1、1复合材料工艺及设备复合材料工艺及设备教学参考资料（图表部分）武汉理工大学材料学院彭进波表1-7 为几种主要成型工艺的特点及条件，供选择成型方法时参考表1-7 主要成型工艺比较成型工艺成型温度（）成型周期成型压力（MPa）模具形式及材质适应产量个/月优 点缺 点手糊成型254030min24h接触压力单模，木模，玻璃钢模，水泥模205001.产量及产品尺寸不受限制2.操作简便，投资少.成本低3.合理使用增强材料，在任意部位增厚1.操作技术要求高，质量稳定性差2.产品只能单面光法3.生产效率低4.劳动条件差袋压成型254030min24h0.10.5阴模、玻璃钢模、木模202001.产品两面光洁
2、2.适用于中等产量3.模具费低4.产品质量优于手糊1.操作技术要求高2.生产效率低3.不适用于大制品喷射成型204030min24h接触压力单模、玻璃钢模、木模10010001.生产效率较手糊高2.尺寸大小不受限制，适用大产品3.设备简单，可现场施工4.产品整体性好1.强度低2.产品单面光洁3.劳动条件差4.操作技术高树脂注射成型20404min30min0.10.5玻璃钢对模、镀金属玻璃钢对模20020001.产品两面光洁2.适用中批量生产3.模具设备费低4.能成型形状复杂制品1.模具要求高，使用寿命短2.纤维含量低3.产品强度低模压成型1001704min30min320金属模100200
3、01.适于大比量生产2.产品质量均匀3.制品外观质量高，尺寸精度高4.可成型复杂形状产品1.设备费用大2.模具质量要求高3.不适于小批量生产4.成型压力大缠绕成型20100由缠绕张力决定名模、钢模根据产品尺寸大小面异1.充分发挥玻琉纤维强度2.产品强度高1.设备投资大2.仅限于生产回转体产品、管缶等连续成型80130连续出产品0.020.2连续成型机组大批量定型产品1.生科效率高2.质量稳定3.产品长度不限1.设备投资大2.只能生产板或线型制品离心成型8010010min80min0.150.28金属模大比量1.生产效率高2.制品外表光洁3.可加砂、成本低4.制品质量高、刚度大1.设备投资大2
4、.模具要求高3.只限于回转体管、缶产品表1-8为主要成型方法的技术经济比较。表1-8 主要成型方法的技术经济分析成型方法设备投资生产效率制品强度工人技术要求技术复杂程度重复生产可能性手糊成型11310101袋压成型336774喷射成型44110101模压成型887558缠绕成型6610449连续成型101051110注：1最低；10最高。表3-13 顺酐型通用不饱和聚酯树脂牌号主要成份说明生产厂301303306307314319331963198顺酐、苯酐、乙二醇顺酐、苯酐、乙二醇、一缩乙二醇顺酐、苯酐、乙二醇、环已醇顺酐、苯酐、丙二醇顺酐、苯酐、乙二醇、丁醇顺酐、苯酐、乙二醇、已二酸顺酐、
5、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇柔韧性顺酐含量高上海新华树脂厂701（188）702（189）703（405）781（191）721（196）802（182）711（198）712（199）顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇、二氧化硅顺酐、苯酐、丙二醇、2羟基4苯酮顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇顺酐、苯酐、一缩乙二醇顺酐、苯酐、丙二醇反丁烯二酸、问苯二甲酸、丙二醇触变性光稳定性柔性耐温性常州建材253厂306A3062苯酐、顺酐、醋酐、乙二醇苯酐、顺酐、丙二醇、一缩乙二醇、环已醇天津合成材料厂317NA酐型323顺酐、乙二醇、H
6、eT酸酐*顺酐、乙二醇、NA酸酐顺酐、乙二醇、双酚A环氧丙烷加成物自熄性耐热性耐化学性上海新华树脂厂771（197）731（301）736（326）901（33）顺酐、乙二醇、双酚A环氧丙烷加成物顺酐、乙二醇、HeT酸酐顺酐、苯酐、乙二醇、氯化石蜡、氧化锑顺酐、问苯二甲酸、丙二醇、一缩乙二醇耐化学性自熄性自熄性胶衣树脂常州建材253玫表3-6 常用的胺类固化剂名称结构式胺当量固化条件沸点性能参考用量乙二胺HaHCHaCH2NH215.025/周；80/3小时116有刺激性臭味，固化反应放热量大，适用期短，固化后树脂机械强度和热变形温度都较低。68二乙烯三胺H2NCHaCHaNHCHaCH2NH
7、220.625/一周；100/30分208有刺激性，反应热大适用期短，固化后的树脂耐化学药品性较好。810二乙烯四胺HaN(CHa)2NH2(CHa)NH224.625/一周100/30分266毒性较二乙烯三胺低1012二乙烯五胺HaN(CHa)aNHa(CHa)2NH227.625/一周100/30分340性能近于三乙烯四胺1215多乙烯多胺NaH(CHa)aNHn(CH2)2NHa25/一周100/30分1416已二胺NHa(CH2)6NH229同乙二胺39有毒1516双氰胺HaNNHCH NH21145165/2-4小时不加热使用寿命长达几年，加热，反应很快。67间苯二胺5080/34小
8、时150/2小时熔点（）63耐热，耐腐蚀性好，但要加热固化。14间苯二甲胺3425/14天；80100/4小时熔点（）12毒性小，用量大，可使树脂少用稀释剂18羟乙基乙二胺NH2CH2CH2NHCH2CH2OH34.725/7天；80100/3小时288毒性低易吸水16三乙醇胺（HO C2H4）2N100120/4小时18819010mmHg易吸水10续表设 备数 量金额（元）干燥装置1台6.0万 提升机（0.5吨）1台0.9万树脂容器2台1.5万树脂混合器2台0.9万自动输送装置1套21.0万通风设备2套6.0万模具30套13.5万其它设备1套9.0万车间面积740米2102.0万水、电、气
9、配管36.0万合 计246.24万注：不包括锅炉费用例2、年产600艘丈35渔船的手糊工艺车间设计请看图4.1-2表4.1-2 设备金额概算设 备规 格数 量金额（元）固化炉36m22座17600风机4940m2/h2台5000微型喷射成型机1台20000喷涂机械1台4500微型手提式切割机1台1500微型手提式打磨抛光机1台2000车床C620型1台3500钻床Z51221台650木工多用刨床1台800空气压缩机112型1台2000砂轮机S3ST250型1台400电平车2DB型1辆8500磅称2台1000固化运输车2辆1000模具4套10000胶轮小推车2辆400台钳51台100手提式电站2
10、台300其它7276车间面积1356M2254151不可予见费17336合计364058注：不包括炉锅费用 根据武汉地区单层厂房建筑费用，6米柱顶厂房建筑费用为200元/米2，4米柱顶按150元/米2计算。 1. 生产用房投资 生产用房面积设计为972M2，其投资金额=200972=194400元。 2. 生产用房和辅助用房投资 生产用房设计面积为240M2，辅助用房设计面积为144M2，其投资金额=150（240+144）=57600元。 则车间建筑面积总投资金额=19400+57600=252000元 3. 完工场地清理费用=2000元 4. 施工单位机构转移费=2000元 则车间建筑工程
11、总投资金额=252000+151+2000=254151元 （二）设备投资费用器具费用表4.1-11 主要设备的概算编号设备名称单位数量单价（元）金额（元）1固化炉座28800176002风机台2250050003微型喷射成型机台120000200004喷涂机构台1450045005微型手提式切割机台1150015006微型手提式打磨抛光机台1200020007车床台1350035008钻床台16506509木工多用刨床台180080010空气压缩机台12000200011砂轮机台140040012电平车辆18500850013磅称台2500100014固化运输车辆2500100015模具套4
12、25001000016胶轮小推车辆220040017台钳台110010018手提式电钻台2150300合计79250设备备件费用=792503%=2378元设备运输费用=（79250+2378）6%=4898元酚醛树脂的重量比为73的条件下进行。为了探求酚醛（锌）树脂用量的影响，试验了环氧：酚醛=64时P、与t的关系，其结果见图6和图7。根据图2和图7数据求得不同温度下固化过程中不溶性树脂生成速度常数见表3。由表3可以看到，酚醛（锌）树脂用量越大，不溶性树脂生在速度常数也越大。当环氧酚醛由73增至64时，K增加一倍左右。图6 环氧酚醛（锌）7*=64时不溶性树脂含量与时间的关系1-120；2-
13、140；3-160图7 环氧酚醛（锌）=64时固化过程中和时间的关系1-120；2-140；3-160不同配比下环氧-酚醛（锌）7*不溶性树脂生成速度常数（K103） 表3 温度环氧酚醛1601401206423.07.72.97310.83.851.4填料在玻璃钢成型工艺中的作用济南市建筑材料科学研究所 李厚德 填料被作为橡胶的一种极其重要的辅助材料，它的作用已为人们所熟知。基于同样的认识，在玻璃钢中，人们对填料也寄予希望。 下面就我们在这方面的试验情况，结合国内外有关资料，对填料在玻璃钢成型工艺中的作用作某些探讨。一、填料在玻璃钢中的作用 玻璃钢用填料的种类很多，其特性也极其复杂，本文主要
14、研究颗粒状填料。目前，在玻璃钢成型工艺中，经常使用的颗粒状填料有：碳酸钙、滑石粉、硫酸钡、氧化铝、氢氧化铝、石膏、陶土、铸石粉、三氧化二锑等。它们加入的主要作用： 1、降低成型时的收缩率和热膨胀率；2、提高制品的表面光洁度；3、调整树脂的粘度特性；4、提高颜料的着色效果；5、改善树脂的各种性能，如机械强度、耐热性、耐药品性、耐磨耗性、自熄性、电气特性等；6、降低成本。但相应也带虾米一些弊病；1、制品不透明，并给工艺带来某些困难；2、添加无机填料会增大比重等。二、使用填料时应注意的几个特性 正因为填料的添加能改善树脂的流动性，并提高制品的特性，所以对填料的选择，必须在与树脂的适应性及使用方法等方
15、面进行充分的研究。 我们认为，在进行填料选择时，必须注意下列几个特性： 1、吸树脂量（亦称吸油量） 吸树脂量为填料对树脂吸附量的最大限度，是研究预混料、BMC、SMC成型材料时不可缺少的指数。 具体测定方法为：在表面皿上取试验用填料4克，以滴定管滴下液体树脂，然后用钢刀搅拌，当混合物连续运动，并用小刀能使其成螺旋形转动时，即为终点。用下式求： 吸树脂量与填料的粒子大小、粒度分布、粒子形状以及是否有吸附性有关，也受填料的表面处理之影响。在填料混合使用时，一般是将各填料的吸树脂量相加平均而得，但也要注意有的因混合使用而有所改变。 表1给出了典型填料对不饱和聚脂树脂的吸附量。 2、悬浮特性 在手糊和
16、预对模成型用树脂中所配合的填料，添加量少，并在树脂中以悬浮状态使用。这种悬浮特性与树脂的分子量、粘度、有无极性、酸值大小等有关，并与填料的料子大小、粒形、比重有密切的关系。一般讲，细粒度的扁平粒形，低比重的填料能形成稳定的悬浮液。合适的界面活性剂的添加也能赋予稳定性。而稳定的县浮液的形成是进行手糊和预对模成型的先决条件。 在手糊中我们发现，轻质碳酸钙在树脂中能形成稳定的悬浮液，而硫酸钡则不能，因而在使用酸硫钡作填料时必须采取相应的措施。 3、粘度特性质 粘度大小直接影响到手糊成型的作业性和BMC、SMC工艺中树脂对玻璃纤维的浸渍程度，因而必须选择恰当。 增加填料的添加量，则树脂的粘度增大，但它
17、随填料的种类而不同。手糊用树脂需要触变性，通常是加入15%的超细粒子的气溶胶。此外，还可加入粘土、玻璃粉末等无机填料或聚氯乙烯树脂粉末、氢化蓖麻油、聚酰胺等有机填料来实现触变性。气溶胶对一般的不饱和聚酯树脂有非常好的效果，但对低酸值的聚酯效果不大，对环氧树脂来说，树脂中如不存有强碱的胺或它的盐类则难以有触变性。 4、固化特性一般，填料的加入会降低树脂的固化放热温度，可通过日化曲线的测定证明，但某些填料有时反而会对树脂的固化带来不同程度的坏影响。如某种气溶胶和碳黑有吸附性，能吸附催化剂或促进剂，迟缓固化的进程。同时，填料的pH值和含水量对固化特性也可以有迟缓或促进作用。因此，使用填料时，在对其种
18、类选择的同时，进行质量控制都是十分重要的。 5、填料本身的理化特性质 由于填料本身的化学组分及结构的不同，它们在玻璃钢中会显示不同的物理特性，这一点被人们用来作为材料选择的重要依据。 表2列举了不同使用效果的典型填料。表2使用目的能达要求的典型填料着色碳酸钙、二氧化钛、滑石、碳黑、陶土尺寸稳定性氧化铝、陶土、石墨、硅酸钙、石英粉、碳酸钙、滑石、碳化硅、无水石膏、玻璃球导热性金属粉、碳墨、氢氧化镁、氢氧化铝导电性碳黑、石墨、氢氧化镁、氢氧化铝、金属粉电绝缘性氧化铝、钛酸钡、硅酸钙、碳化硅、云母、水合氧化铝耐磨性石墨、二硫化钼、陶土、硫酸钡触变性活性二氧化硅、石棉难燃性二氧化锑、氢氧化铝、氯化石蜡
19、耐化学药品性粘土、滑石、二氧化硅、氧化铝硫酸钡、玻璃球三、填料在浇铸工艺中的作用 缩聚型树脂用作浇铸体的情况较多，例如，不饱和聚酯树脂的浇铸体广泛应用于开业部件、土木建筑和日用品等方面，而环氧树脂的浇铸体则被大量应用于电气另件。 最近，国内在醛醛和呋喃的防腐胶泥上，对填料进行了较多的研究，并得到了实际的应用。 为此，我们想以图表的方式简述一下不同的填料在聚酯、环氧和酚醛树脂浇铸体中的作用。图1 不同填料加入量对聚酯浇铸体强度及模量的影响（a）对拉伸和弯曲强度的影响（公/斤厘米2）1碳酸钙弯曲； 2硅酸钙弯曲；3陶土弯曲； 4云母弯曲；5硅酸钙拉伸； 6碳酸钙拉伸；7陶土拉伸； 8云母拉伸（b）
20、对弯曲模量的影响（公斤/厘米2）1硅酸钙； 2云母粉；3陶土； 4碳酸钙图2 不同填料加入量对聚酯浇铸体的冲击值、硬度及热变形温度的影响（a）对冲击强度的影响（公斤厘米/厘米2）1碳酸钙； 2陶土；3云母（b）对洛氏硬度的影响（M）1碳酸钙； 2陶土；3云母（c）对热变形温度的影响（）1碳酸钙； 2陶土图3 不同填料的加入量对聚酯固化收缩的影响1碳酸钙 2云母； 3硅酸钙；4陶土； 5石棉图4 不同填料的酚醛树脂制品应力应变曲线1云母； 2石棉；3Cold filler 4无填料填料加入量对环氧组成物某些性能的影响 表3填料粘度（25，厘泊）固化时的最高发热温度（）使用期（分）破坏模量（磅/英
21、寸2）收缩率（%）ABCDABCDABCDAA无填料11002234818,1740.91石 棉3.8523.65100,0001581225553607310,9200.48二氧化硅2750680051,5001701155352729516,8750.77云 母2100480054,5001591115150719412,3580.66石英母2100375013,150100,001781135134497410413014,1000.67注：A、B、C、D分别代表填料加入量（重%）为20、35、50、65的环氧树脂。总的讲，浇铸用填料能抑制树脂固化时的放热，减少成型收缩，并赋予浇铸体以不
22、同的物理化学特性。但由于填料本身的强度较低（如碳酸钙的拉伸强度仅为0.8公斤/毫米2），所以随着填料量的增加，强度有降低的趋势，而弹性模量则不断上升。四、填料在手糊工艺中的作用 1、填料的添加对树脂粘度的影响 手糊是一种浸渍成型工艺，其最终目的是使树脂浸透玻璃布。因此，树脂的粘度越小，则越易温浸渍玻璃布。从这一观点出发，我们希望所用树脂的粘度越小越好。但有时为防止流胶，控制其流动性，反倒希望粘度适当大一点，使之符合工艺要求，并保持必要的树脂含量。 对于正常的手糊操作，在聚酯中加入不同量的填料对其粘度的影响如何呢？我们地191*聚酯进行了测定（25下用涂料4#杯测量），其结果如图5所示。图5 碳
23、酸钙含量与树酯粘度的关系 显然，由图5可见，填料的添加导致了树脂粘度的增大，而树脂粘度的提高，不仅导致了作业性的降低，而且对于浸渍同样层数的玻璃布而言，则要增大所用树脂量。为此，也可采用另加苯乙烯的办法，以降低树脂液的粘度，其结果如图6所示（25下用涂料4#杯测量）。图6 在加有碳酸钙的191#聚酯中苯乙烯的添加量与粘度关系1CaCO3含量40%； 2CaCO3含量30%；3CaCO3含量20%； 4CaCO3含量10% 2、不同填料的添加量对手糊坡璃钢板的弯曲、冲击强度的影响 我们按通常的手糊板工艺制作试样，树脂为191聚酯，增强材料为建材253厂生产的0.24毫米厚中碱方格布15层，按照英
24、国BS351962的规定进行板材的后固化处理，然后分别锯成弯曲和冲击试样，其测试结果见图7所示。 在手糊中，采用含填料的树脂制作玻璃钢制品时，操作者应具有熟练的浸渍和脱泡技能。如果只考虑加入填料以降低成本，而无一定的操作技能，则所得制品可能会产生孔隙、裂纹等缺陷，造成次品或废品。为防止这类弊病发生，除了提高手糊技能外，还可以在糊制表面层时采用不添加填料的树脂，并进行充分的浸渍和脱泡，使其形成无缺陷的表面层。图7 不同填料的添加量对手糊板强度的影响1 无填料；25%CaCO3；310%CaCO3；420%CaCO3；520%CaCO3；640%CaCO3；710%CaCO3+1%苯乙烯；840%
25、CaCO3+4%苯乙烯；95%BaSO4；1010%BaSO4；1120%BaSO4；1230%BaSO4；1340%BaSO4；1440%BaSO4+4%苯乙烯；1510%沉淀BaSO4；1640%沉淀BaSO3五、填料在热压成型工艺中的应用 热压工艺在玻璃成型中广泛采用。它可大批量生产，效率高，易于实现机械化和自动化，同时尺寸稳定性好，制品强度也较高。 热压成型用的材料必须达到一定粘度后方可使用。目前，以聚酯为基体的热压成型材料有三种形式，即预混料，BMC；SMC。下面着重讲一下填料在这三种成型材料中的作用。 1、在预混料中的作用 预混料是将聚酯与经选择的粉状填料以及其它辅料混合而成，它具
26、有工艺简单，操作方便等特点。对于强度要求不很高，但有一定的化学、物理性能要求的制品来说，是一种理想的成型材料。 例如，某印染帮漂染机上的轴瓦就是我们采用这种预混料压制而成的。该轴瓦的使用条件为浸泡在90的亚氯酸钠介质中，正常运转3个月。这既需耐氧化还需耐温和耐磨。为此，我们采用如下配方： 聚酯196# 100 氧化铝粉 100 滑石粉 80 硬脂酸锌 2 过氧化苯甲酰 1 二甲基苯胺苯乙烯液 2滴 该材料的弯曲强度达828公斤/厘米2，压制后的轴瓦经实际使用，基本达到日本同类产品的性能要求，有关耐腐蚀试验正在进行。 这里，填料起着补强的作用，以满足虽度、耐化学腐蚀、耐磨等要求。但采用这种预混料时必须注意：由于该预混料的收缩率大，容易开裂和变形，特别是在制品厚度有变化时，壁厚部分容易出现问题。为此，在可能的条件下，可选用粒度小的，导热系数大的填料以及采用降低固化最高发热温度的办法解决。
