第一章复合材料工艺及设备（图表部分）教学参考资料武汉理工大学精品课程-
1 第一章 复合材料工艺及设备（图表部分） 教学参考资料 武汉理工大学精品课程
表1-1为几种主要成型工艺的特点及条件，供选择成型方法时参考表1-1主要成型工艺比较适应成型温成型成型成型压力模具形式度产量优点缺点工艺周期及材质(MPa)个/月(℃)1.产量及产品尺寸1.操作技术要求不受限制高，质量稳定性手差单模，木2.操作简便，投资糊20~30min接触压力模，玻璃钢少.成本低25~402.产品只能单面成~24h500模，水泥模光法3.合理使用增强材型料，在任意部位增3.生产效率低厚4.劳动条件差1.操作技术要求1.产品两面光洁袋高2.适用于中等产量压阴模、玻璃30min20~10.1~0.525~403.模具费低2.生产效率低成~24h钢模、木模2004.产品质量优于手3.不适用于大制型品糊1.生产效率较手糊高喷1.强度低2.尺寸大小不受限射单模、玻璃2.产品单面光洁100~30min20~40接触压力制，适用大产品成~24h钢模、木模10003.劳动条件差3.设备简单，可现型4.操作技术高场施工4.产品整体性好树玻璃钢对1.产品两面光洁1.模具要求高，使4min200~脂0.1~0.5用寿命短20~40模、镀金属2.适用中批量生产~2000注3.模具设备费低玻璃钢对2.纤维含量低30min2
2 表 1-1 为几种主要成型工艺的特点及条件，供选择成型方法时参考 表 1-1 主要成型工艺比较 成型 工艺 成型温 度 （℃） 成型 周期 成型压力 （MPa） 模具形式 及材质 适应 产量 个/月 优 点 缺 点 手 糊 成 型 25～40 30min ～24h 接触压力 单 模 ， 木 模，玻璃钢 模，水泥模 20 ～ 500 1.产量及产品尺寸 不受限制 2.操作简便，投资 少.成本低 3.合理使用增强材 料，在任意部位增 厚 1.操作技术要求 高，质量稳定性 差 2.产品只能单面 光法 3.生产效率低 4.劳动条件差 袋 压 成 型 25～40 30min ～24h 0.1～0.5 阴模、玻璃 钢模、木模 20 ～ 200 1.产品两面光洁 2.适用于中等产量 3.模具费低 4.产品质量优于手 糊 1.操作技术要求 高 2.生产效率低 3.不适用于大制 品 喷 射 成 型 20～40 30min ～24h 接触压力 单模、玻璃 钢模、木模 100～ 1000 1.生产效率较手糊 高 2.尺寸大小不受限 制，适用大产品 3.设备简单，可现 场施工 4.产品整体性好 1.强度低 2.产品单面光洁 3.劳动条件差 4.操作技术高 树 脂 注 20～40 4min ～ 30min 0.1～0.5 玻 璃 钢 对 模、镀金属 玻 璃 钢 对 200～ 2000 1.产品两面光洁 2.适用中批量生产 3.模具设备费低 1.模具要求高，使 用寿命短 2.纤维含量低
模射3.产品强度低4.能成型形状复杂制品成型1.适于大比量生产1.设备费用大模2.产品质量均匀2.模具质量要求4min压3.制品外观质量高100~100～3~20金属模~成1702000高，尺寸精度高3.不适于小批量30min型4.可成型复杂形状生产产品4.成型压力大根据缠1.设备投资大产品1.充分发挥玻璃纤绕由缠绕20~2.仅限于生产回名模、钢模尺寸维强度成100张力决定转体产品、管大小2.产品强度高等型面异连大批1.生科效率高连续1.设备投资大续量定80~0.02~连续成型出产2.质量稳定2.只能生产板或机组成0.2型产130品线型制品3.产品长度不限型品1.生产效率高离1.设备投资大2.制品外表光洁10min2.模具要求高心大批80~0.15~金属模3.可加砂、成本低~量成0.281003.只限于回转体80min4.制品质量高、刚型管、年产品度大表1-2为主要成型方法的技术经济比较表 1-2主要成型方法的技术经济分析制品强设备投生产效工人技术要技术复杂程重复生产可成型方法求度资率度能性3
3 射 成 型 模 4.能成型形状复杂 制品 3.产品强度低 模 压 成 型 100 ～ 170 4min ～ 30min 3～20 金属模 100～ 2000 1.适于大比量生产 2.产品质量均匀 3. 制 品 外 观 质 量 高，尺寸精度高 4.可成型复杂形状 产品 1.设备费用大 2.模具质量要求 高 3.不适于小批量 生产 4.成型压力大 缠 绕 成 型 20 ～ 100 由缠绕 张力决定 名模、钢模 根 据 产 品 尺 寸 大 小 面异 1.充分发挥玻璃纤 维强度 2.产品强度高 1.设备投资大 2.仅限于生产回 转体产品、管缶 等 连 续 成 型 80 ～ 130 连续 出产 品 0.02～ 0.2 连 续 成 型 机组 大 批 量 定 型 产 品 1.生科效率高 2.质量稳定 3.产品长度不限 1.设备投资大 2.只能生产板或 线型制品 离 心 成 型 80 ～ 100 10min ～ 80min 0.15～ 0.28 金属模 大 批 量 1.生产效率高 2.制品外表光洁 3.可加砂、成本低 4.制品质量高、刚 度大 1.设备投资大 2.模具要求高 3.只限于回转体 管、缶产品 表 1-2 为主要成型方法的技术经济比较。 表 1-2 主要成型方法的技术经济分析 成型方法 设备投 资 生产效 率 制品强 度 工人技术要 求 技术复杂程 度 重复生产可 能性
手糊成型11310101袋压成型36737444110101喷射成型88755模压成型86610449缠绕成型51010110连续成型1注：1—最低；10—最高。表1-3顺酐型通用不饱和聚酯树脂说明牌号生产厂主要成份顺酐、苯酐、乙二醇301303顺酐、苯酐、乙二醇、一缩乙二醇306顺酐、苯酐、乙二醇、环已醇307顺酐、苯酐、丙二醇上海新华314顺酐、苯酐、乙二醇、丁醇柔韧性3193顺酐、苯酐、乙二醇、已二酸树脂厂3196顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇3198顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇顺酐含量高701(188)顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇702(189)顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇703(405)顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇、触变性常州建材光稳定性253厂781(191)二氧化硅721(196)顺酐、苯酐、丙二醇、2羟基4苯酮柔性802(182)711(198)顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇712(199)顺酐、苯酐、一缩乙二醇耐温性
4 手糊成型 1 1 3 10 10 1 袋压成型 3 3 6 7 7 4 喷射成型 4 4 1 10 10 1 模压成型 8 8 7 5 5 8 缠绕成型 6 6 10 4 4 9 连续成型 10 10 5 1 1 10 注：1—最低；10—最高。 表 1-3 顺酐型通用不饱和聚酯树脂 牌号 主要成份 说明 生产厂 301 303 306 307 314 3193 3196 3198 顺酐、苯酐、乙二醇 顺酐、苯酐、乙二醇、一缩乙二醇 顺酐、苯酐、乙二醇、环已醇 顺酐、苯酐、丙二醇 顺酐、苯酐、乙二醇、丁醇 顺酐、苯酐、乙二醇、已二酸 顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇 顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇 柔韧性 顺酐含量高 上海新华 树脂厂 701（188） 702（189） 703（405） 781（191） 721（196） 802（182） 711（198） 712（199） 顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇 顺酐、苯酐、醋酐、乙二醇 顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇、 二氧化硅 顺酐、苯酐、丙二醇、2 羟基—4 苯酮 顺酐、苯酐、丙二醇、一缩乙二醇 顺酐、苯酐、一缩乙二醇 触变性 光稳定性 柔性 耐温性 常州建材 253 厂
顺酐、苯酐、丙二醇反丁烯二酸、间苯二甲酸、丙二醇苯酐、顺酐、醋酐、乙二醇天津合成306A苯酐、顺酐、丙二醇、一缩乙二醇、材料厂306—2环已醇顺酐、乙二醇、HeT酸酐*自熄性317顺酐、乙二醇、NA酸酐上海新华NA酐型耐热性树脂厂顺酐、乙二醇、双酚A一环氧丙烷323耐化学性加成物顺酐、乙二醇、双酚A一环氧丙烷加成物771(197)耐化学性顺酐、乙二醇、HeT酸酐自熄性常州建材731(301)顺酐、苯酐、乙二醇、氯化石蜡、自熄性253玫736(326)氧化锑胶衣树脂901(33)顺酐、问苯二甲酸、丙二醇、一缩乙二醇表1-4常用的胺类固化剂胺当参考名称结构式固化条件沸点℃性能量用量有刺激性臭味，固化反应放热量大，25℃/一周；乙二胺适用期短，固化后1166~8HaHCHaCH2NH215.080℃/3小时树脂机械强度和热变形温度都较低。二乙烯有刺激性，反应热25℃/一周；H2NCH,CH.NHCH.CH28~20.6208三胺NH2100℃/30分大适用期短，固化105
5 顺酐、苯酐、丙二醇 反丁烯二酸、间苯二甲酸、丙二醇 306A 306—2 苯酐、顺酐、醋酐、乙二醇 苯酐、顺酐、丙二醇、一缩乙二醇、 环已醇 天津合成 材料厂 317 NA 酐型 323 顺酐、乙二醇、HeT 酸酐* 顺酐、乙二醇、NA 酸酐 顺酐、乙二醇、双酚 A—环氧丙烷 加成物 自熄性 耐热性 耐化学性 上海新华 树脂厂 771（197） 731（301） 736（326） 901（33） 顺酐、乙二醇、双酚 A—环氧丙烷 加成物 顺酐、乙二醇、HeT 酸酐 顺酐、苯酐、乙二醇、氯化石蜡、 氧化锑 顺酐、问苯二甲酸、丙二醇、一缩 乙二醇 耐化学性 自熄性 自熄性 胶衣树脂 常州建材 253 玫 表 1-4 常用的胺类固化剂 名称 结构式 胺当 量 固化条件 沸点℃ 性能 参考 用量 乙二胺 HaHCHaCH2NH2 15.0 25℃/—周； 80℃/3 小时 116 有刺激性臭味，固 化反应放热量大， 适用期短，固化后 树脂机械强度和热 变形温度都较低。 6～8 二乙烯 三胺 H2NCHaCHaNHCHaCH2 NH2 20.6 25℃/一周； 100℃/30 分 208 有刺激性，反应热 大适用期短，固化 8 ～ 10
后的树脂耐化学药品性较好。毒性较二乙烯三胺二乙烯25℃/一周10~HaN[(CHa)2NH]26624.6低12四胺100℃/30分(CH.)NH2二乙烯25℃/一周性能近于三乙烯四12 ~HaN[(CHa)aNH]a27.6340胺五胺15100℃/30分(CHa)2NH2多乙烯25℃/一周14 ~N,H[(CHa),NH]),多胺100℃/30分(CH2)NH1615 ~有毒已二胺2939同乙二胺NHa(CH2)6NH216不加热使用寿命长H2N—C—NH—CN双氰145~165℃/2-4小21达几年，加热，反6~7NH时胺应很快。一NH2熔点间苯二耐热，耐腐蚀性好，80℃/3~4小时(℃)5014~胺150℃/2小时但要加热固化。NH263CH2NH2熔点毒性小，用量大，间苯二25℃/14天；(℃)可使树脂少用稀释3418~甲胺80~100℃/4小时剂CH2NH212β一羟25℃/7天；乙基乙80℃~100℃/3小毒性低易吸水16~288NH2CH2CH2NHCH2CH2OH34.7时二胺188~三乙醇190(HO C2H4) 2N易吸水10~100~120℃/4小时胺10mmHgC
6 后的树脂耐化学药 品性较好。 二乙烯 四胺 HaN[(CHa)2NH]2 (CHa)NH2 24.6 25℃/一周 100℃/30 分 266 毒性较二乙烯三胺 低 10 ～ 12 二乙烯 五胺 HaN[(CHa)aNH]a (CHa)2NH2 27.6 25℃/一周 100℃/30 分 340 性能近于三乙烯四 胺 12 ～ 15 多乙烯 多胺 NaH[(CHa)aNH]n (CH2)2NHa 25℃/一周 100℃/30 分 14 ～ 16 已二胺 NHa(CH2)6NH2 29 同乙二胺 39 有毒 15 ～ 16 双氰 胺 H2N C NH NH CN 21 145～165℃/2-4 小 时 不加热使用寿命长 达几年，加热，反 应很快。 6～7 间苯二 胺 NH2 NH2 50 80℃/3～4 小时 150℃/2 小时 熔点 （℃） 63 耐热，耐腐蚀性好， 但要加热固化。 14～ 间苯二 甲胺 CH2NH2 CH2NH2 34 25℃/14 天； 80～100℃/4 小时 熔点 （℃） 12 毒性小，用量大， 可使树脂少用稀释 剂 18～ β—羟 乙基乙 二胺 NH2CH2CH2NHCH2CH2OH 34.7 25℃/7 天； 80℃ ～100℃/3 小 时 288 毒性低易吸水 16～ 三乙醇 胺 （HO C2H4）2N 100～120℃/4 小时 188～ 190 10mm Hg 易吸水 10～
表1-5设备数量金额（元）1台干燥装置6.0万1 台提升机（0.5吨）0.9万2 台树脂容器1.5万2 台树脂混合器0.9万1套自动输送装置21.0万2套通风设备6.0万模具30套13.5万1套其它设备9.0万740米2车间面积102.0万水、电、气配管36.0万一合计246.24万注：不包括锅炉费用例2、年产600艘丈一35渔船的手糊工艺车间设计请看表1-6表1-6设备金额概算设备规格数量金额（元）固化炉36m22座17600风机2台4940m2/h50001 台微型喷射成型机200001 台喷涂机械45001 台微型手提式切割机15001 台微型手提式打磨抛光机20001 台车床C620型3500钻床1 台650Z51227
7 表 1-5 设 备 数 量 金额（元） 干燥装置 1 台 6.0 万 提升机（0.5 吨） 1 台 0.9 万 树脂容器 2 台 1.5 万 树脂混合器 2 台 0.9 万 自动输送装置 1 套 21.0 万 通风设备 2 套 6.0 万 模具 30 套 13.5 万 其它设备 1 套 9.0 万 车间面积 740 米 2 102.0 万 水、电、气配管 — 36.0 万 合 计 246.24 万 注：不包括锅炉费用 例 2、年产 600 艘丈—35 渔船的手糊工艺车间设计请看表 1-6 表 1-6 设备金额概算 设 备 规 格 数 量 金额（元） 固化炉 36m2 2 座 17600 风机 4940m2 /h 2 台 5000 微型喷射成型机 1 台 20000 喷涂机械 1 台 4500 微型手提式切割机 1 台 1500 微型手提式打磨抛光机 1 台 2000 车床 C620 型 1 台 3500 钻床 Z512—2 1 台 650
1 台木工多用刨床8001 台112型空气压缩机20001 台砂轮机S3ST250型4001 辆电平车2DB型85002 台磅称10002辆固化运输车1000模具4套10000胶轮小推车2辆400台钳51 台1002 台手提式电站300其它7276车间面积1356M?254151不可预见费17336合计364058注：不包括炉锅费用根据武汉地区单层厂房建筑费用，6米柱顶厂房建筑费用为200元/米2，4米柱顶按150元/米2计算。1.生产用房投资生产用房面积设计为972MP，其投资金额=200×972=194400元。2.生产用房和辅助用房投资生产用房设计面积为240M，辅助用房设计面积为144M，其投资金额=150>（240+144）=57600元。则车间建筑面积总投资金额=19400+57600=252000元3.完工场地清理费用=2000元4.施工单位机构转移费=2000元则车间建筑工程总投资金额=252000+151+2000=254151元8
8 木工多用刨床 1 台 800 空气压缩机 112 型 1 台 2000 砂轮机 S3ST—250 型 1 台 400 电平车 2DB 型 1 辆 8500 磅称 2 台 1000 固化运输车 2 辆 1000 模具 4 套 10000 胶轮小推车 2 辆 400 台钳 5 1 台 100 手提式电站 2 台 300 其它 7276 车间面积 1356M2 254151 不可预见费 17336 合计 364058 注：不包括炉锅费用 根据武汉地区单层厂房建筑费用，6 米柱顶厂房建筑费用为 200 元/米 2，4 米柱顶按 150 元/米 2计算。 1. 生产用房投资 生产用房面积设计为 972M2，其投资金额=200×972=194400 元。 2. 生产用房和辅助用房投资 生产用房设计面积为 240M2，辅助用房设计面积为 144M2，其投资金额=150× （240+144）=57600 元。 则车间建筑面积总投资金额=19400+57600=252000 元 3. 完工场地清理费用=2000 元 4. 施工单位机构转移费=2000 元 则车间建筑工程总投资金额=252000+151+2000=254151 元
（二）设备投资费用器具费用表1-7主要设备的概算单位编号数量单价（元）设备名称金额（元）座2固化炉18800176002台2风机25005000台31微型喷射成型机2000020000台14喷涂机构45004500台15微型手提式切割机15001500微型手提式打磨抛光台6120002000机台7车床135003500钻床台18650650台91木工多用刨床800800台空气压缩机11020002000台111砂轮机400400辆112电平车85008500台磅称2135001000辆214固化运输车5001000套模具415250010000辆216胶轮小推车200400台台钳117100100台218手提式电钻150300合计79250设备备件费用=79250×3%=2378元设备运输费用=（79250+2378）×6%=4898元9
9 （二）设备投资费用器具费用 表 1-7 主要设备的概算 编号 设备名称 单位 数量 单价（元） 金额（元） 1 固化炉 座 2 8800 17600 2 风机 台 2 2500 5000 3 微型喷射成型机 台 1 20000 20000 4 喷涂机构 台 1 4500 4500 5 微型手提式切割机 台 1 1500 1500 6 微型手提式打磨抛光 机 台 1 2000 2000 7 车床 台 1 3500 3500 8 钻床 台 1 650 650 9 木工多用刨床 台 1 800 800 10 空气压缩机 台 1 2000 2000 11 砂轮机 台 1 400 400 12 电平车 辆 1 8500 8500 13 磅称 台 2 500 1000 14 固化运输车 辆 2 500 1000 15 模具 套 4 2500 10000 16 胶轮小推车 辆 2 200 400 17 台钳 台 1 100 100 18 手提式电钻 台 2 150 300 合计 79250 设备备件费用=79250×3%=2378 元 设备运输费用=（79250+2378）×6%=4898 元
酚醛树脂的重量比为7：3的条件下进行。为了探求酚醛（锌）树脂用量的与t的关系，其结果见图1-1和图1-2.影响，试验了环氧：酚醛=6：4时P、1-P不同温度下固化过程中不溶性树脂生成速度常数见表1-8。由表1-8可以看到，酚醛（锌）树脂用量越大，不溶性树脂生在速度常数也越大。当环氧：酚醛由7：3增至6：4时，K增加一倍左右。8660%P1902005034005026007:0分图1-1环氧：酚醛（锌）7*=6：4时不溶性树脂含量与时间的关系1-120℃；2-140℃；3-160℃3100200300400500600700t，分1图1-2环氧：酚醛（锌）=6：4时固化过程中和时间的关系1-P1-120℃;2-140℃;3-160℃10
10 酚醛树脂的重量比为 7∶3 的条件下进行。为了探求酚醛（锌）树脂用量的 影响，试验了环氧：酚醛=6∶4 时 P、 1 P 1− 与 t 的关系，其结果见图 1-1 和图 1-2。 不同温度下固化过程中不溶性树脂生成速度常数见表 1-8。由表 1-8 可以看到， 酚醛（锌）树脂用量越大，不溶性树脂生在速度常数也越大。当环氧∶酚醛由 7∶3 增至 6∶4 时，K 增加一倍左右。 图 1-1 环氧∶酚醛（锌）7*=6∶4 时不溶性树脂含量与时间的关系 1-120℃；2-140℃；3-160℃ 图 1-2 环氧∶酚醛（锌）=6∶4 时固化过程中 1 P 1− 和时间的关系 1-120℃；2-140℃；3-160℃