聚合物基复合材料.ppt
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聚合物基复合材料.ppt
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12聚合物基复合材料,12.1聚合物复合材料的分类与结构形式,12.2聚合物复合材料的制备技术,12.3聚合物复合材料的基本性能,聚合物基复合材料:
以聚合物为基体的复合材料。
复合材料中研究最早、发展最快的一类复合材料。
在现代复合材料领域中占有重要的地位,在国民经济建设中发挥了越来越重要的作用。
分类,复合材料,增强纤维种类,玻璃纤维增强型,碳纤维增强型,芳纶纤维增强型,基体材料性能,通用型,耐化学介质腐蚀型,耐高温型,复合材料成型固化方式,常温常压固化成型,高温加压固化成型,阻燃型,聚合物基体的结构形式,热固性树脂基复合材料,热塑性树脂基复合材料,12.1聚合物复合材料的分类与结构形式,12.1.1热固性树脂基复合材料,1.不饱和聚酯树脂,2.环氧树脂,3.酚醛树脂,1.不饱和聚酯树脂,聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。
饱和聚酯:
没有非芳族的不饱和键不饱和聚酯:
含有非芳族的不饱和键,由不饱和二元羧酸或酸酐、饱和二元羧酸或酸酐与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的相对分子质量不高的线型高分子化合物。
不饱和聚酯树脂:
在聚酯化缩聚反应结束后,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。
2.环氧树脂,分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物,除个别外,它们的相对分子质量都不高。
分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征,环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。
由于分子结构中含有活泼的环氧基团,使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。
3.酚醛树脂,酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂,一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂。
苯酚,甲醛,12.1.2热塑性树脂基复合材料,聚乙烯,聚苯乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯,具有线型或支链型结构的一类有机高分子化合物,受热软化(或熔化),冷却变硬,这个过程可反复进行。
聚碳酸酯,聚甲醛,聚对苯二甲酸乙二醇酯,12.2聚合物基复合材料的制造技术,聚合物基复合材料的制造把复合材料的制造和产品的制造融合为一体。
根据增强体和基体材料种类的不同,需要应用不同的制造工艺和方法。
根据基体材料不同分类:
热固性树脂复合材料的制造方法:
手糊成型法、喷射成型法、模压成型法、注射成型法、RTM成型法(注射成型法)等。
热塑性复合材料的制造方法:
模压成型法、注射成型法、RTM成型法、真空热压成型法、缠绕成型法等。
1.手糊成型工艺,2.喷射成型工艺,3.模压成型工艺,4.层压成型工艺,5.缠绕成型工艺,6.挤出成型工艺,7.注射成型工艺,8.树脂传递模塑,9.反应注射模塑和增强型反应注射模塑,1.手糊成型工艺,模具准备,树脂胶液配制,增强材料准备,涂脱模剂,手糊成型,固化,脱模,后处理,检验,制品,手糊成型工艺流程,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,脱模成制品的工艺方法。
手糊成型示意图,胶衣是赋予复合材料制品表面的一层美观、耐化学品侵蚀、耐擦伤和耐老化等的对其起到保护作用的表面涂层。
优点,
(1)不受尺寸、形状的限制,适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产;
(2)设备简单、投资少、设备折旧费低,成本低;(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。
缺点,
(1)生产效率低,劳动强度大,劳动卫生条件差;
(2)产品质量不易控制,性能稳定性差;(3)产品力学性能较低。
2.喷射成型工艺,为改进手糊成型工艺而开发的一种半机械化成型工艺,是手糊工艺的变形。
工艺流程,将混有引发剂和促进剂的不饱和聚酯树脂从喷枪喷出,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、压实并除去气泡,最后固化成制品。
优点,
(1)生产效率比手糊法提高24倍;
(2)利用粗纱代替织物,降低了材料成本;(3)成型过程中无接缝,制品的整体性好;(4)减少了飞边、裁屑和剩余胶液的损耗;(5)可自由调节产品壁厚、纤维与树脂的比例及纤维的长度。
缺点,
(1)产品的均匀程度在很大程度上取决于操作工人的熟练程度;
(2)树脂含量高,增强纤维短,制品的强度较低,耐温性能差;(3)因过量喷涂而造成原材料损耗大;(4)阴模成型比阳模成型难度大,小型制品比大型制品难度大;(5)现场粉尘大,工作环境恶劣;(6)初期投资比手糊成型大。
3.模压成型工艺,定义,将一定量的模压料放入金属对模中,在一定温度、压力作用下,固化成型制品的方法。
加热加压的作用,使模压料塑化、流动,充满空腔,并使树脂发生固化反应。
优点,缺点,有较高的生产效率,适于大批量生产,制品尺寸精确,表面光洁,可以有两个精制表面,价格低廉,容易实现机械化和自动化,多数结构复杂的制品可一次成型,无需有损于制品性能的辅助加工,制品外观及尺寸的重复性好。
压模的设计与制造较复杂,初次投资较高,制品尺寸受设备限制,一般只适于制备中、小型玻璃钢制品。
SMC(片状模塑料,SheetMoldingCompound)的特点,SMC基本组成:
不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合物浸渍短切玻纤粗纱或玻纤毡,两表面加上保护膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片状模压成型材料。
使用时除去薄膜,按尺寸裁剪,然后进行模压成型。
增稠剂,SMC在压制成型、贮存、运输过程中均需要有较高的粘度(制备SMC时要求粘度低,浸渍纤维),粘度的提高通过增稠剂实现。
通过增稠剂控制SMC从生产到使用全过程的粘度变化。
常用的增稠剂:
IIA族金属氧化物或氢氧化物:
MgO、Mg(OH)2、CaO、Ca(OH)2,MgO增稠的效果,与MgO活性和加入量有很大的关系。
应用较广的增稠剂特点:
增稠速度快,短时间内能达到最高粘度。
MgO用量对不饱和聚酯增稠特性的影响,增稠机理,两个阶段,第一阶段,金属氧化物或氢氧化物与聚酯端基COOH进行酸碱反应,生成碱式盐。
碱式盐之间或与聚酯之间进一步脱水使分子量成倍增加,MgO和MgOH的碱式盐不进行此脱水反应,CaO和CaOH碱式盐可继续进行此脱水反应。
碱式盐与聚酯分子中的酯基(氧原子)以配位键形成络合物,第二阶段,镁盐的络合反应,Ca盐的络合反应,聚酯的分子量成倍提高,粘度上升而增稠。
SMC生产工艺,SMC生产工艺流程,树脂糊制备,树脂,固化剂,增稠剂,其它,低收缩添加剂,薄膜,粗纱,切割,沉降,浸渍,收卷,稠化,包装,填料,SMC成型机,模压工艺,模具预热,脱模剂涂刷,料的称量,料预热成预成型,装模,压制,脱模,后处理,打底及辅助加工,检验,成品,压制前准备,压制,模压成型工艺流程,4.层压成型工艺,层压工艺:
将浸有或涂有树脂的片材层叠,送入层压机,在加热加压条件下,固化成型玻璃钢制品的一种成型工艺。
生产的机械化、自动化程度较高;产品质量稳定;但一次性投资较大,适合于批量生产。
特点,干法成型,先将纸、布、玻璃布等浸胶,制成浸胶布(纸)半制品,再经加温加压成型。
胶布制备工艺过程,工艺流程,
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