高分子复合材料成型技术与装备.docx

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高分子复合材料成型技术与装备

高分子复合材料成型技术与装备

目录

分别用手糊成型与喷射成型制备玻璃钢船船体产品工艺、设备，并进行方法比较................2

一、不饱和聚酯树脂与玻璃纤维2

1.1、不饱和聚酯树脂2

1.2、玻璃纤维2

二、手糊法制作玻璃钢船船体3

2.1.1手糊成型的基本原理..............................................................................................3

2.1.2手糊制品的结构......................................................................................................3

2.2.1手糊成型的设备......................................................................................................4

2.2.2原材料的准备..........................................................................................................4

2.2.3手糊成型工艺流程..................................................................................................5

三、喷射成型制作玻璃船船体6

3.1.1喷射成型的基本原理6

3.1.2喷射成型的类别7

3.1.3喷射成型的设备7

3.2.1原材料的准备8

3.2.2喷射成型工艺流程..................................................................................................9

3.2.3喷射成型工艺控制..................................................................................................9

四、手糊成型与喷射成型的比较10

4.1手糊成型的优缺点...................................................................................................10

4.2喷射成型相对于手糊成型的优缺点.......................................................................11

五、参考文献12

利用碳纤维与尼龙66等材料制备运动鞋底产品的方法13

一、碳纤维与尼龙6613

1.1碳纤维13

1.2尼龙6613

二、模压成型制备运动鞋底14

2.1模压成型工艺简介14

2.2模压成型设备14

2.3.模压成型的基本原理及控制因素14

2.4模压成型工艺过程16

三、尼龙66注塑成型制备运动鞋底20

3.1尼龙66工艺特点21

3.2尼龙树脂品种的选定21

3.3增韧剂的选定21

3.4尼龙合金材料其他性能的改进22

3.5注射成型设备22

3.6成型工艺22

3.7鞋底注塑成型工艺流程图26

四、参考文献26

分别用手糊成型与喷射成型制备玻璃钢船船体产品工艺、设备，并进行方法比较

一、不饱和聚酯树脂和玻璃纤维

1.1不饱和聚酯树脂

不饱和聚酯树脂，一般是由不饱和二元酸二元醇或者饱和二元酸不饱和二元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。

通常，聚酯化缩聚反应是在190～220℃进行，直至达到预期的酸值（或粘度），在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂  。

不饱和聚酯树脂用途：

建筑领域：

制树脂冷却塔，8米3/小时-3000米3/小时的横流、逆流、喷射式塔及风筒、风机叶片、收水器等辅件。

玻璃钢树脂管、罐、槽等防腐产品及工程：

包括大、中、小口径管道、管件、阀门、贮罐、贮槽、格栅、填仓板、塔器、烟囱、防腐地面及建筑防腐等。

玻璃钢树脂船艇：

包括游艇、救生艇、交通艇、渔船、快艇、舢舨、养殖船、冲锋舟等。

玻璃钢树脂食品容器：

高位水箱、食品运输罐、饮料罐。

1.2玻璃纤维

玻璃纤维（英文原名为：

glassfiber或fiberglass）是一种性能优异的无机非金属材料，种类繁多，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，但缺点是性脆，耐磨性较差。

它是以玻璃球或废旧玻璃为原料经高温熔制、拉丝、络纱、织布等工艺制造成的，其

单丝的直径为几个微米到二十几米个微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成。

玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等国民经济各个领域。

二、手糊法制作玻璃钢船船体

2.1.1手糊成型的基本原理

手糊成型又称接触成型，指在涂好脱模剂的模具上，采用手工作业，一边铺设增强材料，一边涂刷树脂，直到所需制品的厚度为止，然后通过固化和脱模而取得制品的成型工艺。

2.1.2手糊制品的结构

从内向外：

内表面层：

胶衣层

过渡层：

树脂+增强材料（玻璃布或短切增强纤维毡）

结构层:

树脂+增强材料（玻璃布或方格布）

外表面层：

富树脂层

2.2.1手糊成型的设备

模具是手糊成型中的主要设备，常用钢、水泥、玻璃钢模，木模、石膏模等制备。

其他的工具还有喷枪、压棍、搅拌棒、毛刷、提桶、塑料小盆、腻刀、剪刀、卷尺、锉刀、钻孔机、台秤（磅秤）、量杯、括板、锤、钳子、温度计、操作台等。

2.2.2原材料的准备

1、胶液准备

将不饱和聚酯树脂与引发剂、促进剂、交联剂等按比例配置成胶液。

2、增强材料的准备

玻璃纤维选用无捻粗纱布，并进行以下处理:

a、纤维表面处理（热处理或化学处理）

b、使用前烘干处理

排水、增加纤维与树脂界面温度

c、按样板下料

将制品型面合理分割成几部分，分别制作样板，再按样板下料

3、模具的准备

清理污渍，修复缺陷，涂脱模剂。

2.2.3手糊成型工艺流程

玻璃钢船船体生产工艺流程图

模具

材料

树脂

玻璃纤维

表面清洁

剪裁

配料

打脱模蜡

喷涂胶衣

产品糊制

固化

内构件加强

脱模

修整

模具清洁

产品组装

成品

由工艺流程图可知，制作玻璃钢船船体的工艺步骤：

原材料准备——喷涂胶衣层——糊制表面层——糊制增强层——制品加固——脱模——表面处理

三、喷射成型制作玻璃钢船船体

3.1.1喷射成型的基本原理

将树脂体系分别从不同的树脂罐中吸入并经过喷枪中心喷出，同时将玻璃纤维无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，待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂、压实并除去汽包，最后固化成制品。

喷射成型示意图（两罐系统）

3.1.2喷射成型的类别

1、内混合型

将树脂与引发剂等分别送到喷枪头部内，在压缩空气下充分混合。

2、外混合型

引发剂和树脂在喷枪外混合

3、先混合型

树脂、引发剂和促进剂先预混合均匀，然后再送至喷枪喷出。

3.1.3喷射成型的设备

喷射成型所用的主要设备是喷射机，其主要组成是树脂喷射系统和无捻粗纱切割系统，即树脂罐、树脂输送、喷枪和切割器等。

喷射成型机分压力罐式和泵供式两种：

①泵式供胶喷射成型机，是将树脂引发剂和促进剂分别由泵输送到静态混合器中，充分混合后再由喷枪喷出，称为枪内混合型。

其组成部分为气动控制系统、树脂泵、助剂泵、混合器、喷枪、纤维切割喷射器等。

树脂泵和助剂泵由摇臂刚性连接，调节助剂泵在摇臂上的位置，可保证配料比例。

在空压机作用下，树脂和助剂在混合器内均匀混合，经喷枪形成雾滴，与切断的纤维连续地喷射到模具表面。

这种喷射机只有一个胶液喷枪，结构简单，重量轻，引发剂浪费少，但因系内混合，使完后要立即清洗，以防止喷射堵塞。

②压力罐式供胶喷射机是将树脂胶液分别装在压力罐中，靠进入罐中的气体压力，使胶液进入喷枪连续喷出。

安是

由两个树脂罐、管道、阀门、喷枪、纤维切割喷射器、小车及支架组成。

工作时，接通压缩空气气源，使压缩空气经过气水分离器进入树脂罐、玻纤切割器和喷枪，使树脂和玻璃纤维连续不断的由喷枪喷出，树脂雾化，玻纤分散，混合均匀后沉落到模具上。

这种喷射机是树脂在喷枪外混合，故不易堵塞喷枪嘴。

喷枪分为：

空气辅助多喷头外混型喷枪、无空气枪外混型喷枪、空气辅助型内部混合型喷枪和静态混合型内混合型喷枪。

玻璃纤维三辊切割器组成：

切割辊、垫辊、牵引辊、气动马达、气缸活塞、机壳等。

手动辅助设备：

毛刷、毛辊、剪刀和压辊等。

3.2.1原材料的准备

1、树脂的选择

一般选用不饱和聚酯树脂，含胶量约为60%。

2、增强材料的选择

专用的无捻粗纱

3、辅助材料的选择

交联剂、引发剂、阻聚剂和填料等。

4、模具准备

准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等

5、喷射机的选择

选用泵式供胶喷射成型机

3.2.2喷射成型工艺流程

玻璃钢船船体生产工艺流程图

由工艺流程图可知，用喷射成型制作玻璃钢船船体的一般步骤为：

原材料的准备——涂脱模剂——喷涂胶衣层——喷射成型——辊压排泡——固化——脱模——喷涂表面光亮层

3.2.3喷射成型工艺控制

喷射工艺参数选择：

①树脂含量喷射成型的制品中，树脂含量控制在60%左右。

②喷雾压力当树脂粘度为0.2Pa·s，树脂罐压力为0.05～0.15MPa时，雾化压力为0.3～0.55MPa，方能保证组分混合均匀。

③喷枪夹角不同夹角喷出来的树脂混合交距不同，一般选用20°夹角，喷枪与模具的距离为350～400mm。

改变距离，要高速喷枪夹角，保证各组分在靠近模具表面处交集混合，防止胶液飞失。

　　喷射成型应注意事项：

①环境温度应控制在（25±5）℃，过高，易引起喷枪堵塞；过低，混合不均匀，固化慢；②喷射机系统内不允

许有水分存在，否则会影响产品质量；③成型前，模具上先喷一层树脂，然后再喷树脂纤维混合层；④喷射成型前，先调整气压，控制树脂和玻纤含量；⑤喷枪要均匀移动，防止漏喷，不能走弧线，两行之间的重叠富庶小于1/3，要保证覆盖均匀和厚度均匀；⑥喷完一层后，立即用辊轮压实，要注意棱角和凹凸表面，保证每层压平，排出气泡，防止带起纤维造成毛刺；⑦每层喷完后，要进行检查，合格后再喷下一层；⑧最后一层要喷薄些，使表面光滑；⑨喷射机用完后要立即清洗，防止树脂固化，损坏设备。

四、手糊成型与喷射成型的比较

4.1手糊成型的优缺点

1、手糊成型有以下特点：

（1）、以手工操作为主，机械设备使用少；

（2）、室温、无压。

2、手糊成型的优点：

（1）、“万能性”，可成型任意形状、任意尺寸；

（2）、设备简单、投资少，成本低；

（3）、工艺简单；

（4）、对不便运输产品，可现场糊制。

3、手糊成型的缺点：

（1）、生产效率低，劳动强度大；

（2）、产品质量不易控制，性能稳定性差；

（3）、产品力学性能低；

（4）、不够绿色，生产环境差。

4.2喷射成型相对于手糊成型的优缺点

1、优点：

（1）、速度快

半机械化操作，生产效率比手糊成型高2-4倍，尤其对大制品更为突出。

（2）、喷射成型无搭缝，制品整体性好

（3）、节省材料

（4）、节省工期

树脂、固化剂的混合完全自动化，减少了称取、混合与搬运上的麻烦。

（5）、易成型性

较复杂的形状、曲面、垂直面、棱角等，用喷射成型较易生产，同时成型的大小也没有限制。

（6）、玻璃纤维含量与树脂含量比例可方便调节

二、缺点:

（1）、树脂含量高、制品强度低

（2）、固定投资较高

与手糊成型相比，喷射成型需增加玻纤喷枪、空气压缩机和通风设备等。

（3）、空气污染。

五、参考文献

[1]陈晓红，优毕卡树脂在喷射成型工艺中的应用，《热固性树脂》, 2000, 15

（2）

[2]李天佑，玻璃钢喷射成型工艺探讨，中国硅酸盐学会玻璃钢复合材料学术年会, 1986

[3]姚树镇，对当前玻璃钢船艇生产中有关问题的看法，中外船舶科技》, 2003（4）

[4]王勇祥，邱桂杰，玻璃钢喷射成型工艺，玻璃钢/复合材料学术年会, 2005

[5]祝启伟，谷少华，国外及港澳地区玻璃钢手糊成型工具介绍，《玻璃钢/复合材料》, 1985（3）

[6]丁国志，手糊玻璃钢生产工艺的质量控制，《玻璃钢/复合材料》, 1993（5）

[7]陈宏远，丁立，玻璃钢手糊成型施工技术，《建筑工人》, 2003（10）

利用碳纤维与尼龙66等材料制备运动鞋底产品的方法

一、碳纤维与尼龙66

1.1碳纤维

碳纤维（carbonfiber），顾名思义，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

与传统的玻璃纤维（GF）相比，杨氏模量是其3倍多；它与凯芙拉纤维（KF-49）相比，不仅杨氏模量是其2倍左右，而且在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性出类拔萃。

有学者在1981年将PAN基CF浸泡在强碱NaOH溶液中，时间已过去30多年，它至今仍保持纤维形态。

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。

碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。

碳纤维的轴向强度和模量高，无蠕变，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小，耐腐蚀性好，纤维的密度低，X射线透过性好。

但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，与金属复合时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。

1.2尼龙66

尼龙66为聚己二酰己二胺，工业简称PA66。

尼龙尼龙66为半透明或不透明的乳白色结晶聚合物，受紫外光照射会发紫白色或蓝白色光，作塑料用的聚酰胺分子量一般为1.5万～2万。

各种聚酰胺的共同特点是耐燃，抗张强度高（达104千帕），耐磨，电绝缘性好。

尼龙66机械强度较高耐应力开裂性好是耐磨性最好的PA；自润滑性优良，仅次于聚四氟乙烯和聚甲醛；耐热性也较好，属自熄性材料，化学稳定性好，尤其耐油性极佳，但易溶于苯酚、甲酸等极性溶剂，加碳黑可提高耐候性；吸水性大，因而尺寸稳定性差，成型加工性好，可用于注塑、挤出、吹塑、喷涂、浇铸成型、机械加工、焊接、粘接。

尼龙66主要用于汽车、机械工业、电子电器、精密仪器等领域。

从最终用途看，汽车行业消耗的尼龙66占第一位，电子电器占第二位。

大约有88%的尼龙66通过注射成型加工成各种制件，约12%的尼龙66则通过挤出、吹塑等成型加工成相应的制品。

二、模压成型制备运动鞋底

2.1模压成型工艺简介

模压成型又称压制成型，这种方法是将模塑料（粉料、粒料、碎屑或纤维预浸料等）置于阴模型腔内，合上阳模，借助压力和热量作用，使物料熔化充满型腔，形成与型腔相同的制品。

在经过加热使其固化，冷却后脱模，便制的模压制品。

模压成型工艺的主要优点：

①生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；②产品尺寸精度高，重复性好；③表面光洁，无需二次修饰；④能一次成型结构复杂的制品；⑤因为批量生产，价格相对低廉。

2.2模压成型设备

模压成型使用的主要设备是压机和模具。

压机常用的是自给式液压机，其吨位从几十到几百吨不等，有上压式、下压式和转盘式压机等。

其模具分为三种：

溢料式模具、半溢料式模具和不溢式模具。

模压成型模具分上下模，又称阴阳模，其加料腔位于阴模上，并通过导柱的定位于导向使模具正确闭合。

为了制品形状和结构或模具的加工需要，有的模具还设置了中圈（又称中模）。

典型的模压模具均有钢材制成。

其基本构造为：

型腔、加料室、导向机构、型芯、加热冷却系统、脱模机构和装配件等部分组成。

2.3.模压成型的基本原理及控制因素

热固性塑料在模压成型加工中所表现的流变行为，要比热塑性塑料复杂得多，在整个模压过程中始终伴随着化学反应，加热初期物料呈现低分子粘流态，流动性尚好，随着官能团的相互反应，部分发生交联，物料流动性逐步变小，并产生一定程度的弹性，使物料呈胶凝态，再继续加热使分子交联反应更趋完善，交联度增大，物料由胶凝态变为玻璃态，树脂体内呈体型结构，成型即告结束。

从工艺角度看,上述过程可分为三个阶段：

流动阶段、胶凝阶段、固化阶段。

模压成型的控制因素，俗称“三要素”，即温度、压力和时间

2.3.1模压压力

压力的作用：

使塑料在模腔内流动；增加原料的密实性；克服树脂在缩聚反应中放出的低分子物和塑料中其它挥发物所产生的压力，避免出现肿胀，脱层等缺陷；使模具紧密闭合，从而使制品具有固定的尺寸，形状和最小毛边；防止制品在冷却时发生变形。

影响因素：

1）物料流动性越小，固化速度赶快，物料的压缩率越大时，所需模具压力越大。

2）制品复杂，压力越大。

3.3.2模压温度

作用：

使物料熔融流动充满型腔；提供固化所需热量。

调节和控制模温的原则：

保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期。

一般模压温度越高，模塑周期越短。

对于厚壁制品，应适当降低模压温度，以防表面过热，而内部得不到应有的固化。

模温与物料是否预热有关，预热料内外温度均匀，塑料流动性好，模压温度可比不预热的高些。

其它影响因素还有如材料的形态、成型物料的固化特征等，应确保各部位物料的温度均匀。

2.3.3模压时间

模压时间是指熔融体充满型腔到固化定型所需时间，一般提高模温，可缩短模压时间。

模具温度不变，壁厚增加，时间延长。

另外还受预热、固化速率、制品壁厚等因素影响。

通常，模压压力、温度和时间三者并不是独立的，实际生产中一般是凭经验确定三个参数中的一个，再由试验调整其它两个，若效果不好，再对已确定的参数进行。

2.4模压成型工艺过程

2.4.1预压

将松散的原料预先用冷压法（模具不加热）压成形状规整，质量一定的密实体的过程

1）预压的作用

①防止加料量不均匀和避免溢料产生，实现准确、简便和高效加料。

②有效降低料粒间的空气含量，提高物料的导热效率，缩短预热和固化时间，从而提高生产效率。

③通过预压使模塑料成为坯件形状，可有效地减少物料体积，提高制品质量，也可使加料室深度降低。

从而降低模具重量。

④通过预压可以使物料成为与制品形状类似的料坯，再进一步加工可以使凹凸不平的表面易于成型，特别是带有嵌件的制品，经预压后，其受压可更加均匀，这样有利于成型形状复杂或带有嵌件的制品。

⑤可有效改善物料的压缩率，经预压后，物料的压缩率可由原来的2.8-3.1降至1.25-1.4，这样，物料受热会更均匀，对于提高物料流动性改进粘度很有帮助。

⑥由于粉状模塑料在加料时会飞扬，容易污染环境，经预压后就会消除这一问题。

⑦可有效地提高预热温度和缩短固化时间。

由于模塑料和预浸料在高温加热时会发生烧焦或粘附在支承物上，而预压过的坯料就不会发生此类现象，如酚醛模塑料预热温度不能超过（100-120）℃，而预压坯料却可在（170-780）℃下高温预热。

⑧可将模塑料和预浸料预压成型为圆柱形、长方形、扁球形和类似于制品的形状等。

2）压缩粉的性能对预压的影响

　　①水分及挥发分

　　②颗粒大小，最好是大小相间

　　③倾倒性（120g压缩粉通过管径为10mm，锥角为60度的标准漏斗时间来衡量，一般取25～30s）

　　④压缩率在3.0左右⑤润滑剂用量要适当⑥温度，一般为室温⑦压力,以预压物的密度达到制品密度的80％为适宜。

约40～200MPa3.设备和操作压模，上下阳模和阴模组成预压机，偏心式（尺寸较大的预压物，但效率不高）旋转式（尺寸小的预压物，效率高）液压式（用于松散性较大的预压物，效率高，紧凑）

2.4.2预热

为了改善物料的成型性能及除去多余的水分和挥发分，对预压物进行加热处理。

1）作用

　　①缩短成型周期

　　②提高制品的力学性能

　　③提高塑料流动性

　　④降低模压压力

2）预热工艺温度范围

　　酚醛塑料：

分低温和高温两种，低温为80～120℃，高温为160～200℃；

　　脲甲醛塑料：

最高不超过85℃；

　　三聚氰胺甲醛塑料：

105～120℃；

　　脲－三聚氰胺甲醛塑料：

80～100℃

　　聚酯塑料：

只有增强塑料才预热，预热温度为55～60℃。

3）预热方法

　　热板加热

　　烘箱加热（料层不要超过2.5cm，加热均匀）

　　红外线加热

　　高频加热（不宜加热水分含量大的物料和非极性物料）

2.4.3模压成型工艺步骤

模压成型工艺过程包括：

放置嵌件、加料、闭模、排气、保压固化、脱模、清理模具等（见图1）

图1模压成型工艺过程示意图

1）放置嵌件　　

①埋入塑料的部分要采用滚花、钻孔或设有凸出的棱角、型槽等以保证连接牢靠

②安放时要正确平稳

③嵌件材料收缩率要尽量与塑料相近

2）加料加料方法：

重量法，容量法，计数法。

3）闭模阳模未触及物料前要快，触及物料后要放慢速度。

4）排气，闭模后需再将塑模松动少许时间，以便排出其中的气体。

一般一到两次，20s/次

5）保压固化，热固性塑料依靠在型腔中发生交联反应达到固化定型的目的

6）脱模，一般是靠推顶杆完成，带嵌件的制品要先用专用工具将成型杆件拧脱，再行脱模

7）清理模具型腔，用钢刷或铜刷刮去残留的塑料，并用压缩空气吹净。

2.4.4模压成型中易出现的问题与解决方法（见下表）

不正常现象

产生原因

解决办法

制品表面起泡和内部鼓起

１、压缩粉中的水分及挥发物含量过多２、模具温度过低或过高３、成型压力过低４、保持温度时间过长或过短５、模具内有其它气体６、材料压缩率太大、含空气量过多７、加压不均匀

１、将压塑粉干燥和预热２、调节好温度３、增加成型压力４、延长固化时间５、闭模时缓慢和加压模具６、物料先预热，改变加料方式７、改进加压装置

裂缝

１、嵌件过多过大２、嵌件结构有问题３、卸模时操作不当４、模具顶出杆设计不合理及顶出时用力不均

５、制品各部XX相关太大６、材料水分含量过大７、成型温度不合理，冷却时间过长或突冷

１、制品另行设计或改用收缩率小的物料２、嵌个要符合要求３、改进脱模操作方法４、改进顶出装置保证受力均匀５、改进制品设计６、材料进行预热预压头像流动性７、调整成型温度与冷却时间，避免突冷

制品欠压有缺料现象

１、塑料流动性过小２、加料少３、加压时物料溢出模具４、压力不足５、模具温度过高，以致存料过早固化

１、改用流动性大的物料２、加大加料量３、增加压力４、调节压力５、