复合材料工厂工艺设计概论

1. 复合材料工厂工艺设计概论 主讲教师：葛曷一，陈娟，王冬至 联系电话：89736751 E-mail:mse_gehy@ujn.edu.cn 答疑地点：复合材料教研室 答疑时间：每周二下午

2. 先修课程 《高分子化学》 《高分子物理》 《复合材料原理》 《复合材料工艺及设备》 《复合材料聚合物基体》 复合材料厂认识实习、生产实习

3. 选用教材 《复合材料工厂工艺设计概论》 主 编：葛曷一 副主编：王冬至 柳华实

4. 几点要求 • 按时上下课，遵守课堂纪律。 • 每位同学准备一个作业本，按时完成作业。作业要认真，每缺一次扣15分。作业占总成绩的15%。 • 有事要请假，不能无故旷课。采取不定期考勤的方式，考勤满分100分，一次不到扣10分，第二次不到扣15，每次增加5分，扣完为止。考勤占总成绩的15%。

5. 本课程主要内容 • 本课程重点讲解复合材料厂设计的目的和要求、设计的基本程序、总体设计、车间布置设计、物料衡算、能量衡算、配套工艺设计、典型车间设计等知识。 • 通过本课程的学习，使学生了解复合材料工厂设计的基本程序和内容、工厂设计的基本知识，掌握典型工艺和制品的车间设计、工艺设计。

6. 复合材料的定义 • 复合材料是指将两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料。 • 可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围 。

7. 复合材料的应用 • 复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。 • 从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。

8. 玉带祥云

10. 波音787

11. 波音787

12. 1986-2006年中、美、日热固性树脂基复合材料产量

13. 航空航天应用 • 从我国第一颗人造地球卫星、第一枚运载火箭到第一艘宇宙载人飞船，玻璃钢/复合材料在我国航空航天事业的发展历程中书写下属于自己的辉煌一页，在航天、航空、船舶、化工以及交通等领域都做出了重大贡献，并在发展中实现了稳步扩大。

15. 李新华董事长和PPG市场总监Kevin Richardson先生共祝合作愉快

16. 雷达罩和天线罩 移动通讯基站天线罩（拉挤成型） 薄壁结构地面天线罩 多谱勒气象雷达罩 各种天线包封 车载天线罩 雷达罩透波测试

17. 复合材料飞机机体及其部件 旋翼机机体 蜂窝夹芯结构三座轻型飞机机体 气垫船船体 飞机空调管道 直升机旋翼

18. 玻璃钢罐 玻璃钢相框 玻璃钢板材 玻璃钢制品儿童娱乐设备

19. 鼓风机 玻璃钢花盆 垃圾桶 公共装饰 座椅

20. 金属基复合材料 钛-不锈钢复合换热器 不锈钢-钢储油罐 镍-钢复合压力容器 钛-钢复合压力罐 镍-不锈钢复合储罐 铝-不锈钢复合炊俱

21. 我国复合材料发展状况 • 1986-2006，我国玻璃钢(热固性)增长51倍。总量在上世纪90年代末期超过德国，本世纪初超过日本，热固性玻璃钢已超过欧洲总和。 • 我国玻璃钢总产量已经跃居世界第二，现仅次于美国(美国2005年热固性玻璃钢186万吨，热塑性玻璃钢140万吨)。

22. 1986-2006年中国大陆GF、UP、FRSP、FRTP、CCL产品产量统计表　1986-2006年中国大陆GF、UP、FRSP、FRTP、CCL产品产量统计表　 （单位:万吨 ） fiber reinforced thermoplastics Cooper Clad Laminate 是制造印刷电路板（PCB）的主要材料，其中玻纤环氧基板为印刷电路板最常用的材料 。 fiber reinforced thermosetting plastics

23. 原因 • （1）改革开放； • （2）国家建设发展，尤其是近10年来国家加大能源、交通、水利等基础设施的投入，开发中西部，新开工项目增多。党和国家的外交政策，促使我国玻璃钢产品逐渐迈向国际市场，包括发达国家与地区市场； • （3）不失时机地引进了一些国外先进技术，并在此基础上有所发展与创新，并对较先进的工艺与设备进行了普及。

24. 取得成就 • 80年代末期，我国玻璃钢成型技术，接触(手糊)成型占85%以上，到“十五”末期，机械成型已跃升达60%（表1-2）。 • 我国(大陆)热固性玻璃钢产量2006年达140万吨，相当于现今整个欧洲的产量。 “十五”末期我国GF/UPR各类成型工艺产品比例(%)

25. 当前我国主要玻璃钢产品市场比例

26. 取得成就 • 纤维缠绕管道与贮罐生产技术达到世界先进水平 。 纤维缠绕储罐 纤维缠绕管道

28. 取得成就 • 新疆某输水重点工程成功地采用了3.1m玻璃钢管，单管长12m，重16吨。 引额济乌小洼槽倒虹吸工程

29. 压力容器 • 1986年至今，我国已生产复合材料呼吸气瓶、压缩天然气 (CNG)气瓶、燃料电池用氢气瓶15万只。 • 2006年我国引进德国技术装备(内衬制造、纤维缠绕)，在苏州建立年产能达11万只复合材料气瓶的生产基地。 玻璃钢压力桶

31. 玻 璃 钢 气 瓶

32. SMC/BMC Sheet molding compound Bulk molding compound • 进入21世纪，SMC开发成功低温固化快速成型技术、高阻燃A级表面技术，并用于汽车件与火车客车厢内饰件上。

33. SMC主要产品为座椅、水箱、电表箱、卫星发射与接收碟形天线、汽车零部件、火车客车厢内饰件等。

35. 拉挤 主要拉挤产品有门窗、格栅型材、光纤增强芯、梯子、冷却塔支架、伞骨、空调器罩、锚杆、建筑筋材、电缆桥架，帐篷竿等，在打击乐器、高低杠木等文体器材方面亦有应用，我国产品已出口欧洲、美国、东南亚，成套技术与设备已出口澳大利亚、南非、英国 。

37. 玻璃钢冷却塔

38. 船艇 • 2007年5月15日，威海竹内玻璃钢船舶制造有限公司建造的“速龙”豪华游艇下水启航。 • 据悉，“速龙”豪华游艇总长19.1米，排水量27吨，标准乘员为10人，游艇由意大利专家设计，制造工艺达到国际先进水平。

39. 船艇 • 1986年80座气垫船开发成功，1998年研究单位与企业共同研发的33米渔船下水。2005-2006年克利伯环球帆船大赛10条比赛用帆船全部由我国企业中标，外国船东对其质量称“超越了我们所有人的期望” 。 • 2006年我国首艘自扶正高速救助艇试验成功。该艇全封密，180度倒置2秒内自行扶正，任何姿态下不沉。

40. 可再生能源方面的应用 安装中的近海风力发电机

41. 树脂基复合材料的原辅材料 增强材料 • 玻璃纤维 • 碳纤维 • 芳纶纤维 • 超高分子量聚乙烯纤维 • 玄武岩连续纤维

42. 热固性树脂基复合材料 • 热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。

43. 热塑性树脂基复合材料 • 热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFT)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

44. 我国复合材料的发展潜力和热点 • 复合材料创新 • 聚丙烯腈基碳纤维发展 • 玻璃纤维结构调整 • 开发能源、交通用复合材料市场 • 纤维复合材料基础设施应用 • 复合材料综合处理与再生

45. 热点 • 21世纪的高性能树脂基复合材料技术是赋予复合材料自修复性、自分解性、自诊断性、自制功能等为一体的智能化材料。 • 以开发高刚度、高强度、高湿热环境下使用的复合材料为重点，构筑材料、成型加工、设计、检查一体化的材料系统。 • 组织系统上将是联盟和集团化，这将更充分的利用各方面的资源（技术资源、物质资源等），紧密联系各方面的优势，以推动复合材料工业的进一步发展。

46. 复合材料厂设计的要求、分类及内容 • 新设计的复合材料厂，必要做到工艺上可靠，经济上合理，力争达到技术上先进、系统上最优，既能为未来的生产获得较高的技术经济指标创造条件，又能为生产工人提供良好的工作条件，而且不污染周围的环境，还能使建设投资能最大限度地发挥作用，取得良好的效果。

47. 复合材料厂设计的目的 • 目的：根据原料的特性，以及工业生产中的先进经验或科学研究中的新成果，设计适宜的工艺流程；选择合适的工艺条件和设备，并进行合理的设备配置；设计适用的厂房结构，确保生产的正常进行；配备必要的劳动定员，以满足正常生产的需要。

48. 复合材料厂设计的要求 • 4.生产设备、结构元件和建筑构件，应力求做到通用化和标准化，以减少基建投资，节省建设时间，并维修方便。 • 1.所确定的设计原则和设计方案，应当符合国家工业建设的方针和政策。 • 6.在保证生产车间有足够的操作面积和检修面积，在有物料通畅的运输、原材料和中间产品的储存设施的基础上，设备的配置应力求紧凑合理。 • 2.设计的工艺流程应具有一定的先进性，又具有实现的可靠性；对资源应该尽量做到综合利用。 • 3.应该选用先进、高效，可靠而易于维修的设备，配备必要的设备维修设施，以保证设备能够正常和持续地进行运转。 • 5.设计的项目具有较高的机械化和自动化水平。

49. 复合材料厂设计的要求 • 7.供水、供电、运输、材料供应、修配业务以及公共住宅等服务性建筑物，应尽可能地与其他企业协作，共同投资解决。 • 8.应该具有必要的技术安全和劳动保护措施，厂房环境应便于清扫净化，噪音区间需采取消音措施，“三废”处理应符合国家的环保法规。 • 9 .设计还应考虑到建厂地区的施工条件和力量，以保证复合材料厂项目的建设能按计划地进行施工。 • 10.设计的复合材料厂应能获得最佳的技术经济指标和最大的经济效益，使建设投资能发挥最大限度的效益，并能尽快地回收，以利于建设资金的周转。

50. 复合材料厂设计的分类 因地制宜工程设计是指以通用工程设计为基础，根据建厂地区的具体情况进行补充、修改、完善、的设计。专门工程设计是指在没有通用工程设计时对新建项目所进行的设计。 是指为推广使用而编制的设计。一般情况下，在一个地区内，甚至全国范围内都可直接使用它或把它稍作修改便可建厂。