复合材料成型工艺大全及说明
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复合材料成型工艺及应用一、复合材料的概念复合材料是由两种或两种以上的材料组成,具有不同的物理和化学性质,经过一定的工艺方法制成一种新型材料。
常见的复合材料包括玻璃钢、碳纤维、芳纶纤维等。
二、复合材料成型工艺1.手工层叠法手工层叠法是最基本的复合材料成型方法,通常用于制作小批量产品。
该方法需要将预先剪裁好的纤维与树脂依次层叠,再通过压力和温度进行固化。
2.真空吸塑法真空吸塑法是将预先剪裁好的纤维与树脂放置在模具内,然后通过抽气将模具内外产生压差,使树脂浸润纤维,并在高温高压下进行固化。
3.自动化层叠法自动化层叠法是利用机器自动完成纤维和树脂的层叠,提高了生产效率和产品质量。
4.注塑成型法注塑成型法是将树脂加热至熔点后注入模具中,再通过高压将树脂注入纤维中,最后在高温下固化成型。
5.压缩成型法压缩成型法是将预先剪裁好的纤维和树脂放置在模具内,再通过压力将其压实,并在高温下进行固化。
三、复合材料的应用1.航空航天领域复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点,在航空航天领域得到广泛应用。
如飞机机身、翼面等部件都采用了复合材料制造。
2.汽车工业汽车工业也是复合材料的重要应用领域。
复合材料可以减轻汽车自重,提高汽车性能和燃油经济性。
3.建筑领域建筑领域也开始采用复合材料作为建筑结构材料,如玻璃钢屋面、墙板等。
4.体育器材体育器材如高尔夫球棒、网球拍等也采用了碳纤维等复合材料制造,提高了器材的性能和使用寿命。
5.医疗领域复合材料在医疗领域也得到了广泛应用,如人工关节、牙科修复等。
四、复合材料的优缺点1.优点:(1)轻质高强:比同体积的钢材强度高5-10倍,比重只有铝的1/4。
(2)耐腐蚀:不易受化学物质侵蚀。
(3)设计灵活:可以根据需要设计成各种形状和尺寸。
2.缺点:(1)制造成本较高:制造过程需要较高的技术和设备投入。
(2)易受损伤:复合材料容易产生微裂纹,一旦受到外力撞击,就会导致破坏。
五、结语复合材料作为一种新型材料,在各个领域得到了广泛应用。
复合材料成型工艺大全及说明复合材料是由两种或更多种材料组合而成的材料,其具有优异的性能和特点,广泛应用于飞机、汽车、船舶、建筑等领域。
复合材料的成型工艺是制造复合材料制品的关键环节之一,不同的复合材料需要采用不同的成型工艺。
1.手工层压法:将预先切割好的复合材料层压,通过手工操作来制作各种复材制品。
这种方法比较简单,适用于小批量生产和复杂形状的制品,但效率相对较低。
2.沉积法:将复合材料纤维按一定角度布置在模具中,然后通过注塑或浸渍等方式将树脂混合物或熔融金属填充至模具中,经固化或冷却后取出制成复材制品。
这种方法适用于生产中等规模的制品,具有较高的生产效率。
3.拉毛法:将纤维与树脂分别放置在两个模具中,然后通过拉拔的方法,使纤维与树脂相结合,形成复材制品。
这种方法适用于制造纤维增强塑料制品。
4.自动层压法:将预先切割好的复合材料通过自动层压机进行层压,该机器根据预先设定的程序,自动完成复合材料的层压过程,提高了生产效率。
5.真空吸气层压法:将纤维和树脂依次放置在模具中,然后通过抽气装置产生真空环境,使纤维和树脂充分接触并固化,最终得到复材制品。
这种方法适用于制造大型复材制品,可以提高产品的质量和性能。
6.热压成型法:将预先切割好的纤维和树脂放置在模具中,然后通过加热和压力使树脂固化,最终形成复材制品。
这种方法适用于制造较薄的复材板材。
7.包覆成型法:将纤维和树脂分别涂抹在模具表面上,然后通过挤压或滚压的方法,使纤维和树脂充分接触,形成复材制品。
这种方法适用于制造大型、复杂形状的复材制品。
8.精密成型法:通过机械或人工辅助来对复合材料进行定位、定厚、定形,然后进行固化,最终得到产品。
这种方法适用于制造高精度和高质量的复材制品。
除了上述的成型工艺,还有一些特殊的成型工艺,如搅拌铸造法、注塑法、喷涂法、压铸法等,它们都具有各自的优点和适用范围,可以根据具体的需求选择合适的成型工艺。
随着科学技术的发展,复合材料的成型工艺也在不断创新和完善,以满足不同行业对复材制品的需求,同时也提高了复材制品的质量和性能。
复合材料成型工艺及应用引言复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料,具有优异的性能和广泛的应用领域。
复合材料的成型工艺对于材料的性能和应用具有重要影响。
本文将深入探讨复合材料成型工艺及其应用。
成型工艺1. 碳纤维复合材料成型工艺碳纤维复合材料是一种常见的复合材料,其成型工艺有以下几个步骤:1.原材料准备–碳纤维布预浸树脂–模具2.布料叠层–将预浸树脂的碳纤维布按照设计要求叠加在一起3.真空吸气–将叠层的碳纤维布放置在真空袋内–利用真空泵抽取袋内空气,将袋与布料牢固贴合4.热固化–将真空吸气后的碳纤维布置于热压机中进行热固化–在一定的温度和压力下,树脂固化和纤维之间形成牢固的结合2. 玻璃纤维复合材料成型工艺玻璃纤维复合材料是另一种常用的复合材料,其成型工艺包括以下步骤:1.玻璃纤维制备–将原始玻璃熔融并通过喷丝机进行拉伸成细长纤维2.纤维增强–将玻璃纤维与树脂混合物浸渍,使纤维饱和3.成型–将纤维增强的玻璃纤维复合材料放置在模具中–利用压力或真空将复合材料与模具表面充分接触4.固化–在一定的温度和时间下,树脂固化并与玻璃纤维形成牢固结合应用领域复合材料因其独特的性能,广泛应用于以下领域:1. 航空航天业复合材料在航空航天业中具有重要地位。
其轻量化和高强度的特性,使其成为航空器结构中的关键材料。
例如,飞机机翼、机身和尾翼等部件都采用碳纤维复合材料制造,以提高飞行性能和燃油效率。
2. 汽车工业复合材料在汽车工业中的应用越来越广泛。
通过使用复合材料,汽车的整体重量可以降低,燃油效率可以提高。
此外,复合材料还能提供更好的碰撞安全性能和外观设计自由度。
3. 建筑业复合材料在建筑业中的应用也越来越受欢迎。
由于其轻质、高强度和耐腐蚀性能,复合材料可以用于建筑结构、墙体和屋顶等部件的制造。
同时,复合材料还能提供独特的外观效果,满足建筑设计的需求。
4. 化工工业复合材料在化工工业中的应用主要体现在储罐、管道和设备等方面。
复合材料的成型工艺图1:热固性复合材料最基本的制备方法是手糊,通常包括将干层或半固化片层用手铺设到模具上,形成一个积层。
图中展示的是自由宇航公司的技术员(佛罗里达州墨尔本)正在通过手糊工艺加工一个碳/环氧预浸料,将用于制造通用航空飞机部件。
资料来源:自由宇航公司在复合材料的加工成型过程中会使用一系列模具,用来给未成形的树脂及其纤维增强材料提供一个成型的平台。
手糊(hand layup)成型是热固性复合材料最基本的制备方法,即通过人工将干层或半固化片层铺设到模具上,形成一个积层。
铺层方式分为两种:一种称为干法铺层,是先铺层后将树脂浸润(例如,通过树脂渗透方式)到干铺层上的方式,另一种方式是湿法铺层,即先浸润树脂后铺层的顺序。
现在普遍使用的固化方式可以分为以下几种:最基本的是室温固化。
不过,如果提高固化温度的话,固化进程也会相应加快。
比如通过烤箱固化,或使用真空袋(vacuum ba g)通过高压釜固化。
如果采用高压釜固化的话,真空袋内通常会包含透气膜,被放置在经手糊的半成型制品上,再连接到高压釜上,等最终固化完成后再将真空袋撤去。
在固化过程中,真空袋的作用是将产品密封在模具和真空袋之间,通过抽真空对产品均匀加压,将产品中汇总的气体排出,从而使产品更加密实、力学性能更好。
图2:热压釜独有的高温和高压条件使其成为完成热固性树脂零部件的固化的重要工具。
控制软件的改进则能够帮助经营者提高35-40%的生产量。
同时,一些新的树脂配方正在开发当中,将通过低压固化处理。
图中是Helicomb国际公司(俄克拉荷马州塔尔萨)的一名操作人员正在使用高压釜进行固化处理。
来源:Helicomb国际公司许多高性能热固性零件都需要在高热高压的条件下完成固化。
但是高压釜(Autocl aves)的设备成本和操作成本都较昂贵。
采购高压釜设备的制造商通常会一次性固化一定数量的部件。
对于高压釜的温度,压力,真空和惰性气体(inert atmosphere)等一系列参数,计算机系统能帮助实现远程甚至无人监控和检测,并最大限度地提高该技术的利用效率。
复合材料拉挤+编织成型工艺介绍一、工艺简介复合材料拉挤+编织成型工艺是一种先进的复合材料制造技术,结合了拉挤工艺和编织工艺的优点,能够生产出高性能、高强度、高刚度的复合材料制品。
这种工艺可以广泛应用于航空航天、建筑、汽车、体育器材等领域。
二、工艺流程1. 准备材料:根据制品要求选择合适的增强纤维、树脂以及其他辅助材料。
2. 纤维编织:将增强纤维编织成预设的形状和尺寸,形成编织预制件。
3. 树脂注入:将树脂注入到编织预制件中,使纤维完全浸渍在树脂中。
4. 预固化:在一定温度和压力下进行预固化,使树脂初步固化。
5. 拉挤成型:将预固化的编织预制件通过拉挤模具进行拉挤成型,进一步压缩和排除多余的树脂。
6. 加热固化:在高温下进行加热固化,使树脂完全固化,形成最终的复合材料制品。
7. 冷却和后处理:将制品冷却至室温,并进行必要的后处理,如切割、打磨等。
三、优点和特点1. 高性能:复合材料拉挤+编织成型工艺可以生产出高性能的复合材料制品,具有高强度、高刚度、耐腐蚀等优点。
2. 结构紧凑:这种工艺可以生产出结构紧凑、轻量化的复合材料制品,适用于对重量有较高要求的领域。
3. 可设计性强:可以根据实际需求定制不同的编织预制件和制品尺寸,具有较强的可设计性。
4. 加工效率高:整个工艺流程自动化程度高,加工效率高,可大幅缩短制品生产周期。
5. 环保可持续:该工艺使用的材料多为环保型材料,废弃物可回收再利用,有利于环保和可持续发展。
四、应用领域1. 航空航天领域:复合材料拉挤+编织成型工艺可以用于制造飞机结构件、航天器部件等高性能复合材料制品。
2. 建筑领域:可以用于制造桥梁、建筑支撑结构等高性能复合材料制品,提高建筑物的安全性和耐久性。
3. 汽车领域:可以用于制造汽车车身面板、车架等部件,提高汽车轻量化水平和燃油经济性。
4. 体育器材领域:可以用于制造高尔夫球杆、滑雪板等高性能体育器材,提高运动员竞技水平和运动体验。
复合材料的成型工艺复合材料的成型工艺主要包括以下几种:1. 手糊成型工艺:是一种湿法铺层成型法,通过涂刷胶液和铺设纤维织物,在模具上形成一定厚度的层片,然后进行固化。
2. 喷射成型工艺:是将树脂和纤维混合后,通过喷射的方式在模具表面形成一定厚度的层片,再进行固化。
3. 树脂传递模塑技术(RTM技术):将纤维织物放入模具中,然后注入树脂,经过一定的温度和压力条件进行固化,形成复合材料制品。
4. 袋压法成型:是将纤维织物放入密封的袋子里,然后通过压力使纤维织物紧密结合在一起,再经过固化得到复合材料制品。
5. 真空袋压成型:是在袋压法的基础上,通过抽真空的方式排除纤维织物内的空气和水分,提高制品的密实度和质量。
6. 热压罐成型技术:是将预浸料放入金属模具中,通过热压罐的高温高压作用,使预浸料粘结成复合材料制品。
7. 液压釜法成型技术:是将预浸料放入密封的液压釜中,通过液体介质的压力使预浸料紧密结合在一起,再经过固化得到复合材料制品。
8. 热膨胀模塑法成型技术:是将纤维织物放入模具中,利用热膨胀原理使纤维织物紧密结合在一起,再经过固化得到复合材料制品。
9. 夹层结构成型技术:是将两层或更多层预浸料之间夹入一层泡沫材料或其他材料,通过加热加压或抽真空的方式使其粘结成复合材料制品。
10. 模压料生产工艺:是将纤维织物和树脂混合后,经过一定温度和压力条件进行固化,形成模压料,然后将其加工成制品。
11. ZMC模压料注射技术:是将ZMC模压料加热后注入模具中,经过一定的温度和压力条件进行固化,形成复合材料制品。
12. 层合板生产技术:是将多层预浸料按照一定的顺序叠放在一起,然后经过热压或冷压的方式使其粘结成复合材料层合板。
13. 卷制管成型技术:是将纤维织物和树脂混合后,通过卷制机卷制成管状制品。
14. 纤维缠绕制品成型技术:是将纤维织物缠绕在芯模上,然后注入树脂或进行热处理,形成复合材料制品。
15. 连续制板生产工艺:是将预浸料连续通过加热和加压装置,使其连续地粘结成复合材料板材。
复合材料成型工艺引言复合材料是由两种或两种以上的材料组成的,具有优异的力学性能和化学性能的材料。
复合材料广泛应用于航空航天、汽车、建筑和体育器材等领域。
复合材料的成型工艺对于最终产品的质量和性能起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常见的复合材料成型工艺。
压缩成型简介压缩成型是一种常见的复合材料成型工艺,其基本原理是在高压和高温下将材料固化为所需形状。
该工艺适用于制备具有较大平面尺寸和较简单形状的复合材料制品。
工艺步骤压缩成型的工艺步骤通常包括以下几个步骤:1.材料预处理:将所需的纤维和基体材料进行预处理,以去除杂质和增强其性能。
2.材料层叠:将预处理后的纤维和基体层叠在一起,形成所需形状的复合材料。
3.加热和压缩:将复合材料置于温度和压力控制设备中,进行加热和压缩,以使其固化为最终形状。
4.冷却和固化:完成压缩成型后,将产品冷却至室温,使其固化。
应用案例压缩成型常用于制备平板、管道和简单几何形状的复合材料制品。
例如,在航空航天领域,压缩成型工艺常用于制备飞机机身和结构件。
注射成型简介注射成型是一种适用于制备复杂形状的复合材料制品的成型工艺。
该工艺通过将预先制备好的复合材料注入到模具中,使其形成所需的形状。
工艺步骤注射成型的工艺步骤通常包括以下几个步骤:1.制备模具:根据产品的设计要求,制备出合适的注射模具。
2.材料准备:将纤维和基体材料按照一定比例混合,并加入适量的固化剂和添加剂。
3.注射成型:将混合好的复合材料注入到模具中,并施加一定的压力,使其填充整个模具。
4.固化和脱模:在恰当的温度下,使复合材料固化,并脱模得到最终产品。
应用案例注射成型常用于制备复杂形状的复合材料制品,如飞机翼、汽车车身和管道等。
这种工艺能够实现复合材料的高精度和复杂形状要求。
真空成型简介真空成型是一种利用真空吸力将预处理好的复合材料贴合到模具上,形成所需形状的成型工艺。
真空成型适用于制备较大尺寸的复合材料产品。
工艺步骤真空成型的工艺步骤通常包括以下几个步骤:1.制备模具:根据产品的设计要求,制备出合适的真空吸力模具。
复合材料复合成型工艺研究及工艺参数优化复合材料是由多种不同材料组合而成的复合材料,具有轻质、高强度、高刚性、耐高温等优良性能,被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等工业领域。
复合材料的复合成型工艺研究及工艺参数优化,是提高复合材料制备质量和性能的重要环节。
一、复合材料的复合成型工艺研究复合材料的复合成型工艺研究主要包括预浸工艺、自动化布料、层压成型等方面。
1. 预浸工艺预浸工艺是将纤维材料浸渍于树脂固化剂中,形成浸渍纤维材料的过程。
预浸工艺要求纤维材料在浸渍过程中均匀分布树脂固化剂,并保持一定的固化时间。
通过优化预浸工艺的浸渍时间和浸渍厚度,可以提高复合材料的力学性能和热稳定性。
2. 自动化布料自动化布料是指利用机器人或自动化设备将纤维材料按照一定的规律布置在模具中的过程。
通过自动化布料,可以实现纤维材料的均匀布局,减少纤维材料间的空隙,并提高复合材料的强度和刚度。
自动化布料的关键是控制纤维材料的层压顺序和布料角度,通过优化布料工艺可以得到复合材料的最佳力学性能。
3. 层压成型层压成型是将浸渍纤维材料按照一定的层次和顺序排列,经过一定的压力和温度条件下进行加热固化的过程。
层压成型工艺的关键是控制加热温度和固化时间,以及模具的设计和压力的施加方式。
通过优化层压成型工艺,可以得到复合材料的理想结构和性能。
二、工艺参数的优化复合材料的工艺参数包括浸渍时间、浸渍厚度、布料顺序、布料角度、加热温度、固化时间等。
通过优化这些工艺参数,可以提高复合材料的力学性能和热稳定性。
1. 工艺参数优化的方法工艺参数的优化可以采用试验设计方法,通过设计并进行一系列试验,收集不同参数下的复合材料性能数据,利用统计分析方法寻找最佳的工艺参数组合。
常用的试验设计方法包括正交试验设计和响应面法等。
2. 工艺参数优化的影响因素工艺参数的优化受到多个影响因素的综合作用,主要包括纤维材料的性质、树脂固化剂的特性、模具的设计和加热设备的性能等。
材料复合材料的成型工艺引言复合材料是由不同类型的材料组成的材料,通常包括增强材料(如纤维增强材料)和基体材料(如树脂基体)。
材料复合材料具有多种优点,如高强度、低重量和良好的耐腐蚀性。
成型是制造复合材料制品的关键步骤之一,它决定了最终产品的形状和性能。
本文将介绍材料复合材料的常见成型工艺。
手工层叠法手工层叠法是最简单、最常见的材料复合材料成型工艺之一。
该方法主要适用于制造小规模、非常规形状的复合材料制品,如样品和原型。
手工层叠法的步骤如下:1.准备增强材料和树脂基体。
2.将增强材料按照设计要求剪切成合适大小的片段。
3.在模具中涂抹薄膜,并轻轻排列层叠,将增强材料放置在树脂基体上。
4.使用刷子将树脂基体均匀地涂抹在增强材料上,使其湿润。
5.重复步骤3和4,直到达到所需的厚度和层数。
6.在达到所需厚度后,使用压缩工具将材料压实,以确保层与层之间的粘合。
手工层叠法的优点是简单易行、成本低廉。
然而,该方法的缺点是生产效率低且难以实现高度一致性。
预浸法预浸法是另一种常见的材料复合材料成型工艺。
该方法使用预先浸渍的增强材料,即将纤维材料浸泡在树脂中,以便预先饱和纤维。
预浸材料在生产过程中不需要手工涂覆树脂,这有助于提高生产效率和产品一致性。
预浸法的步骤如下:1.准备增强材料和预浸树脂。
2.将增强材料放置在浸泡槽或浸泡机中,确保增强材料充分浸泡在树脂中。
3.从浸渍槽中取出增强材料,将其挂起或放置在模具中。
4.使用挤出机或压铸机将预浸材料加热至树脂固化温度,并施加适当的压力和形状。
5.保持压力和温度一定时间,以使树脂固化。
预浸法的优点是生产效率高、产品质量一致。
然而,该方法的缺点是对设备要求较高,且预浸材料相对较贵。
压缩成型法压缩成型法是一种常用的材料复合材料成型工艺,可以用于制造具有平面形状的复合材料制品。
该方法适用于需要保持较高精度和表面质量的制品。
压缩成型法的步骤如下:1.准备增强材料和树脂基体。
2.将增强材料置于模具中,并使用手动或自动机械将其压实和固定。
复合材料工艺详解——热固与热塑树脂热固性树脂成型工艺手糊成型:用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺覆成型,室温(或加热)、无压(或低压)条件下固化,脱模制成品的工艺方法。
1.原料:①树脂:不饱和聚酯树脂,环氧树脂;②纤维增强材料:玻纤制品(无捻粗纱、短切纤维毡、无捻粗纱布、玻纤细布、单向织物),碳纤维,Kevlar纤维;③辅助材料:稀释剂,填料,色料。
2.工艺过程:2.1 原材料准备2.1.1胶液准备胶液的工艺性主要指胶液粘度和凝胶时间。
①手糊成型的胶液粘度控制在0.2Pa·s~0.8Pa·s之间为宜。
环氧树脂可加入5%~15%(质量比)的邻苯二甲酸二丁酯或环氧丙烷丁基醚等稀释剂进行调控。
②凝胶时间:在一定温度条件下,树脂中加入定量的引发剂、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。
手糊作业前必须做凝胶试验。
但是胶液的凝胶时间不等于制品的凝胶时间,制品的凝胶时间不仅与引发剂、促进剂或固化剂有关,还与胶液体积、环境温度与湿度、制品厚度与表面积大小、交联剂蒸发损失、胶液中杂质的混入、填料加入量等有关。
2.1.2增强材料的准备手糊成型所适用增强材料主要是布和毡。
需要注意布的排向,同一铺层的拼接,布的剪裁。
2.1.3胶衣糊准备胶衣树脂的性能指标:外观:颜色均匀,无杂质,粘稠状流体;酸值:10mgKOH/g~15mgKOH/g(树脂);凝胶时间:10min~15min;触变指数:5.5~6.5;贮存时间:25℃ 6个月2.1.4手糊制品厚度与层数计算①手糊制品厚度t:制品(铺层)的厚度;m:材料质量,Kg/m2;k:厚度常数,mm/(Kg·m-2)材料厚度常数k表材料性能玻璃纤维E型S型C型聚酯树脂环氧树脂填料-碳酸钙密度(Kg/m3)2.56;2.49;2.45 1.1;1.2;1.3;1.4 1.1;1.3 2.3;2.5;2.9k[mm/(Kg·m-2)]0.391;0.402;0.408 0.909;0.837;0.769;0.714 0.909;0.769 0.435;0.400;0.345②铺层层数计算A:手糊制品总厚度,mm;m f:增强纤维单位面积质量,Kg/m2;kf:增强纤维的厚度常数,mm/(Kg·m-2);kr:树脂基体的厚度常数,mm/(Kg·m-2);c:树脂与增强材料的质量比;n:增强材料铺层层数。
复合材料的制备工艺
复合材料是由两种或更多种不同材料组成的材料,具有优异的物理、化学和机械性能。
无论是高分子基复合材料还是金属基复合材料,其制备工艺都是一个比较复杂的过程。
本文将简要介绍复合材料的制备工艺。
一、高分子基复合材料制备工艺
1.手工层叠法:将预浸渍好的纤维材料按照一定的层数和排列方式手工层叠,再通过压力和热处理使其形成固体复合材料。
2.自动层叠法:采用机械手臂或自动层叠装置进行预浸渍纤维材料的层叠,然后通过压力和热处理形成复合材料。
3.注塑成型法:将预制的纤维增强材料放入模具中,然后采用注塑成型机进行热处理,使其形成复合材料。
二、金属基复合材料制备工艺
1.热压法:将金属材料和增强材料按照一定的比例混合后,通过高温高压的热压工艺形成复合材料。
2.爆炸焊接法:将金属材料和增强材料分别固定在两个金属板上,然后在中间放置爆炸物,爆炸产生的能量将两种材料焊接在一起。
3.电磁压力焊接法:通过电磁力控制金属材料和增强材料之间的距离和接触时间,使两者在高压下形成复合材料。
总之,复合材料的制备工艺是一个极具技术含量的过程,需要精细的设计和严格的操作。
随着材料科学技术的发展,复合材料的制备工艺将会越来越完善和自动化。
复合材料的复合成型工艺分析在现代工业领域中,复合材料凭借其优异的性能表现,如高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性等,逐渐成为了不可或缺的重要材料。
而复合材料的性能很大程度上取决于其复合成型工艺。
复合成型工艺是将两种或两种以上不同性质的材料,通过特定的方法和工艺,使其结合成为一个整体,从而获得具有特定性能的复合材料的过程。
常见的复合材料成型工艺包括手糊成型、喷射成型、模压成型、缠绕成型、拉挤成型等。
手糊成型是一种较为传统且简单的复合成型工艺。
它主要依靠人工操作,将增强材料(如玻璃纤维、碳纤维等)铺放在模具表面,然后用刷子或喷枪将树脂涂覆在增强材料上,使其浸润。
经过反复的铺层和涂覆,直至达到所需的厚度和形状。
手糊成型工艺的优点是设备简单、投资少,适用于小批量、大型制品的生产。
但其缺点也较为明显,如生产效率低、产品质量不稳定、劳动强度大等。
喷射成型则是在手糊成型的基础上发展起来的一种工艺。
它通过喷枪将树脂和短切纤维同时喷射到模具表面,然后压实固化。
这种工艺在一定程度上提高了生产效率,减少了劳动强度,并且能够制造较为复杂形状的制品。
然而,喷射成型的制品纤维含量相对较低,力学性能可能不如其他工艺制造的产品。
模压成型是一种高效、高精度的复合成型工艺。
将预浸料或预混料放入加热的模具中,在一定的压力和温度下使其固化成型。
模压成型制品的尺寸精度高、表面质量好、力学性能优良,适用于大批量生产。
但模具成本较高,且对于复杂形状的制品成型难度较大。
缠绕成型主要用于制造圆柱形或球形的复合材料制品。
纤维束或纤维带在控制张力的情况下,按照一定的规律缠绕在芯模上,同时涂覆树脂并固化。
缠绕成型的制品具有较高的纤维含量和良好的轴向力学性能,常用于制造管道、储罐等产品。
不过,该工艺对于制品形状的局限性较大,只能生产回转体类制品。
拉挤成型是一种连续生产的工艺。
将连续纤维通过树脂浸润槽,然后在牵引装置的作用下,经过加热模具固化成型。
拉挤成型的制品具有恒定的截面形状,力学性能好,生产效率高,适用于制造各种型材,如工字梁、槽钢等。
复合材料成型工艺与特点复合材料是由两种或两种以上性质互补的材料组合而成的新材料,具有优良的综合性能和广泛的应用前景。
复合材料成型工艺是指通过一系列的工艺步骤,将各种纤维材料与基体材料进行组合,并经过固化或加热处理,最终形成具有设计要求的复合材料制品。
下面将详细介绍复合材料成型工艺的主要类型和特点。
一、手工层压成型工艺手工层压成型工艺是最简单、最常见的复合材料成型方法之一、它的工艺流程包括:纤维预蓋,纤维均匀展开,涂胶粘接,胶粘件覆层,压片封合以及热固化等步骤。
手工层压成型工艺适用于小批量、复杂形状的产品,具有生产灵活,工艺简单的特点。
二、预浸法成型工艺预浸法成型工艺是将纤维材料浸渍于预先混合好的树脂中,形成湿片材,然后通过真空吸附或压片等方法将湿片材排水,再进行热固化。
预浸法成型工艺可分为手工预浸法和机械预浸法两种。
预浸法成型工艺具有纤维含量高、成品质量稳定、生产效率高的特点,适用于生产大批量的复材制品。
三、自动注射成型工艺自动注射成型工艺是将纤维材料和树脂材料分别通过注射器注射到模具中,然后在模具中进行固化,形成复合材料制品。
自动注射成型工艺具有生产效率高、成品质量稳定的特点,适用于生产大规模、复杂形状的复合材料制品。
四、自动层压成型工艺自动层压成型工艺是将纤维材料和树脂材料经自动化装备在复合材料制品模具中进行压制,然后进行热固化。
自动层压成型工艺具有生产效率高、加工质量稳定的特点,适用于生产大规模、平面或简单曲面形状的复合材料制品。
1.材料性能优异:复合材料由纤维增强材料和基体材料组合而成,在力学、热学、电学等方面具有优异的性能,如高强度、高刚度、高耐热性等。
2.重量轻:相比传统金属材料,复合材料具有更轻的重量,可以减轻整体结构的负荷,提高整体产品的使用效率。
3.抗疲劳性能好:复合材料具有较好的抗疲劳性能,能够承受长期循环负荷而不发生破裂或变形。
4.阻燃性能好:由于复合材料通常采用不易燃烧的树脂作为基体材料,因此具有良好的阻燃性能,能够在高温环境下保持材料的稳定性能。
10种最常见的复合材料成型工艺!复合材料的原材料包括树脂、纤维和芯材等有多种选择,各种材料又有其独特的强度、刚度、韧性和热稳定性等性能,成本和产量也不尽相同。
然而,复合材料作为一个整体,其最终性能不仅与树脂基体和纤维(以及夹芯材结构中的芯材)有关,而且与结构中材料的设计方法和制造工艺有密切联系。
本文将对常用的复合材料制造方法、每种方法的主要影响因素和不同工艺如何选择原材料进行介绍。
一、喷涂成型方法描述:把短切纤维增强材料与树脂体系同时喷涂在模具内,然后在常压下固化成热固性复合材料制品的一种成型工艺。
材料选择:树脂:主要为聚酯纤维:粗玻璃纤维纱芯材:无,需要单独与层合板结合主要优点:1) 工艺历史悠久2) 低成本、可快速铺覆纤维和树脂3) 模具成本低廉主要缺点:1) 层合板易形成树脂富集区,重量偏高2) 只能使用短切纤维,严重限制了层合板的力学性能3) 为了便于喷涂,树脂粘度需足够低,损失了复合材料的力学和热学性能4) 喷涂树脂中的高苯乙烯含量意味着对操作人员的潜在危害较高,低粘度则意味着树脂易渗透员工的工作服从而直接接触皮肤5) 空气中挥发的苯乙烯浓度很难达到法律规定要求典型应用:简易围栏,低载荷结构板,如敞篷车车身、卡车整流罩、浴缸和小型船艇二、手糊成型方法描述:手动将树脂浸润纤维,纤维可以为机织、编织、缝合或粘结等增强方式,手糊成型通常用滚轮或刷子完成,然后用胶滚挤压树脂使之渗入纤维。
层合板置于常压下固化。
材料选择:树脂:无要求,环氧、聚酯、聚乙烯基酯、酚醛树脂均可纤维:无要求,但是基重较大的芳纶纤维难以手糊浸润芯材:无要求主要优点:1) 工艺历史悠久2) 简单易学3) 如果使用室温固化树脂,模具成本低廉4) 材料和供应商选择空间大5) 高纤维含量,所用纤维比喷涂工艺长主要缺点:1) 树脂混合、层合板树脂含量和品质与操作人员的熟练程度密切相关,难以获得低树脂含量且低孔隙率的层合板2) 树脂的健康和安全隐患,手糊树脂分子量越低,潜在的健康威胁就越大,粘度越低意味着树脂越容易渗透员工的工作服从而直接接触皮肤3) 如果没有安装良好的通风设备,从聚酯和聚乙烯基酯挥发到空气中的苯乙烯浓度很难达到法律规定的要求4) 手糊树脂的黏度需要非常低,因此苯乙烯或其他溶剂的含量必须较高,这样就损失了复合材料的机械/热性能典型应用:标准风电叶片,批量制作的船艇,建筑模型三、真空袋工艺方法描述:真空袋工艺是上述手糊工艺的延伸,即在模具上封一层塑料膜将手糊好的层合板抽真空,给层合板施加一个大气压的压力,达到排气紧实的效果,以提高复合材料的品质。
复合材料成型⼯艺⼤揭秘,你了解⼏个?复合材料成型⼯艺是复合材料⼯业的发展基础和条件。
随着复合材料应⽤领域的拓宽,复合材料⼯业得到迅速发展,⼀些成型⼯艺⽇臻完善,新的成型⽅法不断涌现,⽬前聚合物基复合材料的成型⽅法已有20多种,并成功地⽤于⼯业⽣产,如:(1)⼿糊成型⼯艺--湿法铺层成型法;(2)喷射成型⼯艺;(3)树脂传递模塑成型技术(RTM技术);(4)袋压法(压⼒袋法)成型;(5)真空袋压成型;(6)热压罐成型技术;(7)液压釜法成型技术;(8)热膨胀模塑法成型技术;(9)夹层结构成型技术;(10)模压料⽣产⼯艺;(11)ZMC模压料注射技术;(12)模压成型⼯艺;(13)层合板⽣产技术;(14)卷制管成型技术;(15)纤维缠绕制品成型技术;(16)连续制板⽣产⼯艺;(17)浇铸成型技术;(18)拉挤成型⼯艺;(19)连续缠绕制管⼯艺;(20)编织复合材料制造技术;(21)热塑性⽚状模塑料制造技术及冷模冲压成型⼯艺;(22)注射成型⼯艺;(23)挤出成型⼯艺;(24)离⼼浇铸制管成型⼯艺;(25)其它成型技术。
视所选⽤的树脂基体材料的不同,上述⽅法分别适⽤于热固性和热塑性复合材料的⽣产,有些⼯艺两者都适⽤。
复合材料制品成型⼯艺特点:与其它材料加⼯⼯艺相⽐,复合材料成型⼯艺具有如下特点:(1)材料制造与制品成型同时完成⼀般情况下,复合材料的⽣产过程,也就是制品的成型过程。
材料的性能必须根据制品的使⽤要求进⾏设计,因此在选择材料、设计配⽐、确定纤维铺层和成型⽅法时,都必须满⾜制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。
(2)制品成型⽐较简便⼀般热固性复合材料的树脂基体,成型前是流动液体,增强材料是柔软纤维或织物,因此,⽤这些材料⽣产复合材料制品,所需⼯序及设备要⽐其它材料简单的多,对于某些制品仅需⼀套模具便能⽣产。
⼀、接触低压成型⼯艺接触低压成型⼯艺的特点是以⼿⼯铺放增强材料,浸清树脂,或⽤简单的⼯具辅助铺放增强材料和树脂。
复合材料成型工艺大全及说明复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。
随着复合材料应用领域的拓宽,复合材料工业得到迅速发展,老的成型工艺日臻完善,新的成型方法不断涌现,目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种,并成功地用于工业生产。
视所选用的树脂基体材料的不同,各方法适用于热固性和热塑性复合材料的生产,有些工艺两者都适用。
复合材料制品成型工艺特点:与其它材料加工工艺相比,复合材料成型工艺具有如下特点:(1)材料制造与制品成型同时完成一般情况下,复合材料的生产过程,也就是制品的成型过程。
材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计,因此在选择材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时,都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。
(2)制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体,成型前是流动液体,增强材料是柔软纤维或织物,因此用这些材料生产复合材料制品,所需工序及设备要比其它材料简单的多,对于某些制品仅需一套模具便能生产。
◇ 层压及卷管成型工艺1、层压成型工艺层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后,放入两个抛光的金属模具之间,加温加压成型复合材料制品的生产工艺。
它是复合材料成型工艺中发展较早、也较成熟的一种成型方法。
该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。
现在,印刷电路板材已广泛应用于各类收音机、电视机、电话机和移动电话机、电脑产品、各类控制电路等所有需要平面集成电路的产品中。
层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材,具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定等特点,但一次性投资较大,适用于批量生产,并且只能生产板材,且规格受到设备的限制。
层压工艺过程大致包括:预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序。
2、卷管成型工艺卷管成型工是用预浸胶布在卷管机上热卷成型的一种复合材料制品成型方法,其原理是借助卷管机上的热辊,将胶布软化,使胶布上的树脂熔融。
在一定的张力作用下,辊筒在运转过程中,借助辊筒与芯模之间的摩擦力,将胶布连续卷到芯管上,直到要求的厚度,然后经冷辊冷却定型,从卷管机上取下,送入固化炉中固化。
管材固化后,脱去芯模,即得复合材料卷管。
卷管成型按其上布方法的不同而可分为手工上布法和连续机械法两种。
其基本过程是:首先清理各辊筒,然后将热辊加热到设定温度,调整好胶布张力。
在压辊不施加压力的情况下,将引头布先在涂有脱模剂的管芯模上缠上约1圈,然后放下压辊,将引头布贴在热辊上,同时将胶布拉上,盖贴在引头布的加热部分,与引头布相搭接。
引头布的长度约为800~1200mm,视管径而定,引头布与胶布的搭接长度一般为150~250mm。
在卷制厚壁管材时,可在卷制正常运行后,将芯模的旋转速度适当加快,在接近设计壁厚时再减慢转速,至达到设计厚度时,切断胶布。
然后在保持压辊压力的情况下,继续使芯模旋转1~2圈。
最后提升压辊,测量管坯外径,合格后,从卷管机上取出,送入固化炉中固化成型。
3、预浸胶布制备工艺预浸胶布是生产复合材料层压板材、卷管和布带缠绕制品的半成品。
(1)原材料预浸胶布生产所需的主要原材料有增强材料(如玻璃布、石棉布、合成纤维布、玻璃纤维毡、石棉毡、碳纤维、芳纶纤维、石棉纸、牛皮等)和合成树脂(如酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂等)。
(2)预浸胶布的制备工艺预浸胶布的制备是使用经热处理或化学处理的玻璃布,经浸胶槽浸渍树脂胶液,通过刮胶装置和牵引装置控制胶布的树脂含量,在一定的温度下,经过一定时间的洪烤,使树脂由A 阶转至B阶,从而得到所需的预浸胶布。
通常将此过程称之为玻璃的浸胶。
◇ 树脂传递模塑成型(RTM)树脂传递模塑成型简称RTM(Resin Transfer Molding)。
RTM起始于50年代,是手糊成型工艺改进的一种闭模成型技术,可以生产出两面光的制品。
在国外属于这一工艺范畴的还有树脂注射工艺(Resin Injection)和压力注射工艺(Pressure Infection)。
RTM的基本原理是将玻璃纤维增强材料铺放到闭模的模腔内,用压力将树脂胶液注入模腔,浸透玻纤增强材料,然后固化,脱模成型制品。
从上前的研究水平来看,RTM技术的研究发展方向将包括微机控制注射机组,增强材料预成型技术,低成本模具,快速树脂固化体系,工艺稳定性和适应性等。
RTM成型技术的特点:①可以制造两面光的制品;②成型效率高,适合于中等规模的玻璃钢产品生产(20000件/年以内);③RTM为闭模操作,不污染环境,不损害工人健康;④增强材料可以任意方向铺放,容易实现按制品受力状况铺放增强材料;⑤原材料及能源消耗少;⑥建厂投资少,上马快。
RTM技术适用范围很广,目前已广泛用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等工业领域。
已开发的产品有:汽车壳体及部件、娱乐车构件、螺旋浆、8.5m长的风力发电机叶片、天线罩、机器罩、浴盆、沐浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话亭、电线杆、小型游艇等。
(1)RTM 工艺及设备成型工艺RTM全部生产过程分11道工序,各工序的操作人员及工具、设备位置固定,模具由小车运送,依次经过每一道工序,实现流水作业。
模具在流水线上的循环时间,基本上反映了制品的生产周期,小型制品一般只需十几分钟,大型制品的生产周期可以控制在1h以内完成。
成型设备RTM成型设备主要是树脂压注机和模具。
①树脂村注机树脂压注机由树脂泵、注射枪组成。
树脂泵是一组活塞式往复泵,最上端是一个空气动力泵。
当压缩空气驱动空气泵活塞上下运动时,树脂泵将桶中树脂经过流量控制器、过滤器定量地抽入树脂贮存器,侧向杠杆使催化剂泵运动,将催化剂定量地抽至贮存器。
压缩空气充入两个贮存器,产生与泵压力相反的缓冲力,保证树脂和催化剂能稳定的流向注射枪头。
注射枪口后有一个静态紊流混合器,可使树脂和催化剂在无气状态下混合均匀,然后经枪口注入模具,混合器后面设计有清洗剂入口,它与一个有0.28MPa压力的溶剂罐相联,当机器使用完后,打开开关,溶剂自动喷出,将注射枪清洗干净。
②模具RTM模具分玻璃钢模、玻璃钢表面镀金属模和金属模3种。
玻璃钢模具容易制造,价格较低,聚酯玻璃钢模具可使用2000次,环氧玻璃钢模具可使用4000次。
表面镀金属的玻璃钢模具可使用10000次以上。
金属模具在RTM工艺中很少使用,一般来讲,RTM的模具费仅为SMC的2%~16%。
(2)RTM 原材料RTM用的原材料有树脂体系、增强材料和填料。
树脂体系:RTM工艺用的树脂主要是不饱和聚酯树脂。
增强材料:一般RTM的增强材料主要是玻璃纤维,其含量为25%~45%(重量比);常用的增强材料有玻璃纤维连续毡、复合毡及轴向布。
填料:填料对RTM工艺很重要,它不仅能降低成本,改善性能,而且能在树脂固化放热阶段吸收热量。
常用的填料有氢氧化铝、玻璃微珠、碳酸钙、云母等。
◇ 袋压法、热压罐法、液压釜法和热膨胀模塑法成型袋压法、热压罐法、液压釜法和热膨胀模塑法统称为低压成型工艺。
其成型过程是用手工铺叠方式,将增强材料和树脂(含预浸材料)按设计方向和顺序逐层铺放到模具上,达到规定厚度后,经加压、加热、固化、脱模、修整而获得制品。
四种方法与手糊成型工艺的区别仅在于加压固化这道工序。
因此,它们只是手糊成型工艺的改进,是为了提高制品的密实度和层间粘接强度。
以高强度玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维和环氧树脂为原材料,用低压成型方法制造的高性能复合材料制品,已广泛用于飞机、导弹、卫星和航天飞机。
如飞机舱门、整流罩、机载雷达罩,支架、机翼、尾翼、隔板、壁板及隐形飞机等。
(1)袋压法袋压成型是将手糊成型的未固化制品,通过橡胶袋或其它弹性材料向其施加气体或液体压力,使制品在压力下密实,固化。
袋压成型法的优点是:①产品两面光滑;②能适应聚酯、环氧和酚醛树脂;③产品性能比手糊高。
袋压成型分压力袋法和真空袋法2种:①压力袋法压力袋法是将手糊成型未固化的制品放入一橡胶袋,固定好盖板,然后通入压缩空气或蒸汽(0.25~0.5MPa),使制品在热压条件下固化。
②真空袋法此法是将手糊成型未固化的制品,加盖一层橡胶膜,制品处于橡胶膜和模具之间,密封周边,抽真空(0.05~0.07MPa),使制品中的气泡和挥发物排除。
真空袋成型法由于真空压力较小,故此法仅用于聚酯和环氧复合材料制品的湿法成型。
(2)热压釜和液压釜法热压釜和液压釜法都是在金属容器内,通过压缩气体或液体对未固化的手糊制品加热、加压,使其固化成型的一种工艺。
热压釜法热压釜是一个卧式金属压力容器,未固化的手糊制品,加上密封胶袋,抽真空,然后连同模具用小车推进热压釜内,通入蒸汽(压力为1.5~2.5MPa),并抽真空,对制品加压、加热,排出气泡,使其在热压条件下固化。
它综合了压力袋法和真空袋法的优点,生产周期短,产品质量高。
热压釜法能够生产尺寸较大、形状复杂的高质量、高性能复合材料制品。
产品尺寸受热压釜限制,目前国内最大的热压釜直径为2.5m,长18m,已开发应用的产品有机翼、尾翼、卫星天线反射器,导弹载入体、机载夹层结构雷达罩等。
此法的最大缺点是设备投资大,重量大,结构复杂,费用高等。
液压釜法液压釜是一个密闭的压力容器,体积比热压釜小,直立放置,生产时通入压力热水,对未固化的手糊制品加热、加压,使其固化。
液压釜的压力可达到2MPa或更高,温度为80~100℃。
用油载体、热度可达200℃。
此法生产的产品密实,周期短,液压釜法的缺点是设备投资较大。
(3)热膨胀模塑法热膨胀模塑法是用于生产空腹、薄壁高性能复合材料制品的一种工艺。
其工作原理是采用不同膨胀系数的模具材料,利用其受热体积膨胀不同产生的挤压力,对制品施工压力。
热膨胀模塑法的阳模是膨胀系数大的硅橡胶,阴模是膨胀系数小的金属材料,手糊未固化的制品放在阳模和阴模之间。
加热时由于阳、阴模的膨胀系数不同,产生巨大的变形差异,使制品在热压下固化。
◇ 喷射成型技术喷射成型技术是手糊成型的改进,半机械化程度。
喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大,如美国占9.1%,西欧占11.3%,日本占21%。
目前国内用的喷射成型机主要是从美国进口。
(1)喷射成型工艺原理及优缺点喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯分别从喷枪两侧喷出,同时将切断的玻纤粗纱,由喷枪中心喷出,使其与树脂均匀混合,沉积到模具上,当沉积到一定厚度时,用辊轮压实,使纤维浸透树脂,排除气泡,固化后成制品。
喷射成型的优点:①用玻纤粗纱代替织物,可降低材料成本;②生产效率比手糊的高2~4倍;③产品整体性好,无接缝,层间剪切强度高,树脂含量高,抗腐蚀、耐渗漏性好;④可减少飞边,裁布屑及剩余胶液的消耗;⑤产品尺寸、形状不受限制。
其缺点为:①树脂含量高,制品强度低;②产品只能做到单面光滑;③污染环境,有害工人健康。