树脂基复合材料成型工艺介绍.docx

树脂基复合材料成型工艺介绍树脂基复合材料成型工艺介绍（1）:模压成型工艺模压成型工艺是复合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法它是将一定 量的预混料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成型的方法模压成型工艺的主要优点：① 生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；② 产品尺寸精度高，重复性好；③ 表面光洁，无需二次修饰；④ 能一次成型结构复杂的制品；⑤ 因为批量生产，价格相对低廉模压成型的不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，最适合于批量生 产中小型复合材料制品随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进 和发展，压机吨位和台面尺寸不断增大，模压料的成型温度和压力也相对降低，使得模压成 型制品的尺寸逐步向大型化发展，目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等模压成型工艺按增强材料物态和模压料品种可分为如下几种：① 纤维料模压法是将经预混或预浸的纤维状模压料，投入到金属模具内，在一定的温度和压力下成型复 合材料制品的方法该方法简便易行，用途广泛根据具体操作上的不同，有预混料模压和 预浸料模压法② 碎布料模压法将浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物，如麻布、有机纤维布、石棉布或棉布等的边 角料切成碎块，然后在金属模具中加温加压成型复合材料制品。

③ 织物模压法将预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂胶液，然后放入金属模具中加热加压成 型为复合材料制品④ 层压模压法将预浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物，裁剪成所需的形状，然后在金属模具中经 加温或加压成型复合材料制品⑤ 缠绕模压法将预浸过树脂胶液的连续纤维或布（带）通过专用缠绕机提供一定的张力和温度，缠 在芯模上，再放入模具中进行加温加压成型复合材料制品⑥ 片状塑料（SMC）模压法将SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求裁剪下料，然后将多层片材叠合后放入金 属模具中加热加压成型制品⑦ 预成型坯料模压法先将短切纤维制成品形状和尺寸相似的预成型坯料，将其放入金属模具中，然后向模具 中注入配制好的粘结剂（树脂混合物），在一定的温度和压力下成型模压料的品种有很多，可以是预浸物料、预混物料，也可以是坯料当前所用的模压料 品种主要有：预浸胶布、纤维预混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC及ZMC等品种1、 原材料（1） 合成树脂复合材料模压制品所用的模压料要求合成树脂具有：①对增强材料有良好的浸润性能， 以便在合成树脂和增强材料界面上形成良好的粘结；②有适当的粘度和良好的流动性，在压 制条件下能够和增强材料一道均匀地充满整个模腔；③在压制条件下具有适宜的固化速度， 并且固化过程中不产生副产物或副产物少，体积收缩率小；④能够满足模压制品特定的性能 要求。

按以上的选材要求，常用的合成树脂有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙 烯基树脂、咲喃树脂、有机硅树脂、聚丁二烯树脂、烯丙基酯、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树 脂等为使模压制品达到特定的性能指标，在选定树脂品种和牌号后，还应选择相应的辅助 材料、填料和颜料2） 增强材料模压料中常用的增强材料主要有玻璃纤维开刀丝、无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维 束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等，也有少量特种制品选用石棉毡、石棉织物（布）和石棉纸 以及高硅氧纤维、碳纤维、有机纤维（如芳纶纤维、尼龙纤维等）和天然纤维（如亚麻布、 棉布、煮炼布、不煮炼布等）等品种有时也采用两种或两种以上纤维混杂料作增强材料3） 辅助材料一般包括固化剂（引发剂）、促进剂、稀释剂、表面处理剂、低收缩添加剂、脱模剂、 着色剂（颜料）和填料等辅助材料2、 模压料的制备以玻璃纤维（或玻璃布）浸渍树脂制成的模压料为例，其生产工艺可分为预混法和预浸 法两种1） 预混法先将玻璃纤维切割成30〜50mm的短切纤维，经蓬松后在捏合机中与树脂胶液充分捏 合至树脂完全浸润玻璃纤维，再经烘干（晾干）至适当粘度即可其特点是纤维松散无定向， 生产量大，用此法生产的模压料比容大，流动性好，但在制备过程中纤维强度损失较大。

2） 预浸法纤维预浸法是将整束连续玻璃纤维（或布）经过浸胶、烘干、切短而成其特点是纤维 成束状，比较紧密，制备模压料的过程中纤维强度损失较小，但模压料的流动性及料束之间 的相容性稍差树脂基复合材料成型工艺介绍（2）：层压及卷管成型工艺1、层压成型工艺层压成型是将预浸胶布按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后，放入两个抛光的金属模 具之间，加温加压成型复合材料制品的生产工艺它是复合材料成型工艺中发展较早、也较 成熟的一种成型2、卷管成型工艺卷管成型工是用预浸胶布在卷管机上热卷成型的一种复合材料制品成型方法，其原理是 借助卷管机上的热辊，将胶布软化，使胶布上的树脂熔融在一定的张力作用下，辊筒在运 转过程中，借助辊筒与芯模之间的摩擦力，将胶布连续卷到芯管上，直到要求的厚度，然后 经冷辊冷却定型，从卷管机上取下，送入固化炉中固化管材固化后，脱去芯模，即得复合 材料卷管卷管成型按其上布方法的不同而可分为手工上布法和连续机械法两种其基本过程是：首先 清理各车昆筒，然后将热车昆加热到设定温度，调整好胶布张力在压车昆不施加压力的情况下， 将引头布先在涂有脫模剂的管芯模上缠上约1圈，然后放下压车昆，将引头布贴在热车昆上， 同时将胶布拉上，盖贴在引头布的加热部分，与引头布相搭接。

引头布的长度约为800〜 1200mm,视管径而定，引头布与胶布的搭接长度，一般为150〜250mm在卷制厚壁管 材时，可在卷制正常运行后，将芯模的旋转速度适当加快，在接近设计壁厚时再减慢转速， 至达到设计厚度时，切断胶布然后在保持压车昆压力的情况下，继续使芯模旋转1〜2圈 最后提升压车昆，测量管坯外径，合格后，从卷管机上取出，送入固化炉中固化成型3、预浸胶布制备工艺预浸胶布是生产复合材料层压板材、卷管和布带缠绕制品的半成品1） 原材料预浸胶布生产所需的主要原材料有增强材料（如玻璃布、石棉布、合成纤维布、玻璃纤 维毡、石棉毡、碳纤维、芳纶纤维、石棉纸、牛皮等）和合成树脂（如酚醛树脂、氨基树脂、 环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂等）2） 预浸胶布的制备工艺预浸胶布的制备是使用经热处理或化学处理的玻璃布，经浸胶槽浸渍树脂胶液，通过刮 胶装置和牵引装置控制胶布的树脂含量，在一定的温度下，经过一定时间的洪烤，使树脂由 A阶转至B阶，从而得到所需的预浸胶布通常将此过程称之为玻璃的浸胶该工 艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材现在，印刷电路板材已广泛应用于各类收音机、 电视机、机和移动机、电脑产品、各类控制电路等所有需要平面集成电路的产品中。

层压工艺主要用于生产各种规格的复合材料板材，具有机械化、自动化程度高、产品质量稳 定等特点，但一次性投资较大，适用于批量生产，并且只能生产板材，且规格受到设备的限 制层压工艺过程大致包括：预浸胶布制备、胶布裁剪叠合、热压、冷却、脫模、加工、后处理 等工序树脂基复合材料成型工艺介绍（3）：缠绕成型工艺缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维（或布带、预浸纱）按照一定规律缠绕到芯 模上，然后经固化、脫模，获得制品根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同， 分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种1） 干法缠绕干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕 到芯模上由于预浸纱（或带）是专业生产，能严格控制树脂含量（精确到2%以内）和预 浸纱质量因此，干法缠绕能够准确地控制产品质量干法缠绕工艺的最大特点是生产效率 高，缠绕速度可达100〜200m/mi n,缠绕机清洁，劳动卫生条件好，产品质量高其缺点 是缠绕设备贵，需要增加预浸纱制造设备，故投资较大此外，干法缠绕制品的层间剪切强度 较低2） 湿法缠绕湿法缠绕是将纤维集束（纱式带）浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上。

湿法缠绕 的优点为：①成本比干法缠绕低40%:②产品气密性好，因为缠绕张力使多余的树脂胶液 将气泡挤出，并填满空隙；③纤维排列平行度好；④湿法缠绕时，纤维上的树脂胶液，可减 少纤维磨损；⑤生产效率高（达200m/min）湿法缠绕的缺点为：①树脂浪费大，操作环 境差；②含胶量及成品质量不易控制；③可供湿法缠绕的树脂品种较少3) 半干法缠绕半干法缠绕是纤维浸胶后，到缠绕至芯模的途中，增加一套烘干设备，将浸胶纱中的溶 剂除去，与干法相比，省却了预浸胶工序和设备；与湿法相比，可使制品中的气泡含量降低三种缠绕方法中，以湿法缠绕应用最为普遍；干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技 术领域纤维缠绕成型的优点① 能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使能充分发挥纤维的强度；② 比强度高：一般来讲，纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器相比，重量可 减轻40〜60%；③ 可靠性高：纤维缠绕制品易实现机械化和自动化生产，工艺条件确定后，缠出来的产 品质量稳定，精确；④ 生产效率高：采用机械化或自动化生产，需要操作工人少，缠绕速度快(240m/mi n), 故劳动生产率高；⑤ 成本低：在同一产品上，可合理配选若干种材料(包括树脂、纤维和内衬)，使其再 复合，达到最佳的技术经济效果。

缠绕成型的缺点① 缠绕成型适应性小，不能缠任意结构形式的制品，特别是表面有凹的制品，因为缠绕 时，纤维不能紧贴芯模表面而架空；② 缠绕成型需要有缠绕机，芯模，固化加热炉，脱模机及熟练的技术工人，需要的投资 大，技术要求高，因此，只有大批量生产时才能降低成本，才能获得较的的技术经济效益1、 原材料缠绕成型的原材料主要是纤维增强材料、树脂和填料1) 增强材料缠绕成型用的增强材料，主要是各种纤维纱：如无碱玻璃纤维纱，中碱玻璃纤维纱，碳 纤维纱，高强玻璃纤维纱，芳纶纤维纱及表面毡等2) 树脂基体树脂基体是指树脂和固化剂组成的胶液体系缠绕制品的耐热性，耐化学腐蚀性及耐自 然老化性主要取决于树脂性能，同时对工艺性、力学性能也有很大影响缠绕成型常用树脂 主要是不饱和聚酯树脂,也有时用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂等对于一般民用制品如管、 罐等，多采用不饱和聚酯树脂对力学性能的压缩强度和层间剪切强度要求高的缠绕制品， 则可选用环氧树脂航天航空制品多采用具有高断裂韧性与耐湿性能好的双马来酰亚胺树脂3) 填料填料种类很多，加入后能改善树脂基体的某些功能，如提高耐磨性，增加阻燃性和降低 收缩率等在胶液中加入空心玻璃微珠，可提高制品的刚性，减小密度降低成本等。

在生产 大口径地埋管道时，常加入30%石英砂，借以提高产品的刚性和降低成本为了提高填料 和树脂之间的粘接强度，填料要保证清洁和表面活性处理2、 芯模成型中空制品的内模称芯模一般情况下，缠绕制品固化后，芯模要从制品内脱出芯模设计的基本要求① 要有足够的强度和刚度，能够承受制品成型加工过程中施加于芯模的各种载荷，如自 重、制品重，缠绕张力，固化应力，二次加工时的切削力等；② 能满足制品形状和尺寸精度要求，如形状尺寸，同心度、椭圆度、锥度（脱模），表 面光洁度和平整度等；③ 保证产品固化后，能顺利从制品中脱出；④ 制造简单，造价便宜，取材方便芯模材料缠绕成型芯模材料分两类：熔、溶性材料和组装式材料熔、溶性材料是指石蜡，水溶 性聚乙烯醇型砂，低熔点金属等，这类材料可用浇铸法制成空心或实心芯模，制品缠绕成型 后，从开口处通入热水或高压蒸汽，使其溶、熔，从制品中流出，流出的溶体，冷却后重复 使用组装式芯模材料常用的有铝、钢、夹层结构、木材及石膏等另外还有内衬材料，内 衬材料是制品的组成。