《复合材料工艺与设备》课程教学课件（讲稿）第十一章 增强热塑性片材成型

第十二章增强热塑性片材成型武汉理工大学精品课程1

第十二章 增强热塑性片材成型

第一节概述随着科学技术的发展以及人们环境意识的提高对材料的开发研究提出了一些新的要求。热塑性复合材料以其快速成型特性和可回收利用的优势而得到人们的瞩目。几年来开发出的并受到普遍重视的一种制造方法是将增强材料和作为基体的热塑性树脂预先制成半成品板材，再将它剪裁成环料，模压（或冲压）成各种制品。这种半成品板材被称为增强热塑性塑料片材（简称RTPS）。武汉理工大案精品课程

第一节 概 述 随着科学技术的发展以及人们环境意识的提高， 对材料的开发研究提出了一些新的要求。热塑性复合 材料以其快速成型特性和可回收利用的优势而得到人 们的瞩目。几年来开发出的并受到普遍重视的一种制 造方法是将增强材料和作为基体的热塑性树脂预先制 成半成品板材，再将它剪裁成坯料，模压（或冲压） 成各种制品。这种半成品板材被称为增强热塑性塑料 片材（简称RTPS）

1.1热塑性片状模塑料特性热塑性片状模塑料制品的特性（与热固性片状模塑料制品相比）：（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，而热塑性片状模塑料的成型周期仅为20s~50s。最长时间也不超过1min；（4）成型压力低：（5）贮存期长；武汉理工大精品课程

1.1 热塑性片状模塑料特性 热塑性片状模塑料制品的特性（与热固性片状模 塑料制品相比 ）： （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6mi n～15min ，而热塑性片状模塑料的成型周期仅为20 s～50s。最长时间也不超过1min； （4）成型压力低； （5）贮存期长；

1.1热塑性片状模塑料特性（6）比热固性玻璃钢具有较高的耐化学腐蚀性、耐水性和气密性等；（7）原料来源充足，价格便宜；（8）成本低（9）机械化程度高。武汉理工大学精品课程5

1.1 热塑性片状模塑料特性 （6）比热固性玻璃钢具有较高的耐化学腐蚀性、耐水 性和气密性等； （7）原料来源充足，价格便宜 ； （8）成本低； （9）机械化程度高

1.1热塑性片状模塑料特性与注射成型热塑性复合材料相比：1）具有较高的强度和刚度。（2）抗冲击性能好。（3）产品尺寸精度高。（4）短纤维增强热塑性复合材料一般采用注射成型，产品尺寸较小，连续纤维增强热塑性玻璃钢则可采用冲压成型，能够生产大型玻璃钢制品（5）成型压力小，对模具和压机的要求较注射成型工艺低。武汉理工大乐精品课程

1.1 热塑性片状模塑料特性 与注射成型热塑性复合材料相比： （l）具有较高的强度和刚度。 （2）抗冲击性能好。 （3）产品尺寸精度高。 （4）短纤维增强热塑性复合材料一般采用注射成型，产 品尺寸较小，连续纤维增强热塑性玻璃钢则可采用冲 压成型，能够生产大型玻璃钢制品。 （5）成型压力小，对模具和压机的要求较注射成型工艺 低

1.1热塑性片状模塑料特性与钢材相比：（1）质量轻。（2）耐腐蚀，不生锈，使用寿命长。（3）形状设计自由度大。（4）在破坏极限强度内不产生塑性变形、吸收撞击能高（5）工业化生产投资少。基于以上特点，玻纤增强热塑性片材（GMT）的应用范围不断扩大，应用量不断增加，越来越多地代替钢材和增强热固性塑料

1.1 热塑性片状模塑料特性 与钢材相比： （1）质量轻。 （2）耐腐蚀，不生锈，使用寿命长。 （3）形状设计自由度大。 （4）在破坏极限强度内不产生塑性变形、吸收撞击能高。 （5）工业化生产投资少。 基于以上特点，玻纤增强热塑性片材（GMT）的应 用范围不断扩大，应用量不断增加，越来越多地代替 钢材和增强热固性塑料

原材料1.2一、树脂基体能够用于生产热塑料片状模塑料的树脂很多，如聚乙烯、尼龙、聚氯乙烯、聚内烯等。自前主要用聚丙烯和改性聚丙烯。因为聚丙烯的优点较多：（1）密度小：（2）抗冲击性好：（3）可以在一40℃～100℃温度范围使用：（4）工艺性好：（5）来源广，成本低（比不饱和聚酯树脂便宜1/3）。武漢理工大梁精品课程

1.2 原材料 一、树脂基体 能够用于生产热塑料片状模塑料的树脂很多，如： 聚乙烯、尼龙、聚氯乙烯、聚丙烯等。目前主要用聚 丙烯和改性聚丙烯。因为聚丙烯的优点较多：（1）密 度小；(2)抗冲击性好；(3)可以在－40℃～100℃温度 范围使用；（4）工艺性好；（5）来源广，成本低 （比不饱和聚酯树脂便宜1/3）

原材料1.2二、增强材料生产热塑料片状模塑料的增强材料种类有玻璃纤维（GF）、碳纤维（CF）、芳纶纤维（AF）等。增强材料的形式有短纤维（1-5mm）、中长纤维（5-50mm）、长纤维>50mm）、连续纤维（连续毡和单向纤维）。武漢理工大梁精品课程6

1.2 原材料 二、增强材料 生产热塑料片状模塑料的增强材料种类有玻璃纤 维(GF)、碳纤维(CF)、芳纶纤维(AF)等。增强材料的形 式有短纤维（1-5mm）、中长纤维（5-50mm）、长纤维 （>50mm）、连续纤维（连续毡和单向纤维）

1.3丝纤维增强热塑性片材的基本性能纤维增强热塑性复合材料分为高性能复合材料和通用型复合材料两种、高性能复合材料高性能热塑性复合材料是以碳纤维、芳纶纤维及高强度玻璃纤维增强聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）、聚苯硫醚（PPS）等高性能树脂等。特点：使用温度高（260℃）（热固性玻璃钢的使用温度很少能到200℃）：密度小（特别是用碳纤维增强的热塑性复合材料）。武汉理工大乐精品课程

1.3 纤维增强热塑性片材的基本性能 纤维增强热塑性复合材料分为高性能复合材料和 通用型复合材料两种。 一、高性能复合材料 高性能热塑性复合材料是以碳纤维、芳纶纤维 及高强度玻璃纤维增强聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮（P EK）、聚苯硫醚（PPS）等高性能树脂等。 特点：使用温度高（260℃）（热固性玻璃钢的 使用温度很少能到200℃）；密度小（特别是用碳纤维 增强的热塑性复合材料）

1.3纤维增强热塑性片材的基本性能纤维增强PPS、PC复合材料的性能性能纯PPSGR-PCGR-PPSCR-PPS(GF-60%)(GF-40%(CF-30%)密度（g/cm2）1.341.841.41.5175.9170178160拉伸强度（MPa）141230266240弯曲强度（MPa）2.4×104弯曲模量（MPa）2.2×1052.45X1059.5X104260260260连续使用温度（℃）260137228210150热变形温度（℃）0.311.080.2成型收缩率（%）G武汉理工大学精品课程

1.3 纤维增强热塑性片材的基本性能 1.51 160 240 9.5×104 260 150 0.3 1.4 178 266 2.45×105 260 210 0.2 1.84 170 230 2.2×105 260 228 1.08 1.34 75.9 141 2.4×104 260 137 1 密度（g/cm3） 拉伸强度（MPa） 弯曲强度（MPa） 弯曲模量 (MPa) 连续使用温度 (℃) 热变形温度 (℃) 成型收缩率 (%) GR-PC (GF-40%) CR-PPS (CF-30%) GR-PPS (GF-60%) 性能 纯PPS 纤维增强PPS、PC复合材料的性能