复合材料成型工艺与特点
第五章复合材料成型工艺与特点手糊、喷射成型技术与特点
手糊成型技术与特点
1) 手糊成型原理
手糊成型工艺是树脂基复合材料生产中最早使用和应用普遍的一种成型方法，它是指将纤维浸渍树脂后手工地铺层在模具上，黏结在一起然后固化的成型工艺。手糊成型技术很少受制品形状及大小的限制，模具费用低，对于那些品种多、生产量小的大型制品，手糊成型技术是非常适合的。
2) 手糊成型工艺的原材料
手糊成型工艺所用的原材料包括：增强材料、树脂和辅助材料。
（1）增强材料
手糊成型对增强材料的要求：①增强材料易于被树脂浸透；②有足够的形变性，能满足制品复杂形状的成型要求；③气泡容易扣除；④能够满足制品使用条件的物理和化学性能要求；⑤价格合理（尽可能便宜），来源丰富。
用于接触成型的增强材料有玻璃纤维及其织物，碳纤维及其织物，芳纶纤维及其织物等。其中常用的玻璃纤维增强材料有以下几种：无捻粗纱、无捻粗纱布、加捻布、短切玻璃纤维毡、玻璃纤维织物。
（2）基体材料
手糊成型工艺对基体材料的要求：①在手糊条件下易浸透纤维增强材料，易排除气泡，与纤维粘接力强；②在室温条件下能凝胶，固化，而且要求收缩小，挥发物少；③粘度适宜：一般为～·s，不能产生流胶现象；④无毒或低毒；⑤价格合理，来源有保证。
在手糊成型技术中，最常用的是不饱和聚酯树脂，其次是环氧树脂、酚醛树脂和呋喃树脂，乙烯基树脂等也有少数应用。
（3）辅助材料
接触成型工艺中的辅助材料，主要是指填料和色料两类，而固化剂、稀释剂、增韧剂等，归属于树脂基体体系。
3)模具及脱模剂
（1）模具
模具是各种接触成型工艺中的主要设备。模具的好坏，直接影响产品的质量和成本，必须精心设计制造。
设计模具时，必须综合考虑以下要求：①满足产品设计的精度要求，模具尺寸精确、表面光滑；②要有足够的强度和刚度；③脱模方便；④有足够
的热稳定性；⑤重量轻、材料来源充分及造价低。
模具材料应满足以下要求：①能够满足制品的尺寸精度，外观质量及使用寿命要求；②模具材料要有足够的强度和刚度，保证模具在使用过程中不易变形和损坏；③不受树脂侵蚀，不影响树脂固化；④耐热性好，制品固化和加热固化时，模具不变形；⑤容易制造，容易脱模；⑥昼减轻模具重量，方便生产；⑦价格便宜，材料容易获得。能用作手糊成型模具的材料有：木材，金属，石膏，水泥，低熔点金属，硬质泡沫塑料及玻璃钢等。
脱模剂基本要求：①不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘接力小于；
②成膜时间短，厚度均匀，表面光滑；③使用安全，无毒害作用；④耐热、能以受加热固化的温度作用；⑤操作方便，价格便宜。
手糊成型工艺的脱模剂主要有薄膜型脱模剂、液体脱模剂和油膏、蜡类脱模剂。
4)手糊成型的工艺流程
（1）生产准备
场地：手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15～35℃之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。
模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。
树脂胶液配制：配制时，要注意两个问题：①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。
增强材料准备：增强材料的种类和规格按设计要求选择。
（2）糊制与固化
铺层糊制：手工铺层糊制分湿法和干法两种：①干法铺层用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。
固化：制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要24h，此时固化度达50%～70%（巴柯尔硬性度为15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化1～2周才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达85%以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80℃加热3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150℃以内。加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。
（3）脱模和修整
脱模：脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种：①顶出脱模在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。②压力脱模模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（）压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。③大型制品（如船）脱模可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。④复杂制品可采用手工脱模方法先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。
修整：修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。①尺寸修整成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；②缺陷修补包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。
5)手糊成型工艺的优缺点
手糊成型工艺有以下优点：（1）不需要复杂的设备，只需要简单的模具、工具，固定投资少、见效快，比较适合我国乡镇企业的发展；（2）生产技术易掌握，只需要经过短期的培训即可进行生产；（3）所制作的复合材料产品不受尺寸、形状限制，如大型游船、圆屋顶、水槽等均可；（4）可与其他材料（如金属、木材、泡沫等）同时复合成一体；（5）对一些不宜运输的大型制品（如大罐、大型屋面）均可现场制作。
但是手糊成型也存在许多缺点：（1）生产效率低、速度慢、生产周期长，对于批量大的产品不太适合：（2）产品质量不够稳定，由于操作人员的技能水平不同及制作环境条件的影响，产品的质量稳定性较差；（3）生产环境差，气味大，加工时粉尘多，故需从劳动保护上加以解决。
6)手糊成型的应用
由于手糊工艺设计自由，因此可根据产品的技术要求设计出理想的外观、造型及多种多样的复合材料制品。手糊成型工艺制作的复合材料产品的用途比较广泛，主要有以下几个方面：
(1) 建筑制品波形瓦、采光罩、风机、浴盆、组合式卫生间、冷却塔、活动房屋、玻璃钢大棚等。
(2) 造船业渔船、游船、游艇、交通艇、救生艇，灯塔、水中浮标、养殖船等。
(3) 机械电器设备机器罩、配电箱、医疗器械外罩、电池箱、开关盒等。
(4) 体育游乐设备赛艇、舢板、滑板、各种球杆、人造攀岩墙、冰车、风帆车、海底游乐设备等。
喷射成型技术与特点
喷射成型是利用喷枪将玻璃纤维及树脂同时喷到模具上而制得复合材料的工艺方法。具体作法是，加了引发剂的树脂和加了促进剂的树脂分别由喷枪上的两个喷嘴喷出。同时切割器将连续玻璃纤维切割成短切纤维，由喷枪的第三个喷嘴均匀地喷到模具表面上，用小辊压实，经固化而成制品。
喷射成型也称半机械化手糊法。在国外，喷射成型的发展方向是代替手糊。喷射成型的优点是:①利用粗纱代替玻璃布，可降低材料费用;②半机械操作，生产效率比手糊法高2~4倍，尤其对大型制品，这种优点更为突出。
③喷射成型无搭缝，制品整体性好;④减少飞边、裁屑和胶液剩余损耗。喷射成型的缺点是树脂含量高;制品强度低;现场粉尘大;工作环境差。
喷射成型机按喷射方式分类，可分为:(1)高压型:①用泵把树脂送入喷枪，借泵压进行喷射;②用空压机将树脂罐和固化剂罐加压，在该压力下，将树脂和固化剂压入喷枪进行喷射。(2)气动型:树脂、固化剂或它们的混合物借压缩空气喷出的力与空气雾化、喷出。
按混合形式分类，可分为:(1内部混合型:在喷枪内部混入引发剂后进行喷射。(2)外部混合型:分别含有促进剂和引发剂的树脂由喷枪喷出呈雾状相互混合，有单独喷射引发剂和喷射含引发剂树脂的两种类型。(3)已混合型:事先调配好含促进剂和引发剂的树脂，由喷枪喷出。
1）喷射成型工艺
在喷射成型开始以前，应该先检查树脂的凝胶时间，测定方法是将少量的树脂喷入小罐中，测定其凝胶时间;还必须检查树脂对玻璃纤维的比例，一般树脂对玻璃纤维的比例在比1到比1之间。
待胶衣树脂凝胶后{发软而不粘手)，就可以开始喷射成型操作。如果没有胶衣树脂，应先在模具上喷一层树脂。然后开动切割器，开始喷射树脂和纤维的混合物。第一层应该喷射得薄一些(约1mm厚)，并且仔细滚压，首先用短的马海毛滚，然后用螺旋滚.以确保树脂和固化剂混合均匀以及玻璃纤维被完全浸润。仔细操作，确保在这一层中没有气泡，而且这一层必须完全润湿胶衣树脂，待这一层凝胶后再喷下一层。接下来的每一层约喷射2mm厚，如果太厚，则气泡难以除去，制品质量不能保证。每喷射一层都要仔细滚压除去气泡。如此重复，直至达到设计厚度。
要获得较高强度的制品，则必须与粗纱布并用，在使用粗纱布时，应先在模具上喷射足够量的树脂，再铺上粗纱布，仔细滚压，这样有利于除去气泡。对大多数喷射设备，其喷射速率一般是2-10kg /min。
与手糊成型一样，最后一层可以使用表面毡，再涂上外涂层。固化、修整、后固化及脱模等工序与手糊成型法相同。
2）喷射成型常见的缺陷分析
（1）浸渍不良
产生的原因及对策:若因树脂含量低所致，则可适当增加树脂含量。若因树脂黏度过大所致，则应调节树脂黏度。若因树脂的触变度不够而造成树脂流失所致，则应选择有适宜触变度的树脂，或加触变剂。若因粗纱质量不好，不易被树脂浸透所致，则应更换粗纱。因固化时间过短，在喷射操作中就凝胶，应调节树脂的凝胶时间，如减少促进剂量，加人阻聚剂，调节环境温度。
（2）脱落
产生的原因及对策:若因树脂含量多所致，则应减少树脂喷出量。若因树脂的黏度、触变度低所致，则应提高树脂的黏度和触变度。若因喷枪与成型模面距离小所致，则应控制喷射的距离和方向。若因粗纱的切割长度不合适所致.则应按制品的大小和形状，改变纤维的切割长度。
（3）固化不足及固化不均
产生的原因及对策:若因各喷嘴的喷吐量不稳定，而造成配比失调，则要确定各喷嘴的喷吐量，必要时作相应的调整。若因喷出的树脂不能形成适当的雾状，则应调整雾化，使树脂呈雾状。若因树脂和短切粗纱喷射形状不一致，则模面与喷枪之间的距离及方向要保持适当。若由于喷枪型号的原因，初始时喷出的固化剂量不足，则可用空吹法调节固化剂达到一定喷出量后，再喷出树脂和纤维。若因空压机内混入冷凝水，则将空压机内的冷凝水排放掉，并定期排放。
（4）粗纱切割不良
产生的原因及对策:若因切割刀片磨损所致，则应更换，一般应按刀片的材质.在使用一定时间后主动更换。若是支持辊磨损所致，则应视磨损程度及时更换。若因粗纱根数太多所致，则应减少粗纱根数，通常以切割2根粗纱为宜。若因切割器的空气压低所致，则应提高空气压，增大空压机容量。
（5）空洞、气泡
产生的原因及对策;若是脱泡不充分所致，则应按操作规范仔细操作。若是树脂浸渍不良所致，则应加些消泡剂，再次检查树脂和纤维的质量。若脱泡程度难以判断，可将模具做成黑色，以便观察脱泡和浸渍情况。若是在凝胶前就送入高温的后固化炉所致，则应该在室温下固化后再送入炉内固化。
（6）厚度不匀
产生的原因及对策：由于未掌握好喷射操作所致，则应通过训练以提高熟练程度。由于脱泡操作不熟练所致，则应选用合适的脱泡工具，熟练掌握脱泡操作。若因纤维的切割性不好所致，则应调整或更换切割器。若因纤维的分散性不好所致，则应检查粗纱的质量。
（7）白化及龟裂。
产生的原因及对策:由于树脂的反应活性高，在短时间内固化，固化时发热量大，而引起树脂和纤维的界面剥离。则应选择反应活性适宜的树脂，检查引发剂和促进剂的种类和用量以及固化条件。由丁纤维表面附有妨碍树脂浸润的物质(如水、油、润滑脂等)所致，则应作适当处理，平时要注意粗纱的保管和使用。若因一次喷射太厚所致，则可采用分次喷射，边控制固化发热量边喷射。若是喷枪中各喷嘴的喷出量不匀所致，.则应调整树脂的喷出量。若是树脂中混有水所致，则应改善树脂的保管、操作方法、使用条件，空压机的冷凝水管要经常放水。
树脂传递模塑成型技术与特点
随着复合材料应用领域的不断拓宽，复合材料工业得到迅速发展，成型技术日益完善，新的成型方法不断涌现。目前树脂基复合材料的成型技术主要有手糊成型、喷射成型、树脂传递模塑成型（Resin Transfer Molding，RTM）、模压成型、注射成型、结构反应注射成型(SRIM)、真空袋成型、压力袋成型、高压釜成型、纤维缠绕法、拉挤成型法以及其它成型方法[1~2]。
早期，复合材料部件的生产多采用手糊工艺，但手糊制品质量稳定性差，劳动强度大，不能满足工业化生产的要求。后来发展起来的喷射法，生产质量和效率有所提高，应用于较大、简单形状部件的生产。20世纪60年代SMC 和BMC工艺的出现，为工业化生产大型部件提供了可行性。在随后的20年里，SMC和BMC技术迅速发展成熟，并得到了广泛应用[3~4]。20世纪80年代，由于市场需要的多样性，以RTM工艺为代表的先进液体模塑技术迅速发展。这类技术属于高性能低成本制造技术，工艺方法灵活，能够一次成型带有夹芯、加筋、预埋的大型结构件，比其它任何工艺更具有竞争力[5]。
RTM树脂基体及增强材料
RTM成型制品质量好坏,性能高低及工艺上的可操作性如何与RTM所选树脂有密切关系。因此，研究RTM适用的树脂基体便显得尤为重要。
RTM用树脂体系应满足：
1）粘度低，浸润性好，便于树脂在模腔内顺利均匀地通过并浸渍纤维；
2）固化放热峰低，以100~180℃为宜；
3）活性高，凝胶时间和固化时间短，但在注射时又要有较长的适用期；
4）树脂系统不含溶剂，固化时无低分子物析出，同时又适宜增加填料，尤其是树脂消泡性要好；
5）收缩率低，以保证制品尺寸准确，且所需的树脂应为预促进型。
RTM使用的高性能树脂基体包括：不饱和聚酯树脂，乙烯基酯树脂，环氧树酯，双马来酰亚胺树脂，热塑性树脂。目前主要为环氧树脂。
在RTM工艺中，对增强材料的限制很小。玻璃纤维(包括E和S玻璃纤维)、芳纶纤维和碳纤维都可以使用。根据不同的要求，天然纤维和一些有机纤维，如聚醋纤维，也可在RTM中使用。有时也使用金属作结构的局部增强。在这种情况下应考虑使用环境条件对所选择的金属的腐蚀和采用相应防护措施。增强体预制件可根据应用采用不同的工艺制备。
RTM成型对增强材料的要求是：
1）增强材料的分布应符合制品结构设计的要求，要注意方向性；
2）增强材料铺好后其位置和状态应固定，不动不应因合模和注射树脂而动；
3）对树脂的浸润性要好；
4）利于树脂的流动并能经受树脂的冲击。
RTM成型工艺
复合材料树脂传递模塑（Resin Transfer Molding，RTM）法是从湿法铺层和注塑工艺中演变而来的一种新的复合材料成型工艺[6]。所谓树脂传递模塑，一般是指在闭合模腔中预先铺覆好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体(包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件)，夹紧后，从置于适当位置的注入孔在一定温度及压力下将配好的树脂注入模具中，在室温或升温条件使之与增强材料一起固化，最后启模、脱模而得到成型制品。图1为RTM成型工艺示意图。
图1 RTM成型工艺示意图
RTM工艺通常包括以下四个步骤：一、从卷材上裁剪增强材料并铺叠在一起；二、使增强材料具有一定的形状、按照制品的形状修剪预成型体；三、充模(包括预成型体的铺放，树脂的注射以及固化)；四、脱模及加工。
与手糊成型、喷射成型、缠绕成型、模压成型等传统工艺的纤维/树脂浸润过程相比，RTM成型工艺的优势主要表现在：
1）RTM工艺分增强材料预成型体加工和树脂注射固化两个步骤，具有高度灵活性和组合性[7]；
2）采用了与制品形状相近的增强材料预成型技术，纤维树脂的浸润一经完成即可固化，因此可用低粘度快速固化的树脂，并可对模具加热而进一步提高生产效率和产品质量；
3）增强材料预成型体可以是短切毡、连续纤维毡、纤维布、无皱折织物、三维针织物以及三维编织物，并可根据性能要求进行选择向增强、局部
增强、混杂增强以及采用预埋和夹芯结构，可充分发挥复合材料性能的可设计性[8~9]；
4）封闭模树脂注入方式可极大减少树脂有害成分对人体和环境的毒害；
5）RTM一般采用低压注射技术(注射压力<4kg/cm2)，有利于制备大尺寸、外形复杂、两面光洁的整体结构，及不需后处理制品[10]；
6）加工中仅需用树脂进行冷却；
7）模具可根据生产规模的要求选择不同的材料，以降低成本。
目前，RTM成型工艺其自身还存在一些问题，主要表现在[11]：
1）树脂对纤维的浸渍不够理想，制品里存在空隙率较高，干纤维的现象；
2）制品的纤维含量较低，一般为50%；
3）大面积、结构复杂的模具型腔内，模塑过程中树脂的流动不均衡，不能进行预测和控制，对于制造大尺寸复合材料来说，模具成本高,脱模困难等。
RTM成型工艺改进
RTM已经成为一种主要的复合材料低成本制造工艺，近些年获得了很大的发展。针对传统RTM工艺制件纤维体积含量低、不能整体成型复杂构件等不足，衍生出很多新的RTM工艺，主要有柔性辅助RTM、真空辅助RTM、SCRIMP 成型技术、共注射RTM技术等。
此工艺主要用来制造空心结构，通过柔性模对预成型体的压实作用，制件的纤维体积含量较传统RTM工艺得到了提高；由于构件套合在柔性模上，脱模更为容易[12]。
此工艺的原理为：在柔性模上铺放好干态的预成型体，置入刚性的阴模中，把树脂注入模腔中并控制柔性模膨胀(或先使柔性模膨胀，然后注射树脂)，固化成型，脱模。为了控制柔性模的膨胀，可采取加热柔性模或向密闭的柔性模中充气的方法。前者可称为热膨胀软模辅助RTM工艺，后者为气囊辅助RTM工艺[13]。
(1) 热膨胀软模辅助RTM工艺
将预成型体铺放在聚氨酯泡沫、硅橡胶等软质材料上，然后将其置入刚性阴模内，利用软模材料与阴模材料热膨胀系数的差异，在模具加热过程中，软模受热膨胀，对预成型体起到挤压作用，从而提高构件的致密性。
该工艺由于能够以较低成本整体成型大尺寸复杂结构的复合材料构件，因此受到人们的关注。如Bender等[14]利用热膨胀软模辅助RTM工艺成功成型了内部结构复杂的复合材料舱段构件。通过静载性能研究表明，舱段整
体力学性能优异，可满足航天主承力结构件的使用要求。国内学者采用热膨胀成型工艺，一次性固化成型制成复合材料背架构件。其工艺过程为先在钢质阴模内铺放预浸料，然后在模腔内放置膨胀芯模，模具组装后进行加热固化。鞠金山[16~17]利用软模成型技术制备了高精度天线测量杆，芯模采用热膨胀硅橡胶，将碳纤维单向布铺贴于热膨胀芯模上进行加热加压成型，最终成型制品为规则杆状构件。
(2) 气囊辅助RTM 工艺
气囊辅助RTM 工艺是将预成型体铺放在密封的气囊上，置入模腔内，通过气囊充压压实预成型体，使预成型体贴附在模腔内表面赋形。气囊辅助RTM 工艺预成型体铺放方便快捷，气囊压力容易控制，对预成型体压实效果显着。国外在该方面有较多的研究工作。
U ．Lehmann 等[18]利用气囊辅助RTM 工艺成型了某个空心构件，图2为其原理图。由图可见，预成型体的外形与最终构件的外形并不一样，预成型体铺放在气囊上，置入模腔后即充压使得预成型体贴附在模腔内壁上，空心构件的外形是靠模腔的内壁形状保证的。
图2 气囊辅助RTM 工艺制造空心结构原理图
(1) 真空辅助RTM 工艺原理
真空辅助RTM （Vacuum Assisted Resin Transfer Molding ）其基本方法是使用敞开模具成型制品[19]。这里所说的敞开模具是相对传统的RTM 的双层硬质闭合模具而言
的,VARTM 模具只有一层硬质模板，纤维增强材料按规定的尺寸及厚度铺放在模板上，用真空袋包覆，并密封四周，真空袋采用尼龙或硅树脂制成。注射口设在模具的一端，而出口则设在另一端，注射口与RTM 喷枪相连，出口与真空泵相连。当模具密封完好，确认无空气泄漏后，开动真空泵抽真空。达到一定真空度后，开始注入树脂，固化成型。
(2) 真空辅助模塑工艺特点
与RTM 相比,VARTM 的优点有：(1)模腔内抽真空使压力减小，增加了使用更轻型模具的可能性，从而使模具的使用寿命更长、可设计性更好；(2)真空袋材料取代了在RTM 中的需相配对的金属模具；(3)真空也可提高玻璃图3 真空辅助模塑工艺工作原理
纤维与树脂的比率，使玻璃纤维的含量更高，增加制品的强度[20]；(4)无论增强材料是编织的还是非编织的，无论树脂类型及粘度如何，VARTM都能大大改善模塑过程中纤维的浸润性，使树脂和纤维的结合界面更完美,提高制品的质量；(5)用VARTM工艺可使直径 mm的致密预成型坯的纤维体积含量为16%~68%,累计孔隙率为%，而普通的预浸料的孔隙率为5 %~7%[21]。
虽然VARTM工艺以上的优点可提高制品的成品率和力学性能，但是VARTM的缺点是：与高压成型相比，纤维含量低。随着科学技术的发展和国内外各科研单位和生产厂家对真空辅助RTM工艺的重视程度及认识程度不断加深，近十几年来，国内外许多学者对真空辅助RTM成型工艺中缺陷的形成及消除进行了深入细致的研究。
SCRIMP（Seeman Composites Resin Infusion Molding Process）是一种比较新颖的复合材料成型工艺，以既经济又安全的方法生产高品质的大型制品见长，近年来在国外有关资料中时有报道。SCRIMP成型技术是一种新型的真空辅助注射技术(VARTM),是一种低成本制造技术(复合材料制造成本占总成本的60~70%)。自80年代末开发出来，在航空、航天、船舶、基础结构工程、交通、防御工程等应用领域得到了人们的普遍关注。经过多年的发展，目前该工艺已由研究开发阶段逐步进入规模化的工程应用[22~23]。
(1) SCRIMP成型技术原理
SCRIMP工艺同RTM类似,也是采用干织物或芯层材料作预成型；与RTM 不同之处在于它只需一半模具和一个弹性真空袋。事先将一层或几层纤维织物或芯层辅放在模具里面。真空袋一般采用尼龙或抗撕裂、延伸性能好的硅橡胶材料，在模具上形成封闭的腔，真空袋上有一个或几个真空出口。模具上有一个或几个树脂注入口，树脂通过注入口注入到增强材料中。在高真空度下，增强材料被压实同时吸入树脂。SCRIMP的专利关键在于真空袋下面的分散介质层，它是一种针织网状织物，含有互相交错的树脂分布通道。小于大气压的压力通过弹性真空袋作用在铺层材料上，在树脂注入前将玻纤压实，降低空隙率，纤维树脂重量比可达70/30。在Seeman工艺中还有一可透过树脂的剥离层，铺在分散介质层和制品之间，在制品固化成型后，剥离层连同多余的树脂一起揭掉，在靠近模具面，得到表面效果理想的大型制品。SCRIMP 复合材料生产工艺步骤：(1)单面模具表面涂脱模剂；(2)铺放干织物和芯层；
(3)铺放分散介质层；(4)用真空袋密封；(5)注入树脂同时抽真空；(6)室温固化或放入烘房。
(2) SCRIMP成型技术特点[24]
a) SCRIMP是一闭合式系统，操作人员同苯乙烯隔离并且也不需要接触
其它有机材料。
b) 纤维层在高真空度下被压实、孔隙率极低，纤维与树脂重量比可达70/30。又加上有分散介质层的存在，使树脂快速而均匀地渗透到纤维层，控制手段比手糊更为严密，从而使质品满足强度要求，重复性好、质量可靠。
c) 一般来说，SCRIMP制品越大，经济性越可观。生产大型RTM制品，模具费用及注射设备费用相当高,而同样尺寸的SCRIMP模具费用却与手糊相当，而且不需要注射设备，同时劳动力费用比手糊法降低50%。
d) 由于精心设置的树脂分配系统，使树脂胶液先迅速在长度方向上充分流动填充，然后在真空压力驱动下在厚度方向缓慢浸润，改善了浸渍效果，减少了缺陷发生。
美国特拉华大学复合材料中心的 John W. Gillespie Jr等[25]人提出了一种改进型的RTM 工艺——共注射 RTM（Co-injection Resin Transfer Molding，简称 CIRTM），可以让两种以上的树脂能同时注入模具中以浸渍纤维预成型体，用于制备多功能层复合材料结构。
(1)共注射RTM工艺原理
图4共注射RTM成型工艺示意图
如上图4所示为共注射RTM制备一体化复合材料的工艺示意图，与普通RTM不同的是，共注射RTM工艺是由两套RTM注射系统分别将两种不同种类的树脂同时注入预先铺设好预成型体并抽真空的模具中[26]。可通过调节两套注射系统的注射压力来实现两种胶液在模腔中同步浸润各自不同的纤维增强体，充模完成后进行共固化操作。
(2) 共注射RTM工艺特点
共注射RTM在制备不同树脂体系的多层复合材料结构上具有显着优势。但是当两种树脂注射条件和固化条件相差较大时，共注射及共固化条件的确定仍是难题。John W. Gillespie Jr 的研究小组首先通过数值分析和有限元模拟的方法对共注射工艺过程中两种树脂横向流动机理进行了研究 [27]，并且对树脂在浸渍过程中的横向流动进行了定量分析。研究结果表明，如果采用CIRTM工艺制备大尺寸构件或树脂的粘度相差很大时，两种功能层预成型体之间应该需要一个完全不可渗透的隔层。
影响RTM成型工艺的因素
RTM成功的关键是正确地分析、确定和控制工艺参数。主要工艺参数有注胶压力、注胶温度、注胶速度等。这些参数是相互关联、相互影响的。
压力是影响RTM工艺过程的主要参数之一[28]。压力的高低决定模具的材料要求和结构设计，高的压力需要高强度、高刚度的模具和大的合模力。如果高的注胶压力与低的模具刚度结合，制造出的制件就要超差。
RTM工艺希望的是在较低压力下完成树脂压注。为降低压力，可采取以下措施：降低树脂粘度；适当的模具注胶口和排气口设计；适当的纤维排布设计；降低注胶速度。
注胶速度同样也是一个重要的工艺参数。注胶速度取决于树脂对纤维的润湿性和树脂的表面张力及粘度，受树脂的活性期、压注设备的能力、模具刚度、制件的尺寸和纤维含量的制约。人们希望获得高的注胶速度，以提高生产效率。从气泡排出的角度，也希望提高树脂的流动速度，但不希望速度的提高会伴随压力的升高。
另外，充模的快慢与RTM的质量影响也是不可忽略的重要因素。纤维与树脂的结合除了需要用偶联剂预处理以加强树脂与纤维的化学结合力外，还需要有良好的树脂与纤维结合紧密性[29]。这通常与充模时树脂的微观流动有关。现在，有关研究人员用充模时的宏观流动来预测允模时产生夹杂气泡、熔接痕甚至充不满模等缺陷。用微观流动来估计树脂与纤维之间的浸渍和存在于微观纤维之间的微量气体的排除量(通常用电子显微镜才能检测)。由于树脂对纤维的完全浸渍需要一定的时间和压力，较慢的充模压力和一定的充模反压有助于改善RTM的微观流动状况。但是，充模时间增加降低了RTM的效率。所以，这一对矛盾也是目前的研究热点。
注胶温度取决于树脂体系的活性期和最小粘度的温度。在不至太大缩短树脂凝胶时间的前提下，为了使树脂在最小的压力下使纤维获得充足的浸润，注胶温度应尽量接近最小树脂粘度的温度。过高的温度会缩短树脂的工作期：过低的温度会使树脂粘度增大，而使压力升高，也阻碍了树脂正常渗入纤维的能力。较高的温度会使树脂表而张力降低，使纤维床中的空气受热上升，因而有利于气泡的排出。
RTM成型工艺的应用
目前RTM的应用已覆盖了建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等各领域。
航空航天领域对树脂基复合材料的要求较高，如:耐热性高、力学性能优异、制件精度高、性能分散性小。要达到如此高的要求用传统的成型工艺虽能实现，但制品的成本较高，生产效率低。而RTM技术制造高性能复合材料的方面具有明显的优越性。
Dauglas公司在NASA ACT(美国国家航空与航天局咨询中心)合同的资助下，开展了使用RTM制造机身与机翼结构的研究工作。制造出了×,并带有6根50mm高、6mm厚的增强筋壁板。同时Douglas公可已用RTM/增强材料缝合物研制了大型运输机机身蒙皮[30]。
RTM的另一个重要的应用是制造高性能雷达罩[31]。它具有结构均匀、致密、空隙率低、表面光滑、尺寸精度及准确度高的特点，从而为雷达罩具有优良的介电性能提供了可靠的保证。航空工业总公司637研究所用RTM工艺已制成了几种战斗机雷达罩，主要有：歼-10战斗机、米格-21战斗机、歼-8战斗机雷达罩等。
RTM工艺在汽车制造业中的应用是非常广泛。Tooling化学公司制造的汽
车底盘保护板;丰田新4WD雪暴车的车顶和后侧部，每台采用了37kg的RTM成型件;大和运输的宅急便用厢式货车的前箱盖(宽，约10kg)和头灯罩;北关工业使用CF/AF混织布成型汽车用的后稳定气翼和后支柱，卡车用导风板;日本的中国工业公司，整体成型安装用筋和凸台的汽车用前档泥板;英国的Plaxton汽车厂，Excaliburh和Premiere两种新型汽车的下侧面板，前后盖以及储物箱门.都是用RTM工艺制造的[32]。
RTM工艺制造的复合材料的应用覆盖了许多领域，美国Addax利用碳纤维和环氧树脂制造了工业水冷却塔驱动轴的旋翼叶和CAT扫描仪底盘板。Poiycycle公司将环氧树脂用于与单向S-2G玻璃纤维复合的碳纤维编织管和芳纶纤维编织的套管，从而制成了0. 56m的自行车手柄。
大荣产业的NTT的共用电话亭的屋顶；地下探查机机壳和蓄电池壳体；电杆上变压器的壳体；三菱电机用VARI法成型微波中继补偿天线的开口直径3m的主反射镜；稚马哈发动机公司成型了高尔夫手推车车体(20kg)，采用加热电铸模具的快速成型法，一件的周期为30min。北关工业使用CF/AF混织布成型的风力发电Wells涡轮叶片。
前景展望
近些年来RTM技术得到长足发展。TRM技术主要涉及材料学、流体力学、化学流变学、计算机仿真模拟及实时监控技术等诸多交叉学科，是当前国际复合材料最活跃的研究领域之一。纵观国内外RTM的研究发展动态，RTM技术的研究方向主要包括:低粘度高性能树脂体系的制备及其化学动力学和流变特性、纤维预成型体的制备及渗透特性、成型过程的计算机仿真模拟技术、成型过程的在线监控、模具的优化设计[33]、新型工艺设备的开发等。
缠绕成型技术与特点
缠绕成型是在控制纤维张力和预定线型的条件下，将连续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液后连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后在室温或加热的条件下使之固化成型制成一定形状制品的方法。
缠绕成型工艺：
缠绕的工艺过程一般包括芯模和内衬的制造、树脂胶液的配制、纤维热处理和烘干、浸胶、胶纱烘干、在一定张力下进行缠绕、固化、检验、加工成制品等工序。
影响缠绕制品性能的主要工艺参数有纤维的浸胶、胶液含量及分布、胶纱烘干、缠绕张力、纱片缠绕位置、固化制度、缠绕速度、环境温度等，这些因素多半紧密地联系在一起。合理的选择工艺参数是充分发挥原料的特性、制造高质量的缠绕制品的重要环节。
纤维浸胶：含胶量高低直接关系到制品的重量和厚度。含胶量过高，制品的强度降低，成型和固化时流胶严重；含胶量过低，制品孔隙率增加，气密性、耐老化性、剪切强度均下降。
缠绕张力：张力的大小、各纤维束之间张力的均匀性以及各缠绕层之间纤维张力的均匀性，对制品的质量影响极大、合适的缠绕张力可以使树脂产生预应力，从而提高树脂抵抗开裂的能力。各纤维束之间如果张力不匀，当承受载荷时，纤维会被各个击破，使总体强度的发挥大受影响。为使制品各缠绕层在张力作用下不出现内松外紧现象，应使缠绕张力有规律的递减，以保证各层都有相同的初始应力。缠绕张力将直接影响制品的密实程度和空隙率，且对纤维浸渍质量和制品的含胶量影响很大。
缠绕速度：缠绕速度是指纱线速度应控制在一定的范围之内。速度过小则生产效率低，速度过快则树脂容易溅洒、胶液浸不透或杂质易吸入。
固化制度：固化制度是指保证树脂充分固化的重要条件，直接影响制品的物理力学性能。固化制度包括加热的温度范围、升温速度、恒温温度及时间、降温冷却等。要根据制品的不同性能要求采用不同的固化制度，且不同的树脂系统，固化制度也不相同，一般都要根据树脂的配方、制品性能要求以及制品的形状、尺寸及构造情况，通过实验来确定合理的固化制度。
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/min，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。
缠绕成型的优缺点：
纤维缠绕成型制品除了具有一般复合材料制品的优点之外，还有其他成型工艺所没有的特点。
（1）比强度高缠绕成型玻璃纤维增强复合材料的比强度比刚高三倍，比钛高四倍、这是由于缠绕制品所采用的增强材料是连续玻璃纤维，其拉伸强度很高。甚至高于合金钢。同时纤维的直径很细，因此使得连续纤维表面上的微裂纹的尺寸和数量较少，从而减少了应力集中，使得连续纤维具有较高的强度。此外，连续纤维特别是无捻粗纱3由于没有经过纺织工序，其强度损失大大减少。
（2）避免了布纹交织点与短切纤维末端的应力集中复合材料顺纤维方向的拉伸强度的大小主要由纤维的含量和纤维的强度来决定的。在复合材料制品中，增强纤维是主要的承载物、而树脂是支撑和保护纤维，并在纤维间起着分布和传递载荷的作用。据实验测得，在玻璃纤维两端产生的拉应力为零，向纤维内部则逐渐增加，应力曲线平滑连续。就纤维与树脂之间的剪切应力而言，纤维的两端最大，中间区域为零。因此，采用短切纤维做增强材料的复合材料制品强度，均低于纤维缠绕成型复合材料制品。
（3）可使产品实现等强度结构纤维缠绕成型可使产品结构在不同方向的强度比最佳。也就是说，在纤维缠绕结构的任何方向上，均可使设计的制品的材料强度与该制品材料实际承受的强度基本一致，使产品实现等强度结构。
目前，缠绕成型工艺是各种复合材料成型方法中机械化和自动化程度较高的一种。该工艺采用的增强材料大多是连续纤维——无捻粗纱和无纬带材料，减少了纤维布、毡等的纺织及加工费用，因此相对降低了复合材料的成本。
但是缠绕成型存在以下缺点。
（1）在缠绕特别是湿法缠绕过程中易形成气泡，造成制品内空隙过多，从而会降低层间剪切强度并降低压缩强度和抗失稳能力。因此，要求在生产过程中，尽量采用活性较强的稀释剂、控制胶液黏度，改善纤维的浸润性及适当增大纤维张力等措施，以便减少气孔和空隙率。
（2）缠绕复合材料制品开孔周围应力集中程度高。作为一个缠绕制品，为了连接配件而开口进行的切割、钻孔或开槽等都会降低缠绕结构的强度。因此，这就要求设计合理，制品完全固化后尽量避免切割、钻孔等破坏性的加工。
（3）缠绕过程中纤维的张力控制要适度，纱带宽及搭接尺寸要严格控制。且必须排布均匀，否则会造成复合材料制品中纤维的初始应力不匀，内外松紧不等，产品强度受到影响。
（4）制品形状有局限性。缠绕制品多为圆柱体、球体及某些正曲率回旋体，如管、罐、椭圆运输罐等。
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部分，固化后不从制品中取出，内衬材料的作用主要是防腐和密封，当然也可以起到芯模作用，属于这类材料的有橡胶、塑料、不锈钢和铝合金等。
3.缠绕机
缠绕机是实现缠绕成型工艺的主要设备，对缠绕机的要求是：①能够实现制品设计的缠绕规律和排纱准确；②操作简便；③生产效率高；④设备成本低。
缠绕机主要由芯模驱动和绕丝嘴驱动两大部分组成。为了消除绕丝嘴反向运动时纤维松线，保持张力稳定及在封头或锥形缠绕制品纱带布置精确，实现小缠绕角（0°～15°）缠绕，在缠绕机上设计有垂直芯轴方向的横向进给（伸臂）机构。为防止绕丝嘴反向运动时纱带转拧，伸臂上设有能使绕丝嘴翻志的机构。
我国60年代研制成功链条式缠绕机，70年代引进德国WE-250数控缠绕机，改进后实现国产化生产，80年代后我国引进了各种型式缠绕机40多台，经过改进后，自己设计制造成功微机控制缠绕机，并进入国际市场。
机械式缠绕机类型
（1）绕臂式平面缠绕机其特点是绕臂（装有绕丝嘴）围绕芯模做均匀旋转运动，芯模绕自身轴线作均匀慢速转动，绕臂（即绕丝嘴）每转一周，芯模转过一个小角度。此小角度对应缠绕容器上一个纱片宽度，保证纱片在芯模上一个紧挨一个地布满容器表面。芯模快速旋转时，绕丝嘴沿垂直地面方向缓慢地上下移动，此时可实现环向缠绕，使用这种缠绕机的优点是，芯模受力均匀，机构运行平稳，排线均匀，适用于干法缠绕中小型短粗筒形容器。
（2）滚翻式缠绕机这种缠绕机的芯模由两个摇支承，缠绕时芯模自身轴旋转，两臂同步旋转使芯模翻滚一周，芯模自转一个与纱片宽相适应的角度，而纤维纱由固定的伸臂供给，实现平面缠绕，环向缠绕由附加装置来实现。由于滚翻动作机构不宜过大，故此类缠绕机只适用于小型制品，且使用不广泛。
（3）卧式缠绕机这种缠绕机是由链条带动小车（绕丝嘴）作往复运动，并在封头端有瞬时停歇，芯模绕自身轴作等速旋转，调整两者速度可以实现平面缠绕、环向缠绕和螺旋缠绕，这种缠绕机构造简单，用途广泛，适宜于缠绕细长的管和容器。
（4）轨道式缠绕机轨道式缠绕机分立式和卧式两种。纱团、胶槽和绕丝嘴均装在小车上，当小车沿环形轨道绕芯模一周时，芯模自身转动一个纱片宽度，芯模轴线和水平面的夹角为平面缠绕角α。从而形成平面缠绕型，调整芯模和小车的速度可以实现环向缠绕和螺旋缠绕。轨道式缠绕机适合于生产大型制品。
（5）行星式缠绕机芯轴和水平面倾斜成α角（即缠绕角）。缠绕成型时，芯模作自转和公转两个运动，绕丝嘴固定不动。调整芯模自转和公转速度可以完成平面缠绕、环向缠绕和螺旋缠绕。芯模公转是主运动，自转为进给运动。这种缠绕机适合于生产小型制品。
（6）球形缠绕机球形缠绕机有4个运动轴，球形缠绕机的绕丝嘴转动，芯模旋转和芯模偏摆，基本上和摇臂式缠绕机相同，第四个轴运动是利用绕丝嘴步进实现纱片缠绕，减少极孔外纤维堆积，提高容器臂厚的均匀性。芯模和绕丝嘴转动，使纤维布满球体表面。芯模轴偏转运动，可以改变缠绕极孔尺寸和调节缠绕角，满足制品受力要求。
（7）电缆式纵环向缠绕机纵环向电缆式缠绕机适用于生产无封头的筒形容器和各种管道。装有纵向纱团的转环与芯模同步旋转，并可沿芯模轴向往复运动，完成纵向纱铺放，环向纱装在转环两边的小车上，当芯模转动，小车沿芯模轴向作往复运动时，完成环向纱缠绕。根据管道受力情况，可以任意调整纵环向纱数量比例。
（8）新型缠管机新型缠管机与现行缠绕机的区别在于，它是靠管芯自转，并同时能沿管长方向作往复运动，完成缠绕过程。这种新型缠绕机的优点是，绕丝嘴固定，为工人处理断头、毛丝以及看管带来很大方便；多路进纱可实现大容量进丝缠绕，缠绕速度快，布丝均匀，有利于提高产品重量和产量。
缠绕成型的应用：
由于缠绕成型制品的强度高、质量轻、隔热耐腐蚀、良好的工艺性和易
于实现机械化和自动化、综合性能比其他方法成型的复合材料制品优异，并可制成多种产品，因此得到大量应用。
（1）压力容器压力容器有受内压容器和受外压容器两种。目前压力容器应用广泛，如宇航、火箭、飞机、舰艇等运载工具及医疗等方面均有应用。
（2）化工管道用于输送石油、水、天然气、化工流体介质等，它可部分代替不锈钢，具有质轻高强、防腐耐久、方便等优点。
（3）贮罐槽车各种用以运输或者贮存酸、碱、盐、油介质的贮罐、槽车，具有耐腐蚀性好，重量轻、成型方便等优点。
（4）军工制品缠绕成型可生产高性能、精确缠绕的结构，因此在军工领域有重要作用，如火箭发动机外壳、火箭发射管、雷达罩、鱼雷发射管等。纤维制品在航空航天等方面的应用，最重要的制品是火箭发动机壳体。
拉挤成型技术与特点
拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续玻璃纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。这种工艺最适于生产各种断面形状的玻璃钢型材，如棒、管、实体型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（门窗型材、叶片等）等。拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是：①生产过程完全实现自动化控制，生产效率高；②拉挤成型制品中纤维含量可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高；③制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求；④生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故较其它工艺省工，省原料，省能耗；⑤制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。拉挤成型工艺的缺点是产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。
（1）拉挤工艺用原材料
①树脂基体在拉挤工艺中，应用最多的是不饱和聚酯树脂，约占本工艺树脂用量的90以上，另外还有环氧树脂、乙烯基树脂、热固性甲基丙烯酸树脂、改性酚醛树脂、阻燃性树脂等。
②增强材料拉挤工艺用的增强材料，主要是玻璃纤维及其制品，如无捻粗纱、连续纤维毡等。为了满足制品的特殊性能要求，可以选用芳纶纤维、碳纤维及金属纤维等。不论是哪种纤维，用于拉挤工艺时，其表面都必须经过处理，使之与树脂基体能很好的粘接。
③辅助材料拉挤工艺的辅助材料主要有脱模剂和填料。
（2）拉挤成型模具
复合材料加工工艺综述
复合材料加工工艺综述 前言： 复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。 复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢），从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。 复合材料是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内／层间混杂和超混杂复合材料。 60年代，为满足航空航天等尖端技术所用材料的需要，先后研制和生产了以高性能纤维（如碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等）为增强材料的复合材料，其比强度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。为了与第一代玻璃纤维增强树脂复合材料相区别，将这种复合材料称为先进复合材料。按基体材料不同，先进复合材料分为树脂基、金属
复合材料工艺大全
复合材料工艺大全 复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发展，老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产。如： （1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法； （2）喷射成型工艺； （3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）； （4）袋压法（压力袋法）成型； （5）真空袋压成型； （6）热压罐成型技术； （7）液压釜法成型技术； （8）热膨胀模塑法成型技术； （9）夹层结构成型技术； （10）模压料生产工艺； （11）ZMC模压料注射技术； （12）模压成型工艺； （13）层合板生产技术； （14）卷制管成型技术； （15）纤维缠绕制品成型技术； （16）连续制板生产工艺； （17）浇铸成型技术； （18）拉挤成型工艺； （19）连续缠绕制管工艺； （20）编织复合材料制造技术； （21）热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺； （22）注射成型工艺； （23）挤出成型工艺； （24）离心浇铸制管成型工艺； （25）其它成型技术。 视所选用的树脂基体材料的不同，上述方法分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。
复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点： （1）材料制造与制品成型同时完成 一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在选择材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。 （2）制品成型比较简便 一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。 ◇成型工艺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方法。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、电话机和移动电话机、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、脱模、加工、后处理等工序。 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。
先进复合材料主要制造工艺和专用设备
先进复合材料主要制造工艺和专用设备 中国航空工业第一集团公司科技发展部 郝建伟 中国航空工业发展研究中心 陈亚莉 先进复合材料具有轻质、高强度、高模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计、成型工艺性好和成本低等特点，是理想的航空结构材料，在航空产品上得到了广泛应用，已成为新一代飞机机体的主体结构材料。复合材料先进技术的成熟使其性能最优和低成本成为可能，从而大大推动了复合材料在飞机上的应用。一些大的飞机制造商在飞机设计制造中，正逐步减少传统金属加工的比例，优先发展复合材料制造。本文旨在介绍在复合材料制造过程中所涉及到的主要工艺和先进专用设备。 复合材料在飞机上的应用 随着复合材料制造技术的发展，复合材料在飞机上的用量和应用部位已经成为衡量飞机结构先进性的重要标志之一。复合材料在飞机上的应用趋势有如下几点： （1）复合材料在飞机上的用量日益增多。 复合材料的用量通常用其所占飞机机体结构重量的百分比来表示，世界上各大航空制造公司在复合材料用量方面都呈现增长的趋势。最有代表性的是空客公司的A380客机和后续的A350飞机以及波音公司的B787飞机。A380上复合材料用量约30t。B787复合材料用量达到50%。而A350飞机复合材料用量更是达到了创纪录的52%。复合材料在军机和直升机上的用量也有同样的增长趋势，近几年得到迅速发展的无人机更是将复合材料用量推向更高水平。 （2）应用部位由次承力结构向主承力结构发展。 最初采用复合材料制造的是飞机的舱门、整流罩、安定面等次承力结构。目前，复合材料已经广泛应用于机身、机翼等主承力结构。主承载部位大量应用复合材料使飞机的性能得到大幅度提升，由此带来的经济效益非常显著，也推动了复合材料的发展。 （3）在复杂外形结构上的应用愈来愈广泛。 飞机上用复合材料制造的复杂曲面制件也越来越多，如A380和B787飞机上的机身段，球面后压力隔框等，均采用纤维铺放技术和树脂膜渗透（RFI）工艺制造。 （4）复合材料构件的复杂性大幅度增加，大型整体、共固化成型成为主流。 在飞机上大量采用复合材料的最直接的效果是减重，复合材料制件
复合材料整体成型关键技术现状分析研究
复合材料整体成型关键技术现状分析研究 摘要：复合材料具有减轻结构重量，适合整体成型，提升结构安全性，降低生产成本等诸多优势，目前复合材料已经成为航空工业的研究热点，未来航空市场的竞争，很大一部分也是先进复合材料应用的竞争，目前在这块市场上，我国的基础实力较为薄弱，而发达国家对于先进的复合材料技术对我国高度保密，因此充分利用专利信息，研究复合材料整体成型技术的发展现状具有非常重要的意义。本文从专利的角度对航空复合材料整体成型技术的应用进行了分析，并从几个关键技术点上进行重点专利分析，以期能给复合材料的研发应用提供指导。 关键词：复合材料自动铺放液态成型热压罐真空袋挤压成型 中图分类号：tb33 文献标识码：a 文章编号： 1674-098x(2011)12(a)-0000-00 复合材料整体成型技术正广泛的应用在航空航天及其他技术领域，由于复合材料的整体成型具有降低制造成本，减轻结构重量，提升航天器的经济环保性等诸多优点。飞机上的复合材料使用量已经成为衡量其先进性的重要标准[1]。 飞机设计领域向来有为减轻每1g重量而奋斗的原则，因此发展复合材料成型技术的符合民机技术发展的趋势，也反映了目前低碳节能，绿色环保的飞机设计理念的要求。
目前如空客公司的a350，波音公司的b787的复合材料的用量已经达到了50%。当前各国都将先进复合材料制造技术作为研发重点，而从“产品未动，专利先行”的角度出发，大量复合材料技术都可以在专利文献中找到，因此积极利用专利信息开展现状分析，挖掘具有借鉴价值的专利具有十分积极的意义。 1复材整体成型技术发展概况 现代先进复合材料起源于20世纪60年代，70年代复合材料开始应用在飞机结构上，复合材料的加入对飞机结构轻质化、模块化起着中重要的作用。近年来先进复合材料在现代飞机上的用量不断扩大，已经成为铝，钢、钛之外的第四大航空结构材料[2]。复合材料整体成型技术经过了几个阶段的发展，已经逐渐从次承力件过度到主承力件，波音空客两大民机巨头在民机市场竞争 日趋激烈，在复合材料方面也不断抢占技术制高点，推出的机型中无一不把提高复合材料用量作为经济性，先进性的象征性指标。从专利领域来看，近几年两大航空企业的复合材料相关专利的申请量也在不断剧增，波音公司凭借其一直以来在复合材料应用领域的雄厚基础，申请了大量极具技术价值的基础专利，同时针对这些基础专利不断进行改进形成新的专利申请。空客公司作为后起竞争者凭借欧洲航空工业在复材领域的雄厚基础，不断进行大胆创新，在该领域申请的大量的专利也大有后来居上的态势。可见现代民机企业都在不遗余力的提升复合材料的研发力度。 当前复合材料的成型技术主要包括真空袋-热压罐成型技术，自
复合材料成型工艺大全及说明
复合材料成型工艺大全及说明 复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发展，老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基复合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业 生产。 视所选用的树脂基体材料的不同，各方法适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点： （1）材料制造与制品成型同时完成一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在选择材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。（2）制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它材料简单的多，对于某些制品仅 需一套模具便能生产。 ◇ 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方法。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、电话机和移动电话机、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、脱模、加工、后处理等工序。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：首先清理各辊筒，然后将热辊加热到设定温度，调整好胶布张力。在压辊不施加压力的情况下，将引头布先在涂有脱模剂的管芯模上缠上约1圈，然后放下压辊，将引头布贴在热辊上，同时将胶布拉上，盖
热塑性复合材料成型工艺
热塑性复合材料成型工艺 热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称，国外称FRTP （Fiber Rinforced Thermo Plastics）。由于热塑性树脂和增强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。 从生产工艺角度分析，塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和连续纤维增强复合材料两大类：（1）短纤维增强复合材料①注射成型工艺；②挤出成型工艺；③离心成型工艺。（2）连续纤维增强及长纤维增强复合材料①预浸料模压成型；②片状模塑料冲压成型；③片状模塑料真空成型；④预浸纱缠绕成型；⑤拉挤成型。 热塑性复合材料的特殊性能如下： （1）密度小、强度高热塑性复合材料的密度为1.1～1.6g/cm3，仅为钢材的1/5～1/7，比热固性玻璃钢轻1/3～1/4。它能够以较小的单位质量获得更高的机械强度。一般来讲，不论是通用塑料还是工程塑料，用玻璃纤维增强后，都会获得较高的增强效果，提高强度应用档次。 （2）性能可设计性的自由度大热塑性复合材料的物理性能、化学性能、力学性能，都是通过合理选择原材料种类、配比、加工方法、纤维含量和铺层方式进行设计。由于热塑性复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多，因此，其选材设计的自由度也就大得多。 （3）热性能一般塑料的使用温度为50～100℃，用玻璃纤维增强后，可提高到100℃以上。尼龙6的热变形温度为65℃，用30%玻纤增强后，热形温度可提高到190℃。聚醚醚酮树脂的耐热性达220℃，用30%玻纤增强后，使用温度可提高到310℃，这样高的耐热性，热固性复合材料是达不到的。热塑性复合材料的线膨胀系数比未增强的塑料低1/4～1/2，能够降低制品成型过程中的收缩率，提高制品尺寸精度。其导热系数为0.3～0.36W(㎡·K)，与热固性复合材料相似。 （4）耐化学腐蚀性复合材料的耐化学腐蚀性，主要由基体材料的性能决定，热塑性树脂的种类很多，每种树脂都有自己的防腐特点，因此，可以根据复合材料的使用环境和介质条件，对基体树脂进行优选，一般都能满足使用要求。热塑性复合材料的耐水性优于热固性复合材料。 （5）电性能一般热塑性复合材料都具有良好的介电性能，不反射无线电电波，透过微波性能良好等。由于热塑性复合材料的吸水率比热固性玻璃钢小，故其电性能优于后者。在热塑性复合材料中加入导电材料后，可改善其导电性能，防止产生静电。 （6）废料能回收利用热塑性复合材料可重复加工成型，废品和边角余料能回收利用，不会造成环境污染。 由于热塑性复合材料有很多优于热固性玻璃钢的特殊性能，应用领域十分广泛，从国外的应用情况分析，热塑性复合材料主要用于车辆制造工业、机电工业、化工防腐及建筑工程等方面。 1、注射成型工艺 注射成型是热塑性复合材料的主要生产方法，历史悠久，应用最广。其优点是：成型周期短，能耗最小，产品精度高，一次可成型开关复杂及带有嵌件的制品，一模能生产几个制品，生产效率高。缺点是不能生产纤维增强复合材料制品和对模具质量要求较高。根据目前的技术发展水平，注射成型的最大产品为5kg，最小到1g，这种方法主要用来生产各种机械零件，建筑制品，家电壳
复合材料的预浸料模压成型工艺
复合材料的预浸料模压成型工艺 模压成型工艺基本过程是：将一定量经一定预处理的模压料放入预热的模具内，施加较高的压力使模压料填充模腔。在一定的压力和温度下使模压料逐渐固化，然后将制品从模具内取出，再进行必要的辅助加工即得产品。 1．压制前的准备 (1)装料量的计算 在模压成型工艺中，对于不同尺寸的模压制品要进行装料量的估算，以保证制品几何尺寸的精确，防止物料不足造成废品，或者物料损失过多而浪费材料。常用的估算方法有①形状、尺寸简单估算法，将复杂形状的制品简化成一系列简单的标准形状，进行装料量的估算：②密度比较法，对比模压制品及相应制品的密度，已知相应制品的重量，即可估算出模压制品的装料量：③注型比较法，在模压制品模具中，用树脂、石蜡等注型材料注成产品，再按注型材料的密度、重量及制品的密度求出制品的装料量。 (2)脱模剂的涂刷 在模压成型工艺中，除使用内脱模剂外，还在模具型腔表面上涂刷外脱模剂，常用的有油酸、石蜡、硬脂酸、硬脂酸锌、有机硅油、硅脂和硅橡胶等。所涂刷的脱模剂在满足脱模要求的前提下，用量尽量少些，涂刷要均匀。一般情况下，酚醛型模压料多用有机油、油酸、硬脂酸等脱模剂，环氧或环氧酚醛型模压料多用硅脂和有机硅油脱模剂，聚酯型模压料多用硬脂酸锌、硅脂等脱模剂。 (3)预压 将松散的粉状或纤维状的模压料预先用冷压法压成重量一定、形状规整的密实体。采用预压作业可提高生产效率、改善劳动条件，有利于产品质量的提高。 (4)预热 在压制前将模压料加热，去除水分和其它挥发份，可以提高固化速率，缩短压制周期；增进制品固化的均匀性，提高制品的物理机械性能，提高模压料的流动性。
(5)表压值的计算 在模压工艺中，首先要根据制品所要求的成型压力，计算出压机的表压值。成型压力是指制品水平投影面上单位面积所承受的压力。它和表压值之间存在的函数关系： 复合材料的预浸料模压成型工艺 在模压成型工艺中，成型压力的大小决定于模压料的品种和制品结构的复杂程度，成型压力是选择压机吨位的依据。 2、压制工艺 (1)装料和装模 往模具中加入制品所需用的模压料过程称为装料，装料量按估算结果，经试压后确定。装模应遵循下列原则：物料流动路程最短：物料铺设应均匀；对于狭小流道和死角，应预先进行料的铺设。 （2）模压温度制度 模压温度制度主要包括装模温度、升温速率、成型温度和保温时间的选择。 ①装模温度 装模温度是指将物料放入模腔时模具的温度，它主要取决于物料的品种和模压料的质量指标。一般地，模压料挥发份含量高，不溶性树脂含量低时，装模温度较低。反之，要适当提高装模温度。制品结构复杂及大型制品装模温度一般宜在室温-90℃范围内。 ②升温速率 指由装模温度到最高压制温度地升温速率。对快速模压工艺，装模温度即为压制温度，不存在升温速率问题。而慢速模压工艺，应依据模压料树脂的类型、制品的厚度选择适当的升温速率。 ③成型温度
复合材料的手糊成型工艺
毕业设计报告(论文) 报告(论文)题目：聚合物基复合材料手糊成型工艺 作者所在系部：材料工程系 作者所在专业：高分子材料应用技术 作者所在班级： 07841 作者姓名：赵向男 作者学号： 20073084128 指导教师姓名：彭燕 完成时间： 2010年5月25日 北华航天工业学院教务处制
随着社会科技与经济的飞速发展，复合材料在国内外有很大的应用与发展，并且在各个领域占据了越来越重要的地位。复合材料的成型工艺方法很多，本文着重介绍手糊成型工艺方法的特点、工艺流程以及成型过程中遇到的问题和解决方法等。 关键字：复合材料手糊成型工艺流程。
Along with the social economy and the rapid development of science and technology, composite materials at home and abroad, has great development and application in different fields and occupy a more and more important role. Composites forming process, this paper introduces many methods to hand lay-up molding method, process and molding process problems and solving methods. Key words: composite materials molding paste hand process.
复合材料工艺与设备复习材料
复合材料工艺与设备 增强纤维（CF,GF）的生产工艺与设备（表面处理工艺与设备） 玻璃纤维在生产过程中辅助材料的作用：浸润剂的种类，作用 种类：增强型浸润剂和纺织型浸润剂； 作用：1、润滑-保护作用；2、粘结-集束作用； 3、防止玻璃纤维表面静电荷的积累；4、为玻璃纤维提供进一步加工和应用所需要的特性；5、使玻璃纤维获得与基材有良好的相容性及界面化学结合或化学吸附等性能 C纤维生产工艺中，惰性气体和张力的作用 惰性气体作用：①保护新生产的纤维不受氧化②作为传热介质③排除裂解产物（非C元素）。张力的作用：①使分子取向②使分子结构规整③产生轴向拉伸应力 增强纤维在表面处理工艺中的影响因素 玻璃纤维表面处理的影响因素：①处理剂的种类；②偶联剂的用量1~%；③处理方法（前处理法、后处理法、迁移法）；④烘焙温度与时间（偶联剂与GF的硅层结构的最佳结合程度）； ⑤偶联剂溶液的配制（PH值的调节，一般用5%的氨水）。 手糊成型工艺与设备 手糊工艺的特点：优点：1、守护成型不受产品尺寸和形状的限制，适宜尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产；2、设备简单、投资少、设备折旧费低；3、工艺简单；4、易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料；5、制品树脂含量高，耐腐蚀性好；缺点：1、生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；2、产品质量不易控制，性能稳定性不高；3、产品力学性能较低。 原材料选择原则：1、产品设计的性能要求；2、手糊成型工艺要求；3、价格便宜，材料容易取得。聚合物基体的选择原则：1、能在室温下凝胶、固化。并在固化过程中无低分子物得产生。2、能配制成粘度适当的胶液，适宜手糊成型的胶液粘度为。3、无毒或低毒；4、价格便宜。增强纤维的选择原则：以玻璃纤维为例，工艺特点：1、很好的疏松性；2、铺覆的变形性；3、纤维的均匀性。 先进手糊法的种类：喷射成型、热压釜、树脂传递模塑与反应注射模塑。 RTM（树脂传递模塑）基本工艺过程：将液态热固性树脂及固化剂，由计量设备分别从储桶
复合材料结构及其成型原理
碳纤维复合材料 (西北工业大学机电学院, 陕西西安710072) 摘要：碳纤维复合材料与金属材料相比，其密度小、比强度、比模量高，具有优越的成型性和其他特性，具有极大的发展潜力。本文介绍了碳纤维复合材料的特点及其应用，总结了碳纤维复合材料的成型工艺及每种成型工艺的特点，并从材料和成型两个方面指出了它的发展方向。 关键词：复合材料；碳纤维；成型工艺；工艺流程 Carbon Fiber Reinforce Plastic (School of Mechatronics, Northwes tern Polytechnical University, Xi’an 710072, China) Abstract: Compared to metals, carbon fiber reinforce plastic has great potential for development with lower density, higher specific strength and modulus, and excellent moldability and other characteristics. This article describes the characteristics and applications of carbon fiber reinforce plastic and sum up the manufacturing process of carbon fiber reinforce plastic and their characteristics. Finally, this article points out the development of carbon fiber reinforce plastic from two aspects: material and manufacturing process. Key words: composites; carbon fiber; manufacturing process; process
复合材料成型工艺及设备
无机非金属复合材料的成型工艺—纤维增强水泥基复合材料 【摘要】纤维增强水泥基复合材料作为新型工程材料已在土木工程多领域中得到广泛地应用。目前在水泥复合材料中掺加一定量的纤维，可以改善并且提高水泥复合材料的物理、力学等性能指标。 【关键词】纤维增强复合材料水泥 1、发展及应用 自60年代开始，纤维增强水泥基复合材料的研究和开发有较大进展。1964年，丹麦科学家应用复合材料理论探讨纤维增强无机与有机凝胶材料的机理。1967年英国人试制成功抗碱玻璃纤维增强波特兰水泥砂浆。随后美、日等国也相继投产。我国进入80年代用抗碱玻璃纤维增强低碱铝硅酸盐水泥，现已取得一定成效。目前广泛用于各种建筑物中以及工程装备中。 2、特点 纤维增强水泥基复合材料与普通混土相比，其显著特点是轻质高强，具有良好的断裂韧性。其拉压比一般可达1/4～1/6(普通混凝土为1/10)。 3、复合材料的组成 1、纤维增强水泥原材料 3.1.增强材料 纤维加入脆性的水泥基体中，其作用是提高水泥集体的抗拉强度和韧性，改善其冲击强度和疲劳性能。增强水泥所用纤维按其化学组成可分为金属纤维，无机纤维和有机纤维三大类。 用于增强水泥的纤维可分为短切纤维、连续纤维或纤维织物等。目前国内外使用最多的为短切纤维。 2.水泥基体材料 硅酸盐水泥、氯氧镁水泥、高铝矿渣水泥等 4、成型工艺及设备 GRC的成型方法有喷射法、预拌法、注射法、铺网法、缠绕法等多种方法。其中玻璃纤维增强水泥复合材料使用最多的方法是喷射成型法。 1、成型工艺 A：直接喷射法 用人工手动或通过机械移动装置使切割喷射机在模型上方作往复移动，将纤维水泥砂浆喷在模型表面。
复合材料制造工艺
复合材料制造工艺 第一章概述 材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代人们把材料、信息、能源作为社会文明的支柱；80年代以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料与信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。这主要是因为材料是国民经济建设、国防建设与人民生活所不可须臾缺少的重要组成部分。复合材料作为材料科学中一枝独立的新的科学分支，已经得到了广泛的重视，正日益发展并在许多工业部门中得到广泛运用，成为当今高科技发展中新材料开发的一个重要方面。 鉴于材料的重要的基础地位和作用，每一次科学技术的突飞猛进，都对材料的性能提出了越来越高、越来越严和越来越多的要求。现如今在许多方面，传统的单一材料已经不能满足实际需要，在这种情况下，人们以其充满智慧的头脑将材料的新的发展方向伸向一个更加广阔的领域——复合材料。 本文就将对复合材料的基本概念、加工中的理论问题、制备工艺与方法和典型的应用加以阐述，希望能够比较全面的对复合材料做一个介绍。 首先我们来给复合材料下一个明确的定义。根据国际标准化组织（International Organization for Standardization, ISO）为复合材料下的定义，复合材料（Compose Material）是由两种或者两种以上物理和
化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合材料的组份材料虽然保持其相对独立性，但是复合材料的性能却不是组份材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。在复合材料中通常有一相为连续相（称为基体），而另一相为分散相（增强材料）。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的。两相之间存在着相界面，分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料。 复合材料的出现和发展，是现代科学技术不断进步的结果，也是材料设计方面的一个突破。它综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等的优点，按照需要设计，复合成为综合性能优异的新型材料。可以预见，如果用材料作为历史分期的依据，那么，继石器、青铜、铁器、钢铁时代之后，在21世纪，将是复合材料的时代。 在概述的余下一些篇幅中，我们来大致了解一下关于复合材料的一些基本内容。 一、复合材料的命名和分类 复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。将增强材料的名称放在前面，基体材料的名称放在后面，再加上“复合材料”即为材料名。为书写简便，也可仅写增强材料和基体材料的缩写名称，中间加一条斜线隔开，后面再加“复合材料”。有时为了突出增强材料或者基体材料，视强调的组份不同也可将不需强调的部分加以省略或简写。 复合材料的分类方法很多，常见的分类方法有以下几种：
国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状
国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状 从低成本成型的研发现状看，大致可分为以下5方面的内容：（1）对热固性复合材料一直沿用的方法进行改进和提高效率，如Filament Winding（FW，纤维缠绕）、Pultrusion（拉挤）、 Braiding（编织）、 Tow placement（丝束排布）、自动成套裁剪、预浸材料激光样板切割（Laser template）等自动化技术。（2）湿法工艺技术：RTM、RFI等在纤维增强体的预型件上再注入浸渍树脂。（3）热塑性复合材料的易成型新材料开发及IN-SITU（原位）成型方法：D irect consolidate（直接固结）、Commingled yarn（搀混纱线）、Powder co ated towpreg（粉末涂覆丝束预浸）等新成型方法。（4）不用热压罐的新固化技术，用微波、电子束、超声波、X线等高效率能量的新固化方法。（6）CAD/C AM模拟技术：铺层、浸渍、成型、固化等工序的模型化/模拟技术，有助于保证产品质量，提高生产效率。 低成本成型技术当前发展的主流是湿法成型技术，也称液体模塑成型技术（简称LCM），主要有树脂传递模塑、真空辅助树脂传递模塑（VARTM）、树脂渗透成型工艺（SCRIMP）和结构反应注射模塑等。其中最重要的是树脂传递模塑技术（RTM）以及由此而发展起来的VARTM。RTM免除了将纤维制成预浸料，再切割成层片然后再铺叠成预型件的过程，摆脱了大投资的热压罐，工艺易于实现自动化，具有生产周期短、劳动力成本低、环境污染少、制造尺寸精确、外形光滑、可制造复杂产品等优点。是目前国际上发展应用最快，并在航空工业应用最多的低成本技术之一。 从国际上看，美国在湿法成型技术上处于领先地位，特别是在航空航天领域内，在过去十年里，美国应用RTM技术的增长率为20-25%。据美国塑料工程学会预测，在今后五年里美国应用RTM技术的增长率将提高到30-32%。美国基本形成了RTM有关的材料体系、制造工艺、技术装备和验证系统，并在武器装备上得
复合材料成型工艺
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、呋喃树脂、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
复合材料原理与工艺课程习题 答案
复合材料原理与工艺课程习题 1、 增强体和功能体在复合材料中起的主导作用？ 答：1）填充：用廉价的增强体，特别是颗粒状填料可降低成本。 2）增强：（a ）功能体可赋予聚合物基体本身所没有的特殊功能。功能体 的这种作用主要取决于它的化学组成和结构。(b)纤维状或 片状增强体可提高聚合物基复合材料的力学性能和热性能。 其效果在很大程度上取决于增强体本身的力学性能和形态 等。 2、复合材料区别于单一材料的主要特点？ 答：1）不仅保持其原组分的部分优点，而且具有原组分不具备的特性； 2）材料的可设计性 ； 3）材料与结构的一致性。 3、材料复合效应的分类？ 答：（1）线性效应：线性指量与量之间成正比关系。平行效应、平均效应、相 补效应、相抵效应。 （2）非线性效应：非线性指量与量之间成曲线关系。相乘效应、诱导效应、 共振效应、系统效应。 4、建立材料的微观模型包含的内容？ 答：1）材料的几何结构模型，2）材料的物理模型，即计算场量的理论和方法。 5、推导并联传递方式中，复合材料的阻力系数 答：设外作用场强度为I 入，经均质材料响应后，传递输出场强度为I 出，则 材料总传递动力为：ΔI=I 入—I 出。（1） 材料传递时的阻力系数为α时，则传递通量q 为：q= -1/α×ΔI/Δl (2) 对于并联型复相结构，相间无能量交换，则系统的总通量q c 为各组分相同量之和：q c =Σq i (l ×V i ) (3) 式（2）代入式（3），得：qc= -Σ1/αi ×V i ×ΔI i /Δl i 由于组分相传递推动力梯度相等，故有： q c = —（Σ1/αi ×V i ）×ΔI/Δl= —1/α0×ΔI/Δl 则αc 为：1/αc =Σ1/αi ×V i 6、复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相邻两组分相外，还具有哪些特点； 答: (1) 具有一定的厚度； (2) 性能在厚度方向上有一定的梯度变化； (3) 随环境条件变化而改变 。 i i c V ?=∑αα11
浅谈先进复合材料构件成型模具和工装技术发展趋势
浅谈先进复合材料构件成型模具和工装 技术发展趋势 本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！ 复合材料已成为与钛合金、铝合金、合金钢并驾齐驱的四大航空结构材料之一(在B787结构上的用量达总重的50%，A350XWB结构上的用量达总重的52%)，其中应用最为广泛的仍然是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维等高性能纤维增强的先进树脂基复合材料(以下简称先进复合材料)。基于先进复合材料的反应特性和满足先进复合材料构件内部质量的特定需求，在先进复合材料构件成型过程中，需要加热、加压和抽真空等外在工艺条件。先进复合材料特别突出的成型特点就是材料成型和构件成型最终同时完成，这就决定了先进复合材料构件的形位精度主要依靠模具工装来保证，而且模具材料和模具结构必须满足易于传热、传压和真空完整性好等要求。 1基于成型工艺条件的模具发展趋势 成型压力 无论是先进热固性树脂基复合材料，还是先进热塑性树脂基复合材料，其成型过程都需要施加外界压
力的压实过程，以排出构件中的空气、压实空隙并实现增强纤维的均匀分布。施加外界压力有几种工艺方式：(1)构件的一面为刚性模具，另一面为依赖气体或液体传压的弹性模具(例如传统热压罐工艺)或依赖机械传压的刚性模具(例如传统模压工艺)，这是最常用的方式;(2)以热胀材料为芯模，刚性材料为阴模，构件置于芯模和阴模之间，这种方式用于DC-10飞机方向舵后上段和海豚直升机的水平尾翼;(3)以热膨胀系数高的材料为芯模，热膨胀系数低的材料为阴模，构件置于热膨胀系数差异比较大的芯模和阴模之间;(4)以刚性材料为芯模，热收缩材料为包覆袋，构件置于热膨胀系数差异比较大的芯模和包覆袋之间。 成型温度 不管是热固性树脂基复合材料固化，还是热塑性树脂基复合材料熔化，都需要加热以达到合适的成型温度。复合材料构件的成型模具应当满足加热构件的升温效率和构件温度场分布的均匀性，这种模具按加热方式来划分有几种结构形式：(1)以加热的空气或者惰性气体为传热载体，对“蛋框式”模具加热(以对流换热方式为主，温度较高时热辐射占的份额也比较大);(2)把热电阻和循环水管直接埋入成型模具中，传热方式以热传导为主。
先进复合材料成型工艺过程中的质量控制 李贺
先进复合材料成型工艺过程中的质量控制李贺 发表时间：2018-09-29T11:14:29.220Z 来源：《防护工程》2018年第10期作者：李贺 [导读] 复合材料的工艺技术的基础就是复合材料成型工艺方法。本文首先对相关内容做了概述，分析了先进复合材料的特点，然后在探讨先进复合材料成型工艺过程中原料供给的基础上，研究了复合材料成型工艺发展现状。 李贺 航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司黑龙江哈尔滨 150066 摘要：科技的迅速发展使得传统材料的工艺技术满足不了人们的生活需求，而人们的生活发展又离不开材料的使用，所以，人们慢慢的开始转向了复合材料的工艺技术发展领域。复合材料的工艺技术的基础就是复合材料成型工艺方法。本文首先对相关内容做了概述，分析了先进复合材料的特点，然后在探讨先进复合材料成型工艺过程中原料供给的基础上，研究了复合材料成型工艺发展现状。 关键词：先进复合材料；成型工艺；过程；质量控制 1 前言 作为一项具有较强特殊性的工作，先进复合材料成型工艺得到了长足的发展和进步。研究该项工作过程中的质量控制，能够更好地提升先进复合材料成型的最终效果。 2 复合材料的特点 复合材料一般是由多种成分的材料组合而成，这样做，可以将多种材料不同的功能进行性组合，优化材料的使用功能。各种材料既能保持住个体的独立性，又能相互补充、扬长避短，一举两得。复合材料的成型方法现已有几十种，虽然它比传统的材料有技术上的优点，但也正由于这些复杂的技术，使得复合材料的成本过高，其生产有很大的技术困难。所以我们就需要改进复合材料的成型工艺方法。 复合材料会根据材料的不用组成而造成性能上的差异，但其也有一些共性的特点，如： 复合材料的配比都是需要人工完成的；复合材料可以将各种普通材料的性能进行重组，可以使其具有多种优良性能；可以根据需要制作成各式各样的形状的产品，也避免了多次的复杂工序；可以有针对性的对材料根据需要对材料进行设计和加工等等。 3 先进复合材料成型工艺过程中的原料供给 在先进复合材料的成型过程中必须始终保持均匀稳定原料补充，这样才能更好的使之定型，形成复合材料的原材料中的天然纤维的结构以及特性对成品有着关键性的影响，如果天然纤维中的水分含量在8%以上，则会对材料的成型造成一定的影响，因此，在生产过程中需要特别注意含水比例尽量控制在8%以下。 3.1 天然纤维粉粒进料以及粒料供给方式分析 在进料之前需要将天然纤维粉进行造粒处理，提高其自身的体积比重，然后混合合成树脂、添加剂等材料分别装入挤出机中。比例少的合成树脂在这种锥形双螺杆挤出机中能够做到快速熔融，最后分散在天然纤维之中，这种操作手段能够比较简便的实现混合比率的改变，该方式辅助设施简单容易操作。 粒料的供给是通过使用单螺杆或双螺杆挤出机等方式来实现的，具体的操作内容就是将天然纤维、合成树脂、添加剂三种材料进行造粒处理，然后加入挤出机进行成型。这种生产方式的优势在于现有设备比较齐全，但是，天然纤维需要干燥之后才能进入造粒挤出机。 3.2 积聚（集成体）进料方式与冷搅拌方式 积聚进料的方式是通过使用高速搅拌器来工作的，天然纤维、合成树脂以及添加剂需要进行预处理，形成豆粒大块状体，然后将其加入挤出机中进行成型处理，这种方式能够在一定程度上脱除水分、气体。冷搅拌方式是将木粉中存有的粉状树脂、添加剂等进行集中搅拌，而天然纤维则通过喂料器向挤出机中提供原料。这一过程天然纤维、合成树脂、添加剂等材料不用单独制作，但是必须保持粉状形态，而且需要保持天然纤维的充分干燥。 4 复合材料成型工艺发展现状 目前，世界各国已经形成了原材料、成型工艺、机械设备、产品种类及性能检验等一系列较完整的工业体系，与其他工业相比，发展速度比较快。树脂基复合材料的成型工艺也从最初的手工操作工艺逐步向技术密集、高度自动化、高生产率、高稳定性的成型工艺上发展，并随着应用领域的广泛开拓，出现了多种成型工艺并存的现象，而且还在不断衍生出新的工艺类型。 4.1 手糊成型工艺 手糊成型工艺又称低压接触成型工艺，是树脂基复合材料工业中使用最早的一种工艺方法，操作方法简单，几乎可适用于所有的复合材料制品的生产，且投入小，但对操作人员技术熟练程度的依赖性较大，生产出的制品单面光洁，产品质量不够稳定。随着各种新工艺形式的不断涌现，手糊成型工艺所占比例逐渐降低，但手糊工艺因具有独特的其他工艺不可替代的尤其是在生产大型制品方面特点，所以仍然在行业内占据着重要的地位。 主要应用领域：建筑雕塑领域如采光顶、活动房屋等；交通设施领域如游艇、汽车壳体、发动机罩等；环境与能源领域如风力发电机用机舱罩、叶片、沼气池等；体育游乐设备领域如游乐车、水滑梯等。 4.2 喷射成型工艺 喷射成型工艺是利用喷射设备将树脂雾化，并与切断的纤维在空间混合后落在模具上面，然后压实排出气泡固化，它是在手糊工艺基础上发展而来的，是将手糊操作中的纤维铺覆和浸胶工作转变为了机械化来完成，是一种相对效率较高的工艺，其生产效率是手糊工艺的2～4倍。喷射工艺同样对操作人员的技术水平依赖较大，且由于增强纤维以断切的形式存在，树脂含量高，制品的强度较低，同时由于喷射设备的原因，其采用阳模成型方便，而采用阴模成型困难较大，且大型制品比小型制品更适合于喷射成型工艺。 主要应用领域：喷射成型工艺主要应用于大型产品的制作及建筑物补强等，代表性的产品有玻璃钢浴缸、整体卫生间、卡车导流罩、净化槽、船身等。 5 复合材料工艺方法的特性 5.1复合材料可设计性强 通过配置不同比例和铺层形式的基体材料与增强体材料，可以设计出各种满足用户需求的功能的复合材料。设计出的复合材料可以减