《复合材料工艺与设备》课程教学资源（教案讲义）06 层压工艺及其设备

第六章层压工艺及其设备教学参考资料武汉理工大学精品课程

第六章 层压工艺及其设备 教学参考资料 武汉理工大学精品课程

1.概述1.1、概念：采用增强材料，如：玻璃纤维布、碳纤维布、棉布、纸等经浸胶机浸渍树脂（热固性树脂、热塑性树脂）经烘干制成预浸料一一成型材料，然后预浸料经裁切、叠合在一起，在压力机中施加一定的压力、温度，保持适宜的时间层压而制成层压制品的成型工艺。1.2、特点：①层压工艺是GRP复材中发展较早，也较成熟的一种；②制品质量较高，也比较稳定：③缺点是只能生产板材，且规格受设备的限制。1.3GRP复材层压板的生产工艺流程由流程方块图我们可知：①GRP复材板的生产主要分为玻璃胶布的制备和层压工艺过程两大工序（下面我们分节讲援）；②层压工艺属于GRP复材干法，加压成型工艺：③在选用原材料形式上（都选用玻璃胶布），GRP卷管工艺与层压工艺具有相似之处，因此把GRP卷管工艺也列入此章。2玻璃胶布的制备所谓玻璃胶布的制备，是指玻璃布经热处理或表面处理、浸渍树脂、烘干、胶布裁剪、质量检验等一系列的工艺过程。其工艺流程为：热处理或表玻璃布1面处理胶布烘干裁剪浸渍质检树脂配胶整个工艺流程是在浸胶机内连续进行的。浸胶机的形成：立式、卧式两种组成：热处理炉、胶槽、烘干箱、牵引辊四个部分在350～450℃高温下，除去浸渍剂，后经过胶槽，浸渍一定量的树脂溶液

1.概述 1.1、概念：采用增强材料，如：玻璃纤维布、碳纤维布、棉布、纸等经浸胶机 浸渍树脂（热固性树脂、热塑性树脂）经烘干制成预浸料——成型材料，然后预 浸料经裁切、叠合在一起，在压力机中施加一定的压力、温度，保持适宜的时间 层压而制成层压制品的成型工艺。 1.2、特点：①层压工艺是 GRP 复材中发展较早，也较成熟的一种； ②制品质量较高，也比较稳定； ③缺点是只能生产板材，且规格受设备的限制。 1.3GRP 复材层压板的生产工艺流程 由流程方块图我们可知： ①GRP 复材板的生产主要分为玻璃胶布的制备和层压工艺过程两大工序（下 面我们分节讲援）； ②层压工艺属于 GRP 复材干法，加压成型工艺； ③在选用原材料形式上（都选用玻璃胶布），GRP 卷管工艺与层压工艺具有 相似之处，因此把 GRP 卷管工艺也列入此章。 2 玻璃胶布的制备 所谓玻璃胶布的制备，是指玻璃布经热处理或表面处理、浸渍树脂、烘干、 胶布裁剪、质量检验等一系列的工艺过程。其工艺流程为： 整个工艺流程是在浸胶机内连续进行的。 浸胶机的形成：立式、卧式两种 组成：热处理炉、胶槽、烘干箱、牵引辊四个部分 在 350～450℃高温下，除去浸渍剂，后经过胶槽，浸渍一定量的树脂溶液， 玻璃布 热 处 理 或 表 面处理 树脂 配胶 浸渍 胶布烘干 裁剪 质检

再经过烘干炉，除去大部分溶剂及挥发物并使树脂有一定程度的硬化，最后裁剪切成布块或布带，进行质检。胶布的质量指标主要有三：树脂含量、不溶性树脂含量和挥发份含量。制备玻璃胶布的主要原料：树脂溶液（酚醛、有机硅、环氧、芳香甲醛树脂等)。玻璃胶布是生产GRP层压板，GRP卷管和布带浸渍GRP制品的原材料。因此玻璃胶布的质量与GRP制品的质量关系十分密切。下面按照胶布的生产工艺流程中主要的工序，确定其最佳工艺参数，确保胶布的质量。一、玻璃布的浸胶浸胶工序对胶布的质量要求是浸胶均匀，并达到一定的含胶量，因此需要合理地选择和控制几个影响浸胶质量的因素。1.胶液浓度指树脂溶液中的树脂含量。胶液浓度的大小直接影响到树脂溶液对玻璃布的渗透能力和GF表面的胶液及附量（即影响胶布的含胶量）；同时胶槽内胶液浓度是否均匀是影响含胶量是否均匀的重要因素。工艺生产中的控制：胶液浓度大小：通过测定胶液比重等控制胶液浓度（浓度一比重之间的函数关系），对于常用的酚醛和环氧酚醛树脂胶液，一般比重控制在1.00～1.10范围内。均匀性：配胶液（即不在胶槽中配胶液），定时加胶液。2．胶液的粘度胶液粘度直接影响胶液对玻璃布的透浸能力和玻璃布表面胶层的厚薄。在生活中，胶液粘度即可由胶液的浓度和温度共同控制粘度，另外，也可由粘度计直接测定胶液粘度

再经过烘干炉，除去大部分溶剂及挥发物并使树脂有一定程度的硬化，最后裁剪 切成布块或布带，进行质检。 胶布的质量指标主要有三 ：树脂含量、不溶性树脂含量和挥发份含量。 制备玻璃胶布的主要原料：树脂溶液（酚醛、有机硅、环氧、芳香甲醛树脂 等）。 玻璃胶布是生产 GRP 层压板，GRP 卷管和布带浸渍 GRP 制品的原材料。 因此玻璃胶布的质量与 GRP 制品的质量关系十分密切。 下面按照胶布的生产工艺流程中主要的工序，确定其最佳工艺参数，确保胶 布的质量。 一、玻璃布的浸胶 浸胶工序对胶布的质量要求是浸胶均匀，并达到一定的含胶量，因此需要合 理地选择和控制几个影响浸胶质量的因素。 1. 胶液浓度 指树脂溶液中的树脂含量。 胶液浓度的大小直接影响到树脂溶液对玻璃布的渗透能力和 GF表面的胶液 及附量（即影响胶布的含胶量）；同时胶槽内胶液浓度是否均匀是影响含胶量是 否均匀的重要因素。 工艺生产中的控制： 胶液浓度大小：通过测定胶液比重等控制胶液浓度（浓度—比重之间的函数 关系），对于常用的酚醛和环氧酚醛树脂胶液，一般比重控制在 1.00～1.10 范围 内。 均匀性：配胶液（即不在胶槽中配胶液），定时加胶液。 2. 胶液的粘度 胶液粘度直接影响胶液对玻璃布的透浸能力和玻璃布表面胶层的厚薄。 在生活中，胶液粘度即可由胶液的浓度和温度共同控制粘度，另外，也可由 粘度计直接测定胶液粘度

3.玻璃布的浸渍时间是指玻璃布在胶液中通过的时间。浸渍时间必须根据玻璃布定否浸透来确定。一般对于0.1、0.2mm平纹布，0.3mm无碱无抢粗纱布，0.25mm高硅氧布。其浸渍时间控制在30～45秒较为合适；而对于0.4mm的平纹布，时间一般为50-60秒。4.流量控制和刮胶辊的使用5.稀释剂的选择二、玻璃胶布的烘干和裁剪胶布烘干：是指胶布浸胶后，为了除去胶液中的含有的溶质等挥发性物质，并使树脂初步硬化。胶布烘干主要控制烘干温度和烘干时间两个指标，烘干温度的高低，烘干时间的长短，直接关系到胶布中不溶性树脂含量和挥发物的含量，严重影响胶布的质量。对于酚醛胶布（616酚醛+0.2无碱平纹布），挥发份变化的最敏感温度是125℃，不溶性树脂含量变化的最敏感温度为120℃。因此，对于酚醛胶布而言，烘干温度一般定为120～125℃，烘干时间5-7分钟。三、玻璃胶布的质量检验和存放玻璃胶布的质量检验项目：①挥发份含量测定：②不溶性树脂含量测定；③含胶量测定；④流动量的测定

3. 玻璃布的浸渍时间 是指玻璃布在胶液中通过的时间。 浸渍时间必须根据玻璃布定否浸透来确定。 一般对于 0.1、0.2mm 平纹布，0.3mm 无碱无捻粗纱布，0.25mm 高硅氧布。 其浸渍时间控制在 30～45 秒较为合适；而对于 0.4mm 的平纹布，时间一般为 50-60 秒。 4. 流量控制和刮胶辊的使用 5. 稀释剂的选择 二、玻璃胶布的烘干和裁剪 胶布烘干：是指胶布浸胶后，为了除去胶液中的含有的溶质等挥发性物质， 并使树脂初步硬化。 胶布烘干主要控制烘干温度和烘干时间两个指标，烘干温度的高低，烘干时 间的长短，直接关系到胶布中不溶性树脂含量和挥发物的含量，严重影响胶布的 质量。 对于酚醛胶布（616 酚醛+0.2 无碱平纹布），挥发份变化的最敏感温度是 125 ℃，不溶性树脂含量变化的最敏感温度为 120℃。 因此，对于酚醛胶布而言，烘干温度一般定为 120～125℃，烘干时间 5-7 分钟。 三、玻璃胶布的质量检验和存放 玻璃胶布的质量检验项目：①挥发份含量测定； ②不溶性树脂含量测定； ③含胶量测定； ④流动量的测定

3玻璃钢层压板成型工艺一、层压工艺的基本过程它包括下面操作工艺：1.胶布质量指标的选定：2.叠料：3.进模：4.热压：5冷却脱模；6.加工：7.后处理（后固化）1.胶布质量指标的选定胶布质量指标（三大指标）与产品质量和性能的关系。如：①胶布的树脂含量为29土3%时，其力学性能最佳：②见表7-3，对于酚醛胶布，当挥发份含量在1.5～3.3%内，强度下降尚不明显，但当挥发份大于3.3%以后，其GRP的强度则有急剧下降。③层压工艺作为干法成型，需要胶布有一定量的不溶性树脂，但含量必须严格控制，当不溶性树脂含量为20～70%时，力学性能稳定。胶布的质量指标还必须满足其工艺要求，即所用树脂的种类等。如：cR（含胶量）V（挥发分）<5%616酚醛玻璃胶布32±3%45±25%环氧酚醛胶布<3%5~30%33±3%<30%邻苯二甲酸二丙烯酯胶40±3%布2.叠料（备料和装料）（1）备料：根据压机的生产能力，合理地预算每一压机的产品数量。①对于薄板根据产品规格，计算每一块板材所需胶布张数。GRP板材厚度=0.794X胶布厚度×胶布张数（压缩系数）即可按胶布张数进行装料

3 玻璃钢层压板成型工艺 一、层压工艺的基本过程 它包括下面操作工艺：1.胶布质量指标的选定；2.叠料；3.进模；4.热压；5. 冷却脱模；6.加工；7.后处理（后固化） 1. 胶布质量指标的选定 胶布质量指标（三大指标）与产品质量和性能的关系。 如：①胶布的树脂含量为 29±3%时，其力学性能最佳； ②见表 7-3，对于酚醛胶布，当挥发份含量在 1.5～3.3%内，强度下降 尚不明显，但当挥发份大于 3.3%以后，其 GRP 的强度则有急剧下降。 ③层压工艺作为干法成型，需要胶布有一定量的不溶性树脂，但含量必 须严格控制，当不溶性树脂含量为 20～70%时，力学性能稳定。 胶布的质量指标还必须满足其工艺要求，即所用树脂的种类等。 如： R（含胶量） V（挥发分） C 616 酚醛玻璃胶布 环氧酚醛胶布 邻苯二甲酸二丙烯酯胶 布 32±3% 33±3% 40±3% ＜5% ＜3% 45±25% 5～30% ＜30% 2. 叠料（备料和装料） （1）备料： 根据压机的生产能力，合理地预算每一压机的产品数量。 ①对于薄板 根据产品规格，计算每一块板材所需胶布张数。 GRP 板材厚度=0.794×胶布厚度×胶布张数 （压缩系数） 即可按胶布张数进行装料

②另外，对于原板，一般采用按以重量为主的方法装料（原因是板材的厚度受胶布质量变化的影响，旦厚度愈大，影响愈大。）一块板材所需胶布重量G=DXSXhXd（1+a）S一一板材面积，cm2；h一一板厚，cm；d一一板材比重，环氧胶布板，d=1.72g/cm3，酚醛胶布板，d=1.68一1.75g/cm3a—胶流量，h5mm,a=0.03—0.08。(2）装料每次压制并不仅只压一块板材，因此压机内的板料需要按一定的顺序进行配送，即组成叠合本。所谓叠合本是由热板、衬纸、钢板及板料组成。两块钢板间所夹一块板料（几张胶布），二个叠合本由5-10块板材组成，一次压制，即一模中可装7-8个叠合本。叠合本内的组合原则：①一般一个叠合本内叠合同一规格（厚度）的板材。②叠合本内也可选装不同规格的板材（但其要求是薄板在两边（紧靠热板）厚板在中间）。这种情况有如下叠合方式：a. A+B+D+B+Ab. A+A+D+A+Ac.C+C+Cd. F+F板材厚度数据：A=0.5~2B=2~5C=5-73.进模

②另外，对于原板，一般采用按以重量为主的方法装料（原因是板材的厚度 受胶布质量变化的影响，旦厚度愈大，影响愈大。） 一块板材所需胶布重量 G=D×S×h×d（1+a） S——板材面积，cm2； h——板厚，cm； d——板材比重，环氧胶布板，d=1.72g/cm3，酚醛胶布板，d=1.68—1.75g/cm3； a——胶流量，h≤5mm,a=0.02—0.03，h>5mm,a=0.03—0.08。 （2）装料 每次压制并不仅只压一块板材，因此压机内的板料需要按一定的顺序进行配 送，即组成叠合本。 所谓叠合本是由热板、衬纸、钢板及板料组成。 两块钢板间所夹一块板料（几张胶布），一个叠合本由 5-10 块板材组成，一 次压制，即一模中可装 7-8 个叠合本。 叠合本内的组合原则： ①一般一个叠合本内叠合同一规格（厚度）的板材。 ②叠合本内也可选装不同规格的板材（但其要求是薄板在两边（紧靠热板） 厚板在中间）。 这种情况有如下叠合方式： a. A+B+D+B+A b. A+A+D+A+A c . C+C+C d. F+F 板材厚度数据： A=0.5～2 B=2～5 C=5-7 3. 进模

4.热压热压是层压工艺中最关键的一步，因此热压中工艺参数（压力、温度和时间）的选择是非常重的，三个参数的选择，应首先从树脂的特性来考虑，此外还应适当考虑制品的厚薄、大小、性能要求及设备条件等。（1）压力的控制施加压力的作用：①克服挥发份的蒸汽压力②迫使粘稠树脂的流动；③促进胶布的层间接触，提高制品的紧密性；④防止板材的冷却变形。成型压力的大小主要是根据树脂的固化特性来确定，因此不同的树脂种类的100~120kg/cm2板材成型压力不同：酚醛层压板环氧层压板50~70kg/cm260~80kg/cm2环氧一酚醛板热塑层压板25~50kg/cm2压制时，成型压力是通过压机上的表压（即工作压力）反映的。（2）温度制度的确定（即温度和时间的控制）热压中温度的作用：①促进树脂的交联固化；②挥发份的排除。一般热压工艺的温度和时间制度由热压温度一时间曲线（升温曲线）表示。热压温度一时间曲线分为五个阶段，形式如图：温度热保温第一阶段（预热阶段）冷却/升温中间保温第二阶段（中间保温阶段）预热第三阶段（升温阶段）时间第四阶段（热压保温阶段）第五阶段（冷却阶段）

4. 热压 热压是层压工艺中最关键的一步，因此热压中工艺参数（压力、温度和时间） 的选择是非常重的，三个参数的选择，应首先从树脂的特性来考虑，此外还应适 当考虑制品的厚薄、大小、性能要求及设备条件等。 （1）压力的控制 施加压力的作用：①克服挥发份的蒸汽压力； ②迫使粘稠树脂的流动； ③促进胶布的层间接触，提高制品的紧密性； ④防止板材的冷却变形。 成型压力的大小主要是根据树脂的固化特性来确定，因此不同的树脂种类的 板材成型压力不同：酚醛层压板 100～120kg/cm2 环氧层压板 50～70kg/cm2 环氧—酚醛板 60～80kg/cm2 热塑层压板 25～50kg/cm2 压制时，成型压力是通过压机上的表压（即工作压力）反映的。 （2）温度制度的确定（即温度和时间的控制） 热压中温度的作用：①促进树脂的交联固化； ②挥发份的排除。 一般热压工艺的温度和时间制度由热压温度—时间曲线（升温曲线）表示。 热压温度—时间曲线分为五个阶段，形式如图： 第一阶段（预热阶段） 第二阶段（中间保温阶段） 第三阶段（升温阶段） 第四阶段（热压保温阶段） 第五阶段（冷却阶段） 预热 中间保温 升温 热保温 冷却 温度 时间

5.冷却脱模；6.加工；7.后固化（后处理）。二、GRP层压板常见缺陷及解决办法GRP复材层压板的性能三

5. 冷却脱模； 6. 加工； 7. 后固化（后处理）。 二、GRP 层压板常见缺陷及解决办法 三、GRP 复材层压板的性能