聚合物基复合材料成型工艺及复合材料界面演示文稿

聚合物基复合材料成型工艺及复合材料界面演示文稿1目前一页\总数八十二页\编于八点（优选）聚合物基复合材料成型工艺及复合材料界面2目前二页\总数八十二页\编于八点美国热塑性复合材料近年来发展很快，热塑性复合材料成型工艺约占23.4％。美国复合材料工业发展的另一特色是手糊成型工艺所占比例下降，拉挤工艺所占比例上升。第四章聚合物基复合材料成型工艺第一节概述一、聚台物基复台材料成型工艺的发展概况欧盟复合材料发展的特点是热塑性复合材料发展较快，热塑性复合材料产品主要用于汽车工业。其复合材料工艺发展的另一特点是手糊工艺占比例较少，这主要是西欧玻璃钢造船工业不太发达所至。日本复合材料年总产量约70万t，其中热塑性复合材料占24.75万t，由于日本复合材料制品在建筑住宅和造船方面用量较大，因此，手糊、喷射成型工艺所占比例较欧盟及美国高。3目前三页\总数八十二页\编于八点我国复合材料工业主要产品为玻璃钢冷却塔、防腐贮罐、管道工程、卫生洁具、SMC及BMC模压制品、环保设备、汽车部件、游艇及渔船、运动器材等。不同成型工艺所生产的产品比例为：

75％手糊成型工艺；10％模压成型工艺；4％层压成型工艺；13％纤维缠绕成型工艺;1.5％拉挤成型工艺；0.5%其它工艺。手糊成型工艺中包括喷射成型和RTM成型技术。总的来讲，我国复合材料生产技术中、手糊工艺占比例过大，模压成型(包括SMC和BMC工艺)占比例偏低。热塑性复合材料虽然已开始研究应用，但发展速度太慢，热塑性片状模塑性及其制品冲压成型技术尚处于研制和起步阶段。第四章聚合物基复合材料成型工艺第一节概述一、聚台物基复台材料成型工艺的发展概况4目前四页\总数八十二页\编于八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。二、复合材料成型工艺的选择原则及方法第四章聚合物基复合材料成型工艺第一节概述1、复合材料制品成型工艺特点5目前五页\总数八十二页\编于八点①产品外形构造及尺寸大小；②满足材料性能和产品质量要求,如材料的物理化学性能要求,产品强度及表面质量要求；③产品生产批量大小，供货时间；④工厂设备条件，流动资金及技术水平等；⑤经济效益，要综合考虑生产条件，保证企业盈利。组织复合材料制品生产时，成型方法的选择必须同时满足材料性能、产品质量和经济效益等基本要求，具体应考虑如下方面：第四章聚合物基复合材料成型工艺第一节概述二、复合材料成型工艺的选择原则及方法2、成型工艺选择⑴选择原则

6目前六页\总数八十二页\编于八点一般来讲，产品尺寸精度和外观质量要求高的大批量、中小型产品，应选择模压成型工艺；大型产品，如渔船、雷达等，则常采用于糊工艺；压力容器及管道，可采用缠绕成型工艺。第四章聚合物基复合材料成型工艺第一节概述二、复合材料成型工艺的选择原则及方法⑵成型方法选择7目前七页\总数八十二页\编于八点

特点:

①是以手工铺放增强材料，浸渍树脂，或用简单的工具辅助铺放增强材料和树脂。②是成型过程中不需要施加成型压力(接触成型)，或者只施加较低成型压力(接触成型后施加0.01~0.7MPa压力，最大压力不超过2.0MPa)。

优点:设备简单，适应性广，投资少，见效快。

缺点:生产效率低、劳动强度大、产品重复性差等。

第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺8目前八页\总数八十二页\编于八点接触低压成型工艺过程:

⑴先将材料在阴模、阳模或对模上制成设计形状;

⑵然后施加较低压力或不加压，使树脂浸透增强材料;

⑶再通过加热或常温固化，脱模后再经过辅助加工而获得制品。属于这类成型工艺的有手糊成型、喷射成型、袋压成型、树脂传递模塑成型、热压罐成型和热膨胀模塑成型(低压成型)等。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺9目前九页\总数八十二页\编于八点用于接触成型的增强材料芳纶纤维及其织物(芳香酰胺纤维)玻璃纤维及其织物碳纤维及其织物聚丙烯腈碳纤维沥青碳纤维粘胶碳纤维接触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气泡容易排除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)，来源丰富接触低压成型的原材料有：增强材料、树脂、辅助材料等10目前十页\总数八十二页\编于八点接触低压成型工艺对基体材料的要求①易浸透纤维增强材村，易排除气泡，与纤维粘接力强②在室温条件下能凝胶，固化，要求收缩小，挥发物少③粘度适宜，0.2~0.5Pa.s④无毒或低毒⑤价格合理，来源有保证11目前十一页\总数八十二页\编于八点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，应归属于树脂基体体系。

⑴填料:在复合材料的生产中，加人填料不仅可以降低成本，而且可以改善性能，填料的加入量，一般为树脂的15％-30％，有时超过1-2倍。填料的细度为120-300目。

⑵色料:加入色料是为了改变制品的颜色，获得美丽的外观。用作复合材料生产的色料应满足以下要求：①颜色鲜艳，耐光、耐热、耐化学腐蚀，耐自然老化；②在树脂胶液中分散性好，稳定性好；③对制品性能及生产工艺无不良影响;④价格便宜，来源丰富。

第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺辅助材料12目前十二页\总数八十二页\编于八点阴模对模阳模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。1、模具模具及脱模剂第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺工作面13目前十三页\总数八十二页\编于八点脱模剂基本要求不腐蚀模具，不影响脂固化，对树脂粘接0.01MPa使用安全，无毒害作用成膜时间短，厚度均匀，表面光滑耐热、能经受加热固化的温度作用操作方便价格便宜2、脱模剂脱模剂分内脱模剂和外脱模剂两种，手糊成型主要用外脱模剂。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺二、模具及脱模剂14目前十四页\总数八十二页\编于八点手糊成型工艺(HandLay-upMolding)是手工作业把玻璃纤维织物和树脂交替地铺层在已被覆好脱模剂和胶衣的模具上，然后用压辊滚压压实脱泡，最后在常温下固化成型为复合材料制品。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺一、手糊成型工艺和技术15目前十五页\总数八十二页\编于八点手糊成型工艺流程第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺一、手糊成型工艺16目前十六页\总数八十二页\编于八点手糊成型工艺优点：

不需要复杂的设备和模具，投资低；生产技术容易掌握，且产品不受尺寸形状的限制，适合小批量和大型制件的生产；可与其他材料如金属、木材及塑料泡沫等同时复合制成一体。这些优点使得手糊成型工艺至今仍然作为汽车复合材料的一种主要成型工艺而被用于小批量地加工各种汽车复合材料制品，如客车和重型卡车的前/后围面板、高顶、导流罩、引擎罩盖、保险杠、挡泥板以及休闲车、农用车的车身等。此外该工艺还被用于新车开发，如制造概念车和新车样件试制。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺一、手糊成型工艺17目前十七页\总数八十二页\编于八点手糊成型工艺的缺点：

生产效率低，生产周期长，工作环境差，因此对于大批量车型的产品不太适合。此外，由于这种工艺与操作人员的技能水平和制作环境条件有很大的关系，受此影响，在我国，由手糊成型工艺生产的汽车零部件的质量往往不够稳定，从而影响了汽车复合材料的声誉。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺一、手糊成型工艺18目前十八页\总数八十二页\编于八点喷射成型技术是手糊成型的改进，半机械化程度。国外60年代已有成套喷射设备出售：如美国维纳斯公司生产的HIS喷射成型机，英国Dowuland纤维树脂喷射机，瑞典的Aplicator喷射机等。喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大，如美国9.1％，西欧占11.3％，日本占21％。我国是从60年代开始研究喷射成型技术的，但因原材料质量和环境污染问题，未能推广。目前国内用的喷射成型机主要是从美国进口。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺二、喷射成型技术(SprayUpMolding)

19目前十九页\总数八十二页\编于八点喷射成型工艺原理：

将混有引发剂和促进剂的两种聚酯树脂分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂均勾混合，沉积到模具上。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺二、喷射成型技术(SprayUpMolding)

20目前二十页\总数八十二页\编于八点喷射成型工艺示意图喷射成型工艺流程第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺二、喷射成型技术21目前二十一页\总数八十二页\编于八点与手糊成型工艺相比，喷射成型工艺的效率提高了2～4倍甚至更高。

优点：⑴由于使用无捻粗纱代替了手糊工艺的玻璃纤维织物，因而材料成本更低；⑵成型过程中无接缝，这使得制品的整体性和层间剪切强度更好；⑶可自由调节产品的壁厚、纤维与树脂的比例以及纤维的长度，因而满足了零部件的不同机械强度要求。因此，该工艺在国外汽车复合材料行业中，有逐步取代传统的手糊成型工艺的趋势，例如，客车和重型卡车的很多前/后围面板、侧面护板、高顶及导流罩等都已由喷射成型工艺制作。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺二、喷射成型技术22目前二十二页\总数八十二页\编于八点缺点：⑴产品的均匀度在很大程度上取决于操作人员的操作熟练程度；⑵由于喷射成型的树脂含量高且增强玻纤短，因而制品强度较低；阴模成型比阳模成型难度大，小型制品比大型制品生产难度大；⑶生产现场工作环境恶劣，环境污染程度一般均大于其他的工艺方法；⑷初期投资比手糊成型工艺大。尽管如此，近年来，喷射成型工艺的缺点正在得到极大的改善。在国外，已采用机械手编程来替代人工喷射，从而大大提高了产品质量的稳定性，原材料的损耗也被明显降低。同时，通过对生产现场采取全封闭的管理措施以及进行空气排放处理，使得环境污染问题得到明显改善。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺二、喷射成型技术23目前二十三页\总数八十二页\编于八点

树脂传递模塑成型简称RTM(resintransfermolding）。RTM起始于50年代，是手糊成型工艺改进的一种闭模成型技术，可以生产出两面光的制品。RTM工艺原理RTM的基本原理将玻璃纤维增强材料铺放到闭模的模腔内,用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模，得到两面光滑的复合材料制品。其工艺原理如图所示。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺三、树脂传递模塑成型24目前二十四页\总数八十二页\编于八点树脂传递模塑成型工艺示意图RTM工艺流程三、树脂传递模塑成型25目前二十五页\总数八十二页\编于八点

优点：

①可以制造两面光的制品；②成型效率高，适合于中等规模的玻璃钢产品生产(20000件/年以上)；③RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；④增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况合理铺放增强材料；⑤原材料及能源消耗少;⑥建厂投资少，起步快。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺三、树脂传递模塑成型26目前二十六页\总数八十二页\编于八点适用范围：目前已广泛用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等工业领域。产品：汽车壳体及部件、娱乐车构件、螺旋桨、8.5m长的风力发电机叶片、天线罩、机器罩、浴盆、淋浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话亭、电线杆、小型游艇等。第四章聚合物基复合材料成型工艺第二节接触低压成型工艺三、树脂传递模塑成型27目前二十七页\总数八十二页\编于八点目前，RTM工艺在汽车制造业中的应用已非常广泛，如乘用车的车顶、后厢盖、侧门框和备胎仓，以及卡车的整体驾驶室、挡泥板和储物箱门等都有用RTM工艺生产的。下图所示是用RTM工艺生产的ASTONMARTIN跑车的车身侧围板。用RTM工艺生产的车身侧围板28目前二十八页\总数八十二页\编于八点RTM工艺也存在一些不足，如：

双面模具的加工费用较高；预成型坯加工生产设备的投资大；对原材料(树脂和玻纤材料)和模具质量的要求高；对模具中的设置与工艺要求严格等。目前，对RTM成型工艺的研究和推广不断取得新的进展，主要研究方向集中在：微机控制注射机组、增强材料预成型技术、低成本模具、快速树脂固化体系及工艺稳定性和适应性等方面，也已经涌现出了一系列改良的RTM成型工艺。29目前二十九页\总数八十二页\编于八点1、3：高强度面层；2：轻质材料123夹层结构一般是由三层材料制成的复合材料。夹层复合材料的上下面层是高强度、高模量材料，中间层是较厚的轻质材料，玻璃钢夹层结构实际上是复合材料与其它轻质材料的再复合。

第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术30目前三十页\总数八十二页\编于八点采用夹层结构方式是为了提高材料的有效利用率和减轻结构重量。以梁板构件为例，在使用过程中，一要满足强度要求，二要满足刚度需要，玻璃钢材料的特点是强度高，模量低。因此，用单一的玻璃钢材料制造梁板，满足强度要求时，挠度往往很大，如果按允许挠度进行设计，则强度大大超过，造成浪费。只有采用夹层结构形式进行设计，才能合理的解决这一矛盾。这也是夹层结构得以发展的主要原因。第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术31目前三十一页\总数八十二页\编于八点泡沫塑料夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮(面板)，泡沫塑料做夹芯层(a)，泡沫塑料夹层结构的最大特点是蒙皮和泡沫塑料夹芯层粘接牢固，质量轻，刚度大，保温、隔热性能好。适用于刚度要求高、受力不大和保温隔热性能要求高的部件，如飞机尾翼、保温通风管道及墙板等。1、泡沫塑料夹层结构一、夹层结构的种类和特点第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术32目前三十二页\总数八十二页\编于八点蜂窝夹层结构是采用破璃钢薄扳做蒙皮，蜂窝材料(玻璃布蜂窝、纸蜂窝或其它棉布及铝蜂窝等)做夹芯层(b)。蜂窝夹层结构的重量轻，强度高，刚度大，多用作结构尺寸大、强度要求高的结构件，如玻璃钢桥的承重饭、球形屋顶结构、雷达罩、反射面、冷藏车地板及箱体结构等。2．蜂窝夹层结构第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术一、夹层结构的种类和特点33目前三十三页\总数八十二页\编于八点这种夹层结构的面板（蒙皮)为玻璃钢薄板，夹芯层是玻璃钢梯形板或矩形扳。这种夹层结构方向性强，仅适用于做高强度平板，不宜用于弯曲形状的制品(c、d)。3、梯形和矩形夹层结构第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术一、夹层结构的种类和特点34目前三十四页\总数八十二页\编于八点它是用玻璃钢薄板作蒙皮，用玻璃钢圆环做夹芯层(e)。这种夹层结构的特点是芯材耗量少，强度比较高、平板受力无方向性，最适宜做采光用的透明玻璃钢夹层结构板材，具有遮挡少、进光率高的优点。4．圆环形夹层结构第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术一、夹层结构的种类和特点35目前三十五页\总数八十二页\编于八点泡沫塑料夹层结构的制造方法：

①预制粘接法

②整体浇注成型法③连续成型法第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术二、泡沫塑料夹层结构制造技术36目前三十六页\总数八十二页\编于八点

①预制粘接法：将蒙皮和泡沫塑料芯材分别制造，然后再将它们粘接成整体。预制成型法的优点是能适用各种泡沫塑料，工艺简单，不需要复杂机械设备等。其缺点是生产效率低，质量不易保证。

②整体浇注成型法：先预制好夹层结构的外壳，然后将混合均匀的泡沫料浆浇入壳体内，经过发泡成型和固化处理，使泡沫涨满腔体，并和壳体粘接成一个整体结构。

③连续成型法：适用于生产泡沫塑料夹层结构板材。第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术二、泡沫塑料夹层结构制造技术37目前三十七页\总数八十二页\编于八点蜂窝形式蜂窝的强度与选用原材料和蜂窝几何形状有关，根据平面投影几何形状，蜂窝夹芯材料可分为六边形、菱形、矩形、正弦曲线形和有加强带六边形等。在这些蜂窝夹芯材料中，以加强带六边形强度最高，正方形蜂窝次之。由于正六边形蜂窝制造简单，用料省，强度也较高，故应用最广。1、蜂窝种类三、蜂窝夹层结构制造技术第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术38目前三十八页\总数八十二页\编于八点先在制造蜂窝芯材的玻璃布上涂胶条，然后重叠粘接成蜂窝叠块，固化后按需要蜂窝高度切成蜂窝条，经拉伸预成型，最后浸胶，固化定型成蜂窝芯材。制造蜂窝夹芯叠块的胶条上胶法，可以采用手工涂胶，也可以使用机械化涂胶。2、蜂窝夹芯制造第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术三、蜂窝夹层结构制造技术39目前三十九页\总数八十二页\编于八点玻璃布蜂窝夹层结构制造技术分湿法和干法两种。

⑴干法成型

此法是先将蜂窝夹芯和面板作好，然后再将它们粘接成夹层结构。为了保证芯材和面板牢固粘接，常在面板上铺一层薄毡（浸过胶），铺上蜂窝，加热加压，使之固化成一体。这种方法制造的夹层结构，蜂芯和面板的粘接强度可提高到3MPa以上。优点:主要是产品表面光滑，平整，生产过程中每道工序都能及时检查，产品质量容易保证，缺点是生产周期长。3、蜂窝夹层结构制造第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术三、蜂窝夹层结构制造技术40目前四十页\总数八十二页\编于八点

⑵湿法成型此法是面板和蜂窝夹芯均处于未固化状态，在模具上一次胶接成型。生产时，先在模具上制好上、下面板，然后将蜂窝条浸胶拉开，放到上、下面板之间，加压（0.01～0.08MPa）、固化，脱模后修整成产品。优点:是蜂窝和面板间粘接强度高，生产周期短，最适合于球面、壳体等异形结构产品生产。其缺点是产品表面质量差，生产过程较难控制。

第四章聚合物基复合材料成型工艺第三节夹层结构制造技术三、蜂窝夹层结构制造技术41目前四十一页\总数八十二页\编于八点模压成型工艺(CompressionMolding)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。

模压成型工艺始于1909年，当时主要用于生产以木粉、石棉及石英粉为填料的酚醛复合材料制品。随着SMC、BMC和新型塑料的出现，模压成型工艺发展很快。据1990年国外统计，在纤维增强树脂基复合材料的各种成型工艺中，模压成型工艺的占有率已达42％以上，居各种成型工艺之首。第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺一、概述42目前四十二页\总数八十二页\编于八点

模压成型的缺点：

模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，一般适合于大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。

模压成型的优点：

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表而光洁,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。第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺一、概述43目前四十三页\总数八十二页\编于八点

⑴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。第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术1、原材料

44目前四十四页\总数八十二页\编于八点

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。第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术45目前四十五页\总数八十二页\编于八点

⑵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。

⑶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。第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺

二、模压料生产技术46目前四十六页\总数八十二页\编于八点

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。

⑴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、模压料的制备

第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术47目前四十七页\总数八十二页\编于八点⑵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。2、模压料的制备

第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术48目前四十八页\总数八十二页\编于八点

（1）模压料种类

①

SMC片状模塑料(SheetMoldingCompound，SMC)是由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡，两边覆盖聚乙烯薄膜而制成的一类片状模压料，属于预浸毡料范围。是目前国际上应用最广泛的成型材料之一。3、SMC、BMC(DMC)

第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术49目前四十九页\总数八十二页\编于八点

②团状模压料(Bulk[Dough]MoldingCompound，BMC，DMC)

其组成与SMC极为相似，是一种改进型的预混团状模压料，可用于模压和挤出成型。两者的区别仅在于材料形态和制作工艺上。BMC中纤维含量较低，纤维长度较短，约6~18mm，填料含量较大，因而BMC制品的强度较SMC制品的强度低，BMC比较适合于压制小型制品，而SMC适合于压制大型薄壁制品。第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术50目前五十页\总数八十二页\编于八点SMC/BMC模塑料由树脂糊（基体材料）和玻璃纤维（增强材料）两大部分组成：其中树脂糊由不饱和聚酯树脂及辅助剂（引发剂、交联剂及阻聚剂）、增稠剂、低收缩添加剂、填料、颜料、内脱模剂等组分构成。

不饱和聚酯树脂、玻璃纤维和填料在SMC/BMC中占90％以上，是SMC/BMC的“三大员”。其他组分如化学增稠剂、内脱模剂、固化剂、低收缩添加剂、着色剂、各种助剂等，虽然其用量不大(个别除外)，但在系统中的作用却极为特殊，不可忽视。也即，可统称为添加剂的各种组分，对SMC/BMC的制备过程、制品成型及其最终性能都会产生重要的影响。尤其是在SMC/BMC发展到了非常成熟的今天，在SMC/BMC配方中，加入不同品种及用量的添加剂，对赋予SMC/BMC某些特殊的性能，改善制品的品质，扩大SMC/BMC的应用范围都起到十分重要的作用。

（2）SMC的组成及其功能51目前五十一页\总数八十二页\编于八点SMC/BMC模压成型工艺是将一定量的模塑料放入金属对模中，在一定的温度和压力作用下，使模塑料在模具内受热塑化、受压流动并充满模腔成型固化而获得制品的一种方法。模压成型工艺在成型过程中需要加热和加压，使得模塑料塑化产生流动充满模腔，并使树脂发生固化反应。在复合材料模塑料流动充满模腔的过程中，不仅树脂流动，增强材料也随之流动，使树脂和纤维同时填满模腔的各个部位。第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术52目前五十二页\总数八十二页\编于八点在SMC/BMC模压这一过程中不仅物料的外观形态发生了变化，而且物料的结构和性能也发生了本质的变化。但是，其中增强材料基本上保持不变，主要发生变化的是树脂。因此，可以说模压工艺就是利用树脂固化反应中各个阶段的特性来实现制品成型的过程。第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术53目前五十三页\总数八十二页\编于八点当模塑料加入到已加热至一定温度的模具内时其中的树脂受热熔化成为具有一定流动性的粘流状态，在压力作用下能够裹胁纤维一道流动直至填满模腔各处，此时称作树脂的“粘流阶段”。继续提高温度，树脂受热发生化学交联，分子量增大，支链密度增高，当分子交联出现网状结构时，流动性很快降低直至表现一定弹性。再继续受热，树脂交联反应继续进行。交联密度进一步增加，最后失去了流动性，树脂由凝胶状态变为不溶不熔的体形结构，到达了“硬固阶段”。模压工艺中上述各阶段是连续出现的，其间无明显的界限，整个反应是不可逆的第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术54目前五十四页\总数八十二页\编于八点第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术55目前五十五页\总数八十二页\编于八点SMC模压成型工艺生产的皮卡车厢第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术56目前五十六页\总数八十二页\编于八点SMC绝缘支架第四章聚合物基复合材料成型工艺第四节模压成型工艺二、模压料生产技术57目前五十七页\总数八十二页\编于八点缠绕成型工艺(FilamentWinding)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、脱模，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，其工艺流程如下：第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺一、缠绕成型工艺及分类58目前五十八页\总数八十二页\编于八点第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺59目前五十九页\总数八十二页\编于八点

干法缠绕是采用经过预浸胶处理(树脂处于B阶段)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。

优点：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。

缺点：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。1、干法缠绕第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺一、缠绕成型工艺及分类60目前六十页\总数八十二页\编于八点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。

优点：①成本比干法缠绕低40％，②产品气密性好，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)。

缺点：①树脂浪费大，操作环境差；②含胶量及产品质量不易控制；③可供湿法缠绕的树脂品种较少。2、湿法缠绕第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺一、缠绕成型工艺及分类61目前六十一页\总数八十二页\编于八点半干法缠绕是纤维浸胶后，到缠绕至模芯的途中润加一套烘干设备，将浸胶纱中的溶剂除去，与干法相比省去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，以湿法缠绕应用最普遍遏；干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。3、半干法缠绕第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺一、缠绕成型工艺及分类62目前六十二页\总数八十二页\编于八点①能够按产品的受力状况设计缠绕规律，使其能充分发挥纤维的强度；②比强度高，纤维缠绕压力容器与同体积、同压力的钢质容器比，重量可减轻40-60%；③可靠性高，易实现机械化和自动化生产，产品质量稳定、精确；④生产效率高；⑤成本低。

第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺1、优点①缠统成型适应性小;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。2、缺点二、纤维缠绕成型的特点63目前六十三页\总数八十二页\编于八点自1946年美国发明用连续纤维缠绕成型压力容器方法以来，缠绕成型工艺得到不断的完善和发展。

我国在1962-1963年总结出纤维缠绕规律，设计出可缠绕各种压力容器的链条式缠绕机，揭开了我国缠绕成型技术的历史；此后，由德国引进大型数控缠绕机，生产火箭发动机壳体和6m长、2m直径的玻璃钢贮罐；进入80年代，先后从意大利、美国、日本等引进了自动化程度较高的微机控制缠绕机，可以生产直径4m、长15m以内的管、罐，引进的现场缠绕机，经研究改造后，可以缠20m直径的立式贮罐；与此同时，我国自行设计制造的机械式缠绕机，微机控制自动化程度很高的大型缠绕和连续缠管机都相继问世，其技术水平在某些地方超过国外进口设备，现已进入国际市场。1、缠绕成型技术发展现状三、缠绕成型技术的发展现状第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺64目前六十四页\总数八十二页\编于八点

(1)军工和空间技术应用

要求精密、可靠、重量轻及经济等。应用实例有：固体火箭发动机壳体；固体火箭发动机烧蚀衬套；火箭发射筒；鱼雷仪器舱；飞机机头雷达罩，氧气瓶(机载)；直升机的旋翼；高速分离器转筒；天线杆、点火器，波导管；导弹连接裙；航天飞机的机械臂等。在这些产品中，最具代表性的是火箭发动机壳体，例如美国北极星A导弹一、二级发动机壳体、我国长征二号火箭发动机壳体，均用纤维缠绕玻璃钢取代合金钢，质量减轻45％，射程由1600km增加到4000km，生产周期缩短了1／3，成本大幅降低，仅为钛合金的1／10。2．纤维缠绕制品开发应用第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺三、缠绕成型技术的发展现状65目前六十五页\总数八十二页\编于八点最具代表性的民用缠绕制品是玻璃钢管、罐。它具有一系列优点：耐化学腐蚀；摩擦阻力小，可降低能耗30％左右；重量轻，为同口径钢管重量的1/3~1/5；能生产2~4m大口径管(而球墨铸铁管的最大口径为1m)；施工安装费用比钢管低l5％-50％，中国生产的直径15~20m，容积1000m3以上的大型立式贮耀，已在工程实际应用，性能良好。

(2)民品方面应用

优点主要表现在轻质高强、防腐、耐久、实用、经济等方面。

已开发应用的产品：高压气瓶(煤气、氧气)；输水工程，防腐管道及配件；各种尺寸和性能贮罐；电机绑环及护环；风机叶片；跳高运动员用的撑秆、船桅杆，电线杆；贮能飞轮；汽车板簧及传动轴；纺织机剑杆，绕丝筒；羽毛球及网球球拍；防波浮筒；磁选机筒等。

第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺三、缠绕成型技术的发展现状66目前六十六页\总数八十二页\编于八点采用纤维缠绕成型工艺生产的CNG车用气瓶大口径中空壁缠绕管生产第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺三、缠绕成型技术的发展现状67目前六十七页\总数八十二页\编于八点第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺三、缠绕成型技术的发展现状68目前六十八页\总数八十二页\编于八点第四章聚合物基复合材料成型工艺第五节缠绕成型工艺三、缠绕成型技术的发展现状69目前六十九页\总数八十二页\编于八点复合材料制品的连续成型工艺，是指从投入原材料开始，经过浸胶、成型、固化、脱模、切断等工序，直至最后获得成品的整个工艺过程，都是在连续不断地进行。根据生产的产品不同，连续成型工艺分为连续拉挤成型工艺、连续缠绕成型工艺和连续制板工艺三种。第四章聚合物基复合材料成型工艺第六节连续成型工艺一、概述70目前七十页\总数八十二页\编于八点

主要用于生产不同口径的玻璃钢管和罐身。

特点：生产效率高、产品质量稳定、劳动强度低、节省原材料、减少芯模数量等；但这种工艺技术含量高、设备投资大、变径难度大等。1、连续缠绕成型工艺主要用于生产各种玻璃钢型材，如玻璃钢棒、工字型、角型、槽型、方型、空腔型及异形断面型材等。2、拉挤成型工艺第四章聚合物基复合材料成型工艺第六节连续成型工艺一、概述71目前七十一页\总数八十二页\编于八点

主要是用玻璃纤维毡、布为增强材料，连续不断地生产各种规格平板，波纹板和夹层结构板等。

连续成型工艺的共同特点：①生产过程完全实现机械化和自动化，生产效率高；②生产过程不间断，制品长度不限；③产品无需后加工，生产过程中边角废料少，节省原料和能源；④产品质量稳定，重复性好，成品率高；⑤操作方便，省人力、劳动条件好；⑥成本低。3、连续制板工艺第四章聚合物基复合材料成型工艺第六节连续成型工艺一、概述72目前七十二页\总数八十二页\编于八点

⑴拉挤成型工艺特点

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、冲片等)等。第四章聚合物基复合材料成型工艺第六节连续成型工艺1、拉挤成型工艺的发展现状及前景二、拉挤成型工艺73目前七十三页\总数八十二页\编于八点

优点：

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。

缺点：产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。

第四章聚合物基复合材料成型工艺第六节连续成型工艺二、拉挤成型工艺74目前七十四页\总数八十二页\编于八点

⑵拉挤成型工艺的发展和应用

拉挤成型技术始于50年代，首先在美国专利注册，60年代得到应用，70年代得到发展，80年代发展速度达最快；美国80年代的增长率为20%左右，居各种成型方法之首