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复合材料成型工艺——层压成型

高分子复合材料——高聚物+增强材料(或填充材料)“复合”,赋予了材料优异的物理力学性能。复合材料制品:热固性树脂+纤维性增强材料。复合材料常用的成型方式为层压成型,此成型方式是不需要模具的。

常用的增强材料有玻璃纤维、石棉、金属等。比强度甚至超过合金钢,故又名“玻璃钢”(Fiberglass-reinforced   plastics, FRP or GRP )。

优点:密度低、绝缘性强、耐化学腐蚀、电性能优良。不足:弹性模量低、耐温性差、易老化。

1、层压成型

(1)概述

定义:增强热固性塑料的层压—以片状连续材料(玻璃布、纸、布)为填料(骨架材料)浸渍树脂溶液,经干燥后而成为附胶材料,通过剪裁、叠合成层或卷制,在加热、加压的条件下,使树脂交联固化成型为片状、棒状或管状的层压制品

(2)特点

压力:较高的,大于70kg/cm 2 ,为层压;较低的,小于70kg/cm 2 ,为接触成型

压力传递:不用模具,而是用两块光滑的钢板

填料:所用填料是大面积的骨架材料,树脂/ 填料=50/50

层压成型的主要设备:下压式多层液压机

                         

图:下压式多层液压机


2、层压成型工艺

(1) 酚醛树脂的制造和浸胶液的配置

酚醛树脂——甲酚或二甲酚与甲醛制造,作为绝缘树脂具优良的耐水性和电性能,用作浸胶的酚醛树脂是碱催化的A 阶段的甲酚-甲醛树脂。

浸胶液——为了浸渍填料,树脂必须配成溶液,一般用酒精作溶剂,配成30%左右的酒精溶液,有时加一些聚乙烯醇缩丁醛树脂,以增加树脂的粘结力

(2)浸渍填料
酚醛树脂液涂布到填料上,关键是控制上胶量,一般要求含胶在40~50%(干)。

(3)干燥
干燥是为了除去溶剂及大部分的挥发成分,另外使树脂进一步推进化学反应,使树脂从A 阶段推进到B 阶段。附胶材料树脂的缩聚程度影响层压成型操作及制品质量。

(4)裁剪、迭合

根据制品的要求来决定裁剪的大小和迭合的层数。

(5)层压成型
迭合好的胚料放入两钢板之间,放入多层液压机的两层模板之间,预热,加压,保压一段时间,使树脂从B 阶段进入C 阶段。

(6)后处理加工

切去毛边,机械加工成各种形状的层压制品。

3、层压工艺条件

与模压成型一样,温度、压力和时间是层压成型的三个重要的工艺条件,但

有其本身的特点。

(1)层压温度

温度的高低取决于:树脂的类型和固化速度、浸胶材料的含胶量、树脂中的挥发份及不溶胶树脂的含量、层压制品的厚度。

预热阶段

板坯的温度由室温升至树脂开始交联反应的温度,使树脂开始熔化,并进一步渗入增强材料中,同时排出部分挥发物。此时的压力=最高压力的1/3 ~1/2 。

中间保温阶段

树脂在较低的反应速度下进行交联固化反应,直至溢料不能拉成丝,然后开始升温升压。

升温阶段

将温度和压力升至最高,加快交联反应。(此时树脂的流动性已下降,高温高压不会造成胶料流失

热压保温阶段

在规定的温度和压力下,保持一定时间,使树脂充分交联固化。

冷却阶段

树脂在充分交联后,使温度逐渐降低,进行降温冷却。

(2)层压压力

在五个阶段各不相同:第一、二两阶段压力较低,当

树脂的流动性下降到一定程度时,才可在第三阶段升温和加足压力。

(3)层压时间

决定于树脂的类型、硬化特征及制品的厚度。层压时间=预热时间+ 叠合厚度×硬化速度

4、层压塑料的用途

层压板的使用性能决定于树脂和填料的类型。如:

1)氨基树脂+纸→建筑装饰板

2)有机硅、酚醛、环氧+玻璃布→绝缘材料、防腐材料、结构材料

3)酚醛+布→机械零件

表 层压塑料的应用

T1134酚醛树脂  

T6330适形材料  

T221环氧酚醛上胶玻璃布

T211酚醛上胶布

聚酯纤维无纺布聚酯薄膜复合纸箔预浸材料

T201酚醛上胶纸

T2348环氧NOMEX纸上胶纸

T3021酚醛纸层压板

T3051环氧NOMEX纸层压板

3025T3136酚醛布层压板

T3133石墨酚醛帆布层压板

T3253酚醛改性二甲苯层压玻璃布板

3252有机硅玻璃布层压板

3233三聚氰胺玻璃布层压板

3240环氧酚醛玻璃布层压板

T3242T3248环氧玻璃布层压板

T3255二苯醚玻璃布层压板

T3241半导体玻璃布层压板  

T3266-1改性双马来酰亚胺玻璃布层压板

T3256聚酯亚胺玻璃布层压板  


图  3240环氧酚醛玻璃布板

图:绝缘层压制品


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