优化工艺，打造优质复合材料层压成型

1.实验目的

（1）进行预浸布和层压板生产工艺操作训练，掌握层压板制作过程的技术要点。

（2）了解纤维织物铺层方式对层压板性能的影响。

2.实验原理

层压成型是把一定层数的浸胶布（纸）叠在一起送入多层液压机，在一定的温度和压力下将其压制成板材的工艺。层压成型工艺属于干法压力成型范畴，是一种主要的制备复合材料的成型工艺。目前，国内外平板绝缘材料基本上是采用层压成型工艺生产的。不同层压方式可以生产不同用途的板材和大型结构的平行试样，用此工艺生产的复合材料制品还有印刷电路敷铜板、纺织器材、管材、鱼竿、木材三合板和五合板等。

层压工艺采用的树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂，其基本流程工艺如下：玻璃织物高温脱蜡→偶联剂处理→烘干→浸胶→烘至B阶段→收卷→剪裁→预浸布→铺层→层压→脱模修边。

层与层之间完全靠加温加压固化的树脂粘在一起，从而形成具有一定厚度的板。生产中除温度、压力外，预浸布中树脂含量也是一个重要影响因素。

浸胶织物的用量可用下式计算：

式中，m为浸胶织物的质量（g）；ρ为层压板的密度（g／cm3）；A为层压板的面积（cm2）；h为层压板预定厚度（cm）。

3.实验设备及器材

浸胶机、层压机（油压机）、不锈钢薄板、树脂、玻璃布等。

浸胶机如图4-5所示，包括布架、脱蜡炉、偶联剂浸槽、烘干炉、浸胶槽、控胶辊、烘干炉、收卷架等八部分。

图4-5　玻璃布浸胶机示意图

若没有浸胶机，亦可用手工法浸胶。其方法是将玻璃织物剪成一定大小的方块，然后高温脱蜡，浸偶联剂，晾干或烘干。将其放在胶槽中浸透树脂，然后用圆管夹住玻璃织物，再将玻璃织物提抽而过，最后烘至B阶段，待用。这样做的缺点是预浸织物含胶量不均匀。

4.实验步骤

1）制作预浸布

（1）选择玻璃布。国内的玻璃布分有碱和无碱两种，制层压板的多是无碱玻璃布。玻璃布按其规格分号，牌号越大，厚度和面密度也越大，例如13号布的单位面积质量为160 g／m2，18号布的单位面积质量为240 g／m2，注意玻璃布的经纬密度。布宽有900 mm和1 200 mm等多种。

（2）配置偶联剂水溶液。一般偶联剂溶液的浓度为1‰～3‰。如是酚醛树脂，则偶联剂选用KH-550；如是环氧树脂则用KH-550或KH-560作偶联剂；如是不饱和聚酯树脂，偶联剂最好用KH-570，一定不能用KH-550。

（3）配制树脂。树脂要有明显的B阶段，并且将预浸布在常温下存放5～7天。这里提供三个配方供学生选用：①氨酚醛树脂的乙醇溶液，胶含量为60%。②环氧树脂（E-44）与胶含量为60%～65%的氨酚醛树脂按质量比为1∶1混合，经80℃搅拌反应后脱水60～90 min，加少量丙酮调至含胶量为60%。③184＃或199＃不饱和聚酯树脂在聚合完毕时不加苯乙烯稀释就直接出料，冷却为固体，取100份（质量，下同）该树脂用40份丙酮溶解，然后加入15～20份邻苯二甲酸二丙烯酯（DAP）、2份过氧化二异丙苯、0.3份过氧化苯甲酰，搅匀即可。

（4）制备浸胶布。将脱蜡炉温度调至400～430℃，偶联剂烘炉调至110～120℃，胶槽后的烘炉调至70～90℃，然后开机预浸，预浸过程如图4-5所示。在收卷处取样分析其挥发分、胶含量和不溶性树脂含量。若布发黏，收卷后不易退卷，应提高后炉温度；若挥发分过高，不溶性树脂含量低于3%，也应提高后炉温度；反之要降低温度。含胶量由控胶辊的压力装置控制，一般为33%～37%。浸胶布牵引速度对上述三个指标亦有影响，一般控制在1.0～3.0 m／min为宜，但不能一概而论，因为牵引速度受很多因素影响，如脱蜡炉的长度、浸胶槽的形式、浸渍时间、后炉温度以及树脂种类等。

浸胶布的质量指标也往往随层压制品的要求改变，不要将某些指标（如含胶量35%左右）看成是一成不变的。产品千变万化，浸胶布的质量指标最终还是要由产品要求来确定。

（5）将浸胶制品收卷密封装袋，待用。(www.xing528.com)

2）层压成型

（1）将浸胶布放在洁净平台上铺平，按规定尺寸剪裁，注意经纬方向。

（2）按式（4-5）计算浸胶布用量，用15 mm、10 mm以及4 mm厚的板各压制一块复合材料，以备其他实验用。

（3）将单片预浸布按预定次序逐层对齐叠合，在其上下面各放一张聚酯膜，并将其置于两不锈钢薄板之间，将不锈钢薄板和预浸布一起放入层压机中。不锈钢板应对齐，以免压力偏斜导致试样厚度不均。

（4）分三个阶段加热、加压：预热阶段的温度为100℃，压力为5.0 MPa，保温30 min；保温保压阶段时，将温度升到165～170℃，压力为6～10 MPa，保持60～80 min；降温阶段应保压降温，待温度低于60℃后可卸压、脱模、取板。

3）脱模修边

最后脱模修边，目测层压板的品质。

5.实验结果

（1）将相关实验数据记录在表4-6中。

表4-6　模压成型工艺数据记录

（2）记录实验过程中出现的现象，分析出现此类现象的原因。

（3）根据实验过程及产品品质建立实验参数与产品品质的基本构效关系，并说明改进的方法。

（4）从不同角度对层压成型制品拍照，并将其展示在报告中。

6.思考题

（1）层压板可能出现哪些缺陷？如何解决这些问题？

（2）层压板加压是否也有时机问题？

（3）如何用铺放层数计算层压板制品厚度？

（4）简要说明层压成型的温度梯度、压力梯度的设计原理与方案。