10--热塑性成型工艺解析

第十章热塑性复合材料成型工艺10、1概述热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称。国外称FRTP（FiberReinforcedThermoPlastics）地区性一百万上台阶是不是中医药管理局国产10、1概述国产由于热塑性树脂和增强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。热塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和连续纤维增强复合材料两大类短纤维增强复合材料注射成型工艺挤出成型工艺离心成型工艺连续纤维增强及长纤维增强复合材料预浸料模压成型片状模塑料冲压成型片状模塑料真空成型预浸纱缠绕成型拉挤成型热塑性复合材料的特性(1)密度小、强度高热塑性复合材料的密度为1.1～1.6g/cm3，仅为钢材的1/5～1/7，比热固性玻璃钢轻1/3～1/4。一般来讲，不论是通用塑料还是工程塑料，用玻璃纤维增强后，都会获得较高的增强效果，提高强度应用档次。(2)性能可设计性大热塑性复合材料的物理性能、化学性能、力学性能，都可通过合理选择原材料种类、配比、加工方法、纤维含量和铺层方式来进行设计。由于热塑性复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多，因此，其选材设计的自由度也就大得多。(3)热性能好一般塑料的使用温度为50～100℃，用玻璃纤维增强后，可提高到100℃以上。例：尼龙6的热变形温度为65℃，用30%玻纤增强后，热变形温度可提高到190℃。聚醚醚酮树脂的耐热性达220℃，用30%玻纤增强后，使用温度可提高到310℃，这样高的耐热性，热固性复合材料是达不到的。(4)耐化学腐蚀性复合材料的耐化学腐蚀性，主要由基体材料的性能决定。热塑性树脂的种类很多，每种树脂都有自己的防腐特点。热塑性复合材料的耐水性优于热固性复合材料。(5)电性能一般热塑性复合材料都具有良好的介电性能，不反射无线电电波，透过微波性能良好等。由于热塑性复合材料的吸水率比热固性玻璃钢小，故其电性能优于后者。(6)加工性能热塑性复合材料可重复加工成型，废品和边角余料能回收利用。由于热塑性复合材料有很多优于热固性玻璃钢的特殊性能，应用领域十分广泛，从国外的应用情况分析，热塑性复合材料主要用于车辆制造工业、机电工业、化工防腐及建筑工程等方面。热塑性复合材料10.2注射成型工艺10.2.1概述注射成型是热塑性复合材料的主要生产方法，历史悠久，应用最广。优点：成型周期短，能耗小，产品精度高，一次可成型形状复杂及带有嵌件的制品，生产效率高。缺点：不能生产长纤维增强复合材料制品对模具质量要求高根据目前的技术发展水平，注射成型的最大产品为5kg，最小到1g。主要用来生产各种机械零件，建筑制品，家电壳体，电器材料，车辆配件等．。10.2.2注射成型工艺将粒状或粉状的纤维－树脂混合料从注射机的料斗送入机筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入闭合模内，经冷却定型后，脱模得制品。注射成型的主要控制参数是料筒温度、塑化时间、注射压力、模具温度、锁模力和保压冷却时间。料筒温度由树脂种类定，纤维增强比纯树脂稍高，注射压力一般在80–200MPa。HTL68注塑成型机卧式注塑机立式注塑机注塑产品10．3挤出成型工艺10．3挤出成型工艺挤出成型是热塑性复合材料制品生产中应用较广的工艺之一。主要特点:生产过程连续，生产效率高，设备简单，技术容易掌握等。挤出成型粒料从料斗进入挤出机加热料筒，料筒中螺杆旋转，物料沿螺槽前移。挤出成型前移过程中物料受机械剪切作用摩擦热和料筒的加热逐渐熔融成熔体，熔体受螺杆轴向推力的作用通过机头和口模，获得与口模形状相似的连续体。双螺杆挤出机单螺杆挤出机应用主要应用:用于生产管、棒、板及异型断面型等产品。挤出产品挤出灯罩挤出成型吸尘器管热塑性复合材料的缠绕成型工艺原理和缠绕机设备与热固性玻璃的一样，不同的是热塑性复合材料缠绕制品的增强材料不是玻纤粗纱，而是经过浸胶（热塑性树脂）的预浸纱。10．4缠绕成型工艺需要在缠绕机上增加预浸纱预热装置和加热加压辊。缠绕成型时，先将预浸纱加热到软化点，缠绕到芯模上，再加热加压，使其熔接成一个整体。10．4缠绕成型工艺10．5热塑性复合材料拉挤成型热塑性复合材料的拉挤成型工艺与热固性玻璃钢的基本相似。只要把进入模具前的浸胶方法加以改造，生产热固性玻璃钢的设备便可使用。10．6焊接层合法此法系利用热塑性复合材料的可焊性，生产复合材料板材。其方法如下：先在工作台上压铺一层预浸料（一般宽500mm），铺第二层预浸料时，开动压辊的焊接器，使预浸料进入压辊下，焊接器使上下两层预浸料在几秒钟内同时受热熔化，预浸料在压辊的压力（0.3MPa）作用下粘合成一体。如此重复，可生产任意厚度的板材。10．7热塑性片状模塑料制品冲压成型工艺热塑性片状模塑料是以连续玻璃纤维毡、短切玻璃纤维毡、布、无捻粗纱和热塑性树脂复合而成的一种片状模塑料。热塑性片状模塑料制品的特性：①比强度高②能重复加工成型：边角余料可回收利用，不污染环境，减少材料消耗，降低成本。③成型周期短：热固性SMC的成型周期一般为6min~15min，热塑性片状模塑料的成型周期仅为20s~50s。④成型压力低：冲压力只有几兆帕。⑤贮存期长：热固性预浸料和片状模塑料的贮存期只有3个月(常温贮存)，而热塑性模塑料则可长期贮存几年以上。⑥比热固性玻璃钢具有较高的耐化学腐蚀性、耐水性的气密性等。⑦原料来源充足，价格便宜。⑧成本低⑨机械化程度高热塑性片状模塑料的生产工艺及设备原材料树脂：尼龙、聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯等增强材料：主要是玻璃纤维生产方法可归纳为湿法和干法两大类干法生产工艺干法工艺又分为层合法和分散法(1)层合法生产热塑性片状模塑料工艺将连续玻璃纤维毡和聚丙烯(或其它热塑性塑料)薄片叠合后，经过加热、加压、浸渍、冷却定型和切断等工序制造片状模塑料的方法。(2)分散法生产热塑性片状模塑料工艺将短切玻璃与聚丙烯或尼龙等树脂粉末在特殊的搅拌机内混合均匀，然后按设计厚度铺撒均匀，再经加热、加压制成片状模塑料。湿法生产工艺湿法生产热塑性片状是将玻璃纤维无捻粗纱切成7mm~50mm(最佳长度为13mm左右)的短纤维，在搅拌器内与粉末树脂(PP·PVC·HDPE)。加水搅拌成均匀的悬浮料浆，用泵将其输送到传送网带上，经减压脱水，形成湿毡，再经干燥、切断、收卷成中间产品。热塑性复合材料制品冲压成型工艺及设备冲压成型工艺分为固态冲压成型和流动态冲压成型①固态冲压成型是按样板将片状模塑料剪切成坯料，然后在加热器内将料片加热到到低于树脂熔点10℃~20℃，装入模内，快速合模加压，冷却脱模，再经修边成制品。②流动态冲压成型是先将裁成与制品质量相同的坯料，在加热器内加热到高于树脂熔点10℃~20℃，放入模具内，快速加压，迫使坯料流动并填满模腔，冷却定型后脱模成制品。冲压成型设备冲压成型设备由剪切、加热、冲压等设备及模具组成①剪切设备：一般选用钢板剪切机②加热炉：热源为红外线加热或热风加热③压机：液压式或机械传动式④模具：冲压成型用的模具材料一般为铸钢。对固态冲压成型用的模具，因为成型压力小于1MPa，故可选用轻金属、复合材料。10．8热塑性复合材料的连接技术热塑性复合材料的连接方法：铆接焊接管件对接焊缠绕焊接薄板超声波焊接（1）铆接用于热塑性复合材料铆接用的铆钉，一般都是用连续纤维增强热塑性塑料制造，最好是用拉挤棒材制造。也可以用金属螺栓。施工时，铆钉预热到可以加压塑变的温度，铆钉与孔径应能严密配合，不能大，也不能小。铆接的优点是耐冲击性好，无电化学腐蚀，价格便宜。（2）焊接热塑性复合材料的焊接处理，是将被连接材料的焊接表面加热到熔化状态，然后搭接加压，使之接成一体。复合材料焊接原理与塑料焊接相似。（3）管件对接焊热塑性复合材料管的对接焊方法有直接对接和补强对接焊两种。优点是工艺简单，可在现场施工，不需对管子进行机械加工，连接强度高，不易断裂。缺点是成本高，工艺要求严格，要保证尺寸紧密配合。（4）薄板超声波焊接此法是用超声波对被连接处进行加热焊接，一般能够获得较高的连接强度。