聚合物基復合材料成型工藝及復合材料界面演示文稿1當前1頁，總共82頁。（優選）聚合物基復合材料成型工藝及復合材料界面2當前2頁，總共82頁。美國熱塑性復合材料近年來發展很快，熱塑性復合材料成型工藝約占23.4％。美國復合材料工業發展的另一特色是手糊成型工藝所占比例下降，拉擠工藝所占比例上升。第四章聚合物基復合材料成型工藝第一節概述一、聚臺物基復臺材料成型工藝的發展概況歐盟復合材料發展的特點是熱塑性復合材料發展較快，熱塑性復合材料產品主要用于汽車工業。其復合材料工藝發展的另一特點是手糊工藝占比例較少，這主要是西歐玻璃鋼造船工業不太發達所至。日本復合材料年總產量約70萬t，其中熱塑性復合材料占24.75萬t，由于日本復合材料制品在建筑住宅和造船方面用量較大，因此，手糊、噴射成型工藝所占比例較歐盟及美國高。3當前3頁，總共82頁。我國復合材料工業主要產品為玻璃鋼冷卻塔、防腐貯罐、管道工程、衛生潔具、SMC及BMC模壓制品、環保設備、汽車部件、游艇及漁船、運動器材等。不同成型工藝所生產的產品比例為：

75％手糊成型工藝；10％模壓成型工藝；4％層壓成型工藝；13％纖維纏繞成型工藝;1.5％拉擠成型工藝；0.5%其它工藝。手糊成型工藝中包括噴射成型和RTM成型技術。總的來講，我國復合材料生產技術中、手糊工藝占比例過大，模壓成型(包括SMC和BMC工藝)占比例偏低。熱塑性復合材料雖然已開始研究應用，但發展速度太慢，熱塑性片狀模塑性及其制品沖壓成型技術尚處于研制和起步階段。第四章聚合物基復合材料成型工藝第一節概述一、聚臺物基復臺材料成型工藝的發展概況4當前4頁，總共82頁。與其它材料加工工藝相比，復合材料成型工藝具有如下特點：

(1)材料制造與制品成型同時完成:一般情況下，復合材料的生產過程，也就是制品的成型過程。材料的性能必須根據制品的使用要求進行設計，因此在選擇材料、設計配比、確定纖維鋪層和成型方法時，都必須滿足制品的物化性能、結構形狀和外觀質量要求等。(2)制品成型比較簡便:一般熱固性復合材料的樹脂基體，成型前是流動液體，增強材料是柔軟纖維或織物，因此，用這些材料生產復合材料制品，所需工序及設備要比其它材料簡單的多，對于某些制品，僅需一套模具便能生產。二、復合材料成型工藝的選擇原則及方法第四章聚合物基復合材料成型工藝第一節概述1、復合材料制品成型工藝特點5當前5頁，總共82頁。①產品外形構造及尺寸大小；②滿足材料性能和產品質量要求,如材料的物理化學性能要求,產品強度及表面質量要求；③產品生產批量大小，供貨時間；④工廠設備條件，流動資金及技術水平等；⑤經濟效益，要綜合考慮生產條件，保證企業盈利。組織復合材料制品生產時，成型方法的選擇必須同時滿足材料性能、產品質量和經濟效益等基本要求，具體應考慮如下方面：第四章聚合物基復合材料成型工藝第一節概述二、復合材料成型工藝的選擇原則及方法2、成型工藝選擇⑴選擇原則

6當前6頁，總共82頁。一般來講，產品尺寸精度和外觀質量要求高的大批量、中小型產品，應選擇模壓成型工藝；大型產品，如漁船、雷達等，則常采用于糊工藝；壓力容器及管道，可采用纏繞成型工藝。第四章聚合物基復合材料成型工藝第一節概述二、復合材料成型工藝的選擇原則及方法⑵成型方法選擇7當前7頁，總共82頁。

特點:

①是以手工鋪放增強材料，浸漬樹脂，或用簡單的工具輔助鋪放增強材料和樹脂。②是成型過程中不需要施加成型壓力(接觸成型)，或者只施加較低成型壓力(接觸成型后施加0.01~0.7MPa壓力，最大壓力不超過2.0MPa)。

優點:設備簡單，適應性廣，投資少，見效快。

缺點:生產效率低、勞動強度大、產品重復性差等。

第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝8當前8頁，總共82頁。接觸低壓成型工藝過程:

⑴先將材料在陰模、陽模或對模上制成設計形狀;

⑵然后施加較低壓力或不加壓，使樹脂浸透增強材料;

⑶再通過加熱或常溫固化，脫模后再經過輔助加工而獲得制品。屬于這類成型工藝的有手糊成型、噴射成型、袋壓成型、樹脂傳遞模塑成型、熱壓罐成型和熱膨脹模塑成型(低壓成型)等。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝9當前9頁，總共82頁。用于接觸成型的增強材料芳綸纖維及其織物(芳香酰胺纖維)玻璃纖維及其織物碳纖維及其織物聚丙烯腈碳纖維瀝青碳纖維粘膠碳纖維接觸成型對增強材料的要求①增強材料易于被樹脂浸透②有足夠的形變性能滿足制品復雜形狀的成型要求③氣泡容易排除④能夠滿足制品使用條件的物理和化學性能要求⑤價格合理(盡可能便宜)，來源豐富接觸低壓成型的原材料有：增強材料、樹脂、輔助材料等10當前10頁，總共82頁。接觸低壓成型工藝對基體材料的要求①易浸透纖維增強材村，易排除氣泡，與纖維粘接力強②在室溫條件下能凝膠，固化，要求收縮小，揮發物少③粘度適宜，0.2~0.5Pa.s④無毒或低毒⑤價格合理，來源有保證11當前11頁，總共82頁。接觸成型工藝中的輔助材料，主要是指填料和色料兩類，而固化劑、稀釋劑、增韌劑等，應歸屬于樹脂基體體系。

⑴填料:在復合材料的生產中，加人填料不僅可以降低成本，而且可以改善性能，填料的加入量，一般為樹脂的15％-30％，有時超過1-2倍。填料的細度為120-300目。

⑵色料:加入色料是為了改變制品的顏色，獲得美麗的外觀。用作復合材料生產的色料應滿足以下要求：①顏色鮮艷，耐光、耐熱、耐化學腐蝕，耐自然老化；②在樹脂膠液中分散性好，穩定性好；③對制品性能及生產工藝無不良影響;④價格便宜，來源豐富。

第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝輔助材料12當前12頁，總共82頁。陰模對模陽模模具是各種接觸成型工藝中的主要設備。模具的好壞，直接影響產品的質量和成本，必須精心設計制造。1、模具模具及脫模劑第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝工作面13當前13頁，總共82頁。脫模劑基本要求不腐蝕模具，不影響脂固化，對樹脂粘接0.01MPa使用安全，無毒害作用成膜時間短，厚度均勻，表面光滑耐熱、能經受加熱固化的溫度作用操作方便價格便宜2、脫模劑脫模劑分內脫模劑和外脫模劑兩種，手糊成型主要用外脫模劑。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝二、模具及脫模劑14當前14頁，總共82頁。手糊成型工藝(HandLay-upMolding)是手工作業把玻璃纖維織物和樹脂交替地鋪層在已被覆好脫模劑和膠衣的模具上，然后用壓輥滾壓壓實脫泡，最后在常溫下固化成型為復合材料制品。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝一、手糊成型工藝和技術15當前15頁，總共82頁。手糊成型工藝流程第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝一、手糊成型工藝16當前16頁，總共82頁。手糊成型工藝優點：

不需要復雜的設備和模具，投資低；生產技術容易掌握，且產品不受尺寸形狀的限制，適合小批量和大型制件的生產；可與其他材料如金屬、木材及塑料泡沫等同時復合制成一體。這些優點使得手糊成型工藝至今仍然作為汽車復合材料的一種主要成型工藝而被用于小批量地加工各種汽車復合材料制品，如客車和重型卡車的前/后圍面板、高頂、導流罩、引擎罩蓋、保險杠、擋泥板以及休閑車、農用車的車身等。此外該工藝還被用于新車開發，如制造概念車和新車樣件試制。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝一、手糊成型工藝17當前17頁，總共82頁。手糊成型工藝的缺點：

生產效率低，生產周期長，工作環境差，因此對于大批量車型的產品不太適合。此外，由于這種工藝與操作人員的技能水平和制作環境條件有很大的關系，受此影響，在我國，由手糊成型工藝生產的汽車零部件的質量往往不夠穩定，從而影響了汽車復合材料的聲譽。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝一、手糊成型工藝18當前18頁，總共82頁。噴射成型技術是手糊成型的改進，半機械化程度。國外60年代已有成套噴射設備出售：如美國維納斯公司生產的HIS噴射成型機，英國Dowuland纖維樹脂噴射機，瑞典的Aplicator噴射機等。噴射成型技術在復合材料成型工藝中所占比例較大，如美國9.1％，西歐占11.3％，日本占21％。我國是從60年代開始研究噴射成型技術的，但因原材料質量和環境污染問題，未能推廣。目前國內用的噴射成型機主要是從美國進口。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝二、噴射成型技術(SprayUpMolding)

19當前19頁，總共82頁。噴射成型工藝原理：

將混有引發劑和促進劑的兩種聚酯樹脂分別從噴槍兩側噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勾混合，沉積到模具上。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝二、噴射成型技術(SprayUpMolding)

20當前20頁，總共82頁。噴射成型工藝示意圖噴射成型工藝流程第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝二、噴射成型技術21當前21頁，總共82頁。與手糊成型工藝相比，噴射成型工藝的效率提高了2～4倍甚至更高。

優點：⑴由于使用無捻粗紗代替了手糊工藝的玻璃纖維織物，因而材料成本更低；⑵成型過程中無接縫，這使得制品的整體性和層間剪切強度更好；⑶可自由調節產品的壁厚、纖維與樹脂的比例以及纖維的長度，因而滿足了零部件的不同機械強度要求。因此，該工藝在國外汽車復合材料行業中，有逐步取代傳統的手糊成型工藝的趨勢，例如，客車和重型卡車的很多前/后圍面板、側面護板、高頂及導流罩等都已由噴射成型工藝制作。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝二、噴射成型技術22當前22頁，總共82頁。缺點：⑴產品的均勻度在很大程度上取決于操作人員的操作熟練程度；⑵由于噴射成型的樹脂含量高且增強玻纖短，因而制品強度較低；陰模成型比陽模成型難度大，小型制品比大型制品生產難度大；⑶生產現場工作環境惡劣，環境污染程度一般均大于其他的工藝方法；⑷初期投資比手糊成型工藝大。盡管如此，近年來，噴射成型工藝的缺點正在得到極大的改善。在國外，已采用機械手編程來替代人工噴射，從而大大提高了產品質量的穩定性，原材料的損耗也被明顯降低。同時，通過對生產現場采取全封閉的管理措施以及進行空氣排放處理，使得環境污染問題得到明顯改善。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝二、噴射成型技術23當前23頁，總共82頁。

樹脂傳遞模塑成型簡稱RTM(resintransfermolding）。RTM起始于50年代，是手糊成型工藝改進的一種閉模成型技術，可以生產出兩面光的制品。RTM工藝原理RTM的基本原理將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模的模腔內,用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模，得到兩面光滑的復合材料制品。其工藝原理如圖所示。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝三、樹脂傳遞模塑成型24當前24頁，總共82頁。樹脂傳遞模塑成型工藝示意圖RTM工藝流程三、樹脂傳遞模塑成型25當前25頁，總共82頁。

優點：

①可以制造兩面光的制品；②成型效率高，適合于中等規模的玻璃鋼產品生產(20000件/年以上)；③RTM為閉模操作，不污染環境，不損害工人健康；④增強材料可以任意方向鋪放，容易實現按制品受力狀況合理鋪放增強材料；⑤原材料及能源消耗少;⑥建廠投資少，起步快。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝三、樹脂傳遞模塑成型26當前26頁，總共82頁。適用范圍：目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛生、航空航天等工業領域。產品：汽車殼體及部件、娛樂車構件、螺旋槳、8.5m長的風力發電機葉片、天線罩、機器罩、浴盆、淋浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。第四章聚合物基復合材料成型工藝第二節接觸低壓成型工藝三、樹脂傳遞模塑成型27當前27頁，總共82頁。目前，RTM工藝在汽車制造業中的應用已非常廣泛，如乘用車的車頂、后廂蓋、側門框和備胎倉，以及卡車的整體駕駛室、擋泥板和儲物箱門等都有用RTM工藝生產的。下圖所示是用RTM工藝生產的ASTONMARTIN跑車的車身側圍板。用RTM工藝生產的車身側圍板28當前28頁，總共82頁。RTM工藝也存在一些不足，如：

雙面模具的加工費用較高；預成型坯加工生產設備的投資大；對原材料(樹脂和玻纖材料)和模具質量的要求高；對模具中的設置與工藝要求嚴格等。目前，對RTM成型工藝的研究和推廣不斷取得新的進展，主要研究方向集中在：微機控制注射機組、增強材料預成型技術、低成本模具、快速樹脂固化體系及工藝穩定性和適應性等方面，也已經涌現出了一系列改良的RTM成型工藝。29當前29頁，總共82頁。1、3：高強度面層；2：輕質材料123夾層結構一般是由三層材料制成的復合材料。夾層復合材料的上下面層是高強度、高模量材料，中間層是較厚的輕質材料，玻璃鋼夾層結構實際上是復合材料與其它輕質材料的再復合。

第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術30當前30頁，總共82頁。采用夾層結構方式是為了提高材料的有效利用率和減輕結構重量。以梁板構件為例，在使用過程中，一要滿足強度要求，二要滿足剛度需要，玻璃鋼材料的特點是強度高，模量低。因此，用單一的玻璃鋼材料制造梁板，滿足強度要求時，撓度往往很大，如果按允許撓度進行設計，則強度大大超過，造成浪費。只有采用夾層結構形式進行設計，才能合理的解決這一矛盾。這也是夾層結構得以發展的主要原因。第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術31當前31頁，總共82頁。泡沫塑料夾層結構是采用玻璃鋼薄板作蒙皮(面板)，泡沫塑料做夾芯層(a)，泡沫塑料夾層結構的最大特點是蒙皮和泡沫塑料夾芯層粘接牢固，質量輕，剛度大，保溫、隔熱性能好。適用于剛度要求高、受力不大和保溫隔熱性能要求高的部件，如飛機尾翼、保溫通風管道及墻板等。1、泡沫塑料夾層結構一、夾層結構的種類和特點第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術32當前32頁，總共82頁。蜂窩夾層結構是采用破璃鋼薄扳做蒙皮，蜂窩材料(玻璃布蜂窩、紙蜂窩或其它棉布及鋁蜂窩等)做夾芯層(b)。蜂窩夾層結構的重量輕，強度高，剛度大，多用作結構尺寸大、強度要求高的結構件，如玻璃鋼橋的承重飯、球形屋頂結構、雷達罩、反射面、冷藏車地板及箱體結構等。2．蜂窩夾層結構第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術一、夾層結構的種類和特點33當前33頁，總共82頁。這種夾層結構的面板（蒙皮)為玻璃鋼薄板，夾芯層是玻璃鋼梯形板或矩形扳。這種夾層結構方向性強，僅適用于做高強度平板，不宜用于彎曲形狀的制品(c、d)。3、梯形和矩形夾層結構第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術一、夾層結構的種類和特點34當前34頁，總共82頁。它是用玻璃鋼薄板作蒙皮，用玻璃鋼圓環做夾芯層(e)。這種夾層結構的特點是芯材耗量少，強度比較高、平板受力無方向性，最適宜做采光用的透明玻璃鋼夾層結構板材，具有遮擋少、進光率高的優點。4．圓環形夾層結構第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術一、夾層結構的種類和特點35當前35頁，總共82頁。泡沫塑料夾層結構的制造方法：

①預制粘接法

②整體澆注成型法③連續成型法第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術二、泡沫塑料夾層結構制造技術36當前36頁，總共82頁。

①預制粘接法：將蒙皮和泡沫塑料芯材分別制造，然后再將它們粘接成整體。預制成型法的優點是能適用各種泡沫塑料，工藝簡單，不需要復雜機械設備等。其缺點是生產效率低，質量不易保證。

②整體澆注成型法：先預制好夾層結構的外殼，然后將混合均勻的泡沫料漿澆入殼體內，經過發泡成型和固化處理，使泡沫漲滿腔體，并和殼體粘接成一個整體結構。

③連續成型法：適用于生產泡沫塑料夾層結構板材。第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術二、泡沫塑料夾層結構制造技術37當前37頁，總共82頁。蜂窩形式蜂窩的強度與選用原材料和蜂窩幾何形狀有關，根據平面投影幾何形狀，蜂窩夾芯材料可分為六邊形、菱形、矩形、正弦曲線形和有加強帶六邊形等。在這些蜂窩夾芯材料中，以加強帶六邊形強度最高，正方形蜂窩次之。由于正六邊形蜂窩制造簡單，用料省，強度也較高，故應用最廣。1、蜂窩種類三、蜂窩夾層結構制造技術第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術38當前38頁，總共82頁。先在制造蜂窩芯材的玻璃布上涂膠條，然后重疊粘接成蜂窩疊塊，固化后按需要蜂窩高度切成蜂窩條，經拉伸預成型，最后浸膠，固化定型成蜂窩芯材。制造蜂窩夾芯疊塊的膠條上膠法，可以采用手工涂膠，也可以使用機械化涂膠。2、蜂窩夾芯制造第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術三、蜂窩夾層結構制造技術39當前39頁，總共82頁。玻璃布蜂窩夾層結構制造技術分濕法和干法兩種。

⑴干法成型

此法是先將蜂窩夾芯和面板作好，然后再將它們粘接成夾層結構。為了保證芯材和面板牢固粘接，常在面板上鋪一層薄氈（浸過膠），鋪上蜂窩，加熱加壓，使之固化成一體。這種方法制造的夾層結構，蜂芯和面板的粘接強度可提高到3MPa以上。優點:主要是產品表面光滑，平整，生產過程中每道工序都能及時檢查，產品質量容易保證，缺點是生產周期長。3、蜂窩夾層結構制造第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術三、蜂窩夾層結構制造技術40當前40頁，總共82頁。

⑵濕法成型此法是面板和蜂窩夾芯均處于未固化狀態，在模具上一次膠接成型。生產時，先在模具上制好上、下面板，然后將蜂窩條浸膠拉開，放到上、下面板之間，加壓（0.01～0.08MPa）、固化，脫模后修整成產品。優點:是蜂窩和面板間粘接強度高，生產周期短，最適合于球面、殼體等異形結構產品生產。其缺點是產品表面質量差，生產過程較難控制。

第四章聚合物基復合材料成型工藝第三節夾層結構制造技術三、蜂窩夾層結構制造技術41當前41頁，總共82頁。模壓成型工藝(CompressionMolding)是復合材料生產中最古老而又富有無限活力的一種成型方法。它是將一定量的預混料或預浸料加入金屬對模內，經加熱、加壓固化成型的方法。

模壓成型工藝始于1909年，當時主要用于生產以木粉、石棉及石英粉為填料的酚醛復合材料制品。隨著SMC、BMC和新型塑料的出現，模壓成型工藝發展很快。據1990年國外統計，在纖維增強樹脂基復合材料的各種成型工藝中，模壓成型工藝的占有率已達42％以上，居各種成型工藝之首。第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝一、概述42當前42頁，總共82頁。

模壓成型的缺點：

模具制造復雜，投資較大，加上受壓機限制，一般適合于大批量生產中小型復合材料制品。

隨著金屬加工技術、壓機制造水平及合成樹脂工藝性能的不斷改進和發展，壓機噸位和臺面尺寸不斷增大，模壓料的成型溫度和壓力也相對降低，使得模壓成型制品的尺寸逐步向大型化發展，目前已能生產大型汽車部件、浴盆、整體衛生間組件等。

模壓成型的優點：

①生產效率高，便于實現專業化和自動化生產；②產品尺寸精度高，重復性好；③表而光潔,無需二次修飾；④能一次成型結構復雜的制品；⑤因為批量生產，價格相對低廉。第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝一、概述43當前43頁，總共82頁。

⑴合成樹脂

復合材料模壓制品所用的模壓料要求合成樹脂具有：

①對增強材料有良好的浸潤性能,以便在合成樹脂和增強材料界面上形成良好的粘結；

②有適當的粘度和良好的流動性,在壓制條件下能夠和增強材料一道均勻地充滿整個模腔；

③在壓制條件下具有適宜的固化速度,并且固化過程中不產生副產物或副產物少,體積收縮率小；

④能夠滿足模壓制品特定的性能要求。第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術1、原材料

44當前44頁，總共82頁。

按以上的選材要求，常用的合成樹脂有：不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基樹脂、呋喃樹脂、有機硅樹脂、聚丁二烯樹脂、烯丙基酯、三聚氰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂等。

為使模壓制品達到特定的性能指標，在選定樹脂品種和牌號后，還應選擇相應的輔助材料、填料和顏料。第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術45當前45頁，總共82頁。

⑵增強材料

模壓料中常用的增強材料主要有玻璃纖維開刀絲、無捻粗紗、有捻粗紗、連續玻璃纖維束、玻璃纖維布、玻璃纖維氈等，也有少量特種制品選用石棉氈、石棉織物（布）和石棉紙以及高硅氧纖維、碳纖維、有機纖維（如芳綸纖維、尼龍纖維等）和天然纖維（如亞麻布、棉布、煮煉布、不煮煉布等）等品種。有時也采用兩種或兩種以上纖維混雜料作增強材料。

⑶輔助材料

一般包括固化劑（引發劑）、促進劑、稀釋劑、表面處理劑、低收縮添加劑、脫模劑、著色劑（顏料）和填料等輔助材料。第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝

二、模壓料生產技術46當前46頁，總共82頁。

以玻璃纖維（或玻璃布）浸漬樹脂制成的模壓料為例，其生產工藝可分為預混法和預浸法兩種。

⑴預混法

先將玻璃纖維切割成30～50mm的短切纖維，經蓬松后在捏合機中與樹脂膠液充分捏合，至樹脂完全浸潤玻璃纖維，再經烘干（晾干）至適當粘度即可。其特點是纖維松散無定向，生產量大，用此法生產的模壓料比容大，流動性好，但在制備過程中纖維強度損失較大。2、模壓料的制備

第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術47當前47頁，總共82頁。⑵預浸法

纖維預浸法是將整束連續玻璃纖維（或布）經過浸膠、烘干、切短而成。其特點是纖維成束狀，比較緊密，制備模壓料的過程中纖維強度損失較小，但模壓料的流動性及料束之間的相容性稍差。2、模壓料的制備

第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術48當前48頁，總共82頁。

（1）模壓料種類

①

SMC片狀模塑料(SheetMoldingCompound，SMC)是由樹脂糊浸漬纖維或短切纖維氈，兩邊覆蓋聚乙烯薄膜而制成的一類片狀模壓料，屬于預浸氈料范圍。是目前國際上應用最廣泛的成型材料之一。3、SMC、BMC(DMC)

第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術49當前49頁，總共82頁。

②團狀模壓料(Bulk[Dough]MoldingCompound，BMC，DMC)

其組成與SMC極為相似，是一種改進型的預混團狀模壓料，可用于模壓和擠出成型。兩者的區別僅在于材料形態和制作工藝上。BMC中纖維含量較低，纖維長度較短，約6~18mm，填料含量較大，因而BMC制品的強度較SMC制品的強度低，BMC比較適合于壓制小型制品，而SMC適合于壓制大型薄壁制品。第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術50當前50頁，總共82頁。SMC/BMC模塑料由樹脂糊（基體材料）和玻璃纖維（增強材料）兩大部分組成：其中樹脂糊由不飽和聚酯樹脂及輔助劑（引發劑、交聯劑及阻聚劑）、增稠劑、低收縮添加劑、填料、顏料、內脫模劑等組分構成。

不飽和聚酯樹脂、玻璃纖維和填料在SMC/BMC中占90％以上，是SMC/BMC的“三大員”。其他組分如化學增稠劑、內脫模劑、固化劑、低收縮添加劑、著色劑、各種助劑等，雖然其用量不大(個別除外)，但在系統中的作用卻極為特殊，不可忽視。也即，可統稱為添加劑的各種組分，對SMC/BMC的制備過程、制品成型及其最終性能都會產生重要的影響。尤其是在SMC/BMC發展到了非常成熟的今天，在SMC/BMC配方中，加入不同品種及用量的添加劑，對賦予SMC/BMC某些特殊的性能，改善制品的品質，擴大SMC/BMC的應用范圍都起到十分重要的作用。

（2）SMC的組成及其功能51當前51頁，總共82頁。SMC/BMC模壓成型工藝是將一定量的模塑料放入金屬對模中，在一定的溫度和壓力作用下，使模塑料在模具內受熱塑化、受壓流動并充滿模腔成型固化而獲得制品的一種方法。模壓成型工藝在成型過程中需要加熱和加壓，使得模塑料塑化產生流動充滿模腔，并使樹脂發生固化反應。在復合材料模塑料流動充滿模腔的過程中，不僅樹脂流動，增強材料也隨之流動，使樹脂和纖維同時填滿模腔的各個部位。第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術52當前52頁，總共82頁。在SMC/BMC模壓這一過程中不僅物料的外觀形態發生了變化，而且物料的結構和性能也發生了本質的變化。但是，其中增強材料基本上保持不變，主要發生變化的是樹脂。因此，可以說模壓工藝就是利用樹脂固化反應中各個階段的特性來實現制品成型的過程。第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術53當前53頁，總共82頁。當模塑料加入到已加熱至一定溫度的模具內時其中的樹脂受熱熔化成為具有一定流動性的粘流狀態，在壓力作用下能夠裹脅纖維一道流動直至填滿模腔各處，此時稱作樹脂的“粘流階段”。繼續提高溫度，樹脂受熱發生化學交聯，分子量增大，支鏈密度增高，當分子交聯出現網狀結構時，流動性很快降低直至表現一定彈性。再繼續受熱，樹脂交聯反應繼續進行。交聯密度進一步增加，最后失去了流動性，樹脂由凝膠狀態變為不溶不熔的體形結構，到達了“硬固階段”。模壓工藝中上述各階段是連續出現的，其間無明顯的界限，整個反應是不可逆的第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術54當前54頁，總共82頁。第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術55當前55頁，總共82頁。SMC模壓成型工藝生產的皮卡車廂第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術56當前56頁，總共82頁。SMC絕緣支架第四章聚合物基復合材料成型工藝第四節模壓成型工藝二、模壓料生產技術57當前57頁，總共82頁。纏繞成型工藝(FilamentWinding)是將浸過樹脂膠液的連續纖維(或布帶、預浸紗)按照一定規律纏繞到芯模上，然后經固化、脫模，獲得制品。根據纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種，其工藝流程如下：第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝一、纏繞成型工藝及分類58當前58頁，總共82頁。第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝59當前59頁，總共82頁。

干法纏繞是采用經過預浸膠處理(樹脂處于B階段)的預浸紗或帶，在纏繞機上經加熱軟化至粘流態后纏繞到芯模上。由于預浸紗(或帶)是專業生產，能嚴格控制樹脂含量〔精確到2％以內)和預浸紗質量。因此，干法纏繞能夠準確地控制產品質量。

優點：生產效率高，纏繞速度可達100~200m/min，纏繞機清潔，勞動衛生條件好，產品質量高。

缺點：纏繞設備貴。需要增加預浸紗制造設備，故投資較大，此外，干法纏繞制品的層間剪切強度較低。1、干法纏繞第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝一、纏繞成型工藝及分類60當前60頁，總共82頁。濕法纏繞是將纖維集束(紗式帶)浸膠后，在張力控制下直接纏繞到芯模上。

優點：①成本比干法纏繞低40％，②產品氣密性好，③纖維排列平行度好，④濕法纏繞時，纖維上的樹脂膠液，可減少纖維磨損，⑤生產效率高(達200m／min)。

缺點：①樹脂浪費大，操作環境差；②含膠量及產品質量不易控制；③可供濕法纏繞的樹脂品種較少。2、濕法纏繞第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝一、纏繞成型工藝及分類61當前61頁，總共82頁。半干法纏繞是纖維浸膠后，到纏繞至模芯的途中潤加一套烘干設備，將浸膠紗中的溶劑除去，與干法相比省去了預浸膠工序和設備；與濕法相比，可使制品中的氣泡含量降低。三種纏繞方法中，以濕法纏繞應用最普遍遏；干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術領域。3、半干法纏繞第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝一、纏繞成型工藝及分類62當前62頁，總共82頁。①能夠按產品的受力狀況設計纏繞規律，使其能充分發揮纖維的強度；②比強度高，纖維纏繞壓力容器與同體積、同壓力的鋼質容器比，重量可減輕40-60%；③可靠性高，易實現機械化和自動化生產，產品質量穩定、精確；④生產效率高；⑤成本低。

第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝1、優點①纏統成型適應性小;②纏繞成型需要有纏繞機、芯模、固化加熱爐、脫模機及熟練的技術工人，需要的投資大，技術要求高。2、缺點二、纖維纏繞成型的特點63當前63頁，總共82頁。自1946年美國發明用連續纖維纏繞成型壓力容器方法以來，纏繞成型工藝得到不斷的完善和發展。

我國在1962-1963年總結出纖維纏繞規律，設計出可纏繞各種壓力容器的鏈條式纏繞機，揭開了我國纏繞成型技術的歷史；此后，由德國引進大型數控纏繞機，生產火箭發動機殼體和6m長、2m直徑的玻璃鋼貯罐；進入80年代，先后從意大利、美國、日本等引進了自動化程度較高的微機控制纏繞機，可以生產直徑4m、長15m以內的管、罐，引進的現場纏繞機，經研究改造后，可以纏20m直徑的立式貯罐；與此同時，我國自行設計制造的機械式纏繞機，微機控制自動化程度很高的大型纏繞和連續纏管機都相繼問世，其技術水平在某些地方超過國外進口設備，現已進入國際市場。1、纏繞成型技術發展現狀三、纏繞成型技術的發展現狀第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝64當前64頁，總共82頁。

(1)軍工和空間技術應用

要求精密、可靠、重量輕及經濟等。應用實例有：固體火箭發動機殼體；固體火箭發動機燒蝕襯套；火箭發射筒；魚雷儀器艙；飛機機頭雷達罩，氧氣瓶(機載)；直升機的旋翼；高速分離器轉筒；天線桿、點火器，波導管；導彈連接裙；航天飛機的機械臂等。在這些產品中，最具代表性的是火箭發動機殼體，例如美國北極星A導彈一、二級發動機殼體、我國長征二號火箭發動機殼體，均用纖維纏繞玻璃鋼取代合金鋼，質量減輕45％，射程由1600km增加到4000km，生產周期縮短了1／3，成本大幅降低，僅為鈦合金的1／10。2．纖維纏繞制品開發應用第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝三、纏繞成型技術的發展現狀65當前65頁，總共82頁。最具代表性的民用纏繞制品是玻璃鋼管、罐。它具有一系列優點：耐化學腐蝕；摩擦阻力小，可降低能耗30％左右；重量輕，為同口徑鋼管重量的1/3~1/5；能生產2~4m大口徑管(而球墨鑄鐵管的最大口徑為1m)；施工安裝費用比鋼管低l5％-50％，中國生產的直徑15~20m，容積1000m3以上的大型立式貯耀，已在工程實際應用，性能良好。

(2)民品方面應用

優點主要表現在輕質高強、防腐、耐久、實用、經濟等方面。

已開發應用的產品：高壓氣瓶(煤氣、氧氣)；輸水工程，防腐管道及配件；各種尺寸和性能貯罐；電機綁環及護環；風機葉片；跳高運動員用的撐稈、船桅桿，電線桿；貯能飛輪；汽車板簧及傳動軸；紡織機劍桿，繞絲筒；羽毛球及網球球拍；防波浮筒；磁選機筒等。

第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝三、纏繞成型技術的發展現狀66當前66頁，總共82頁。采用纖維纏繞成型工藝生產的CNG車用氣瓶大口徑中空壁纏繞管生產第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝三、纏繞成型技術的發展現狀67當前67頁，總共82頁。第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝三、纏繞成型技術的發展現狀68當前68頁，總共82頁。第四章聚合物基復合材料成型工藝第五節纏繞成型工藝三、纏繞成型技術的發展現狀69當前69頁，總共82頁。復合材料制品的連續成型工藝，是指從投入原材料開始，經過浸膠、成型、固化、脫模、切斷等工序，直至最后獲得成品的整個工藝過程，都是在連續不斷地進行。根據生產的產品不同，連續成型工藝分為連續拉擠成型工藝、連續纏繞成型工藝和連續制板工藝三種。第四章聚合物基復合材料成型工藝第六節連續成型工藝一、概述70當前70頁，總共82頁。主要用于生產不同口徑的玻璃鋼管和罐身。

特點：生產效率高、產品質量穩定、勞動強度低、節省原材料、減少芯模數量等；但這種工藝技術含量高、設備投資大、變徑難度大等。1、連續纏繞成型工藝主要用于生產各種玻璃鋼型材，如玻璃鋼棒、工字型、角型、槽型、方型、空腔型及異形斷面型材等。2、拉擠成型工藝第四章聚合物基復合材料成型工藝第六節連續成型工藝一、概述71當前71頁，總共82頁。

主要是用玻璃纖維氈、布為增強材料，連續不斷地生產各種規格平板，波紋板和夾層結構板等。

連續成型工藝的共同特點：①生產過程完全實現機械化和自動化，生產效率高；②生產過程不間斷，制品長度不限；③產品無需后加工，生產過程中邊角廢料少，節省原料和能源；④產品質量穩定，重復性好，成品率高；⑤操作方便，省人力、勞動條件好；⑥成本低。3、連續制板工藝第四章聚合物基復合材料成型工藝第六節連續成型工藝一、概述72當前72頁，總共82頁。

⑴拉擠成型工藝特點

拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續玻璃纖維束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化，連續不斷地生產長度不限的玻璃鋼型材。這種工藝最適于生產各種斷面形狀的玻璃鋼型材，如棒、管、實體型材(工字形、槽形、方形型材)和空腹型材(門窗型材、沖片等)等。第四章聚合物基復合材料成型工藝第六節連續成型工藝1、拉擠成型工藝的發展現狀及前景二、拉擠成型工藝73當前73頁，總共82頁。

優點：

①生產過程完全實現自動化控制，生產效率高；

②拉擠成型制品中纖維含量可高達80％，浸膠在張力下進行，能充分發揮增強材料的作用，產品強度高；

③制品縱、橫向強度可任意調整，可以滿足不同力學性能制品的使用要求；

④生產過程中無邊角廢料，產品不需后加工，故較其它工藝省工，省原料，省能耗；

⑤制品質量穩定，重復性好，長度可任意切斷。

缺點：產品形狀單調，只能生產線形型材，而且橫向強度不高。

第四章聚合物基復合材料成型工藝第六節連續成型工藝二、拉擠成型工藝74當前74頁，總共82頁。

⑵拉擠成型工藝的發展和應用

拉擠成型技術始于50年代，首先在美國專利注冊，60年代得到應用，70年代得到發展，80年代發展速度達最快；美國80年代的增長率為20%左右，居各種成型方法之首