12級復(fù)合材料工藝及設(shè)備復(fù)習資料

PAGEPAGE3復(fù)合材料與工程考試形式筆試閉卷考試時間和地點時間：2015年7月8日10:20-12:00地點：第二公教A115題型與分數(shù)分布一．單選題二．多選題三．填空題四．簡答題五．綜合題

一、復(fù)合材料緒論1.復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。復(fù)合材料基本性能:⑴性能的可設(shè)計性⑵材料與結(jié)構(gòu)的同一性⑶發(fā)揮復(fù)合效應(yīng)的優(yōu)越性⑷材料性能對復(fù)合工藝的依賴性2.工藝選擇依據(jù)：a產(chǎn)品外形構(gòu)造和尺寸b材料性能和產(chǎn)品質(zhì)量要求c生產(chǎn)批量大小及供應(yīng)時間d企業(yè)可能提供的設(shè)備條件及資金e綜合經(jīng)濟效益，保證企業(yè)盈利3.=1\*GB3①大批量、數(shù)量多、外形復(fù)雜：模壓成型；=2\*GB3②造型簡單大尺寸：SMC大臺面壓機成型；=3\*GB3③小批量產(chǎn)品：手糊成型；=4\*GB3④壓力管道及容器：纏繞工藝；=5\*GB3⑤批量小的大尺寸：手糊成型、噴射成型；=6\*GB3⑥板材和線性制品：連續(xù)成型=7\*GB3⑦工字形截面梁：拉擠成型4.實例（1）水表殼→注射（2）沼氣池→SMC模壓成型工藝（3）車用天然氣瓶→纏繞（4）汽車保險杠→手糊成型（5）玻璃鋼管材→拉擠（6）PVC管材→擠出（7）冷卻塔→手糊、模壓（8）玻璃鋼保溫板→連續(xù)制板（9）玻璃鋼門窗→模壓（10）復(fù)合材料頭盔→RTM（11）塑料手機外殼→注塑（12）油田抽油桿→拉擠（13）大型冷藏車→手糊二、手糊成型工藝:定義：手工作業(yè)把玻璃纖維織物和樹脂交替鋪層在模具上，然后固化成型為玻璃鋼制品工藝工序：裁剪增強纖維→準備模具（涂脫模劑）→樹脂膠液配置（噴涂膠衣）→手糊成型→固化{凝膠階段\定型階段（硬化階段）\熟化階段（完全固化階段）}→脫?！筇幚恚ㄐ捱叄b配分類a接觸壓成型：手糊、噴射b低壓成型（接觸壓以上）：真空成型、RTM、RIM、對模優(yōu)點：a設(shè)備簡單b投資少、見效快c生產(chǎn)技術(shù)簡單易學d產(chǎn)品不受尺寸、形狀的限制e大型制品可現(xiàn)場制作f制品樹脂含量較高，耐腐蝕性好缺點：a生產(chǎn)效率低、不適合批量大的產(chǎn)品b產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定c生產(chǎn)環(huán)境差。1.樹脂基體的選擇原則(1)能夠配制成粘度適宜的膠液，易浸漬纖維，容易脫氣泡，垂直面涂刷時不易流膠(2)能在室溫或較低溫度下凝膠、固化并要求固化時無低分子物產(chǎn)生；固化迅速且固化收縮小(3)層間粘接性能好(4)無毒或低毒(5)價格便宜，來源廣泛

A基體種類：a不飽和聚酯樹脂粘度小，浸漬性好，低分子物及氣體易排除，凝膠時間可以調(diào)節(jié)并能在低溫常壓下固化，但固化收縮率較大，制品強度較低。b環(huán)氧樹脂綜合力學性能最好，粘結(jié)能力最強，與玻纖復(fù)合界面剪切強度最高，尺寸穩(wěn)定性好，耐蝕性好；粘度大，施工困難，成型需要加熱。四、樹脂傳遞模塑成型（RTM）：噴射法和模壓成型之間的一種對模成型法RTM五大工藝：a真空灌注工藝b手糊工藝c粘接工藝d加工工藝e涂裝工藝1.RTM法是指在模具的型腔里預(yù)先放置增強材料(包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件)，合模夾緊后，從設(shè)置于適當位置的注入孔，在一定溫度及壓力下將配好的樹脂注入模具中，使之與增強材料一起固化，最后啟模、脫模而得到成型制品。(模具清理、脫模處理膠衣涂布膠衣固化纖維及嵌件等安放合模夾緊樹脂注入樹脂固化啟模脫模二次加工)A影響RTM工藝的因素(工藝參數(shù)):=1\*GB3①注膠壓力:在較低壓力下完成樹脂壓注(RTM壓注如何降低壓力？a降低樹脂粘度b適當?shù)哪＞咦⒛z口和排氣口設(shè)計c適當?shù)睦w維排布設(shè)計d降低注膠速度。=2\*GB3②溫度:注膠溫度應(yīng)盡量接近最小樹脂粘度的溫度(取決于樹脂體系的活性期和最小粘度的溫度。)RTM工藝過程對樹脂的加熱分為兩步：注膠時加熱固化時加熱=3\*GB3③速度:希望獲得高的注膠速度，以提高生產(chǎn)效率。(注膠速度取決于樹脂對纖維的潤濕性和樹脂的表面張力及粘度）五、反應(yīng)注射成型（RIM）:是將反應(yīng)物（單體或齊聚物）精確計量，經(jīng)高壓碰撞混合后充入模內(nèi)，混合物在模具型腔內(nèi)固化成型。1..RIM加工工藝的主要步驟？充模過程：對于給定的化學體系和模具的具體幾何形狀，充模過程中，相關(guān)的加工參數(shù)是：原料始溫T0，模壁溫度Tw和流率Q或模壓P。

固化階段：在固化階段，最重要的加工參數(shù)是模壁溫度、原料始溫和脫模時間。六、真空灌注工藝1.風力發(fā)電機的工作原理？是利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。2.目前風力發(fā)電機葉片采用的是主要是玻璃鋼材料，其主要成型方法是?真空灌注工藝:將纖維增強材料直接鋪放在模具上；在纖維增強材料頂上鋪設(shè)一層剝離層，剝離層通常是一層很薄的低孔隙率、低滲透率的纖維織物；剝離層上鋪放高滲透介質(zhì)；然后用其真空袋包覆、密封。七、模壓成型工藝：將一定量的模壓料放入金屬對模中，在一定溫度、壓力作用下，固化成型制品的方法。1.工藝參數(shù)（溫度制度）:裝模溫度，升溫速度，最高模壓溫度，保溫時間，后固化處理。2.優(yōu)點:a有較高的生產(chǎn)效率，適于大批量生產(chǎn);b制品尺寸精確，表面光潔，可以有兩個精制表面c價格低廉，容易實現(xiàn)機械化和自動化;d多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品可一次成型，無需有損于制品性能的輔助加工;e制品外觀及尺寸的重復(fù)性好。3.樹脂溶液粘度對模壓料質(zhì)量的影響：降低膠液粘度有利于樹脂對纖維浸漬，并可減少捏合過程的纖維強度損失。粘度過低，在預(yù)混過程中會導(dǎo)致纖維離析，影響樹脂對纖維的粘結(jié)4.熱固性塑料在模壓前進行預(yù)熱有哪些優(yōu)點？改善料的工藝性能；提高模壓料溫度，能加快塑料成型時的固化速度，縮短成型時間；提高塑料的流動性，增進固化的均勻性，提高制品質(zhì)量，降低廢品率；可降低模壓壓力。5.模壓熱固性塑料與模壓熱塑性塑料的最大區(qū)別是？=1\*ROMANI熱固性塑料：=1\*GB3①加熱一方面使物料熔融粘度降低，在壓力作用下產(chǎn)生流動；另一方面活性基團發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，粘度升高達到無限大。=2\*GB3②加壓一方面使物料流動產(chǎn)生剪切變形，大分子鏈發(fā)生局部取向及觸變效應(yīng)等導(dǎo)致聚合物粘度降低；另一方面，剪切作用增加了活性分子間的碰撞機會，降低了反應(yīng)活化能使交聯(lián)反應(yīng)速度增快，熔體粘度隨之增大。=2\*ROMANII熱塑性聚合物，其流動性控制較簡單，溫度升高即可達到粘流狀態(tài)，使物料充滿模具，冷卻后即失去流動性，制品定型6.熱固性樹脂模壓工藝中，物料的變化可分為哪兩個階段并簡述之。

“粘流階段”：當模壓料在模具內(nèi)被加熱到一定的溫度時，樹脂受熱熔化成為粘流狀態(tài)，在壓力作用下粘裹著纖維一道流動，直至充滿模腔。

“硬固階段”：繼續(xù)提高溫度，樹脂發(fā)生交聯(lián)，分子量增大，流動性很快降低，表現(xiàn)為一定的彈性，最后失去流動性，樹脂成為不溶不熔的體型結(jié)構(gòu)。7.模壓料的收縮性：模壓制品從模具脫出后尺寸減小的特性稱模壓料的收縮性。A制品收縮的原因：=1\*ROMANI熱收縮(可逆收縮)：一般模壓料的線膨脹系數(shù)比模具材料大，制品脫模冷卻后的收縮率大于模具收縮率，使得制品尺寸小于模具尺寸。=2\*ROMANII結(jié)構(gòu)(化學)收縮：指縮聚(或聚合)反應(yīng)，分子交聯(lián)，鏈段之間更加緊密，低分子逸出等引起的不可逆體積收縮。B影響因素：(1)原材料的影響:a環(huán)氧樹脂收縮率小:環(huán)氧樹脂固化前密度比較大，固化過程中無小分子逸出；酚醛樹脂固化時有水分子逸出；聚酯樹脂固化前密度較小，固化時苯乙烯交聯(lián)劑單體轉(zhuǎn)化時，分子距離變化很大，因此收縮較大，另外部分苯乙烯逸出b多加入纖維及填料可降低收縮率(加入熱塑性樹脂粉(填料)可顯著降低制品收縮)c揮發(fā)物含量增高，制品收縮率增大（2）模具結(jié)構(gòu)和制品形狀的影響（3）成型工藝條件的影響:溫度制度與壓力制度的影響8．模壓料的工藝性(模壓料的工藝性：流動性、收縮率、壓縮性)及影響因素八、SMC模壓：將SMC片材（片狀模塑料)，經(jīng)剪裁，鋪層，然后進行模壓。1.SMC基本組成：不飽和聚酯樹脂、增稠劑(氧化鎂:增稠速度快，短時間內(nèi)能達到最高粘度增加?？刂芐MC從生產(chǎn)到使用全過程的粘度變化)、引發(fā)劑、交聯(lián)劑(苯乙烯)、低收縮添加劑（熱塑性高分子聚合物）、填料、內(nèi)脫模劑、著色劑、阻聚劑（對苯醌和對苯二酚：防止不飽和聚酯樹脂在室溫下交聯(lián)聚合）等混合物浸漬短切玻纖粗紗或玻纖氈，兩表面加上保護膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片狀模壓成型材料。2.一般聚酯樹脂的固化收縮率為7％～10％，加入低收縮添加劑后可大幅度降低收縮率。作用機理。樹脂受熱時膨脹，熱固性樹脂與熱塑性樹脂的固化時間不同，熱固性樹脂先聚合固化，在熱塑性樹脂的熱膨脹壓力下不能收縮；待溫度下降時，熱塑性樹脂固化收縮，而周圍的熱固性樹脂已固化定型，使得熱塑性樹脂只能在局部收縮造成微孔，而不使整體收縮變形。3增稠機理：第一階段對達到熟化粘度的時間有決定意義，是分子質(zhì)量提高和絡(luò)合反應(yīng)基礎(chǔ)

第二階段反應(yīng)對于加速稠化，提高最終熟化粘度有重要作用。九、層壓成型工藝:將浸有或涂有樹脂的片材層疊，在加熱加壓條件下，固化成型玻璃鋼制品的成型工藝。1.層壓材料中，面層布和芯層布的差別？面層布的含膠量及流動性比芯層布稍大一些。2.層壓成型工藝實際生產(chǎn)中含膠量控制方法有哪些？(1）調(diào)整膠液粘度(2）調(diào)整浸膠時間(3）調(diào)節(jié)膠輥間距十、纏繞成型工藝：將浸過樹脂膠液的連續(xù)纖維（或布帶、預(yù)浸紗），按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化脫模成為增強塑料制品的工藝過程。1.纏繞規(guī)律：描述紗片均勻、穩(wěn)定、連續(xù)、排布在芯模表面,及芯模與導(dǎo)絲頭間運動關(guān)系規(guī)律要求：a纖維既不重合又不離縫，均勻連續(xù)布滿芯模表面b纖維在芯模表面位置穩(wěn)定不打滑2.纖維纏繞制品比強度高的原因有哪些？=1\*GB3①纏繞纖維直徑很細，降低了微裂紋存在幾率。②纏繞成型避免了布紋經(jīng)緯交織點與短切纖維末端的應(yīng)力集中。③纏繞成型可以控制纖維的方向和數(shù)量，使產(chǎn)品實現(xiàn)等強度結(jié)構(gòu)。④纏繞成型可使增強材料(纖維)含量高達80％3.纏繞成型的幾種纏繞方式是什么樣的？干法纏繞：將預(yù)浸紗帶（或預(yù)浸布）在纏繞機上經(jīng)加熱至粘流狀態(tài)并纏繞到芯模上的工藝。濕法纏繞：將無捻粗紗經(jīng)浸膠后直接纏繞到芯模上的成型工藝過程。半干法纏繞：將無捻粗紗浸膠后，隨即預(yù)烘干，然后纏繞到芯模上的成型工藝方法。與濕法相比，增加了烘干工序工藝過程：4.分別簡述環(huán)向纏繞、螺旋纏繞、縱向纏繞，有何區(qū)別？=1\*ROMANI環(huán)向纏繞：芯模繞自軸勻速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)絲頭在筒身區(qū)間作平行于軸線方向運動。只能纏繞直筒段,環(huán)向纏繞只能在筒身段進行，不能纏封頭=2\*ROMANII螺旋纏繞：芯模繞自軸勻速轉(zhuǎn)動，導(dǎo)絲頭以特定速度沿芯模軸線方向往復(fù)運動的纏繞方式此纏繞方式不僅可以纏繞圓筒段，而且纏繞端頭(封頭)。纏繞方向相同的鄰近紗片之間相接而不相交，不同方向的紗片則相交=3\*ROMANIII縱向纏繞（平面纏繞）：導(dǎo)絲頭在固定平面內(nèi)做勻速圓周運動，芯模繞自軸慢速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)絲頭轉(zhuǎn)一周，芯模轉(zhuǎn)動的微小角度近似一個紗片寬度.紗片依次連續(xù)纏繞到芯模上，各紗片均與極孔相切，相互間緊挨著而不交叉。十一、拉擠成型工藝及設(shè)備拉擠是指玻璃纖維粗紗或其織物在外力牽引下，經(jīng)過浸膠、擠壓成型、加熱固化、定長切割，連續(xù)生產(chǎn)玻璃鋼線型制品的一種方法。流程：玻璃纖維粗紗排布→浸膠→預(yù)成型→擠壓模塑及固化→牽引→切割→制品臥式拉擠設(shè)備（分為間歇式牽引和連續(xù)式牽引兩種）（常用）立式拉擠2成型物固化：=1\*GB3①成型模為熱模，成型物在模中固化成型=2\*GB3②成型模不加熱或給成型物以預(yù)熱，而最終制品的固化是在固化爐中完成。

3.拉擠成型工藝參數(shù)有哪些？固化溫度與時間、浸膠時間、牽引張力及速度、紗團數(shù)量

4.拉擠成型工藝中預(yù)成型模的作用是什么？使浸透了樹脂的增強材料進一步除去多余的樹脂，排除氣泡，并使其形狀接近于成型模的進口形狀。十二、擠出成型工藝1.工藝的特點:a具有很高的生產(chǎn)率b生產(chǎn)連續(xù)（如管、棒、板、薄膜、絲、電線、纜等）c可用來混合、塑化、造粒和著色等2.塑料擠出機包括幾部分組成？（1）主機：由擠壓、傳動、加熱冷卻三部分系統(tǒng)組成，作用主要是塑化并擠出塑料（2）輔機：由定型、冷卻、牽引、切割、以及卷取或堆放等裝置組成，作用是塑料成型：（3）控制系統(tǒng)：由電器、儀表和執(zhí)行機構(gòu)組成，作用是實現(xiàn)對整個擠出機組的自動控制。3.魚雷頭（分流器）作用：將塑料熔體變成薄環(huán)狀，有利于進一步加熱和塑化。4.以三段式螺桿擠出機為例，簡述擠出過程中物料的變化情況。

A加料段（固體輸送區(qū)）：塑料在旋轉(zhuǎn)著的螺桿作用下,過料筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用,向前輸送和壓實，形成固體床。塑料在加料段內(nèi)呈固態(tài)向前輸送（顆粒間存在著相對位移）B壓縮段（熔融段）:固體床進入壓縮段后由于螺槽逐漸變淺，以及濾網(wǎng)、分流板和機頭的阻力而使所受的壓力逐漸升高，進一步被壓實。同時，在料筒外加熱和螺桿、料筒對物料的內(nèi)摩擦熱的作用下，塑料逐漸升溫至粘流溫度，開始熔融，固體床破裂，最終消失，塑料進入粘流態(tài)。（固體床中物料顆粒之間界面變得模糊，開始出現(xiàn)裂縫）C均化區(qū)(計量段):塑料進入均化段后將進一步塑化和均化，最后螺桿將物料定量、定壓地擠入機頭。（熔體輸送區(qū)）

十三、注射成型（開閉模時：慢快慢）1.注射機作用：加熱塑料，使達到熔化狀態(tài)；對熔融塑料加高壓，使其射出而充滿模具型腔2.移動螺桿式和柱塞式注射機主要由三大部分組成：A注射系統(tǒng)：塑料塑化和均化，并在很高的壓力和較快的速度下，通過螺桿和柱塞的推擠將熔料注射入模具。加料計量裝置、料筒、柱塞和分流梭(分流梭是裝在料筒前端內(nèi)腔中而形狀頗似魚雷體的一種金屬部件。它的作用是使料筒內(nèi)的塑料分散為薄層并均勻地處于或流過料筒和分流梭組成的通道，從而縮短傳熱導(dǎo)程，加快熱傳遞和提高塑化質(zhì)量)、螺桿、噴嘴及加壓和驅(qū)動裝置。B鎖模系統(tǒng)：在注射機上實現(xiàn)鎖合模具、啟閉模具(又稱合模裝置)和頂出制件的機構(gòu)總稱。C塑模（模具）：是在成型中賦予塑料制件以形狀和尺寸的部件組合體。（a澆注系統(tǒng)（主流道、冷料穴、分流道、澆口）b成型零件c結(jié)構(gòu)零件）3退火處理原因：塑料在料筒內(nèi)塑化不均勻或在模腔內(nèi)冷卻速度不同，因此常會產(chǎn)生不均的結(jié)晶、定向和收縮，致使制品存有內(nèi)應(yīng)力實質(zhì)：①使強迫凍結(jié)的分子鏈得到松弛，凝固的大分子鏈段轉(zhuǎn)向無規(guī)位置，從而消除這一部分的內(nèi)應(yīng)力；②提高結(jié)晶度，穩(wěn)定結(jié)晶結(jié)構(gòu)，從而提高結(jié)晶塑料制品的彈性模量和硬度，降低斷裂伸長率調(diào)濕處理原因：聚酰胺類塑料制件在高溫下與空氣接觸時常會氧化變色。此外，在空氣中使用或存放時又易吸收水分而膨脹，需要經(jīng)過長時間后才能得到穩(wěn)定的尺寸。4塑料制品中可能存在的內(nèi)應(yīng)力主要有？取向應(yīng)力、溫度應(yīng)力、體積不平衡應(yīng)力、變形應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力的消除和分散：A控制工藝條件：適當提高注射機的料筒溫度；提高噴嘴溫度；提高模具溫度；控制適宜的注射壓力；縮短保壓時間等；采用變速注射等。B制品和模具的合理設(shè)計。C塑料原材料的選擇：分子鏈剛性大熔體粘度高時，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；塑料的平均相對分子質(zhì)量較高，相對分子質(zhì)量分布較窄時，制品的內(nèi)應(yīng)力較小。十四、連續(xù)成型工藝：是指從添加原材料到制成玻璃鋼制品的整個過程都是在連續(xù)不斷進行。1.連續(xù)制管工藝原理：=1\*GB3①臥式干法連續(xù)制管機組：采用預(yù)浸的無緯帶或玻璃布帶纏繞成型。=2\*GB3②臥式濕法連續(xù)制管機組：采用連續(xù)玻璃纖維粗紗，浸漬樹脂膠液后進行纏繞成型。a濕法縱向紗浸膠：縱向纖維紗從紗架引出經(jīng)浸膠后，通過分紗器均勻鋪放在芯軸，形成縱向紗層，而后環(huán)向纏繞未浸膠環(huán)向紗。各環(huán)向?qū)娱g反向纏繞，并由縱向紗所帶多余膠液浸膠b濕法環(huán)向紗浸膠：環(huán)向紗從紗架引出經(jīng)浸膠后，通過分紗器均勻鋪放在芯軸上，形成環(huán)向紗層。而縱向未浸膠纖維紗靠環(huán)向纏繞紗的余膠浸漬樹脂=3\*GB3③立式連續(xù)制管機組A連續(xù)制管工藝對原料樹脂有何要求？要求樹脂粘度低，浸潤性好，樹脂的膠液配方要有較長的凝膠時間，較短的固化時間，較低的固化放熱峰，以保證玻璃鋼管材的充分固化和連續(xù)生產(chǎn)操作的進行。在配方設(shè)計中可適當引入低收縮添加劑，降低制品的固化收縮率。B熱塑性和熱固性復(fù)合結(jié)構(gòu)管連續(xù)生產(chǎn)工藝（EPF）：一種連續(xù)制管工藝，即熱塑性塑料管和熱固性玻璃鋼復(fù)合結(jié)構(gòu)管連續(xù)生產(chǎn)工藝,其生產(chǎn)過程是將塑料管擠出技術(shù)和纖維纏繞工藝相結(jié)合的連續(xù)制管技術(shù)。2.連續(xù)制板工藝及設(shè)備:分為橫向波板成型機和縱向波板成型機組兩大類3.離心法制管是將樹脂、玻璃纖維和填料按一定比例加入到旋轉(zhuǎn)的模具內(nèi)，依靠高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，使物料在模內(nèi)擠壓密實，固化成型的一種方法。十五、夾層結(jié)構(gòu)：是由高強度蒙皮和輕質(zhì)夾芯材料所構(gòu)成的一種結(jié)構(gòu)形式。1.玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)是指蒙皮為玻璃鋼、芯材為玻璃布蜂窩或泡沫塑料等所組成的結(jié)構(gòu)材料按其所用夾芯材料（其連接和支撐作用，承受剪切應(yīng)力）的類別分為三種：泡沫夾層結(jié)構(gòu)、波板夾層結(jié)構(gòu)、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)（制作方法有三種：塑性膠接法、模壓法、膠接拉伸法（常用））

2.成型中常見的問題及解決措施=1\*GB3①分層，起泡及折皺：成型壓力不足，產(chǎn)生分層起泡現(xiàn)象；玻璃