聚合物基復合材料的成型工藝第一節(jié)概述1制備復合材料的主要工藝流程生產(chǎn)準備濕法預成型固化(T,tP)脫膜整修預浸料復合材料的成型加工:預浸料等半成品的制備,增強材料的預成型、得到接近于制品形狀的毛坯和復合材料的固化成型。復合材料成型工藝成型工藝分類按預成型范方法分類1層貼法2沉積法

3纏繞法4編織法按成型壓力分類1接觸低壓成型工藝

2夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)按開模、閉模分類3模壓成型工藝4層壓及卷管成型工藝

5連續(xù)成型工藝6熱塑性復合材料成型工藝7其它成型工藝

1開模成型;2閉模工藝

1層貼法（裱糊法或手糊法）

1層貼法：用布、帶、氈等的增強材料和低黏度膠液手糊的濕法工藝和采用預浸料層貼的干法工藝1）手糊成型工藝特點優(yōu)點1設(shè)備簡單（只需簡單的模具、工具）；2）生產(chǎn)技術(shù)易掌握，“一學就會”3）所制作的FRP產(chǎn)品不受尺寸、形狀的限制：4）可與其他材料同時復合成一體；5）可現(xiàn)場制作一些不易運輸?shù)拇笮椭破罚纾捍蠊蕖⒋笮臀菝娴热秉c1生產(chǎn)效率低、速度慢、周期長；2產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差，受操作人員技術(shù)水平及制作環(huán)境條件的影響；3）生產(chǎn)環(huán)境差，氣味大，粉塵大，需勞動保護。一手糊成型工藝①干法鋪層：用預浸布為原料，將預浸好料（布）按樣板裁剪成壞料，鋪層時加熱軟化，然后再一層一層地緊貼在模具上手糊成型工藝②濕法鋪層直接在模具上將增強材料浸膠，一層一層地緊貼在模具上，扣除氣泡，使之密實。膠衣層糊制結(jié)構(gòu)層糊制B手糊成型的工藝流程模具清理涂脫模劑涂膠衣膠液的配置表面層制作織物裁剪增強層制作補強層制作固化脫摸切邊加工產(chǎn)品檢驗脫模劑的種類:1:聚乙烯醇(PVA)2:蠟類脫模劑3:新型液體脫模劑涂脫模劑1膠衣層制作目的:解決FRP表面質(zhì)量差(基體固化收縮導致玻璃布紋凸出)在制品表面特制的面層,表面層可采用玻璃纖維表面氈或加顏料的膠衣樹脂(稱膠衣層)制備.膠衣層厚度控制在0.25-0.5mm,或者用單位面積用膠量控制:300-500g/m2UP膠衣樹脂有許多專用品種,以適應不同的用途.常用的配方:透明膠衣樹脂:100份過氧化甲乙酮2份(引發(fā)劑)奈酸鈷1-4份(促進劑)顏料糊8-10份(噴涂4-6份)稀釋劑208份(噴涂)鋪層糊制:成型操作包括鋪層糊制(表面層制作;增強層制作;加固件制作)和固化表面層制作目的:防止膠衣顯露布紋,表面形成富樹脂層,提高耐滲漏,耐腐蝕性方法:將GF30g/m2或50GF30g/m2的表面氈按模具大小裁剪,鋪在膠衣面上,用毛棍上膠,用脫泡輥脫泡,表面層的含膠量控制在90%固化:FRP產(chǎn)品一般要求在室溫15-30度,固化8-24小時,在用8小時后可脫模;60-80度固化1-2小時后脫模,脫模2干法手糊成型的固化按加壓方式的不同主要有以下方法:1真空袋壓成型;2氣壓室成型;3真空袋-熱壓罐成型;4模壓成型;5層壓成型袋壓成型是將手糊成型的未固化制品，通過橡膠袋或其它彈性材料向其施加氣體或液體壓力，使制品在壓力下密實，固化。

2袋壓成型工藝準備區(qū)鋪陳區(qū)裝袋區(qū)固化區(qū)脫模和修飾區(qū)檢驗區(qū)模具檢驗及涂脫模劑圖紙資料膠液配制玻璃布處理預浸料制備濕法鋪陳干法鋪陳裝袋固化爐熱壓罐模具脫模制件加工和修飾試驗片檢驗成品性能測試真空袋成型②真空袋法此法是將手糊成型未固化的制品，加蓋一層橡膠膜，制品處于橡膠膜和模具之間，密封周邊，抽真空（0.05～0.07MPa），使制品中的氣泡和揮發(fā)物排除。真空袋成型法由于真空壓力較小，故此法僅用于聚酯和環(huán)氧復合材料制品的濕法成型。模具脫模劑層純樹脂層玻璃纖維層熱固性樹脂+纖維層2壓力袋成型①壓力袋法壓力袋法是將手糊成型未固化的制品放入一橡膠袋，固定好蓋板，然后通入壓縮空氣或蒸汽（0.25～0.5MPa），使制品在熱壓條件下固化。上海之合玻璃鋼有限公司。2沉積法噴射成型工藝:將混有引發(fā)劑和促進劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側(cè)噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上，當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。

噴射成型技術(shù)是手糊成型的改進，半機械化程度。噴射成型技術(shù)在復合材料成型工藝中所占比例較大，如美國占9.1%，西歐占11.3%，日本占21%。目前國內(nèi)用的噴射成型機主要是從美國進口。3纏繞法

纖維纏繞是把浸有樹脂（如polyester,epoxy等）的纖維材料（如玻璃鋼，碳纖維等）盡可能均勻地包在芯模（決定產(chǎn)品形狀的模具）表面的加工技術(shù)。纖維纏繞機通過控制纖維和芯模的運動，使纖維完全覆蓋芯模并形成滿足強度要求的厚度，從而形成復合材料產(chǎn)品。繞線筒張力控制器預浸槽小車吐絲嘴芯模

基本纖維纏繞機纖維纏繞的分類按成型方式分為外側(cè)纏繞和內(nèi)側(cè)纏繞，外側(cè)纏繞是纖維纏繞在芯模的外側(cè)，復合材料制品的幾何形狀取決于芯模的外表面按浸樹脂工藝方式有干法纏繞、濕法纏繞和預濕法纏繞，采用浸濕紗帶直接纏繞的工藝方式稱為濕法纏繞纖維纏繞基本原理原理1、纖維路徑在整個纏繞過程中不打滑。原理2、整個成型過程中，纖維不架橋。原理3、纖維路徑與芯模端部相切。原理4、整條纖維盡可能均勻地完全覆蓋芯模。大型玻璃鋼現(xiàn)場微控整體纏繞貯槽、貯罐，纏繞直徑4000mm-10000mm，纏繞長度為3000--12000mm。

（1）干法纏繞干法纏繞是采用經(jīng)過預浸膠處理的預浸紗或帶，在纏繞機上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到芯模上。特點：由于預浸紗（或帶）是專業(yè)生產(chǎn)，能嚴格控制樹脂含量（精確到2%以內(nèi)）和預浸紗質(zhì)量。因此，干法纏繞能夠準確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的最大是生產(chǎn)效率高，纏繞速度可達100～200m/min，纏繞機清潔，勞動衛(wèi)生條件好，產(chǎn)品質(zhì)量高。缺點是纏繞設(shè)備貴，需要增加預浸紗制造設(shè)備，故投資較大此外，干法纏繞制品的層間剪切強度較低。

（2）濕法纏繞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。濕法纏繞的優(yōu)點：①成本比干法纏繞低40%；②產(chǎn)品氣密性好，因為纏繞張力使多余的樹脂膠液將氣泡擠出，并填滿空隙；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(chǎn)效率高（達200m/min）。濕法纏繞的缺點：①樹脂浪費大，操作環(huán)境差；②含膠量及成品質(zhì)量不易控制；③可供濕法纏繞的樹脂品種較少。

濕纏繞法工藝（3）半干法纏繞半干法纏繞是纖維浸膠后，到纏繞至芯模的途中，增加一套烘干設(shè)備，將浸膠紗中的溶劑除去，與干法相比，省卻了預浸膠工序和設(shè)備；與濕法相比，可使制品中的氣泡含量降低。

圖1機器纏繞芯模數(shù)個來回后的纖維分布圖2機器纏繞芯模一層后的纖維分布圖3復合材料彎管成品4編織法將增強材料編織成與產(chǎn)品形狀尺寸基本一致的三維立體織物，是一種連續(xù)纖維沙新型預成型方法。再經(jīng)數(shù)值傳遞模塑等工藝完成樹脂的浸漬、固化，得到具有較高層相強度的復合材料制品。中國航空工業(yè)第一集團公司北京航空材料研究院創(chuàng)建于1956年，是中國航空工業(yè)唯一的材料研究機構(gòu)

F-35戰(zhàn)斗機

復合材料進氣道預形件的編織是在一個大心軸上進行的，將其共分為35塊，以便在固化后分別從心軸上取下。心軸是由五層連續(xù)石墨纖維編織而成，局部達八層厚。編織為一種自動化的經(jīng)緯編織法，零件表面纖維拉緊。接觸低壓成型工藝接觸低壓成型工藝的特點是以手工鋪放增強材料，浸清樹脂，或用簡單的工具輔助鋪放增強材料和樹脂。接觸低壓成型工藝的另一特點，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）。

接觸低壓成型工藝過程

先將材料在陰模、陽模或?qū)δＩ现瞥稍O(shè)計形狀，再通過加熱或常溫固化，脫模后再經(jīng)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。其中前兩種為接觸成型。

優(yōu)點：設(shè)備簡單，適應性廣，投資少，見效快。根據(jù)近年來的統(tǒng)計，接觸低壓成型工藝在世界各國復合材料工業(yè)生產(chǎn)中，仍占有很大比例，如美國占35%，西歐占25%，日本占42%，中國占75%。這說明了接觸低壓成型工藝在復合材料工業(yè)生產(chǎn)中的重要性和不可替代性，它是一種永不衰落的工藝方法。缺點：是生產(chǎn)效率低、勞動強度大、產(chǎn)品重復性差等。

2夾層結(jié)構(gòu)制造技術(shù)夾層結(jié)構(gòu)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(zhì)材料，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)實際上是復合材料與其它輕質(zhì)材料的再復合.1、玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)的種類與特點

根據(jù)夾層結(jié)構(gòu)所用的芯材種類和形式不同，玻璃鋼夾層結(jié)構(gòu)分為：泡沫夾層結(jié)構(gòu)，蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，梯形板夾層結(jié)構(gòu)，矩形夾層結(jié)構(gòu)和圓形夾層結(jié)構(gòu)。

（1）泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)

1）原材料泡沫塑料夾層結(jié)構(gòu)用的原材料分為面板（蒙皮）材料、夾芯材料和粘接劑。①面板材料主要是用玻璃布和樹脂制成的薄板，與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)面板用的材料相同。②粘接劑面板和夾芯材料的粘接劑，主要取決于泡沫塑料種類，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用不飽和聚酯樹脂粘接。③泡沫夾芯材料泡沫塑料的種類很多，其分類方法有兩種：a一種是按樹脂基體分，可分為：聚氯乙烯泡沫塑料，聚苯乙烯泡沫塑料，聚乙烯泡沫塑料，聚氨酯泡沫塑料，酚醛，環(huán)氧及不飽和聚酯等熱固性泡沫塑料等。b另一種是以硬度分，可分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)三種。（2）蜂窩夾層結(jié)構(gòu)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是采用玻璃鋼薄板作蒙皮，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。特點：蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的重量輕，強度高，剛度大，多用作結(jié)構(gòu)尺寸大、強度要求高的結(jié)構(gòu)件，應用：玻璃鋼橋的承重板、球形屋頂結(jié)構(gòu)、雷達罩、反射面、冷藏車地板及箱體結(jié)構(gòu)等。膠膜粘接蜂窩制成夾層結(jié)構(gòu)

中國一航北京航空材料研究院:研制及批量生產(chǎn)各種復合材料層壓結(jié)構(gòu)、蜂窩或泡沫夾層結(jié)構(gòu)構(gòu)件

（3）梯形和矩形帶頭作用層結(jié)構(gòu)

這種帶頭作用層結(jié)構(gòu)的面板（蒙皮）為玻璃鋼薄板，夾芯層是玻璃鋼梯形板或矩形板。這種夾層結(jié)構(gòu)方向性強，僅適用于做高強平板，不宜用于彎曲形狀的制品。（4）圓環(huán)形夾層結(jié)構(gòu)它是用玻璃鋼薄板作蒙皮，用玻璃鋼圓環(huán)做夾芯層。這種夾層結(jié)構(gòu)的特點：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(jié)構(gòu)板材。3模壓成型工藝模壓成型工藝是復合材料生產(chǎn)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(nèi)，經(jīng)加熱、加壓固化成型的方法。

優(yōu)點：①生產(chǎn)效率高，便于實現(xiàn)專業(yè)化和自動化生產(chǎn)；②產(chǎn)品尺寸精度高，重復性好；③表面光潔，無需二次修飾；④能一次成型結(jié)構(gòu)復雜的制品；⑤因為批量生產(chǎn)，價格相對低廉。

缺點:模具制造復雜，投資較大，加上受壓機限制，最適合于批量生產(chǎn)中小型復合材料制品。

4層壓及卷管成型工藝1、層壓成型工藝

層壓成型是將預浸膠布按照產(chǎn)品形狀和尺寸進行剪裁、疊加后，放入兩個拋光的金屬模具之間，加溫加壓成型復合材料制品的生產(chǎn)工藝。該工藝主要用于生產(chǎn)電絕緣板和印刷電路板材。優(yōu)點：具有機械化、自動化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，缺點：一次性投資較大，只能生產(chǎn)板材，且規(guī)格受到設(shè)備的限制。

層壓工藝過程大致包括：預浸膠布制備、膠布裁剪疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序，2卷管成型工藝是用預浸膠布在卷管機上熱卷成型的一種復合材料制品成型方法，其原理是借助卷管機上的熱輥，將膠布軟化，使膠布上的樹脂熔融。在一定的張力作用下，輥筒在運轉(zhuǎn)過程中，借助輥筒與芯模之間的摩擦力，將膠布連續(xù)卷到芯管上，直到要求的厚度，然后經(jīng)冷輥冷卻定型，從卷管機上取下，送入固化爐中固化。管材固化后，脫去芯模，即得復合材料卷管。

5連續(xù)成型工藝1復合材料制品的連續(xù)成型工藝，是指從投入原材料開始，經(jīng)過浸膠、成型、固化、脫模、切斷等工序，直到最后獲得成品的整個工藝過程，都是在連續(xù)不斷地進行2根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，連續(xù)成型工藝分為連續(xù)拉擠成型工藝、連續(xù)纏繞成型工藝和連續(xù)制板工藝三種。

玻璃纖維紗束切斷后，散布于樹脂薄膜上，不受薄膜上樹脂濕潤滲透，后兩層薄膜合并，并用壓縮羅拉排除氣泡，最后浸層物通過硬化烘箱硬化成型。連續(xù)浸層法玻璃纖維紗束壓縮羅拉成型硬化切刀輪連續(xù)成型工藝的共同特點：①生產(chǎn)過程完全實現(xiàn)機械化身自動化，生產(chǎn)效率高；②生產(chǎn)過程不間斷，制品長度不限；③產(chǎn)品無需后加工，生產(chǎn)過程中邊角廢料少，節(jié)省原料和能源；④產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)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

二熱塑性復合材料成型工藝熱塑性復合材料是以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強各種熱塑性樹脂的總稱，國外稱FRTP（FiberRinforcedThermoPlastics）。

從生產(chǎn)工藝角度分析，塑性復合材料分為短纖維增強復合材料和連續(xù)纖維增強復合材料兩大類：（1）短纖維增強復合材料①注射成型工藝；②擠出成型工藝；③離心成型工藝。（2）連續(xù)纖維增強及長纖維增強復合材料①預浸料模壓成型；②片狀模塑料沖壓成型；③片狀模塑料真空成型；④預浸紗纏繞成型；⑤拉擠成型。

1、注射成型工藝

注射成型是熱塑性復合材料的主要生產(chǎn)方法，歷史悠久，應用最廣。優(yōu)點：成型周期短，能耗最小，產(chǎn)品精度高，一次可成型結(jié)構(gòu)復雜及帶有嵌件的制品，一模能生產(chǎn)幾個制品，生產(chǎn)效率高。缺點：不能生產(chǎn)纖維增強復合材料制品和對模具質(zhì)量要求較高。根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展水平，注射成型的最大產(chǎn)品為5kg，最小到1g，這種方法主要用來生產(chǎn)各種機械零件，建筑制品，家電殼體，電器材料，車輛配件等。1、注射成型

（二）壓制成型壓制成型主要用于熱固性塑料如酚醛、脲醛、環(huán)氧、有機硅等的成形。優(yōu)點是可壓制較大平面的制品和能大量生產(chǎn)，制件質(zhì)量均勻、內(nèi)應力小、尺寸穩(wěn)定、耐熱、強度高。其缺點是生產(chǎn)周期長，效率低。。

模壓示意圖擠出成型是熱塑性復合材料制品生產(chǎn)中應用較廣的工藝之一。其主要特點是生產(chǎn)過程連續(xù)，生產(chǎn)效率高，設(shè)備簡單，技術(shù)容易掌握等。擠出成型工藝主要用于生產(chǎn)管、棒、板及異型斷面型等產(chǎn)品。增強塑料管玻纖增強門窗異型斷面型材，在我國有很大市場。3、擠出成型工藝4、纏繞成型工藝

熱塑性復合材料的纏繞成型工藝原理和纏繞機設(shè)備與熱固性玻璃的一樣，不同的是熱塑性復合材料纏繞制品的增強材料不是玻纖粗紗，而是經(jīng)過浸膠（熱塑性樹脂）的預浸紗。因此，需要在纏繞機上增加預浸紗預熱裝置和加熱加壓輥。纏繞成型時，先將預浸紗加熱到軟化點，再與芯模的接觸點加熱，并加壓輥加壓，使其熔接成一個整體。

4、熱塑性復合材料拉擠成型

熱塑性復合材料的拉擠成型工藝與熱固性玻璃鋼的基本相似。只要把進入模具前的浸膠方法加以改造，生產(chǎn)熱固性玻璃鋼的設(shè)備便可使用。生產(chǎn)熱塑性復合材料拉擠產(chǎn)品的增強材料有兩種：一種是經(jīng)過浸膠的預浸紗或預浸帶，另一種是未浸膠的纖維或纖維帶。

加熱模含浸區(qū)固化區(qū)將沙束或織物含浸樹脂后，通過一定形狀的成型模具，使其在模具內(nèi)經(jīng)加熱硬化，由拉引裝置拉出切斷。纖維絡筒樹脂槽拉扯羅拉

此法系利用熱塑性復合材料的可焊性，生產(chǎn)復合材料板材。其方法如下：先在工作臺上壓鋪一層預浸料（一般寬500mm），鋪第二層浸料時，開動壓輥的焊接器，使預浸料進入壓輥下，焊接器使上下兩層預浸料在幾秒鐘內(nèi)同時受熱熔化，當機器向前移動時，預浸料在壓輥的壓力（0.3MPa）作用下粘合成一體。如此重復，可