第五章 非金属材料成形 第五节 复合材料成形

发布日期:[09-10-31 14:40:37] 浏览人次:[]

第五节 复合材料成形

复合材料:将两种或两种以上不同性质的材料组合在一起,构成的性能比其组成材料优异的一类新型材料。复合材料由两类物质组成:一类作为基体材料,形成几何形状并起粘接作用,如树脂、陶瓷、金属等;另一类作为增强材料,起提高强度或韧度作用,如纤维、颗粒、晶须等。

复合材料特点:增强材料与基体材料的综合优越性只有通过成形工序才能体现出来,复合材料具有的可设计性以及材料和制品一致性的特点,都是由不同的成形工艺赋予的,因此应当根据制品的结构形状和性能要求来选择成形方法。

复合材料结构:复合材料是由连续的基体相包围以某种规律分布于其中的分散强化相而形成的多相材料。复合材料的成形工艺主要取决于复合材料的基体,一般情况下,其基体材料的成形工艺方法也常常适用于以该类材料为基体的复合材料,特别是以颗粒、晶须及短纤维为增强体的复合材料。

复合材料举例:金属材料的各种成形工艺多适用于颗粒、晶须及短纤维增强的金属基复合材料,包括压力铸造、熔模铸造、离心铸造、挤压、轧制、模锻等。在形成复合材料的过程中,增强材料通过其表面与基体粘接并固定于基体之中,其本体材料的性状结构不发生变化。而与此有显著区别的是,基体材料要经历性状的巨大变化。

一、树脂基复合材料成形

用作树脂基复合材料的基体有热固性与热塑性树脂两类,其中,以热固性树脂为最常用。

(一) 热固性树脂基复合材料的成形

热固性树脂基复合材料以热固性树脂为基体,以无机物、有机物为增强材料。常用的热固性树脂有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等,常用的增强材料有碳纤维(布)、玻璃纤维(布、毡)、有机纤维(布)、石棉纤维等。其中,碳纤维常用以增强环氧树脂,玻璃纤维常用以增强不饱和聚酯树脂。热固性树脂基复合材料的成形方法主要有:

1. 手糊成形、喷射成形与铺层法成形

(1)手糊成形 先在涂有脱模剂的模具上均匀涂上一层树脂混合液,再将裁剪成一定形状和尺寸的纤维增强织物,按制品要求铺设到模具上,用刮刀、毛刷或压棍使其平整并均匀浸透树脂、排除气泡。多次重复以上步骤层层铺贴,直至所需层数,然后固化成形,脱模修整获得坯件或制品。其工艺流程如图5-36所示。

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图5-36 手糊成形工艺流程示意图

手糊成形特点:操作技术简单,适于多品种、小批量生产,不受制品尺寸和形状的限制,可根据设计要求手糊成形不同厚度、不同形状的制品。但这种成形方法生产效率低,劳动条件差且劳动强度大;制品的质量、尺寸精度不易控制,性能稳定性差,强度较其它成形方法低。手糊成形可用于制造船体、储罐、储槽、大口径管道、风机叶片、汽车壳体、飞机蒙皮、机翼、火箭外壳等大中型制件。

(2)喷射成形 喷射成形是将调配好的树脂胶液(多采用不饱和聚酯树脂)与短切纤维(长度25~50mm),通过喷射机的喷枪(喷嘴直径1.2~3.5mm,喷射量8~60g/s)均匀喷射到模具上沉积,每喷一层(厚度应小于10mm),即用棍子滚压,使之压实、浸渍并排出气泡,再继续喷射,直至完成坯件制作,最后固化成制品,如图5-37所示。

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图5-37 喷射成形原理图

1—树脂罐与泵 2—纤维 3—喷枪 4—模具

喷射成形法特点:生产效率提高,劳动强度降低,适于批量生产大尺寸制品,制品无搭接缝,整体性好。但场地污染大,制品树脂含量高(质量分数约65%),强度较低。喷射法可用于成形船体、容器、汽车车身、机器外罩、大型板等制品。

(3)铺层法成形 用手工或机械手,将预浸材料(将连续纤维或织物、布浸渍树脂,烘干而成的半成品材料,如胶布、无纬布、无纬带等)按预定方向和顺序在模具内逐层铺贴至所需厚度(或层数),获得铺层坯件,然后将坯件装袋,经加热加压固

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