玻璃纤维纱工艺Word文档下载推荐.docx
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相对密度2.087.86V
拉伸强度551.6Mpa331.0MPa
拉伸模量27.58GPa206.7GPa
伸长率1.6%37.0%
弯曲强度689.5MPa
弯曲模量34.48GPa
压缩强度310.3MPa331.0MPa
悬臂冲击强度2385J/m
燃烧性(UL-94)V-O
比热容535J/kg•k233J/kg•k
膨胀系数4.0×
10-6k-16.7×
10-6k-1
热变形温度204º
C(1.82MPa)
热导率1.85W/m•k33.7W/m•k
介电强度11.8×
106V/m
吸水率0.5%(24h)
表2几种常用材料与复合材料的比强度和比模量
材料名称密度g/cm3拉伸强度×
104MPa弹性模量×
106MPa比强度×
106cm比模量×
109cm
钢7.810.1020.590.130.27
铝2.84.617.350.170.26
钛4.59.4111.180.210.25
玻璃钢2.010.403.920.530.21
碳纤维/环氧树脂1.4514.7113.73
碳纤维/环氧树脂1.6104923.54
芳纶纤维/环氧树脂1.413.737.85
硼纤维/环氧树脂2.113.5320.59
硼纤维/铝2.659.8119.610.75c2
二、纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺简介
1、手糊成型(handlayup)
(1)概要依次在模具表面上施加
脱模剂
胶衣
一层粘度为0.3-0.4PaS的中等活性液体热固性树脂(须待胶衣凝结后)
一层纤维增强材料(玻纤、芳纶、碳纤维......),纤维增强材料有表面毡、无捻粗纱布(方格布)等几种。
以手持辊子或刷子使树脂浸渍纤维增强材料,并驱除气泡,压实基层。
铺层操作反复多次,直到达到制品的设计厚度。
树脂因聚合反应,常温固化。
可加热加速固化。
(2)原材料FgbNG^
树脂不饱和聚酯树脂、已烯基酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。
纤维玻纤、碳纤、芳纶等。
虽然厚的芳纶织物难于手工将树脂浸透,亦可用。
芯材任意。
(3)优点
1)适合少量生产;
2)可室温成型,设备投资少,模具折旧费低;
3)可制造大型制品和型状复杂产品;
4)树脂和增强材料可自由组合,易进行材料设计;
5)可采用加强筋局部增强,可嵌入金属件;
6)可用胶衣层获得具有自由色彩和光泽的表面(如开模成型则一面不平滑);
7)玻纤含量较喷射成型高。
无捻粗纱布50%左右
织物35%-45%
短切原丝毡30%-40%
(4)缺点
1)属于劳动密集型生产,产品质量由工人训练程度决定;
;
2)玻纤含量不可能太高;
树脂需要粘度较低才易手工操作,溶剂/苯乙烯量高,力学与热性能受限制;
3)手糊用树脂分子量低;
通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康和安全。
(5)典型产品
舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型。
2、树脂传递成型(RTM)
(1)概要
RTM是一种闭模低压成型的方法。
将纤维增强材料置于上下模之间;
合模并将模具夹紧;
在压力下注射树脂;
树脂固化后打开模具,取下产品。
树脂胶凝过程开始前,必须让树脂充满模腔,压力促使树脂快速传递到模个内,浸渍纤维材料。
RTM是一低压系统,树脂注射压力范围0.4-0.5MPa,当制造高纤维含量(体积比超过50%)的制品,如航空航天用零部件时,压力甚至达0.7MPa。
纤维增强材料有时可预先在一个模具内预成型大致形状(带粘结剂),再在第二个模具内注射成型。
为了提高树脂浸透纤维能力,可选择真空辅助注射(VARI-vacuumsaaistedrsininjection)。
注意树脂一经将纤维材料浸透,树脂注口要封闭,以便树脂固化。
注射与固化可在室温或加热条件下进行。
模具可以复合材料与钢材料制作。
若采用加热工艺。
宜用钢模。
(2)原材料
树脂:
一般多用环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛;
当加温时,高温树脂台双马列来酰亚胺树脂亦可用。
法国Vetrotex公司开发了热塑性树脂RTM。
纤维:
任意。
常用玻纤连续毡、缝编材料(其纤维间的缝隙得于树脂传递)、无捻粗纱布;
玻纤与热塑性塑料的复合纱及其织物与片材(法国Vetrotex商品名TWINTEX)。
芯材:
不用蜂窝,因蜂窝空格全被树脂填满,压力会导致其破坏。
可用耐溶剂发泡材料PU、PP、CL、VC等。
1)制品纤维含量可较高,未被树脂浸得部分非常少;
2)闭模成型,生产环境好;
3)劳动强度低,对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低;
4)制品两面光,可作有表面胶衣的制品,精度也比较高;
5)成型周期较短;
6)产品可大型化;
7)强度可按设计要求具有方向性;
8)可与芯村、嵌件一体成型;
9)相对注射设备与模具成本较低。
1)不易制作较小产品;
2)因要承压,故模具较手糊与喷射工艺用模具要重和复杂,价位也高一些;
3)能有未被浸渍的材料,导致边角料浪费。
小型飞机与汽车零部件、客车座椅、仪表壳
3、纤维缠绕(FW)
通常采用直接无捻粗纱作为增强材料。
粗纱排列在纱架上。
粗纱自纱架上退绕,通过张力系统、树脂槽、绕丝嘴,由小车带动其往复移动并缠绕在回转的芯轴(模)上。
纤维缠绕角度与纤维排列密度根据强度设计,并由芯轴(模)转速与小车往复速度之比,精确地控制。
固化后将缠绕的复合材料制品脱模。
对某些两端密闭的产品不用脱模,芯模即包在复合材料产品内,作为内衬。
环氧、不饱和聚酯、乙烯基脂及酚醛树脂。
无捻粗纱、缝编和无纺织物。
生产管罐时,常用表面毡、短切原丝作为内衬材料。
可用。
虽然复合材料制品通常是单一壳体,一般不用。
1)因为纤维迳直以合理的线形铺设,承担负荷,故复合材料制品的结构特性可非常高;
2)由于同内衬层组合,可制得耐腐蚀、耐压、耐热的制品;
3)可制造两端封闭的制品;
4)铺放材料快、经济、用无捻粗纱,材料费用低;
5)可采用树脂计量,然浸胶后的纤维通过挤胶或口模,控制树脂含量;
6)可大理生产和自动化;
7)机械成型,复合材料材质及方向性均匀,质量稳定。
1)制品形状限于圆柱形或其它回转体;
2)纤维不易沿制品长度方向精确排列;
3)对于大型制品,芯模成本高;
4)成品外表不是“模制”的,不尽人意;
5)对于承受压力的制品,如选择树脂不合适或无内衬,就易发生渗漏。
(5)典型产品'
管道、贮罐、气瓶(消防呼吸气瓶、压缩天然气瓶等)、固体火箭发动机壳体。
4、RIM(ReactionInjectionMolding一反应注射成型)
将两种或两种以上的组分在混合区低压(0.5MPa)混合后,即在低压(0.5-1.5MPa)下注射到闭模中反应成型,此即为工艺过程。
若组分一为多元醇,一为异氰酸酯,则反应生成聚氨酯。
为增加强度,可直接在一种组分内行加入磨碎玻纤原丝和(或)填料。
弈可采用长纤维(如连续纤维毡、织物、复合毡、短切原丝等的预成型物等)增强,在注射前,将长纤维增强材料预先置模具内。
用此法可得到高力学性能的制品。
这种工艺称为SRIM(StructuralReactionInjectionMolding-结构反应注射成型)。
常用聚氨酯体系或聚氨酯/脲混合体系;
亦可采用环氧、尼龙、聚酯等基本;
常用长0.2-0.4mm的磨碎玻璃纤维;
不用。
1)制造成本比热塑性塑料注射工艺低;
2)可制造大尺寸、开头复杂的产品;
3)固化快,适于快速生产。
采用磨碎玻璃纤维增强原料费用高,荐用矿物复合材料取代之。
(5)主要产品
汽车仪表盘、保险杠、建筑门、窗、桌、沙发、电绝缘件。
5、拉挤成型(Pultrusion)
主要采用玻璃纤维无捻粗纱(使用前预先放置在纱架上),它提供纵向(沿生产线方向)增强。
其它类型的增强有连续原丝毡、织物等,它们补充横向增强,表面毡则用于提高成品表面质量。
树脂中可加入填料,改进型材料性能(如阻燃),并降低成本。
拉挤成型的程序是
1)使玻璃纤维增强材料浸渍树脂;
2)玻璃纤维预成型后进入加热模具内,进一步浸渍(挤胶)、基本树脂固化、复合材料定型;
3)将型材按要求长度切断。
现在已有变截面的、长度方向呈弧型的拉挤制品成型技术。
拉挤成型将增强材料浸渍树脂有两种方式:
胶槽浸渍法:
通常采用此法,即将增强材料通过树脂槽浸胶,然后进入模具。
此法设备便宜作业性好,适于不饱和聚酯树脂,乙烯基酯树脂。
注入浸渍法(图6):
玻纤增强材料进入模具后,被注入模具内的树脂所浸渍。
此法适于凝胶时间短、粘度高、生产附产物的树脂基体,如酚醛、环氧、双马来酰亚胺树脂。
常用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂;
拉挤用玻璃纤维无捻粗纱、连续毡、缝编毡、缝编复合毡、织物、玻纤表面毡、聚酯纤维表面毡等;
一般不用,现有以PU发泡材料为芯材,外为连续拉挤框型型材,作为保温墙板的。
1)典型拉挤速度0.5-2m/min,效率较高,适于大批量生产,制造长尺寸制品;
2)树脂含量可精确控制;
3)由于纤维呈纵向,且体种比可较高(40%-80%),因而型材轴向结构特性可非常好;
4)主要用无捻粗纱增强,原材料成本低,多种增强材料组合使用,可调节制品力学性能;
5)制品质量稳定,外观平滑。
1)模具费用较高;
2)一般限于生产恒定横截面的制品。
建筑屋顶横梁、椽子、门窗框架型材、墙板、石油开采抽油杆、帐篷竿、梯子、桥梁、工具把、手机微波站罩壳、汽车板簧、传动轴、电缆管、光纤光缆芯、钓鱼竿、隔栅、汽车空调器罩、扩轨罩。
0}1xp*V
6、真空袋法法成型(Vacuumbagprocess)
(1)概要:
此法是手糊法与喷射法的延伸。
将手糊或喷射好的积层在树脂的A阶段与模具在一起,在积层上覆以橡胶袋,周边密封,在后用真空泵抽真空,积层从而受到不大于1个气压的压力,而被压实、成型。
主要采用环氧树脂、酚醛树脂。
不饱和聚酯树脂与乙烯基酯树脂则因真空泵将树脂中的苯乙烯(交联剂)过度抽出,可能会造成问题,故一般不用;
同手糊法;
1)采用普通的湿法铺层技术,通常可获得高纤维含量的制品;
2)可制造大尺寸产品;
3)产品两面光;
4)较湿法铺层浸胶孔隙率低;
5)由于压力,树脂流经结构纤维,纤维得以较好地浸渍树脂;
6)有利于操作人员健康和安全;
真空袋减少了固化时逸出的挥发性物质。
1)额外的工艺过程增加了劳动力和袋材成本;
2)要求操作人员有较高的技术熟练水平;
3)树脂混合和含量控制基本上仍然取决于操作人员的技术;
4)生产效率不高。
艇、赛车、芯材粘结、飞机鼻锥雷达罩、机翼、方向舵。
7、树脂膜熔浸成型(RFI-ResinFilmInfusion)
(1)概要
将干强物与树脂片(树脂片系放在一层脱模纸上提供)交替铺放在模具内。
铺层被真空袋包覆,藉真空泵抽真空,将干织物内空气抽出。
然后加热,令树脂熔化并流浸已抽出空气的织物,然后经过一事实上时间即固化。
一般仅用环氧树脂;
¬
任意;
许多种芯材都可以使用,由于工艺过程中温度高,对PVC泡沫需要专门处理,以免泡沫损坏。
1)空隙率低,可精确获得高的纤维含量;
2)铺层清洁,有利于健康和安全(似预浸);
3)可较预浸法成本低,此为主要的优点;
4)由于树脂仅能过织物厚度方向传递,故树脂未浸到白斑区可较SCRIMP(西曼复合材料公司树脂参入成型法—SeemanCompositeResinInfusionMoldingProcess)少。
1)目前仅用于宇航工业,还未推广;
2)虽然宇航工业用高压釜系统产非总是需要,但加热室和真空袋系统对于复合材料固化,总是不可少的;
3)模具要求能经受树脂膜片的工艺温度(低温固化即需60-100º
C);
4)要求所用芯材能经受工艺温度和压力;
飞机雷达罩、舰艇声纳整流罩。
8、预浸料(高压釜)成型
预先在加热、加压或使用溶剂的条件下,将织物和(或)纤维预先用预催化树脂预浸渍。
固化剂大多能在环境温度下,让预浸材料贮存几周或几个月,仍能保质使用。
当要延长保持期,材料须在冷冻条件下贮存。
树脂通常在环境温度下呈临界固态。
故触摸预浸材料时有轻微的黏附感,象胶带似的。
制作单向预浸渍材料的纤维直接由纱架下来,与树脂结合。
预浸渍材料用手或机械铺于模具表面,通过真空袋抽真空,并通常加热到120-180º
C。
使树脂重新流动,并最终固化。
盛开附加压力通常藉助高压釜(实际上是一座压力加热罐)提供,它能对铺层施加达5个大气压的压力。
通常用环氧树脂,不饱和聚酯树脂、酚醛树脂及高温树脂,如聚酰亚胺、氰酸酯、双马来酰亚胺树脂等;
虽然由于在工艺过程中,高温分对芯材有些影响,需要采用某些专门的泡沫芯材。
1)预浸材料制造人员可精确地调整树脂/固化剂水平和树脂在纤维中的含量;
可以可靠地得到高纤维含量。
2)材料于操作人员十分安全,无碍健康,操作清洁;
3)单向带纤维成本最低,因为毋须将纤维预先转为织物的二次加工过程;
4)由于制造过程采用可渗透的高粘度树脂,树脂化学性能力学和热性能可以是最适宜的;
5)材料有效时间长(室温下可保质数月),这意味着可优化结构、复合材料易铺层;
6)可能实现自动化和节省劳动力。
1)对于预浸织物,材料成本高;
2)通常要对高压釜固化复合材料制品,耗费大、作业慢、制品尺寸受限制;
3)模具需能承受作业温度;
4)芯材需要承受作业温度和压力。
飞机结构复合材料(如机翼和尾翼)、卫星与运载火箭结构件(太阳能电池基板、夹层结构板、卫星接口支架、火箭整流罩等)、赛车、运动器材(如网球拍、滑雪板等)。
9、低温固化预浸料成型
低温固化预浸料完全按通常的预浸料方法制备,但树脂的化学性质使其得以在60-100º
C温度下固化。
在60º
C时,材料可操作保持期可小到限于1个星期,但亦可延长到几个月。
树脂系统的流动截面适于采用真空袋压力,避免采用高压釜。
(2)材料|
一般仅采用环氧树脂;
任意,同通常的预浸料;
任意,虽然一般的PVC泡沫需要特别注意。
1)具有传统预浸料法所具备的
(1)-(6)条优点;
2)模具材料较便宜,如木材亦可用,因其固化温度较低故;
3)可容易地制造大型结构。
因为仅需真空袋压力;
固化温度低,可采用简单的热空气循环加热室(经常就地建造大于制品的加热室)
4)可采用普通的PVC泡沫芯材,略作处理即可;
5)能耗低。
1)材料成本仍高于预浸织物;
2)需加热室和真空袋系统,以固化制品;
3)模具需能经受高于环境温度的温度(常用60-100º
4)仍有能耗,因需高于环境温度固化。
高性能风力发电机叶片、赛艇、救生艇、火车用零部件。
10、SCRIMP,RIFT,VARTM
图11SCRIMP,RIFT,VARTM示意图
SCRIMP(SeemanCompositeInfusionMoldingProcess—西曼复合材料公司树脂渗透成型法),RIFT(ResinInfusionumderFlexibeTooling—柔性模具树脂渗透法),VARTM(VscuumAssistedTransferMolding—真空辅助树脂传递成型)这三种工艺原理相似。
将织物作为干铺层材料入模内,如同RTM。
然后覆以剥离保护层和缝编非结构织物。
整个铺层用真空袋覆罩好。
袋无渗漏后,让树脂流到积层。
树脂很容易流经非结构织物而在整个铺层分布。
SCRIMP法在真空袋与铺层之间可置加压模块,利于提高制作表观与结构密实度。
(2)材料
常和环氧树脂、不饱和聚酯和乙烯基酯树脂;
任意种类普通织物。
这些工艺方法缝编材料很好用,因其间隙使得树脂快速流动;
除蜂窝外,各种芯材均可用。
1)同RTM,但制品仅一面光,不似RTM两面光;
2)由于模具一半是真空袋,主模具仅需较低强度,故模具成本甚低;
3)可制造大尺寸产品;
4)通常的湿法铺层工具可改进以用于这些成型法;
5)一次作业即可生产芯材结构。
1)要完成好相对复杂的操作过程;
2)树脂粘度必须非常低,限制了制品的力学性能;
3)铺层未浸到树脂而造成的废品浪费甚大;
4)SCRIMP的一些工艺要素已被专利所限。
小艇半成品、列车和卡车车身面板。