復(fù)合材料成型工藝夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

1、復(fù)合材料成型工藝 夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)夾層結(jié)構(gòu)一般是由三層材料制成的復(fù)合材料。 夾層復(fù)合材料的上下面層是高強(qiáng)度、 高模 量材料， 中間層是較厚的輕質(zhì)材料， 玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)實(shí)際上是復(fù)合材料與其它輕質(zhì)材料的再 復(fù)合。采用夾層結(jié)構(gòu)方式是為了提高材料的有效利用率和減輕結(jié)構(gòu)重量，以梁板構(gòu)件為例， 在使用過程中， 一要滿足強(qiáng)度要求， 二要滿足剛度的需要，玻璃鋼材料的特點(diǎn)是強(qiáng)度高，模 量低。因此，用單一的玻璃鋼材料制造梁板，滿足強(qiáng)度要求時(shí)，撓度往往很大，如果按允許 撓度進(jìn)行設(shè)計(jì)， 則強(qiáng)度大大超過，造成浪費(fèi)。 只有采用夾層結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能合理的 解決這一矛盾。這也是夾層結(jié)構(gòu)得以發(fā)展的主要原因。由于玻璃鋼夾層

2、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度高，重量輕，剛度大，耐腐蝕，電絕緣及透微波等，目前已 廣泛用于航空工業(yè)和宇航工業(yè)的飛機(jī)、導(dǎo)彈、 飛船及樣板、屋面板，能大幅度的減輕建筑物 的重量和改善使用功能。 透明玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)板， 已廣泛用于寒冷地區(qū)的工業(yè)廠房、 大型公 用建筑及溫室的采光屋頂。 在造船和交通領(lǐng)域， 玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)廣泛用于玻璃鋼潛艇、 掃雷 艇、游艇中的許多構(gòu)件。 我國設(shè)計(jì)制造的玻璃鋼過街人行橋、 公路橋、 汽車和火車保溫泠藏 車等，均采用了玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)，滿足了重量輕、強(qiáng)度高、剛度大、隔熱、保溫等多性能要 求。在要求透微波的雷過罩中，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)已成為其它材料不能與之相比的專用材料。1、玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)的種類與

3、特點(diǎn) 根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)所用的芯材種類和形式不同， 玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)分為： 泡沫夾層結(jié)構(gòu)， 蜂窩 夾層結(jié)構(gòu)，梯形板夾層結(jié)構(gòu)，矩形夾層結(jié)構(gòu)和圓形夾層結(jié)構(gòu)。（ 1）泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu) 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)是采用玻璃鋼薄板作蒙皮（面板） ，泡沫塑 料做夾芯層， 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是蒙皮和泡沫塑料夾芯層粘接牢固、 受力不大和 保溫隔熱性能要求高的部件，如飛機(jī)尾翼、保溫通風(fēng)管道及樣板等。（ 2）蜂窩夾層結(jié)構(gòu) 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是采用玻璃鋼薄板作蒙皮，蜂窩材料（玻璃布蜂窩、 紙蜂窩或其它棉布及鋁蜂窩等）做夾芯層。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的重量輕，強(qiáng)度高，剛度大，多用 作結(jié)構(gòu)尺寸大、強(qiáng)度要求高的結(jié)構(gòu)件，如玻璃鋼橋的承重板、球形屋頂

4、結(jié)構(gòu)、雷達(dá)罩、反射 面、冷藏車地板及箱體結(jié)構(gòu)等。（ 3）梯形和矩形帶頭作用層結(jié)構(gòu)這種帶頭作用層結(jié)構(gòu)的面板（蒙皮）為玻璃鋼薄板，夾芯層是玻璃鋼梯形板或矩形板。 這種夾層結(jié)構(gòu)方向性強(qiáng)， 僅適用于做高強(qiáng)平板， 不宜用于 彎曲形狀的制品。（ 4）圓環(huán)形夾層結(jié)構(gòu) 它是用玻璃鋼薄板作蒙皮， 用玻璃鋼圓環(huán)做夾芯層。 這種夾層結(jié) 構(gòu)的特點(diǎn)是芯材耗量少， 強(qiáng)度比較高， 平板受力無方向性， 最適宜做采光用的透明玻璃鋼夾 層結(jié)構(gòu)板材，具有遮擋少、透光率高的特點(diǎn)。蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)（ 1）蜂窩種類 蜂窩的強(qiáng)度與選用原材料和蜂窩幾何形狀有關(guān)， 根據(jù)平面投影幾何形狀， 蜂窩夾芯材料可分為六邊形、菱形、 矩形、 正弦曲線

5、形和有加強(qiáng)帶六邊形等。 在這些蜂窩夾 芯材料中， 以加強(qiáng)帶六邊形強(qiáng)度最高，正方形蜂窩次之。 由于正六邊形蜂窩制造簡(jiǎn)單， 用料 省，強(qiáng)度也較高，故應(yīng)用最廣。（ 2）原材料 夾層結(jié)構(gòu)的蒙皮和夾芯材料種類很多，如果用鋁、鈦合金做蒙皮和芯材， 則稱為金屬夾層結(jié)構(gòu)； 用玻璃鋼薄板， 木質(zhì)膠合板和無機(jī)復(fù)合材料板做蒙皮， 用玻璃鋼蜂窩、 紙蜂窩及泡沫塑料做夾芯材料，則稱為非金屬材料夾層結(jié)構(gòu)。目前，以玻璃鋼薄板做蒙皮、 玻璃鋼蜂窩和泡沫塑料做芯材的夾層結(jié)構(gòu)應(yīng)用最廣。玻璃纖維布（增強(qiáng)材料）生產(chǎn)玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)的玻璃布分為面層布和蜂窩布兩種：面層布是經(jīng)過增強(qiáng)處理的中堿和無堿平紋 布，其厚度一般為 0.10.2mm。

6、為加強(qiáng)蒙皮和蜂窩之間的粘度強(qiáng)度，常在兩者之間加一層 短切玻璃纖維氈。 選用含蠟玻璃布做蜂窩材料， 可以防止樹脂浸透到玻璃布背面， 減少蜂窩 塊層間的粘接，有利于蜂窩成孔拉伸。紙生產(chǎn)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的紙，要求有良好的樹脂浸潤性和足夠的拉伸強(qiáng)度。粘接劑（樹脂）制造蜂窩夾層結(jié)構(gòu)用的樹脂分蒙皮用樹脂、蜂窩用樹脂和蜂窩與蒙皮粘接用樹脂。 根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)的使用條件， 可分別選用環(huán)氧樹脂、 不飽 和聚酯樹脂、酚醛樹脂、 有機(jī)硅樹脂及鄰苯二甲酸二丙烯酯等。制造蜂窩膠條時(shí)， 通常采用 環(huán)氧樹脂、 改性酚醛樹脂、聚醋酸乙烯酯膠和聚乙烯醇縮丁醛膠等。在這些膠粘劑中，環(huán)氧樹脂粘接強(qiáng)度高，改性酚醛樹脂價(jià)格低，故應(yīng)用較多。聚醋

7、酸乙烯酯膠無毒，價(jià)格便宜，可 以室溫固化， 但用此膠制造的蜂條， 不能浸聚酯膠膠液， 因?yàn)榫埘渲械谋揭蚁┠苋芙饩?醛酸乙烯，使蜂條開膠、破壞。（ 3）蜂窩夾芯制造 生產(chǎn)玻璃布夾芯材料時(shí)， 主要彩膠接拉伸法。其工藝過程是先在制 造蜂窩芯材的玻璃布上涂膠條， 然后重疊粘接成蜂窩疊塊， 固化后按需要蜂窩高度切成蜂窩 條，經(jīng)拉伸預(yù)成型，最后浸膠，固化定型成蜂窩芯材。制造蜂窩夾芯疊塊的膠條上膠法，可 以采用手械涂膠，也可以使用機(jī)械化涂膠。（ 4）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造 玻璃布蜂窩夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)分濕法和干法兩種。 干法成型 此法是先將蜂窩夾芯和面板作好， 然后再將它們粘接成夾層結(jié)構(gòu)。 為了保證芯材和面板牢

8、固 粘接，常在面板上鋪一層薄氈（浸過膠） ，鋪上蜂窩，加熱加壓，使之固化成一體。這種方 法制造的夾層結(jié)構(gòu)， 蜂芯和面板的粘接強(qiáng)度可提高到 3MPa 以上。 干法成型的優(yōu)點(diǎn)主要是產(chǎn) 品表面光滑，平整， 生產(chǎn)過程中每道工序都能及時(shí)檢查， 產(chǎn)品質(zhì)量容易保證，缺點(diǎn)是生產(chǎn)周 期長(zhǎng)。濕法成型 此法是面板和蜂窩夾芯均處于未固化狀態(tài)，在模具上一次膠接成型。生 產(chǎn)時(shí)，先在模具上制好上、下面板，然后將蜂窩條浸膠拉開，放到上、下面板之間，加壓（0.01 0.08MPa）、固化，脫模后修整成產(chǎn)品。濕法成型的優(yōu)點(diǎn)是蜂窩和面板間粘接強(qiáng)度高，生產(chǎn) 周期短，最適合于球面、 殼體等異形結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品表面質(zhì)量差，生產(chǎn)

9、過程較 難控制。泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)（ 1）原材料 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)用的原材料分為面板 （蒙皮） 材料、夾芯材料和粘接劑。面板材料 主要是用玻璃布和樹脂制成的薄板，與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)面板用的材料相同。粘 接劑 面板和夾芯材料的粘接劑，主要取決于泡沫塑料種類，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用 不飽和聚酯樹脂粘接。泡沫夾芯材料泡沫塑料的種類很多，其分類方法有兩種：一種是按樹脂基體分，可分為：聚氯乙烯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料，聚乙烯泡沫塑料，聚氨酯 泡沫塑料， 酚醛，環(huán)氧及不飽和聚酯等熱固性泡沫塑料等。 另一種是近硬度分， 可分為硬質(zhì)、 半硬質(zhì)和軟質(zhì)三種。用泡沫塑料芯材生產(chǎn)夾層結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是防寒、絕熱

10、，隔音性能好， 質(zhì)量輕，與蒙面粘接面大，能均勻傳遞荷載，抗沖擊性能好等。（ 2）泡沫塑料制造技術(shù) 生產(chǎn)泡沫塑料的發(fā)泡方法較多， 有機(jī)械發(fā)泡法、 惰性氣體混溶 減壓發(fā)泡法、 低沸點(diǎn)液體蒸發(fā)發(fā)泡法、 發(fā)泡劑分解放氣發(fā)泡法和原料組分相互反應(yīng)放氣發(fā)泡 法等。機(jī)械發(fā)泡法 利用強(qiáng)烈機(jī)械攪拌，將氣體混入到聚合物溶液、乳液或懸浮液中，形 成泡沫體，然后經(jīng)固化而獲得泡沫塑料。惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法利用惰性氣體（如氮?dú)狻⒍趸嫉龋o色、無臭、難與其它化學(xué)元素化合的原理，在高壓下壓入聚合物中，經(jīng) 升溫、減壓、使氣體膨脹發(fā)泡。低沸點(diǎn)液體蒸發(fā)發(fā)泡法將低沸點(diǎn)液體壓入聚合物中，然后加熱聚合物， 當(dāng)聚合物軟化、 液體達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)， 借助液體氣化產(chǎn)生的蒸氣壓力， 使聚合物 發(fā)泡成泡沫體?；瘜W(xué)發(fā)泡劑發(fā)泡法借助發(fā)泡劑在熱作用下分解產(chǎn)生的氣體，使聚合物體積膨脹，形成泡沫塑料。原料化學(xué)反應(yīng)發(fā)泡法此法是利用能發(fā)泡的原料組分，相互反應(yīng)放出二氧化碳或氮?dú)獾仁咕酆衔锱蛎洶l(fā)泡成泡沫體。（ 3）泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)制造 泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)的制造方法有： 預(yù)制粘接法、 現(xiàn)場(chǎng)澆注 成型法和連續(xù)機(jī)械成型法三種。預(yù)制粘接法將蒙皮和泡沫塑料芯材分別