第八章 层压塑料和增强塑料的成型

1. 第八章 层压塑料和增强塑料的成型 主讲：林志丹

2. 层压塑料和增强塑料的成型 层压成型系指用成叠的、浸有或涂有树脂的片状底材以及塑料片在加热、加压下制成坚实而又近于均匀的板状、管状、棒状或其它简单形状的制品。浸有或涂有树脂的底片也称为附胶材料。常用的底材有纸张、棉布、木材薄片、玻璃布或玻璃毡、石棉毡和石棉纸以及合成纤维的织物以及碳、硼纤维及陶瓷纤维等。所用的树脂绝大部分为热固性的，如酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。另外为了改善性能及降低成本还可以加入碳酸钙、滑石粉以及氧化铝等填料。

3. 层压成型工艺特点：基本工艺过程包括叠料、进料、热压、出料等过程，热压中又分预热、保温、升温、恒温、冷却等五个阶段。该工艺虽然比较简单，但何如控制制品的质量是个较复杂的问题，因此工艺操作上的要求是严格的。此法的不足是只能生产板状材料，而且规格受压机热扳尺寸所限，不可能生产大于热板的制品。 　　增强塑料是指用加有纤维性增强物的塑料所制得的制品，其强度远比不加增强物的高。

4. 产品示例： 一、碳纤维实心棒

5. 二、玻璃钢冷却塔

6. 三、玻璃钢型材

7. 8.1 增强作用和胶接作用 　 增强作用和胶接作用为使增强物能在复合材料中实现增强作用，它与树脂之间必须具有良好的胶接。最好的胶接是使两者在界面处产生化学键的结合，这在工艺上是用一种既能与增强物又能与树脂发生化学反应的偶联剂来完成。为增进胶接作用还应该考虑树脂对增强物的润湿能力，也就是两者接触时所能发生的紧密程度。

8. 8.2 树脂 为了保证层压塑料制品具有良好的性能，通常对树脂提出一些要求。这些要求是由树脂的使用及加工性能所决定的，同时根据树脂的性质及其在复合塑料中的作用而提出的。就树脂的形态来讲，可以将它分为粉状、粒状、片状、有机溶液、水溶液、悬浮液、乳液等，而且液态材料种类不同其粘度也各不相同，树脂的处理方法及应用也不同，所以选用树脂是一个重要的先决条件。

9. 树脂的作用： 　　①把不连续的基材粘接起来，从而使复合材料成为具有一定物理性能的整体。 　　②使纤维填料不致发生屈曲变形，如细度6-8微米玻璃纤维，受压时是不稳定的，由于自重而发生屈曲。但是复合材料中，由于树脂的支撑作用而阻止了纤维的屈曲，使纤维在受压时仍有一定的强度。 　　③保护纤维填料不受外界介质的侵蚀和腐蚀，从而有利于发挥纤维的优良性能。 对树脂性能的要求： 　　① 树脂对增强填料应有良好朗釉附能力和搁湿能力， 　　② 树脂本身耍有良好的物理力学性能。 　　③ 树脂固化时的收缩率应小，从而在复合材料中不致引起太多的微裂纹。 　　④ 树脂应具有良好的工艺性能。

10. 常用树脂 　　层压塑料制品常用树脂有：酚醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、氯基树脂、不饱和聚酯树脂等，此外也有少数其它品种树脂，如二苯醚甲醛树脂、芳烷基醚甲醛树脂、糠醛丙酮树脂、聚酰亚胺树脂等。 1、聚酯树脂 优点：优越电性能、透明性、抗水、酸性。 缺点：耐热性差、表面不光滑（增强用纤丝在表面突出） 2、环氧树脂（用酸酐/胺类固化剂 ） 优点：对各种增强物的胶拉都很好? 脱模困难.? 3、酚醛树脂?? 催化生成是水/醇溶性. 优点：成本低，强度好，抗湿、抗代化学腐蚀好，耐热性 好 缺点：颜色深，需预浸和高压

11. 8.3 增强物及其表面处理 一、玻璃纤维及其织物 1、玻璃纤维：是由玻璃高温拉丝制成，其强度高于玻璃 　　主要成份：铝硅硼酸盐和钙钠硅酸盐。 ２、制造及其织物的制造 １） 玻璃纤维的制造工艺 　　玻璃球→坩锅→熔化→坩锅→水中流出→卷筒（牵伸）→喷浆料（润滑、耐磨、保护）→卷取 ２）玻璃纤维织物的制造。　 　　纺织方法:将玻璃纤维制成各种玻璃纤维织物 A、玻璃绳：许多玻璃纱加捻绞紧而成　另捻可↑纤维面抱合力因而改善纤维的受力状况。 B、玻璃布：平纹布、斜纹布、缎纹布、单向布。

12. ３、表面处理方法： A、洗涤法：用有机溶液洗除玻璃纤维／其织物表面上浆料。 溶剂：三氯乙烯、汽油、丙酮、甲苯、二氯乙烷 连续处理：连续热处理炉温度取300℃－450℃３min－6min 间歇式处理，Ｔ编低而时间长280℃－25min B、热处理法：方法高温除去玻璃纤维／其织物表面上浆料。 C、化学处理法： a、后处理 　玻璃纤维／其织物→热处理（浆料留量<1%）→偶联剂器处理→水洗→烘干∵热处理，强度有损失纤维表面有一层偶联剂 b、前处理法：方法将偶联剂加在浆料中，以便偶联剂在拢丝过程中就附在玻璃纤维的表面上。 c、迁移法：方法将偶联剂按一定等例直接加到树脂中，再经过浸胶涂覆使其与玻璃纤维/其织物发生作用。

13. 二、其他增强材料： 1、木材：力学强度较高 各向异性：纵向强度比横向强度大20－40倍。收缩不匀→干燥时开裂翘曲。 ２、纸张和纸板：常见品种：牛皮纸（硫酸盐木浆制成强度、韧性均较高），布浆纸〈由破布蒸煮、洗涤、漂白、制得、用于制造强度高吸湿性低的层压Ｐ〉。 ３、碳纤维 ４、硼纤维 ５、石棉 ６、棉布

14. 8.4 高压成型 高压成型可分为层压成型、管材和棒材的成型以及模压成型。 层压成型 　　层压成型是将多层附胶底材叠合并送入到多层热压机中，在一定的温度和压力下，经过一定的时间压制成塑料制品。这种方法是比较成熟的，得到的制品质量好，性能比较稳定，缺点是间歇式生产，且产品尺寸受热板规格所限制。层压热固性塑料的成型介绍如下。 　　板材成型工艺过程分为叠料、进模、热压、出模、加工和热处理等。

15. (一)叠料 　　叠料时首先对所用附胶材料进行选择，选用的附胶材料应是浸渍均匀、无杂质。树脂含量符合要求，而且树脂的固化程度也应达到规定的范围。接着是剪裁与叠层，即将附胶底材按制品的预定尺寸(长度均比制品要求的尺寸大出70、80毫米)，裁成片并按预定的方向叠成板坯。制品的厚度初看是决定于板坯所用附胶材料的张数，但是由于附胶材料质量的变化，往往不容易准确。因此一般采用张数和重量相结合的方法来确定制品的厚度。 　　将附胶材料叠成片时，其排列方向可按同一方向排列，也可以按互相垂直排列。用前一种排列方向，制品性能各向异性，用后一种排列，制品性能各向同性。 　　叠好的板坯应按下列顺序集合成压制单元：金属板－衬纸(约50-100张)－单面钢板－板坯－双面钢板－板坯－双面钢板－板坯－单面钢板－衬纸－金屑板。

16. (二)进料 　　将将装好的叠合本单元分层推入多层压机的热板中去，再检查一下扳坯在热板中的位置是否合适，然后闭合压机，开始升温升压进行压制。 (三)热压 　　开始热压时，温度与压力均不宜太高，否则树脂易流失，在压制玻璃布层压板时有时会出现滑缸现象。压制时，聚集在板坯边缘的树脂如已不能被拉成丝，即可按照工艺参数要求提高温度与压力。温度和压力是根据树脂的特性用实验方法确定的，压制温度控制一般分为五个阶段。

17. (１)预热阶段 　　温度是指从室温到固化反应开始的温度。预热阶段中，树脂发生熔化，并进一步浸透底材，同时还排除了一部分挥发物。施加的压力为全压的1／3-1／2。 (2)保温阶段 　　使树脂在较低的反应速度下进行固化反应，直到板坯边缘流出的树脂不能拉成丝时为止。 (3)升温阶段 　　这一阶段是自固化开始的温度升到压制规定的最高温度，升温不宜太快，否则会使固化反应速度加快而引起成品分层或产生裂纹。 (4)恒温阶段 　　当温度升到规定的最高值后保持恒定的阶段。这一阶段的作用是保证树脂充分固化，而使制品性能达到最佳值。保温时间取决于树脂的类型、品种和制品的厚度。

18. (5)冷却阶段 　　即当板坯中树脂已充分固化后进行降温准备脱模的阶段。降温可以在热板中通冷却水，也可以自然冷却。降温冷却应在保持压力的情况下直到冷却完毕。 五个阶段中温度与时间的变化馅况如图所示．

19. (四)产品取出 　　当压制好的板材温度已降到60℃时，即可依次推出压制单元，并取出产品。 （五)加工 　　加工的目的是去除压制板材的毛边。一般在3毫米以下的板材用剪裁机，大于3毫米以上的板材用锯扳机进行。 (六)热处理 　　热处理是使树脂充分固化的补加措施，目的是提高制品的力学强度、预热性和电性能。热处理的温度应根据树脂的类型不同而异。

20. 8.5 低压成型 主要有接触法和袋压法。 一、接触成型法又称为涂敷法、裱糊法或手糊法。其工艺过程是：在预先涂好脱模剂的模具上，将附胶片材用树脂连铺带涂并一层层地贴上。每贴一层，均应将其中空气排出。铺到所需厚度时，即进行硬化处理。硬化完毕后，经适当修理，即可得到制品。 二、袋压法与接触法相似，不同的只是在硬化过程中须对已铺叠物施加压力。施加的压力是靠橡皮袋抽真空或加压来实现的。由于施有压力，使树脂能够充分浸哺，从而取得实心实意和强度高的制品。