復(fù)合材料成型工藝——層壓成型

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高分子復(fù)合材料——高聚物＋增強(qiáng)材料（或填充材料）“復(fù)合”，賦予了材料優(yōu)異的物理力學(xué)性能。復(fù)合材料制品：熱固性樹(shù)脂＋纖維性增強(qiáng)材料。復(fù)合材料常用的成型方式為層壓成型，此成型方式是不需要模具的。

常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維、石棉、金屬等。比強(qiáng)度甚至超過(guò)合金鋼，故又名“玻璃鋼”（Fiberglass-reinforced plastics, FRP or GRP ）。

優(yōu)點(diǎn)：密度低、絕緣性強(qiáng)、耐化學(xué)腐蝕、電性能優(yōu)良。不足：彈性模量低、耐溫性差、易老化。

1、層壓成型

(1)概述

定義：增強(qiáng)熱固性塑料的層壓—以片狀連續(xù)材料（玻璃布、紙、布）為填料（骨架材料）浸漬樹(shù)脂溶液，經(jīng)干燥后而成為附膠材料，通過(guò)剪裁、疊合成層或卷制，在加熱、加壓的條件下，使樹(shù)脂交聯(lián)固化成型為片狀、棒狀或管狀的層壓制品。

（2)特點(diǎn)

壓力：較高的，大于70kg/cm 2 ，為層壓；較低的，小于70kg/cm 2 ，為接觸成型

壓力傳遞：不用模具，而是用兩塊光滑的鋼板

填料：所用填料是大面積的骨架材料，樹(shù)脂/ 填料＝50/50

層壓成型的主要設(shè)備：下壓式多層液壓機(jī)

圖：下壓式多層液壓機(jī)

2、層壓成型工藝

（1） 酚醛樹(shù)脂的制造和浸膠液的配置

酚醛樹(shù)脂——甲酚或二甲酚與甲醛制造，作為絕緣樹(shù)脂具優(yōu)良的耐水性和電性能，用作浸膠的酚醛樹(shù)脂是堿催化的A 階段的甲酚－甲醛樹(shù)脂。

浸膠液——為了浸漬填料，樹(shù)脂必須配成溶液，一般用酒精作溶劑，配成30％左右的酒精溶液，有時(shí)加一些聚乙烯醇縮丁醛樹(shù)脂，以增加樹(shù)脂的粘結(jié)力

（2）浸漬填料
酚醛樹(shù)脂液涂布到填料上，關(guān)鍵是控制上膠量，一般要求含膠在40～50％（干）。

（3）干燥
干燥是為了除去溶劑及大部分的揮發(fā)成分，另外使樹(shù)脂進(jìn)一步推進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，使樹(shù)脂從A 階段推進(jìn)到B 階段。附膠材料樹(shù)脂的縮聚程度影響層壓成型操作及制品質(zhì)量。

（4）裁剪、迭合

根據(jù)制品的要求來(lái)決定裁剪的大小和迭合的層數(shù)。

（5）層壓成型
迭合好的胚料放入兩鋼板之間，放入多層液壓機(jī)的兩層模板之間，預(yù)熱，加壓，保壓一段時(shí)間，使樹(shù)脂從B 階段進(jìn)入C 階段。

（6）后處理加工

切去毛邊，機(jī)械加工成各種形狀的層壓制品。

3、層壓工藝條件

與模壓成型一樣，溫度、壓力和時(shí)間是層壓成型的三個(gè)重要的工藝條件，但

有其本身的特點(diǎn)。

（1）層壓溫度

溫度的高低取決于：樹(shù)脂的類型和固化速度、浸膠材料的含膠量、樹(shù)脂中的揮發(fā)份及不溶膠樹(shù)脂的含量、層壓制品的厚度。

預(yù)熱階段

板坯的溫度由室溫升至樹(shù)脂開(kāi)始交聯(lián)反應(yīng)的溫度，使樹(shù)脂開(kāi)始熔化，并進(jìn)一步滲入增強(qiáng)材料中，同時(shí)排出部分揮發(fā)物。此時(shí)的壓力＝最高壓力的1/3 ～1/2 。

中間保溫階段

樹(shù)脂在較低的反應(yīng)速度下進(jìn)行交聯(lián)固化反應(yīng)，直至溢料不能拉成絲，然后開(kāi)始升溫升壓。

升溫階段

將溫度和壓力升至最高，加快交聯(lián)反應(yīng)。（此時(shí)樹(shù)脂的流動(dòng)性已下降，高溫高壓不會(huì)造成膠料流失）

熱壓保溫階段

在規(guī)定的溫度和壓力下，保持一定時(shí)間，使樹(shù)脂充分交聯(lián)固化。

冷卻階段

樹(shù)脂在充分交聯(lián)后，使溫度逐漸降低，進(jìn)行降溫冷卻。

（2）層壓壓力

在五個(gè)階段各不相同：第一、二兩階段壓力較低，當(dāng)

樹(shù)脂的流動(dòng)性下降到一定程度時(shí)，才可在第三階段升溫和加足壓力。

（3）層壓時(shí)間

決定于樹(shù)脂的類型、硬化特征及制品的厚度。層壓時(shí)間＝預(yù)熱時(shí)間+ 疊合厚度×硬化速度

4、層壓塑料的用途

層壓板的使用性能決定于樹(shù)脂和填料的類型。如：

1）氨基樹(shù)脂＋紙→建筑裝飾板

2）有機(jī)硅、酚醛、環(huán)氧＋玻璃布→絕緣材料、防腐材料、結(jié)構(gòu)材料

3）酚醛＋布→機(jī)械零件

表 層壓塑料的應(yīng)用

圖 3240環(huán)氧酚醛玻璃布板

圖：絕緣層壓制品

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