复合材料液体模塑成型技术 树脂传递模塑、结构反应注射和相关的成型技术PDF电子书下载

目录 1

第1章　复合材料液体模塑成型技术绪论 1

1.1　工程背景 1

1.2　复合材料的制备技术 1

1.2.1　手糊或湿法铺覆工艺 2

1.2.2　真空袋压、真空成型和热压罐成型 2

1.2.3　模压成型 3

1.2.4　热压、冷压模塑成型 4

1.2.5　注射模塑成型 5

1.2.6　缠绕成型 5

1.2.7　拉挤成型 6

1.2.8　复合材料液体模塑成型（LCM） 6

1.3　成型技术 8

1.4　历史回顾 8

1.5　汽车制造业的选择原则 9

1.6.1　小批量生产应用 10

1.6　LCM在汽车工业中的应用 10

1.6.2 中等批量生产应用 12

1.6.3　大批量生产应用 13

1.6.4　液体模塑成型工艺的应用发展 13

1.6.5　成本 15

1.7　汽车实例研究 15

1.7.1　美国Ford Escort前端结构（1986） 15

1.7.2　美国福特四轮驱动Aerostar横梁（1987） 17

1.7.3　福特P100皮卡后挡板 18

1.7.4　福特Escort/Sierra Cosworth挡泥板 19

1.7.5　福特全顺车高顶（1994） 20

1.7.6　福特＃3横梁（1994） 21

1.8　液体模塑成型技术在航空工业的应用 23

1.8.1　飞机雷达罩 24

1.8.2　飞机螺旋桨叶片 25

1.8.3　RTM机身构件 27

1.8.4　其他航空应用 27

1.9　运输工业应用 28

1.9.1　铁路运输业应用 29

参考文献 30

第2章　成型基本原理 32

2.1 引言 32

2.2　空气的排除 32

2.3　模具周边的连续排气 33

2.4　不连续排气 35

2.5　注射-压缩 35

2.6　模具密封 36

2.8　真空辅助成型 37

2.7　蒸发排气 37

2.9　振动辅助成型 39

2.10　真空浸渍方法 39

2.11　柔性模塑成型 40

2.12　半刚性模塑成型 41

2.13　树脂膜渗透（RFI）成型 42

2.14　实用性 43

2.15　孔隙形成机理 44

2.17　纤维的浸润 48

2.16　脱气 48

2.18　夹层结构 49

2.18.1　浸渍问题 49

2.18.2　芯材的运动 49

参考文献 52

第3章　树脂体系 55

3.1　简介 55

3.2　不饱和聚酯树脂 56

3.3　引发剂体系 58

3.3.1 固化剂 58

3.3.2　室温固化配方 58

3.3.3　高温固化 60

3.3.4　复合引发剂 61

3.3.5　阻聚剂 62

3.3.6　选择树脂体系配方的其他影响因素 63

3.3.7　模具温度的影响 64

3.3.8　引发的实用性 65

3.3.9　后固化处理的影响 66

3.4　填料和添加剂 67

3.4.1 矿物填料 67

3.4.2　低收缩添加剂 69

3.5　环氧树脂 70

3.6　双马来酰亚胺树脂 74

3.7　乙烯基酯树脂 75

3.8　聚氨酯和混杂复合材料 75

3.8.1 聚氨酯 75

3.8.2　聚氨酯混杂树脂 78

3.9　芯材 79

参考文献 81

第4章　增强材料 83

4.1 引言 83

4.2　纤维 83

4.2.1　玻璃纤维 84

4.2.3　芳纶纤维 86

4.2.2　碳纤维 86

4.3　纤维表面处理 87

4.3.1　玻璃纤维 87

4.3.2　碳纤维 89

4.4　增强材料制品 90

4.4.1　短切纤维毡（CSM） 90

4.4.2　连续纤维随机毡（CFRM） 91

4.4.3　纤维织物 92

4.4.5　流动增强型织物 94

4.4.4　无波纹织物 94

4.4.6　组合织物 96

4.4.7　表面毡 96

4.5　胶黏剂 97

参考文献 99

第5章　成型设备 101

5.1　简介 101

5.2　树脂注射设备 101

5.2.1　RTM压力罐注射系统 101

5.2.2　RTM往复式空气泵 103

5.2.3　齿轮泵 108

5.2.4　RTM树脂液压输送系统 108

5.2.5　SRIM液压输送系统 109

5.3　注射和混合设备 110

5.3.1　喷嘴 111

5.3.2　注射阀 111

5.3.3　静态混合器 111

5.3.4　冲击式混合头 114

5.3.5　混合质量的评估 115

5.4　模具操作和夹紧装置 116

5.4.1 吊车及外围夹具 117

5.4.2　模具操作装置 117

5.4.3　空气袋压机 118

5.4.4　翻转式压机 119

5.4.5　往复压机 119

5.4.6　多模套模具 119

参考文献 121

5.4.7　SRIM的模具操作 121

第6章　预成型体的设计和制备 122

6.1　引言 122

6.2　设计考虑因素 122

6.2.1　力学性能 122

6.2.2　工艺要求 125

6.3　制造技术 126

6.3.1　短切纤维喷射成型 127

6.3.3　对模成型 129

6.3.2　泥浆法 129

6.3.4　编织 131

6.3.5　三维机织 134

6.3.6　针织 136

6.3.7　连续纤维铺放 137

6.3.8　刺绣工艺 139

6.4　铺敷和变形 139

6.4.1　织物的变形机理 140

6.4.2　运动学铺敷模拟 141

6.4.3　铺敷模型应用实例 147

6.4.4　铺敷模型的有效性 149

6.4.5　变形对工艺和性能的影响 154

6.4.6　其他变形模拟方法 159

6.5　术语 160

参考文献 161

7.2　增强材料渗透率测量 165

7.2.1 简介 165

7.1　引言 165

第7章　材料表征 165

7.2.2　单向流动测试 168

7.2.3　恒压式径向流动测量 170

7.2.4　恒流速径向流动测量 171

7.2.5　测试方法的比较 175

7.2.6　小结 179

7.3　增强材料的可成型性 180

7.3.1　纯剪切测试 180

7.3.2　单轴拉伸测试 183

7.3.3　半球体成型 185

7.3.4　压缩测试 186

7.3.5　弯曲测试 190

7.4　树脂的性能 191

7.4.1　流变学 192

7.4.2　热力学浸渍 193

7.4.3　固化动力学和热容 195

7.4.4　热传导测试 198

参考文献 200

附录——根据恒流速浸渍试验确定面内主渗透率 203

第8章　成型过程模拟 205

8.1　引言 205

8.2　流动模拟基本原理 206

8.3　一维流动 207

8.3.1　单向流动 207

8.3.2　径向流动 208

8.3.3　一维等温流动模拟实例 209

8.4.1　等温充模一般方程 213

8.4　二维和三维流动 213

8.4.2　渗透率张量的确定 215

8.4.3　确定压力场的数值方法 216

8.4.4　确定流动前锋扩展的方法 217

8.4.5　等温流动模拟实例 220

8.4.6　非等温流动模拟 226

8.5　讨论 233

8.6　术语 234

参考文献 235

第9章　非等温RTM工艺 238

9.1　引言 238

9.2　热循环 238

9.2.1　基本形式和加工窗口 238

9.2.2　厚度方向上的温度场 242

9.3　压力循环 244

9.4　等温浸渍过程中的压力 244

9.5　非等温浸渍过程中的压力 245

9.6　浸渍后的压力周期 246

9.6.1 浸渍后压力的控制 248

9.6.2　浸渍后的压力和构件厚度 248

9.6.3　放热前压力 249

9.6.4　树脂注射温度的影响 250

9.7　缩短非等温RTM周期 250

9.8　缩短浸渍时间 251

9.8.1　树脂的预热方法 251

9.9　凝胶和固化时间的缩短——分阶段引发RTM 255

9.10　总结 256

参考文献 257

第10章　成型过程监测与控制 259

10.1 简介 259

10.2　热监控技术 259

10.3　浸渍过程中的热监控 262

10.4　凝胶和固化过程中的热监控 263

10.5　压力监控技术 264

10.6　浸渍过程的压力监控 265

10.7　凝胶和固化过程的压力监控 267

10.8　介电监控 268

10.9　其他方法 271

10.9.1　电化学监控 271

10.9.2　热敏电阻 272

10.9.3　损耗波传感 273

10.9.4　声发射技术 274

10.10　模内工艺控制（IPC）的数据采集 274

10.11.1　充模和固化的监测 276

10.11 模内工艺控制（IPC）方法 276

10.11.2　工艺过程中的质量控制 277

10.11.3　成型过程监控 277

参考文献 278

第11章　模具设计 280

11.1　简介 280

11.2　影响模具结构的因素 280

11.3　模具的选择 281

11.4.1　柔性模具 282

11.4　模具材料 282

11.4.2　聚合物基复合材料模具 283

11.4.3　锌合金模具 285

11.4.4　金属喷涂模具 285

11.4.5　陶瓷模具 286

11.4.6　整体石墨模具 287

11.4.7　镍壳模具 288

11.4.8　整体金属模具 290

11.4.9　装配式金属模具 292

11.5　模具设计过程 292

11.5.1　热设计 292

11.5.2　流道设计 297

11.5.3　模具维护 302

11.6　壳模 306

11.6.1　壳模设计 307

11.6.2　镍壳制造设计的考虑因素 307

11.6.3　支撑框架 308

参考文献 309

12.1 简介 310

12.2　脱模 310

第12章　实施方案 310

12.2.1 内脱模剂 311

12.2.2　外脱模剂 312

12.2.3　脱模性能评估 313

12.3　健康和安全问题 317

12.3.1　苯乙烯的挥发 318

12.3.3　聚氨酯树脂 319

12.3.2　环氧树脂 319

12.3.4　增强材料 320

12.3.5　修整 320

12.4 回收利用和液体模塑成型 320

12.4.1　机械回收利用 321

12.4.2　化学回收利用 321

12.4.3　热回收利用 322

12.4.4 回收纤维增强材料在液体模塑中的应用 323

参考文献 324

第13章　LCM技术成本分析 326

13.1　概述 326

13.2　方法和模型的建立 326

13.2.1 简介 326

13.2.2　可变成本因素 328

13.2.3　固定成本因素 329

13.2.4 固定成本和可变成本小结 333

13.2.5 工艺参数 333

13.2.6　回收再利用 334

13.2.7　技术成本分析小结 337

13.3　实例研究 338

13.3.1 简介 338

13.3.2　钢材实例 338

13.3.3　RTM横梁 339

13.3.4　对比分析 339

13.4　结论 340

参考文献 341