短纤增强热塑性复合材料的制备及性能测试大型工艺实验讲义编者：韩克清袁象恺2006年4月
短纤增强热塑性复合材料 的制备及性能测试 大型工艺实验讲义 编者：韩克清 袁象恺 2006 年 4 月
热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称，国外称FRTP（FiberReinforcedThermoPlastics）。由于热塑性树脂和增强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。热塑性树脂基复合材料(FRTP)具有很多独特优点，如韧性高、耐冲击性能好、预浸料稳定、无赔存时间限制、制造周期短、耐化学性能好、吸湿率低、可重复加工等。由于热塑性复合材料有很多优于热固性玻璃钢的特殊性能，应用领域十分广泛，从国外的应用情况分析，热塑性复合材料主要用于车辆制造工业、机电工业、化工防腐及建筑工程等方面。一、实验目的1、了解短纤增强热塑性复合材料的制备技术。2、掌握短纤增强热塑性复合材料制品性能测定的主要方法。二、实验原理短纤增强复合材料是将玻璃纤维或其他纤维（长约0.2-7mm）均匀分布在热塑性树脂基体中的一种复合材料，其生产工艺一般都要经过造粒和成型两个过程，分别为挤出造粒和注射成型工艺。1、挤出造粒常用的短切玻璃纤维增强粒料制造方法有以下几种：1）短切纤维单螺杆挤出法将树脂与短切纤维按比例加入挤出机中混合，重复2一3次，造粒。对于粉状树脂，则一次造粒即可。这种方法的优点是玻璃纤维与树脂能均匀混合，可供柱塞式注射机成型，其缺点是玻璃纤维受伤程度较重，严重磨损料筒、螺杆，生产速度较慢，劳动条件差。2）单螺杆排气式挤出机回挤造粒法将长纤维增强粒料加入到单螺杆排气式挤出机中回挤一次造粒。若物料低分子挥发物少，则可用普通挤出机。这种方法的优点是可以连续化生产，劳动保护好，制品外观尚佳，质地致密。缺点是存在树脂热老化情况，粒子外观无双螺杆排气式挤出法好。这种方法国内使用较多。-
1 热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂 的总称，国外称 FRTP（Fiber Reinforced Thermo Plastics）。由于热塑性树脂和增 强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。热塑性树脂基复 合材料(FRTP)具有很多独特优点，如韧性高、耐冲击性能好、预浸料稳定、无贮 存时间限制、制造周期短、耐化学性能好、吸湿率低、可重复加工等。由于热塑 性复合材料有很多优于热固性玻璃钢的特殊性能，应用领域十分广泛，从国外的 应用情况分析，热塑性复合材料主要用于车辆制造工业、机电工业、化工防腐及 建筑工程等方面。 一、实验目的 1、了解短纤增强热塑性复合材料的制备技术。 2、掌握短纤增强热塑性复合材料制品性能测定的主要方法。 二、实验原理 短纤增强复合材料是将玻璃纤维或其他纤维（长约 0.2-7mm）均匀分布在热 塑性树脂基体中的一种复合材料，其生产工艺一般都要经过造粒和成型两个过程， 分别为挤出造粒和注射成型工艺。 1、挤出造粒 常用的短切玻璃纤维增强粒料制造方法有以下几种： 1）短切纤维单螺杆挤出法 将树脂与短切纤维按比例加入挤出机中混合，重复 2—3 次，造粒。对于粉 状树脂，则一次造粒即可。这种方法的优点是玻璃纤维与树脂能均匀混合，可供 柱塞式注射机成型，其缺点是玻璃纤维受伤程度较重，严重磨损料筒、螺杆，生 产速度较慢，劳动条件差。 2）单螺杆排气式挤出机回挤造粒法 将长纤维增强粒料加入到单螺杆排气式挤出机中回挤一次造粒。若物料低分 子挥发物少，则可用普通挤出机。这种方法的优点是可以连续化生产，劳动保护 好，制品外观尚佳，质地致密。缺点是存在树脂热老化情况，粒子外观无双螺杆 排气式挤出法好。这种方法国内使用较多
3）双螺杆排气式挤出法树脂由加料口加入，连续玻璃纤维或短切丝由进丝口直接按比例自动加进挤出机进行挤出造粒。这种方法的优点是可连续化生产，劳动保护好，粒料外观极佳、质地致密。缺点是对设备和设备材质要求很高，噪音很大，但此法是发展方向。在本实验中，将采用双螺杆排气式挤出法制备短切玻璃纤维增强PET粒料。双螺杆挤出机是在一个“。0”形机筒内，装有两根互相啮合的螺杆，如图1所示，它由机筒、螺杆、加料斗、温度控制系统、传动装置和机座组成。双螺杆挤出机的螺杆每根可以是整体，也可以加工成几段组装，其形状可以是平行式，也可以是锥形。两根螺杆的回转方向分为同向和异向。双螺杆挤出机与单螺杆挤出机相比，具有如下优点：1）由摩擦产生的热量较少：2）物料在料筒内受到的剪切比较均匀3）双螺杆的输送能力较大，挤出量比较稳定，物料在机筒内停留的时间较短，不易老化；4）机筒可以自动清洗。10图1双螺杆挤出机结构简图1-机头连接器：2-多孔板：3一机筒：4-加热器：5一螺杆：6-加料器：7一料斗：8-加料器传动装置：10一减速箱：11一电动机2
2 3）双螺杆排气式挤出法 树脂由加料口加入，连续玻璃纤维或短切丝由进丝口直接按比例自动加进挤 出机进行挤出造粒。这种方法的优点是可连续化生产，劳动保护好，粒料外观极 佳、质地致密。缺点是对设备和设备材质要求很高，噪音很大，但此法是发展方 向。 在本实验中，将采用双螺杆排气式挤出法制备短切玻璃纤维增强 PET 粒料。 双螺杆挤出机是在一个“ ”形机筒内，装有两根互相啮合的螺杆，如图 1 所示，它由机筒、螺杆、加料斗、温度控制系统、传动装置和机座组成。双螺杆 挤出机的螺杆每根可以是整体，也可以加工成几段组装，其形状可以是平行式， 也可以是锥形。两根螺杆的回转方向分为同向和异向。双螺杆挤出机与单螺杆挤 出机相比，具有如下优点： 1）由摩擦产生的热量较少； 2）物料在料筒内受到的剪切比较均匀； 3）双螺杆的输送能力较大，挤出量比较稳定，物料在机筒内停留的时间较 短，不易老化； 4）机筒可以自动清洗。 图 1 双螺杆挤出机结构简图 1－机头连接器；2－多孔板；3－机筒；4－加热器；5－螺杆；6－加料器；7－料斗；8－ 加料器传动装置；10－减速箱；11－电动机
2、注塑成型注塑成型（InjectionMolding）是聚合物加工中的重要方法之一，将固态物料在注塑机的料筒中加热塑化，并由注塑系统将熔体在高压下注入模具中成型，冷却（对塑料）或硫化（对橡胶）后取出制品，这就是注塑成型过程。用这种方法可在高生产效率下制出各类形状复杂、高质量、高精密度的制品。注塑成型的特点：能一次成型出外形复杂、尺寸精确或带有嵌件的塑料制品；对各种塑料加工的适应性强，几乎能加工所有的热塑性塑料和某些热固性塑料，包括通用塑料（如PE、PP、PVC、PS等）、工程塑料（如ABS、尼龙等）等，以及复合材料（如玻纤增强PP、玻纤增强尼龙66等）；生产效率高：易于实现自动化；所成型的制件经过很少修饰或不修饰就可满足使用要求；还能生产加填料改型的某些制品。1）纤维增强复合材料的注射成型原理纤维增强复合材料的注射成型过程主要产生物理变化。增强粒料在注射机的料筒内加热熔化至粘流态，以高压迅速注入温度较低的闭合模内，经过一段时间冷却，使物料在保持模腔形状的情况下恢复到玻璃态，然后开模取出制品。这一过程主要是加热、冷却过程，物料不发生化学变化。注射成型过程如图2所示，将粒料加入料斗5内，由注射塞6往复运动把粒料推入料简3内，依靠外部和分流梭4加热塑化，分流梭是靠金属肋和料简壁相连加热料筒，分流梭同时受热，使物料内外加热快速熔化，通过注射柱塞向前推压，使熔融态物料经过喷嘴2及模具的流道快速充满模腔，在模腔内当制品冷却到定型温度时，开模取出制品。从注射充模到开模取出制品为一个注射周期，其时间长短取决于产品尺寸大小和厚度。E沙色3
3 2、注塑成型 注塑成型（Injection Molding）是聚合物加工中的重要方法之一，将固态 物料在注塑机的料筒中加热塑化，并由注塑系统将熔体在高压下注入模具中成型， 冷却（对塑料）或硫化（对橡胶）后取出制品，这就是注塑成型过程。用这种方 法可在高生产效率下制出各类形状复杂、高质量、高精密度的制品。 注塑成型的特点：能一次成型出外形复杂、尺寸精确或带有嵌件的塑料制品； 对各种塑料加工的适应性强，几乎能加工所有的热塑性塑料和某些热固性塑料， 包括通用塑料（如 PE、PP、PVC、PS 等）、工程塑料（如 ABS、尼龙等）等， 以及复合材料（如玻纤增强 PP、玻纤增强尼龙 66 等）；生产效率高；易于实现 自动化；所成型的制件经过很少修饰或不修饰就可满足使用要求；还能生产加填 料改型的某些制品。 1）纤维增强复合材料的注射成型原理 纤维增强复合材料的注射成型过程主要产生物理变化。增强粒料在注射机的 料筒内加热熔化至粘流态，以高压迅速注入温度较低的闭合模内，经过一段时间 冷却，使物料在保持模腔形状的情况下恢复到玻璃态，然后开模取出制品。这一 过程主要是加热、冷却过程，物料不发生化学变化。 注射成型过程如图2所示，将粒料加入料斗5内，由注射塞6往复运动把粒料 推入料筒3内，依靠外部和分流梭4加热塑化，分流梭是靠金属肋和料筒壁相连， 加热料筒，分流梭同时受热，使物料内外加热快速熔化，通过注射柱塞向前推压， 使熔融态物料经过喷嘴2及模具的流道快速充满模腔，在模腔内当制品冷却到定 型温度时，开模取出制品。从注射充模到开模取出制品为一个注射周期，其时间 长短取决于产品尺寸大小和厚度
图2注射成型工艺原理示意图1一模具；2一喷嘴：3一料筒：4一分流梭：5一料斗：6一注射柱塞2）注射成型机的结构组成一台通用注射机主要包括注射装置、合模装置、液压传动系统和电器控制系统、检测安保装置等。如图3所示。注射系统液压系统锁模系统模具系统控制系统图13注塑机的基本组成部分加热套料管头配台套料槽料管螺杆料管头进料袋穴图4料筒的结构图a.注射装置（射胶系统）：主要由塑化部件（螺杆、料筒和喷嘴组成）以及料斗、计量装置、传动装置、注射和移动油缸等组成。主要作用是将塑料均匀塑化，并以足够的压力和速度将一定量的熔料注射到模具的型腔之中。b.模具、合模装置（锁模系统）：主要由前后固定模板、移动模板、连接前后固定模板用的拉杆、合模油缸、移动油缸、连杆机构、调模装置以及制品顶出装置等组成。主要作用是实现模具的启闭，在注射时保证成型模具可靠的合紧，以及脱出制品。4
4 图 2 注射成型工艺原理示意图 1－模具；2－喷嘴；3－料筒；4－分流梭；5－料斗；6－注射柱塞 2）注射成型机的结构组成 一台通用注射机主要包括注射装置、合模装置、液压传动系统和电器控制系 统、检测安保装置等。如图 3 所示。 图 13 注塑机的基本组成部分 图 4 料筒的结构图 a.注射装置（射胶系统）：主要由塑化部件（螺杆、料筒和喷嘴组成）以及 料斗、计量装置、传动装置、注射和移动油缸等组成。主要作用是将塑料均匀塑 化，并以足够的压力和速度将一定量的熔料注射到模具的型腔之中。 b.模具、合模装置（锁模系统）：主要由前后固定模板、移动模板、连接前 后固定模板用的拉杆、合模油缸、移动油缸、连杆机构、调模装置以及制品顶出 装置等组成。主要作用是实现模具的启闭，在注射时保证成型模具可靠的合紧， 以及脱出制品