复合材料工艺

聚合物基复合材料的成型工艺第一节概述1制备复合材料的主要工艺流程生产准备湿法预成型固化(T,tP)脱膜整修预浸料复合材料的成型加工:预浸料等半成品的制备,增强材料的预成型、得到接近于制品形状的毛坯和复合材料的固化成型。复合材料成型工艺成型工艺分类按预成型范方法分类1层贴法2沉积法

3缠绕法4编织法按成型压力分类1接触低压成型工艺

2夹层结构制造技术按开模、闭模分类3模压成型工艺4层压及卷管成型工艺

5连续成型工艺6热塑性复合材料成型工艺7其它成型工艺

1开模成型;2闭模工艺

1层贴法（裱糊法或手糊法）

1层贴法：用布、带、毡等的增强材料和低黏度胶液手糊的湿法工艺和采用预浸料层贴的干法工艺1）手糊成型工艺特点优点1设备简单（只需简单的模具、工具）；2）生产技术易掌握，“一学就会”3）所制作的FRP产品不受尺寸、形状的限制：4）可与其他材料同时复合成一体；5）可现场制作一些不易运输的大型制品，如：大罐、大型屋面等缺点1生产效率低、速度慢、周期长；2产品质量稳定性差，受操作人员技术水平及制作环境条件的影响；3）生产环境差，气味大，粉尘大，需劳动保护。一手糊成型工艺①干法铺层：用预浸布为原料，将预浸好料（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手糊成型工艺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。胶衣层糊制结构层糊制B手糊成型的工艺流程模具清理涂脱模剂涂胶衣胶液的配置表面层制作织物裁剪增强层制作补强层制作固化脱摸切边加工产品检验脱模剂的种类:1:聚乙烯醇(PVA)2:蜡类脱模剂3:新型液体脱模剂涂脱模剂1胶衣层制作目的:解决FRP表面质量差(基体固化收缩导致玻璃布纹凸出)在制品表面特制的面层,表面层可采用玻璃纤维表面毡或加颜料的胶衣树脂(称胶衣层)制备.胶衣层厚度控制在0.25-0.5mm,或者用单位面积用胶量控制:300-500g/m2UP胶衣树脂有许多专用品种,以适应不同的用途.常用的配方:透明胶衣树脂:100份过氧化甲乙酮2份(引发剂)奈酸钴1-4份(促进剂)颜料糊8-10份(喷涂4-6份)稀释剂208份(喷涂)铺层糊制:成型操作包括铺层糊制(表面层制作;增强层制作;加固件制作)和固化表面层制作目的:防止胶衣显露布纹,表面形成富树脂层,提高耐渗漏,耐腐蚀性方法:将GF30g/m2或50GF30g/m2的表面毡按模具大小裁剪,铺在胶衣面上,用毛棍上胶,用脱泡辊脱泡,表面层的含胶量控制在90%固化:FRP产品一般要求在室温15-30度,固化8-24小时,在用8小时后可脱模;60-80度固化1-2小时后脱模,脱模2干法手糊成型的固化按加压方式的不同主要有以下方法:1真空袋压成型;2气压室成型;3真空袋-热压罐成型;4模压成型;5层压成型袋压成型是将手糊成型的未固化制品，通过橡胶袋或其它弹性材料向其施加气体或液体压力，使制品在压力下密实，固化。

2袋压成型工艺准备区铺陈区装袋区固化区脱模和修饰区检验区模具检验及涂脱模剂图纸资料胶液配制玻璃布处理预浸料制备湿法铺陈干法铺陈装袋固化炉热压罐模具脱模制件加工和修饰试验片检验成品性能测试真空袋成型②真空袋法此法是将手糊成型未固化的制品，加盖一层橡胶膜，制品处于橡胶膜和模具之间，密封周边，抽真空（0.05～0.07MPa），使制品中的气泡和挥发物排除。真空袋成型法由于真空压力较小，故此法仅用于聚酯和环氧复合材料制品的湿法成型。模具脱模剂层纯树脂层玻璃纤维层热固性树脂+纤维层2压力袋成型①压力袋法压力袋法是将手糊成型未固化的制品放入一橡胶袋，固定好盖板，然后通入压缩空气或蒸汽（0.25～0.5MPa），使制品在热压条件下固化。上海之合玻璃钢有限公司。2沉积法喷射成型工艺:将混有引发剂和促进剂的两种聚酯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，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。

喷射成型技术是手糊成型的改进，半机械化程度。喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大，如美国占9.1%，西欧占11.3%，日本占21%。目前国内用的喷射成型机主要是从美国进口。3缠绕法

纤维缠绕是把浸有树脂（如polyester,epoxy等）的纤维材料（如玻璃钢，碳纤维等）尽可能均匀地包在芯模（决定产品形状的模具）表面的加工技术。纤维缠绕机通过控制纤维和芯模的运动，使纤维完全覆盖芯模并形成满足强度要求的厚度，从而形成复合材料产品。绕线筒张力控制器预浸槽小车吐丝嘴芯模

基本纤维缠绕机纤维缠绕的分类按成型方式分为外侧缠绕和内侧缠绕，外侧缠绕是纤维缠绕在芯模的外侧，复合材料制品的几何形状取决于芯模的外表面按浸树脂工艺方式有干法缠绕、湿法缠绕和预湿法缠绕，采用浸湿纱带直接缠绕的工艺方式称为湿法缠绕纤维缠绕基本原理原理1、纤维路径在整个缠绕过程中不打滑。原理2、整个成型过程中，纤维不架桥。原理3、纤维路径与芯模端部相切。原理4、整条纤维尽可能均匀地完全覆盖芯模。大型玻璃钢现场微控整体缠绕贮槽、贮罐，缠绕直径4000mm-10000mm，缠绕长度为3000--12000mm。

（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。特点：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。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：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：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。

湿缠绕法工艺（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。

图1机器缠绕芯模数个来回后的纤维分布图2机器缠绕芯模一层后的纤维分布图3复合材料弯管成品4编织法将增强材料编织成与产品形状尺寸基本一致的三维立体织物，是一种连续纤维沙新型预成型方法。再经数值传递模塑等工艺完成树脂的浸渍、固化，得到具有较高层相强度的复合材料制品。中国航空工业第一集团公司北京航空材料研究院创建于1956年，是中国航空工业唯一的材料研究机构

F-35战斗机

复合材料进气道预形件的编织是在一个大心轴上进行的，将其共分为35块，以便在固化后分别从心轴上取下。心轴是由五层连续石墨纤维编织而成，局部达八层厚。编织为一种自动化的经纬编织法，零件表面纤维拉紧。接触低压成型工艺接触低压成型工艺的特点是以手工铺放增强材料，浸清树脂，或用简单的工具辅助铺放增强材料和树脂。接触低压成型工艺的另一特点，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）。

接触低压成型工艺过程

先将材料在阴模、阳模或对模上制成设计形状，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。其中前两种为接触成型。

优点：设备简单，适应性广，投资少，见效快。根据近年来的统计，接触低压成型工艺在世界各国复合材料工业生产中，仍占有很大比例，如美国占35%，西欧占25%，日本占42%，中国占75%。这说明了接触低压成型工艺在复合材料工业生产中的重要性和不可替代性，它是一种永不衰落的工艺方法。缺点：是生产效率低、劳动强度大、产品重复性差等。

2夹层结构制造技术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.1、玻璃钢夹层结构的种类与特点

根据夹层结构所用的芯材种类和形式不同，玻璃钢夹层结构分为：泡沫夹层结构，蜂窝夹层结构，梯形板夹层结构，矩形夹层结构和圆形夹层结构。

（1）泡沫塑料夹层结构

1）原材料泡沫塑料夹层结构用的原材料分为面板（蒙皮）材料、夹芯材料和粘接剂。①面板材料主要是用玻璃布和树脂制成的薄板，与蜂窝夹层结构面板用的材料相同。②粘接剂面板和夹芯材料的粘接剂，主要取决于泡沫塑料种类，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用不饱和聚酯树脂粘接。③泡沫夹芯材料泡沫塑料的种类很多，其分类方法有两种：a一种是按树脂基体分，可分为：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，环氧及不饱和聚酯等热固性泡沫塑料等。b另一种是以硬度分，可分为硬质、半硬质和软质三种。（2）蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮，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。特点：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，应用：玻璃钢桥的承重板、球形屋顶结构、雷达罩、反射面、冷藏车地板及箱体结构等。胶膜粘接蜂窝制成夹层结构

中国一航北京航空材料研究院:研制及批量生产各种复合材料层压结构、蜂窝或泡沫夹层结构构件

（3）梯形和矩形带头作用层结构

这种带头作用层结构的面板（蒙皮）为玻璃钢薄板，夹芯层是玻璃钢梯形板或矩形板。这种夹层结构方向性强，仅适用于做高强平板，不宜用于弯曲形状的制品。（4）圆环形夹层结构它是用玻璃钢薄板作蒙皮，用玻璃钢圆环做夹芯层。这种夹层结构的特点：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。3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。

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。

缺点: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。

4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。该工艺主要用于生产电绝缘板和印刷电路板材。优点：具有机械化、自动化程度高、产品质量稳定，缺点：一次性投资较大，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。

5连续成型工艺1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，直到最后获得成品的整个工艺过程，都是在连续不断地进行2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。

玻璃纤维纱束切断后，散布于树脂薄膜上，不受薄膜上树脂湿润渗透，后两层薄膜合并，并用压缩罗拉排除气泡，最后浸层物通过硬化烘箱硬化成型。连续浸层法玻璃纤维纱束压缩罗拉成型硬化切刀轮连续成型工艺的共同特点：①生产过程完全实现机械化身自动化，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

二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（FiberRinforcedThermoPlastics）。

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。

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。优点：成型周期短，能耗最小，产品精度高，一次可成型结构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：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，家电壳体，电器材料，车辆配件等。1、注射成型

（二）压制成型压制成型主要用于热固性塑料如酚醛、脲醛、环氧、有机硅等的成形。优点是可压制较大平面的制品和能大量生产，制件质量均匀、内应力小、尺寸稳定、耐热、强度高。其缺点是生产周期长，效率低。。

模压示意图挤出成型是热塑性复合材料制品生产中应用较广的工艺之一。其主要特点是生产过程连续，生产效率高，设备简单，技术容易掌握等。挤出成型工艺主要用于生产管、棒、板及异型断面型等产品。增强塑料管玻纤增强门窗异型断面型材，在我国有很大市场。3、挤出成型工艺4、缠绕成型工艺

热塑性复合材料的缠绕成型工艺原理和缠绕机设备与热固性玻璃的一样，不同的是热塑性复合材料缠绕制品的增强材料不是玻纤粗纱，而是经过浸胶（热塑性树脂）的预浸纱。因此，需要在缠绕机上增加预浸纱预热装置和加热加压辊。缠绕成型时，先将预浸纱加热到软化点，再与芯模的接触点加热，并加压辊加压，使其熔接成一个整体。

4、热塑性复合材料拉挤成型

热塑性复合材料的拉挤成型工艺与热固性玻璃钢的基本相似。只要把进入模具前的浸胶方法加以改造，生产热固性玻璃钢的设备便可使用。生产热塑性复合材料拉挤产品的增强材料有两种：一种是经过浸胶的预浸纱或预浸带，另一种是未浸胶的纤维或纤维带。

加熱模含浸区固化区将沙束或织物含浸树脂后，通过一定形状的成型模具，使其在模具内经加热硬化，由拉引装置拉出切断。纤维络筒树脂槽拉扯罗拉

此法系利用热塑性复合材料的可焊性，生产复合材料板材。其方法如下：先在工作台上压铺一层预浸料（一般宽500mm），铺第二层浸料时，开动压辊的焊接器，使预浸料进入压辊下，焊接器使上下两层预浸料在几秒钟内同时受热熔化，当机器向前移动时，预浸料在压辊的压力（0.3MPa）作用下粘合成一体。如此重复，可