纤维增强高分子复合材料的制备

1、1第十三章 纤维增强高分子复合材料的制备第一节 概 述聚合物基复合材料成形通常有一步法与二步法之分。一步法是由纤维、树脂等原材料直接 混合浸渍，一步固化成形形成复合材料。二步法则是预先对纤维树脂进行混合浸渍加工，使之 形成半成品，再由半成品成形出复合材料制品。一步法工艺简便，设备简单，但溶剂、水分等 挥发物不易去除，裹入制品形成孔洞，树脂不易分布均匀，在制品中形成富胶区和贫胶区，严 重时会因纤维浸渍不好而出现“白丝”现象，生产效率低，环境恶劣。针对一步法的缺点，预 先将纤维浸渍树脂，或纤维树脂预先混合，经过一定处理，使浸渍物或混合物成为一种干态或 稍有粘性的材料，即半成品材料，再用它成形复合材

2、料制品，因此二步法又称“干法” 。二步法 将浸渍过程提前，可很好地控制含胶量和解决纤维树脂均匀分布问题。热固性树脂基复合材料制品典型的生产工艺过程如图 13-l13-l 所示，在准备工序中增加半成品 制备工艺环节，由专业化厂或车间生产，生产出的半成品贮存备用。可见半成品是复合材料整 个生产过程中的一种中间材料，也即是复合材料成形用的一种特殊种类的原材料。由原材料经 过一定的加工制成干态或半干态的半成品材料的过程，即半成品制备工艺，也与成形加工一样 是复合材料工艺的内容。早期制造复合材料都是采用一步法（又称“湿法” ）工艺，如成形模压 制品是先将纤维或织物置于模具中，倒入配好的树脂胶液后加压成形

3、。在半成品制备过程中烘 去溶剂、水分和低分子组分，降低了制品的空隙率，也改善了复合材料成形作业的环境。通过 半成品的质量控制，确保复合材料制品的质量。第二节 高分子复合材料半成品的制备高分子复合材料， 常常是预先将纤维等添加剂与树脂混合制成成形用材料（半成品） ，然后再经压制、注射等成形操作获得。对热塑性塑料，习惯上把这种成形用材料叫做粒料；热固性 塑料，叫做模塑料；对连续纤维增强塑料即复合材料，则称为预浸料。它们是由树脂制成塑料 或复合材料制品的重要中间环节，其质量直接影响着成形工艺条件及产品的性能。本节简要介 绍几种纤维增强半成品的制造方法。2图13-1釐合材料制品的生产流程图一、纤维增强

4、热塑性塑料粒料的制造方法纤维增强热塑性模塑料是粒状形式的半成品，适宜高效率的注射模塑成形。制造纤维增强粒料 的工艺方法很多，其目的是将体积庞大、结构松散的玻璃纤维加到基体树脂中去，形成均匀分 散的粒状材料。热塑性增强粒料有长纤维型和短纤维型两种。1 1 长纤维型粒料的制造工艺长纤维型粒料一般采用电缆包覆法制造，其工艺流程如图 13-213-2 所示。玻纤粗纱通过十字形挤出机头（或在聚合釜出料口安装包覆机头），被熔融树脂包覆，经冷却、牵引、切粒而成。长纤维粒料，由于树脂包覆差，纤维分布不均匀，粒料硬度不高，仅适宜于螺杆式注射机成形。 在成形时依靠螺杆的混合作用，使纤维均匀地分散于树脂之中。市售长

5、纤维粒料有三种截面结构形式，如图 13-313-3 所示，（a a）玻璃纤维成一大束包于粒子中，包覆不紧，切粒时易拉毛，玻璃纤维易飞扬，注射成形时不利于玻璃纤维的均匀分散；（b b）玻璃纤维成几小束分散于四周，虽然玻璃纤维分散了，但纤维过于靠近粒子周围边上，树脂包 覆力不够，在切粒时也容易起毛，至使纤维飞扬；（c c）玻璃纤维成几小束包于粒子中，是最理想的结构形成，玻璃纤维分散得好，且周围树脂较厚，粒子包覆较结实，因而粒子端面平整， 玻璃纤维不易被拉毛及飞扬。増材料I眾工序?*BjfcJWHHREHI布I-駅料半虑品加工ft亚3I送丝机构胸虧殛一殛 一SS f泡理现头亠S3 -1牵引成条 丽1

6、-1粒料干搁-2 2 .短纤维型粒料的制造工艺短纤维型增强粒料，是为解决高熔融粘度树脂的长纤维型粒料，因纤维在树脂中分散不好，易引起制品性能和外观不理想而产生的，所以也称分散型增强粒料。它是先将短切纤维和树脂 初混合，再经螺杆挤出机混炼，纤维被折断，以长度约为0.250.25 0.5mm0.5mm 的短纤维形式，均匀地分散于树脂中，其工艺流程图如 13-413-4 所示。短纤维型粒料具有较好的成形加工性和表面平滑性， 用柱塞式和螺杆式注射成形机均可成形。但由于纤维在造粒时磨损严重、长度短，制品强度不 高。由于短纤维型粒料的加工流动性较好，它适合于制造壁薄和形状复杂的制品。碉脂干燥1 +1纤维短

7、切-初混合f 挤出切粒粒料干燥秤量包装图13-4短纤维型粒料的工艺流程图二、短纤维增强热固性模塑料的制造方法纤维模塑料即短纤维预浸料，它是由树脂渍短纤维经过烘干制成，因通常用于模压工艺， 故称之为模塑料。所用树脂主要是酚醛树脂，还有氨基树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、 环氧树脂等。所用纤维主要是玻璃纤维，还有棉纤维、石棉、有机纤维、碳纤维等。根据不同 的纤维和不同的树脂，其模塑料的制造方法也是多种多样的，但概括起来，最主要的制造方法 有两大类，即：预混法和预浸法、挤出法。1 1预混法制造短纤维模塑料预混法是将短纤维（如棉纤维、石棉纤维等）或切成 101050mm50mm 长的纤维（如玻璃纤维

8、、 合成纤维等）与一定量的胶液混合均匀，再经撕松、烘干而制成模塑料的工艺方法。一般为间 断操作，其生产工艺流程如图13-513-5 所示。这种模塑料的特点是：纤维较松散而无定向，流动性好，宜做形状复杂的小型模压制品。但在制造过程中纤维的强度损失较大，不宜制做强度要求 很高的模压制品。模塑料均匀性较差，比容大，压模要有较大的装料室，装模困难，劳动条件 差。浸渍与混合批量小时可用手工反复搓揉，批量大时需采用Z Z 型捏合机。对于棉纤维则先把捏合物在压机上加压处理，压榨物料在辊压机上辊压后，再在盘式混合机（即轮碾机）上研碾 混合。撕松的作用是将捏合成团的物料蓬松，大批量生产时采用撕松机完成。撕松的预

9、混料在 室温下晾置，等大部分包覆式长軒维型粒料的工艺流程图图13-3长纤维型粒料截面结构形式4溶剂挥发后，再进行烘干处理，使挥发分进一步挥发掉，同时使树脂进 行一定程度的预聚。配胶I十慨堆硕处理I +潘加刑准箸f 慨莖与混卷IT斬松|f联干IT并批图13-5预混合法生产工艺流程图2 2 预浸法制造短纤维模塑料预浸法是将连续纤维束整束通过胶槽、浸渍，再经刮胶辊后，在烘箱中烘干，切割成所需 长度单向纤维模塑料的工艺方法。这种方法为连续生产法。其模塑料的特点是成束状，比较紧 密。生产过程中纤维损伤较少，质量均匀，比容小，模具不需较大的装料室，装料简单，在装 料时易于按制品受力状态进行物料的铺设。因此

10、用这种方法制得的模塑料易制造形状较复杂的 高强度模压制品。预浸料的日生产量一般比预混法低，而且模塑料的流动性及料束间的互溶性 较差。预浸法亦分为手工预浸法和机械预浸法两类。机械预浸法一般采用连续无捻粗纱，纤维不 像预混法那样受到捏合和蓬松、撕松过程的强力搅动，因而纤维的原始强度不会严重损失。该 方法的机械化程度较高，操作简单，劳动强度小，设备简单，易于制造，可连续化生产。预浸、预混法模塑料的质量指标主要有树脂含量、挥发分含量和不溶性树脂含量；制备工 艺过程中主要控制树脂溶液粘度、纤维和短切长度、浸渍时间、烘干条件等因素。3 3 挤出法制造短纤维模塑料挤出法采用螺杆挤出机生产，克服了上述预浸、预

11、混方法采用胶液浸渍使用大量有机溶剂 的缺点，改善了劳动卫生条件，降低了成本。其产品质量均匀稳定，生产可以连续化、自动化。 缺点是玻璃纤维在螺杆中被磨损、被剪断的情况较严重，从而降低了塑料的强度。该法适用于 在生产过程无需排除低分子物的玻璃纤维模塑料，如DAPDAP （邻苯二甲酸二烯丙基酯）玻璃纤维模塑料的生产。其生产方法是：将预先粉碎的 DAPDAP 预聚体和其它组分按配方初步混合后，再与玻璃纤维混合，连续地加到单螺杆挤出机中。在加热及剪切摩擦热的作用下，树脂熔融，借助 螺杆的转动使各组分充分浸渍并混合均匀；将熔融物挤出成条状物，经冷却切割，即得到DAPDAP玻璃纤维模塑料。三、片状模塑料SM

12、C的制造方法片状模塑料（sheetsheet mouldingmoulding compoundcompound ），是 2020 世纪 6060 年代发展起来的一种干法制造聚酯 玻璃钢的新型模塑料。它是用多组分的不饱和聚酯树脂糊充分浸渍短切玻璃纤维（或毡），并在上下面覆盖聚乙烯薄膜而获得的片状夹芯形成的模塑料。树脂糊包含不饱和聚酯树脂、引发剂、5化学增稠剂、低收缩添加剂、粉状模料、颜料、脱模剂等。增强材料一般都是无捻玻璃粗纱， 其短切长度202050mm50mm。上下覆盖的聚乙烯薄膜能防止空气、灰尘、水汽等对材料的污染和交 联剂苯乙烯的蒸发。使用SMCSMC 时，只需撕掉两面的聚乙烯薄膜，按

13、制备相应尺寸裁切、叠层, 然后放人模具中加温加压固化，即得到所需要的制品。片状模塑料中，树脂系统(包括聚酯树脂、引发剂、增稠剂、低收缩添加剂、脱模剂、阻 聚剂等)约占3030% ;填料占 4040%左右；玻璃纤维占 3030%。色白的 CaCOCaCO3吸油率低，是 SMCSMC 最常用的增量性填料，它的使用，大大降低了材料的成本，并降低模塑料收缩率，改善了制品 表面质量。水合氧化铝为阻燃性填料，同时可改善制品的耐水性和电绝缘性。树脂“增稠”多 用 MgOMgO 或 CaCa (OHOH )2,它们以配位络合物的形式使树脂的相对分子质量增大，并不促进其胶 凝。低收缩添加剂一般用热塑性树脂如聚乙

14、烯、聚苯乙烯、氯乙烯一醋乙烯酯共聚物。片状模塑料的生产工艺流程如图13-613-6 所示，制造 SMCSMC 的设备示意如图 13-713-7 所示。首先将树脂和填料等组分预先充分混合，制成树脂糊。树脂糊制备有两种方法：批混合法和连续混合 计量法。批混合法是将树脂和除增稠剂外的各组分依次搅拌混合，最后加入增稠剂，混合后经 过计量即由混合泵输送到传送带或承载膜上。批混合制成的树脂糊受30min30min 贮存寿命的限制，时间过长，则树脂开始快速增稠，影响对玻璃纤维的浸渍，因此适于试验性或小批量生产。采 用连续混合计量法时，先将树脂糊按增稠剂和树脂分开成两部分单独制备，然后通过计量装置 经过一个静

15、态混合器，直接按比例将两部分连续混合并喂到制片机组的上糊区。连续混合计量 法能保证在机组切割沉降点处树脂粘度的近似不变。丽SWS S3低收蜡忝加剂I就脂糊制备】一|厂igsi粗纱切割! * 画 f 壷f 0十繭 -Sg图13-6片状模塑料工艺流程图将树脂糊输送到上层和下层聚乙烯薄膜上，并通过刮刀均匀刮平至一定厚度，然后连续玻 纤粗纱经过切割器短切，均匀沉降在下层薄膜的树脂糊上，同时用刮涂有树脂糊的上层薄膜覆 盖，形成树脂糊一短切玻璃纤维一树脂糊夹层材料，再通过一系列压力辊的揉捏作用，使树脂 浸透纤维并驱除团集于夹层内的气泡，将片材压紧成均一厚度，最后收卷。片材在一定的环境 条件下，经过一定时间

16、的熟化，使之增稠，粘度达到稳定 且适于模压的范围内方可使用。SMCSMC 操作方便，模压成形时间短，生产效率高，改 善了成形加工工作环境和劳动条件；成形流动性好，可成 形结构复杂的、或大型制品，并且制品表面质量好；组分 的种类配比可调配性好，可降低成本或使制品轻量化；玻 璃纤维在生产和成形过程中均未损伤，长度均匀，制品强 度咼。S S 13-813-8 線筒绸绕法制备无纬布示意图6四、复台材料成形用连续纤维 预浸料的制造方法纤维预浸料，是将树脂体系浸涂到 连续纤维或纤维织物上，通过一定的处 理过程，所形成的一种贮存备用的半成 品，它是制造连续纤维增强复合材料制 品的重要中间材料。预浸料的品种规

17、格 很多，按纤维排布形式不同有织物预浸 料（预浸胶布、预浸纱带），单向纤维预 浸料无纬布、预浸纱等，广泛用于层压、卷制、缠绕、裱糊、真空袋、热固罐、模压和拉挤等各种成形工艺。按树脂类型分为热固性树 脂预浸料和热塑性树脂预浸料。按纤维种类不同又有碳纤维预浸料、芳纤预浸料、玻璃纤维预 浸料和棉布预浸料等。预浸料的制备方法按树脂浸渍纤维的方法不同大致有：溶液浸渍法、热 熔浸渍和胶膜辗压法、粉末工艺法等。1 1 .溶液浸渍法与预浸法制备短纤维模塑料一样，将构成树脂的各组分按预定的固体含量溶解到溶剂中去； 然后纤维（纱或织物）通过树脂溶液，粘着一定量的树脂，经烘干除去溶剂即得预浸料。由于 采用树脂溶液浸

18、渍纤维，所以该法属湿法工艺。用于层压、卷制、布带缠绕成形的预浸胶布多采用溶液法浸渍纤维织物获得，其制备在卧 式或立式浸胶机上连续进行。纤维织物（布）以一定速度均匀移动，首先通过热处理炉除去水 分或石蜡浸润剂，然后经过浸胶槽浸渍一定量的树脂溶液，再经过烘干炉除去大部分溶剂和挥 发分，并使树脂预固化到一定程度，最后收卷贮存。预浸布经剪裁成窄带后用于缠绕成形。单向纤维预浸料，根据制备设备的不同，分辊筒缠绕和阵列式连续排铺法。辊筒缠绕法多 采用湿法工艺，阵列式连续排铺法逐渐由湿法向干法发展。辊筒缠绕法工艺过程如图 13-813-8 所示。连续纤维束从纱团引出，进人胶槽浸渍树脂，经挤胶 器除去多余树脂后

19、，靠喂纱导器纤维纱依次整齐地环向缠绕在贴有隔离膜的辊筒上，最后沿辊 筒母线切断展开，即成单向纤维预浸料。因其纬向没有纤维，经纱是靠树脂将其粘在一起的，所以也叫无纬布。该法设备简单，操作方便，但制备的无纬布长度受辊筒直径限制，生产速度 较低。阵列式连续排铺法的基本过程是：许多平行的纤维束（或织物）同时连续浸涂树脂，经辊 压等工序后，即成连续预浸料。该法生产效率高，适于大量生产。其湿法制造连续无纬布的主 要流程如图 13-913-9 所示。一定数量的纱束从纱架引出，经整经平行整齐地进入装有树脂溶液的浸渍胶槽，经挤胶、烘干、垫铺隔离纸和压实，即可收卷，获得成卷的连续预浸料。为获得质量 合格的预浸料，

20、必须严格控制环境温度、胶液浓度、辊筒缝隙和纤维的行进速度等。图13-7制备SMC设备示意图7图 13-913-9 阵列式连裟排葡袪制备预技料示意图2 2 热熔浸渍法和胶膜辗压法干法制造预浸料有熔融法和胶膜法两种。由于不使用溶剂，生产现场和环境无污染，也不 易引起火灾，节约溶剂，预浸料和挥发分含量低，制备复合材料的孔隙小。熔融法的基本工艺 过程如图 13-1013-10 所示，借助加热把漏槽中流出的熔融树脂体系刮涂于隔离纸载体上，随后转移 到经整经、排列整齐的平行纤维纱上，同时，纤维的另一面贴附上一层隔离纸，然后三者成一 夹芯，经热辊后，使树脂浸润纤维，最后压实收卷。图13-1113-11 为胶

21、膜法制造预浸料的工艺过程图。与熔融法相似，一定数量的纱束经整齐排铺后，夹于胶膜之间，成夹芯状，再通过加热辊 挤压，使纤维浸嵌于树脂膜，最后加附隔离纸载体压实，即可分切收卷。胶膜法可制备树脂含 量很低的预浸料，产品中树脂分布均匀。树脂含量和质量受胶膜厚度、压辊间隙和温度影响。胶膜法对树脂体系的工艺性要求较高，树脂应具有优良的成膜性，胶膜应有适度的柔性和粘性,较长的贮存寿命。干法制备解决了那些树脂体系不溶解于普通低沸点溶剂的预浸料的制造问题， 成膜性和柔性通常采取添加一定量的热塑性树脂或较高相对分子质量的线性热固性树脂获得， 同时也提高了固化树脂的韧性。8采用织物为原料制造预浸料时，不需要排纱整经

22、，工序较简单。3 3 .粉末法制备预浸料粉末法又分为粉末静电法和粉末悬浮法，主要用于制备热塑性树脂和高熔点难溶解树脂的 预浸料。粉末静电法是在连续纤维表面沉积带电树脂粉末，用辐射加热的方法使聚合物粉末永 久性地粘附在纤维表面上。此法不会引起纤维 间过长而导致性能退化。粉末静电法需事先 将高聚物研磨成非常细微的颗粒，其典型的 粒子大小是 240240 卩 m m、110110 卩 m m 和8080 卩 m m。采用超细颗粒的粉末， 可获得柔软的预 浸料。粉末悬浮法通常分为水悬浮和气悬浮 两种。前者是在水中悬浮的树脂颗粒粘附到 连续运动的纤维上， 后者是细度为 10102020 卩 m m 的聚

23、合物颗粒在硫化床中悬浮，聚合物颗 粒附着在连续的纤维上，随即套上护管， 使 粉末不再脱离纤维表面。 图 13131212 是粉末静 电法示意图。刮刀捕IV斗/ /树脂界面应力，也不会因聚合物在高温下持续时图 1616 - - 1010熔融法制备预浸料示意图S S 13-1113-11 胶膜法制备预浸料示意图S1J-12S1J-12 静电粉末法制备预浸料示證图9第三节 高分子复合材料的成形工艺一、概述1 1纤维增强高分子基复合材料成形方法分类 纤维复合材料成形工艺可分为以下三大类：（ 1 1）闭模成形：模压成形、树脂传递模塑（ RTMRTM ）、注射成形、增强反应性注射（ RRIMRRIM ）

24、成形。（ 2 2）开模成形：手糊成形、喷射成形、真空袋成形、压力袋成形、热压釜成形、纤维缠绕 成形、拉挤成形、离心浇铸成形。（ 3 3）其它：编织、吸积（吸胶）成形。2 2高分子复合材料成形三要素 复合材料由原材料加工出成品的整个成形过程涉及三个重要的环节：（ 1 1）赋形：赋形在于增强材料如何达到均匀或保证在特定的方向上排列。将增强材料“预 成形”是先行的赋形过程，使毛坯与制品最终形状接近，而最终形状的赋形则在压力下靠成形 模具完成。（ 2 2）浸渍：浸渍意味着将增强材料间的空气置换为基体树脂，形成良好的界面粘接和复合 材料的低空隙率。浸渍机理分脱泡和浸润两部分。浸渍好坏受树脂粘度、种类、配

25、比和增强材 料的品种、形态影响。预浸料半成品制备，已将主要浸渍过程提前，但在加热成形过程还需进 一步完善树脂对纤维的浸渍。（ 3 3）固化：热固性树脂发生交联的化学反应，形成三向网络基体材料。热塑性树脂则是冷 却硬化定型的过程。各种工艺方法在工艺过程中必须共同遵守的要点有：要使纤维均匀地按设计要求分布于 制品的各个部分；要使树脂适量地均匀地分布在制品的各个部位，并适当地固化；工艺过 程中要尽最大努力减少气泡，降低空隙率，提高制品的致密性；充分掌握所用树脂的工艺性 能，制定合理的工艺规范。整个工艺过程中，纤维是没有什么变化，起变化的是树脂。在初期， 树脂一般是粘度较低的液体，充分浸渍纤维，排除气

26、泡，在工艺过程中粘度逐渐增加，凝胶， 直至固化。只有充分掌握所用树脂配方的工艺性能，才能制定出合理的固化工艺规范，制造出 质量优良的制品。3 3复合材料制品的成形特点 与其它材料不同，复合材料的材料和制品是在同一个成形工艺过程中一次形成的。各种工 艺方法除模压和注射外， 都采用低压成形，压力一般在 1 12MPa2MPa 以下。这给制造大型制品带来 方便，对成形设备和工艺装备的要求降低。一般塑料制品成形时，施加压力的作用是：使塑料产生流动，即克服塑料本身粘滞流动 阻力和塑料与模具相对运动的摩擦阻力。排除低分子物压紧材料，使之与模具形状吻合，并 得到致密均匀的制品。纤维复合材料制品所以能用低压成

27、形，主要原因是采用了如下几点措施：（1 1）使填料预成形：很多工艺方法都预先将浸渍填料配置成接近制品形状的坯料，或将填 料预成形再浸渍胶液，然后加压压紧。这样在制品成形过程中，材料就无需很大的相对流动， 减小了材料内摩擦和材料与模具的摩擦力。（2 2）采用可低压成形的树脂配方：这类树脂配方固化时不放出挥发性的副产物，或单位时 间内放出的挥发性副产物的量较少，从而可以降低压制时抵抗内部挥发物所需的一部分压力。（3 3）利用弹性介质（如气体）来传递压力：使压力垂直作用于制品表面，加压效果好。、各种成形工艺方法简介101 1 手糊成形工艺手糊成形指以手工作业为主成形复合材料制件的方法。手糊工艺的最大

28、特色是以手工操作 为主，适于多品种、小批量生产，且不受制品尺寸和形状的限制。但这种方法生产效率低，劳 动条件差，且劳动强度大；制品质量不易控制，性能稳定性差，制品强度较其它方法低。手糊成形的具体工艺过程是：先在模具上涂一层脱模剂，然后将加入固化剂的树脂混合料 均匀涂刷一层，再将纤维增强织物（按要求形状尺寸裁剪好）直接铺设在胶层上，用刮刀、毛 刷或压辊迫使树脂胶液均匀地浸入织物，并排除气泡，待增强材料被树脂胶液完全浸透之后， 再涂刷树脂混合液、铺贴纤维织物；重复以上步骤直至完成制件糊制，然后再固化、脱模、修 整、打磨飞边。手糊成形工艺流程如图 13-113-13 3所示。干法手糊成形则是采用预浸

29、料按铺层序列层贴，获预成形毛坯后，再用模压或真空袋一热压罐成形方法固化成形。图13-13手福战形工艺流程图2 2 喷射成形工艺喷射成形是通过喷射的树脂流与短切纤维混匀，沉积在开模上，压实固化成制件的方法， 其模具的准备与材料准备等与手糊成形基本相同，主要不同点是它将手工裱糊与叠层工序变成 了喷枪的机械连续作业。图13-1413-14 为喷射工艺示意图。将装有引发剂的树脂和装有促进剂的树脂分装于两个罐中，由液压泵或压缩空气按比例输送到喷枪内雾化，同时与短切纤维混合并喷 射到模具上，沉积到一定厚度时，用压辊排气压实，再继续喷射，直到完成坯件制作，然后固 化成形。该工艺要求树脂粘度低，易于雾化，主要

30、用于不需加压室温固化的不饱和聚酯树脂。4 4 .袋压成形11本方法的特点是生产效率高， 劳动强度低，节省原材料，制品无 措接缝，整体性好，制件的形状和 尺寸不受限制；但场地污染大，制 件的承载能力低。适于制造船体、浴盆、 汽车车身、 容器及板材等大 型部件。3 3.纤维缠绕成形纤维缠绕成形是将浸渍树脂 的纤维丝束或带，按照一定规律缠 绕到芯模上，然后固化成为制品的方法。 该方法适于制造复合材料旋转体。根据缠绕时树脂基体所处的化学物理状态不同，缠绕工艺可分为干法、湿法及半干法三种。干法缠绕采用预浸纱带，缠绕时，在缠绕机上对预浸胶带加热软化再缠绕在芯模上。干法缠绕 的生产效率较高，缠绕速度可达10

31、0100200m/min200m/min，工作环境也较清洁。但是干法缠绕设备比较复杂，造价高，缠绕制品的层间剪切强度也较低。湿法缠绕是将纤维经集束、浸胶后，在张力 控制下直接缠绕在芯模上，然后再固化成形，湿法缠绕的设备比较简单，但由于纱带浸胶后立 即缠绕，在缠绕过程中对制品含胶量不易控制和检验，同时胶液中的溶剂残留易在制品中形成 气泡、空隙等缺陷，缠绕时纤维张力也不易控制，不易实现自动化。半干法是在纤维浸胶到缠 绕至芯模的途中增加一套烘干设备，将纱带胶液中的溶剂基本上清除掉。半干法制品的含胶量 与湿法一样不易精确控制，但制品中的气泡、空隙等缺陷大为降低。缠绕成形主要设备为缠绕机，由带动芯模旋转

32、的传动机构、浸胶槽、纱架、丝束张力机构 和控制系统组成。缠绕方式分为环向缠绕、螺旋缠绕和纵向缠绕。环向缠绕使纤维丝束与芯模夹角接近 9090。芯模作匀速转动，丝束沿芯模轴线方向均匀缓慢地移动。芯模转一周，丝束沿 芯模轴向移动一个纱片宽度。环向缠绕层用来承受径向载荷。螺旋缠绕使纤维与芯模轴线的夹 角成 15157575,纤维以螺旋状在芯模上反复缠绕。芯模绕自己轴线匀速转动，丝束沿芯模轴向 按一定运动速度往返，芯模旋转速度与丝束运动速度成一定比例。速比是单位时间内芯模主轴 转数比上丝束往返次数，速比不同，缠绕的花样（线型）不同。纵向缠绕的纤维与芯模轴线的 夹角小于 1515,丝束在固定平面作等速圆

33、周运动，每绕一周，芯模转动一个对应丝束宽度的小 角度，每一周的纤维在同一平面上，又称平面缠绕，纵向缠绕层用来承受纵向载荷。缠绕后的 坯件可在热压罐、烘箱或专用的固化炉内固化，固化时应不停地转动制件至凝胶，防止树脂流 出而造成分布不均。芯模可设计成可拆（组合模具）、可碎（粉碎模具）、可溶（溶解模具）等形式，以便制件脱模。应严格控制纤维丝束张力、缠绕角度、绕速比、微绕速比等工艺参数， 对树脂粘度和工艺性能及适用期等也有较高的要求。缠绕成形的特点是纤维能保持连续完整， 制件线型可按制品受力情况设计，制品强度高，可连续化、机械化生产，生产周期短，劳动强 度小，产品不需机械加工，但设备复杂，技术难度高，

34、工艺质量不易控制。适合成形大型旋转 体制件，如高压容器、大型管道、锥形雷达罩、火箭壳体等，还可制造异形截面型材和变截面 制件。图13-14喷射工艺示意图轲羽冷二一!厂 m固代輻12袋压成形包括压力袋、真空袋和真空袋一热压罐成形法，是借助成形袋与模具之间抽真空 形成的负压或袋外施加压力，使复合材料坯料紧贴模具，经固化成形的方法。袋压成形的最大 优点是：仅用一个模具邙日模或阴模）就可以得到形状复杂、尺寸较大、质量较好的制件，也 能制造夹层结构件。袋压成形工艺流程如图13-1513-15 所示。根据加压方式的不同可分为压力袋成形、真空袋成形和真空袋一热压罐三种成形方式。（1 1）真空袋成形：真空袋成

35、形是在固化时利用 抽真空产生的大气负压，对制品施加压力的成形方 法。其工艺过程为：将铺叠好的制件毛坯密闭在真 空袋与模具之间，然后抽真空形成负压，大气压通 过真空袋对毛坯加压，真空袋用具有延展性、高强 度的尼龙膜等材料制成，用粘性的密封胶条与模具 粘接在一起。真空袋内通常要放有透气毡以使真空通路通畅。固化完全后卸模取出制件。该法工艺简单，不需要专用设备，常用来制造室温固化的制件，也可在固化炉内成形高、中温固化的制件。本方法适用于大尺寸产品的成形，如船体、浴缸及小型的飞机部件。真空袋法产生的压力小于O.IMPaO.IMPa。真空袋压成形如图 13-1613-16 所示。（2 2） 压力袋成形：用

36、压力袋成形固化制品，是借助于橡皮囊构成的气压室（压力袋），通过向气压室通入压缩空气实现毛坯加压，所以也叫气压室成形，压力可达0.250.250.5MPa0.5MPa。由于压力较高，对模具强度和刚度的要求也较高，还需考虑热效率，故一般采用轻金属模具，加热方式通常用模具内加热的方式。压力袋成形如图13-1713-17 所示。图 13-1713-17 压力袋成形法1 1標皮裳；2 2 毛坯；3 3模具（3 3）真空袋一热压罐成形：真空袋一热压罐成形是利用热压罐内部程控温度的静态气体压 力，使复合材料叠层坯料在一定的温度和压力下完成固化过程的成形方法。热压罐由罐体、真空泵、压气机、贮气罐、控制柜等组成

37、。如图13-1813-18 所示，其中真空泵的作用是在制件毛坯封装后进行预压实吸胶时造成低压环境，压气机和贮气罐为热压罐进行加 压的充气系统。罐内的温度由罐内的电加热装置提供，压力由压气机通过贮气罐进行气体充压，一般用空气。复合材料制件工艺过程为：首先按制件图纸对预浸料下料及铺叠，铺叠完毕后按 样板作基准修切边缘轮廓，并标出纤维取向的坐标，然后进行封装。封装的目的是将铺叠好的 毛坯形成一真空系统，进而通过抽真空以排出制件内部的空气和挥发物，然后加热到一定温度 再对制件施加压力进行预压实（又称预吸胶），最后进行固化。图 13-1513-15 袋压成形工艺流程图图 13-1613-16 畫空袋成形

38、13采用真空袋一热压罐成形可以制得高质量的复合材料制品，制件密实，厚度公差范围小, 空隙含量低，许多大型和复杂的部件，如机冀、 卫星天线反射器等制品成形都采用此方法，缺点 是能源利用率低，设备复杂，成本较高。5 5 .模压成形模压成形是将一定量的模塑料放人金属对模 中，在一定的温度和压力作用下，使模塑料在模 腔内受热塑化、受压流动并充满模腔，成形固化 而获得制品的一种方法。预浸胶布层贴预成形后, 再经多层平板压机模压 （层压） 成形，用以制备 复合材料层压板和覆铜板。拉挤成形是一种连续生产固定截面型材的成形方法。主要过程是将浸有树脂的纤维连续通 过一定型面的加热口模，挤出多余树脂，在牵引条件下进行固化。拉挤成形机由纱架、集纱器、浸胶装置、成形模腔、牵引机构、切割机构和操作控制系统 组成。典型的拉挤成形工艺由送纱、浸胶、预成形、固化成形、牵引和切割工序组成。连续纤 维或织物浸渍树脂后，经牵引通过成形模腔，被挤压和加温固化形成型材，然后将型材按长度 要求进行切割。增强体可有多种形式，如单向纤维、编织套或整体的三维编