《复合材料工艺与设备》课程教学课件（讲稿）第十章 热塑性片状模塑料及其制品冲压成型工艺及设备

第士章热塑性片状模塑料及其制品冲压成型工艺及设备武汉理工大学精品课程

第十章 热塑性片状模塑料及其制品冲 压成型工艺及设备

第一节概述1定义和特点热塑性复合材料是以连续玻璃纤维毡、短切玻璃纤维钻、布、无捻粗纱和热塑性树脂复合而成的一种片状模塑料。与热固性片状模塑料相似，借助金属对模、压机、冲压成型各种制品，所不同的是热固性片状模塑料是热压成型，热塑性片状模塑料则采用料片预热，冲压成型。热塑性片状模塑料制品的特性：比强度高。能重复加工成型，不污染环境，降低成本。成型周期短。成型压力小。贮存期长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。①武汉理工大牌精品课程

第一节 概述 • 1 定义和特点 • 热塑性复合材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。 • 与热固性片状模塑料相似，借助金属对模、压机、冲 压成型各种制品，所不同的是热固性片状模塑料是热 压成型，热塑性片状模塑料则采用料片预热，冲压成 型。 • 热塑性片状模塑料制品的特性： • 比强度高。 • 能重复加工成型，不污染环境，降低成本。 • 成型周期短。 • 成型压力小。 • 贮存期长。 • 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

第一节概述原料来源充足，价格便宜。成本低。机械化程度高。与注射成型热塑性复合材料相比：具有较高的强度和刚度。抗冲击性能好。产品尺寸精度高。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成型压力小，对模具和压机的要求较注射成型工艺低与钢材比：质量轻，密度小。耐腐蚀，不生锈，使用寿命长形状设计自由度大。能一次成型形状较复杂的制品武汉理工大学精品课程

第一节 概述 • 原料来源充足，价格便宜。 • 成本低。 • 机械化程度高。 • 与注射成型热塑性复合材料相比： • 具有较高的强度和刚度。 • 抗冲击性能好。 • 产品尺寸精度高。 • 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。 • 成型压力小，对模具和压机的要求较注射成型工艺低。 • 与钢材比： • 质量轻，密度小。 • 耐腐蚀，不生锈，使用寿命长。 • 形状设计自由度大。能一次成型形状较复杂的制品

第一节概述在破坏极限强度内不产生塑性变形，吸收撞击能高。工业化生产投资少。2纤维增强热塑性复合材料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。1）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PEEK、PEK、PPS等高性能树脂等。矿究较成熟的是碳纤维增强聚苯硫醚，碳纤维或玻璃红维增强聚碳酸酯复合材料。武汉理工大乐精品课程

第一节 概述 • 在破坏极限强度内不产生塑性变形，吸收撞击能高。 • 工业化生产投资少。 • 2 纤维增强热塑性复合材料的基本性能 • 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。 • 1）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PEEK、PEK、PPS等高性能树脂等。研 究较成熟的是碳纤维增强聚苯硫醚，碳纤维或玻璃纤 维增强聚碳酸酯复合材料

第一节概述。纤维增强聚苯硫醚聚碳酸酯热塑性复合材料性能性能纯PPSGR--PC(GF--GR--PPS(GF-CR--PPS(CF--30%)40%)60%)1.341.841.41.51密度（g/cm2)75.9170178160拉伸强度（MPa)141230266240弯曲强度（MPa)弯曲模量（MPa)2.2×1042.45×1042.4×1049.5×104260260260260连续使用温度（℃）137228210150热变形温度（℃）（1.86MPa)0.080.20.3成型收缩率（%）A武汉理工大学精品课程

第一节 概述 • 纤维增强聚苯硫醚聚碳酸酯热塑性复合材料性能 性能 纯PPS GR-PPS(GF- 60%) CR-PPS(CF- 30%) GR-PC(GF- 40%) 密度（g/cm2) 1.34 1.84 1.4 1.51 拉伸强度(MPa) 75.9 170 178 160 弯曲强度(MPa) 141 230 266 240 弯曲模量(MPa) 2.4×104 2.2×104 2.45×104 9.5×104 连续使用温度(℃）260 260 260 260 热变形温度(℃） （1.86MPa） 137 228 210 150 成型收缩率（%） 1 0.08 0.2 0.3

第一节概述2）通用型热塑性复合材料通用型热塑性复合材料是指以玻璃纤维增强聚内烯、聚乙烯尼龙等。其模塑料的性能与聚酯复合材料比较如下图性能尼龙6聚丙烯G聚丙烯注不饱和聚不饱和聚酯高密度聚乙烯GF--F--40%射制品GF酯（SMC（波纤维）材料GF--3030%--30%GF--30%GF--28%%1.22.0密度（g/cm2）1.461.111.191.611355959016580拉伸强度（MPa）8×104拉伸模量（MPa）7.6×1044.2×1046.9×1041.1×10419518017067135170弯曲强度（MPa）8×104弯曲模量（MPa）7.5×1043.5×1048.0×1044.5×1041.3×104193118157145127热变形温度（℃）（1.86MPa)141220180.96冲击强度（J/cm2）武汉理工大学精品课程

第一节 概述 • 2）通用型热塑性复合材料 • 通用型热塑性复合材料是指以玻璃纤维增强聚丙烯、聚 乙烯尼龙等。其模塑料的性能与聚酯复合材料比较如下 图 性能 材料 尼龙6 GF-30 % 高密度聚 乙烯GF- 30% 聚丙烯G F-40% 聚丙烯注 射制品GF -30% 不饱和聚 酯（SMC） GF-30% 不饱和聚酯 （波纤维） GF-28% 密度（g/cm2) 1.46 1.11 1.19 1.2 2.0 1.6 拉伸强度(MPa) 113 55 165 80 95 90 拉伸模量(MPa) 7.6×104 4.2×104 6.9×104 1.1×104 8×104 弯曲强度(MPa) 170 67 195 135 170 180 弯曲模量(MPa) 7.5×104 3.5×104 8.0×104 4.5×104 1.3×104 8×104 热变形温度(℃） （1.86MPa） 193 118 157 145 127 冲击强度（J/cm2) 20 18 14 0.9 6 12

第一节概述3发展和应用60年代以来，美国PPG公司首先研究成功用连续玻璃纤维钻和熔融聚丙烯树脂，采取挤压法复合成功热塑性片状模塑料，与1972年实现工业化生产，国际市场上称为AZDEL冲压片材。进入80年代，法国Arjomari公司利用造纸原理，研究成功湿法生产聚丙烯玻璃纤维热塑性冲压片材，欧洲市场称为GMT片材。由于聚内烯玻纤片状模塑料的密度小，强度高，能在40℃~120℃温度范围内使用，抗冲击性能好几成本低等特点，用途广泛，发展很快。连续纤维增强热塑性片状模塑料的用途非常广汽。它可以用来取代钢板铝合金板、不锈钢。一般来讲，凡是热固性SMC能用的地方，都可以用它代替。武汉理工大案精品课程

第一节 概述 • 3 发展和应用 • 60年代以来，美国PPG公司首先研究成功用连续玻璃 纤维毡和熔融聚丙烯树脂，采取挤压法复合成功热塑 性片状模塑料，与1972年实现工业化生产，国际市场 上称为AZDEL冲压片材。 • 进入80年代，法国Arjomari公司利用造纸原理，研究 成功湿法生产聚丙烯玻璃纤维热塑性冲压片材，欧洲 市场称为GMT片材。 • 由于聚丙烯玻纤片状模塑料的密度小，强度高，能在- 40℃~120℃温度范围内使用，抗冲击性能好几成本低 等特点，用途广泛，发展很快。 • 连续纤维增强热塑性片状模塑料的用途非常广泛。它 可以用来取代钢板铝合金板、不锈钢。一般来讲，凡 是热固性SMC能用的地方，都可以用它代替

第二节热塑性片状模塑料的生产工艺及设备热塑性片状模塑料的生产方法可归纳为湿法和工法两大类层个法1一分散法热翻性片状模料制造方法永分散法装法WT达海家分取[图13-1热塑性片状模塑料制造方法武汉理工大精品课程6

第二节 热塑性片状模塑料的生产工艺及设备 • 热塑性片状模塑料的生产方法可归纳为湿法和干法两 大类

第二节热塑性片状模塑料的生产工艺及设备1原材料生产热塑性片状模塑料的原材料主要是树脂和增强材料：1）树脂主要用聚丙烯或者改性聚丙烯生产片状模塑料。其优点多：密度小0.9g/cm3抗冲击性好可以在-40℃~100℃温度范围内使用工艺性好2）增强材料国外主要用无碱玻璃纤维，国内则根据要求选择中碱或者无碱纤维。武汉理工大精品课程

第二节 热塑性片状模塑料的生产工艺及设备 • 1 原材料 • 生产热塑性片状模塑料的原材料主要是树脂和增强材 料 • 1）树脂 • 主要用聚丙烯或者改性聚丙烯生产片状模塑料。其优 点多： • 密度小0.9g/cm3 • 抗冲击性好 • 可以在-40℃~100℃温度范围内使用 • 工艺性好 • 2）增强材料 • 国外主要用无碱玻璃纤维，国内则根据要求选择中碱 或者无碱纤维

第二节热塑性片状模塑料的生产工艺及设备根据美国PPG公司的经验，用于生产聚内烯片状模塑料的玻璃纤维浸润剂配方如下，能够是聚内烯和玻璃纤维界面牢固地粘接在一起。材料化学名称质量%偶联剂乙烯基三-β甲氧基乙4氧基硅烷醋酸PH调节剂1.5aa双特丁基过氧游离基引发剂化异丙苯0.85非离子表面活性剂异辛基苯基聚乙氧基醇润滑剂0.005Emerylobe水93.5武汉理工大学精品课程

第二节 热塑性片状模塑料的生产工艺及设备 • 根据美国PPG公司的经验，用于生产聚丙烯片状模塑料 的玻璃纤维浸润剂配方如下，能够是聚丙烯和玻璃纤维 界面牢固地粘接在一起。 材料 化学名称 质量% 偶联剂 乙烯基三-β甲氧基乙 氧基硅烷 4 PH调节剂 醋酸 1 游离基引发剂 αα’双特丁基过氧 化异丙苯 1.5 非离子表面活性剂 异辛基苯基聚乙氧基 醇 0.85 润滑剂 Emerylobe 0.005 水 93.5