTM

圖11 SCRIMP,RIFT,VARTM示意圖
(1)概要
SCRIMP(Seeman Composite Infusion Molding Process—西曼復合材料公司樹脂滲透成型法),RIFT(Resin Infusion umder Flexibe Tooling—柔性模具樹脂滲透法) ,VARTM(Vscuum Assisted Transfer Molding—真空輔助樹脂傳遞成型)這三種工藝原理相似。
將織物作為干鋪層材料入模內,如同RTM。然後覆以剝離保護層和縫編非結構織物。整個鋪層用真空袋覆罩好。袋無滲漏後,讓樹脂流到積層。樹脂很容易流經非結構織物而在整個鋪層分布。SCRIMP法在真空袋與鋪層之間可置加壓模塊,利於提高製作表觀與結構密實度。
(2)材料
樹脂:常和環氧樹脂、不飽和聚酯和乙烯基酯樹脂;
纖維:任意種類普通織物。這些工藝方法縫編材料很好用,因其間隙使得樹脂快速流動;
芯材:除蜂窩外,各種芯材均可用。
(3)優點
1)同RTM,但製品僅一面光,不似RTM兩面光;
2)由於模具一半是真空袋,主模具僅需較低強度,故模具成本甚低;
3)可製造大尺寸產品;
4)通常的濕法鋪層工具可改進以用於這些成型法;
5)一次作業即可生產芯材結構。
(4)缺點
1)要完成好相對復雜的操作過程;
2)樹脂粘度必須非常低,限制了製品的力學性能;
3)鋪層未浸到樹脂而造成的廢品浪費甚大;
4) SCRIMP的一些工藝要素已被專利所限。
(5)典型產品
小艇半成品、列車和卡車車身面板。

閱讀全文

與復合材料樹脂浸漬工藝相關的資料

熱點內容
除硫酸鹽專用離子交換樹脂 瀏覽:814
純水制備ro反滲透膜 瀏覽:87
抽油煙機凈化器怎麼清洗 瀏覽:454
凈水器壓力桶不進水廢水不止 瀏覽:685
餐飲污水檢測由哪個機構管理 瀏覽:673
r0反滲透膜出水電導率 瀏覽:736
疏水器和過濾器的區別 瀏覽:844
1th單級反滲透設備 瀏覽:680
污水處理加熱器 瀏覽:95
菜盆自清洗過濾器 瀏覽:977
芬尼純水機健康鎖定怎麼辦 瀏覽:813
石化廢水處理工藝論文 瀏覽:637
為什麼志高飲水機塑料味那麼大 瀏覽:309
超純水系統中ro膜的作用是什麼 瀏覽:362
日用化工廠生產廢水處理 瀏覽:313
如何解決ro反滲透機廢水多問題 瀏覽:197
關於過濾水的名言 瀏覽:949
丙烯酸樹脂低溫性能 瀏覽:859
朗詩德凈水器濾芯是什麼意思 瀏覽:523
什麼空氣凈化器性價比最好 瀏覽:657