【正文】 1 第五章 復(fù)合材料的成型工藝 聚合物基復(fù)合材料的成型工藝 金屬基復(fù)合材料的成型工藝 陶瓷基復(fù)合材料的成型工藝 2 聚合物基復(fù)合材料的成型工藝 聚合物基復(fù)合材料的性能 在 纖維 與 樹脂 體系確定后 ，主要決定于 成型工藝 。 成型工藝 主要包括以下兩個(gè)方面： 3 一是 成型 ，即將 預(yù)浸料 按產(chǎn)品的要求， 鋪置成一定的形狀 ，一般就是產(chǎn)品的形狀 。 二是 固化 ，即把已 鋪置成一定形狀的 疊層預(yù)浸料 ，在 溫度、時(shí)間和壓力等因素影響下 使 形狀固定 下來，并能達(dá)到預(yù)期的性能要求。 4 生產(chǎn)中采用的成型工藝 (1) 手糊 成型 (2)注射 成型 (3)真空袋壓法 成型 (4)擠出 成型 (5)壓力袋 成型 (6)纖維纏繞 成型 (7)樹脂注射 和 樹脂傳遞 成型 (8)真空輔助樹脂注射 成型 5 (9)連續(xù)板材 成型 (10)拉擠 成型 (11)離心澆鑄 成型 (12)層壓或卷制 成型 (13)夾層結(jié)構(gòu) 成型 (14)模壓 成型 (15)熱塑性片狀模塑料熱沖壓 成型 (16)噴射 成型 6 (1)手糊成型工藝 手糊成型工藝是復(fù)合材料 最早的 一種成型方法，也是一種 最簡單 的方法，其具體工藝過程如下： 7 首先，在模具上涂刷 含有固化劑的樹脂混合物 ，再在其上鋪貼一層 按要求剪裁好的 纖維織物 ， 用刷子、壓輥或刮刀壓擠織物 ，使其 均勻浸膠 并排除氣泡后，再 涂刷樹脂混合物 和 鋪貼第二層纖維織物 ，反復(fù)上述過程直至達(dá)到所需厚度為止。 8 然后， 在一定壓力作用下 加熱固化成型 （ 熱壓成型 ）或者利用 樹脂體系固化時(shí)放出的熱量 固化成型（ 冷壓成型 ），最后脫模 得到復(fù)合材料制品。其工藝流程如下圖所示： 9 模具準(zhǔn)備 涂脫模劑 手糊成型 樹脂膠液配制 增強(qiáng)材料準(zhǔn)備 固化 脫模 后處理 檢驗(yàn) 制品 手糊成型工藝流程圖 10 為了得到 良好的脫模效果 和 理想的制品 ，同時(shí)使用幾種脫模劑，可以發(fā)揮 多種脫模劑的綜合性能 。 11 手糊成型工藝優(yōu)點(diǎn) ①不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜 尺寸大 、 批量小 、 形狀復(fù)雜 產(chǎn)品的生產(chǎn)； ② 設(shè)備簡單 、 投資少 、設(shè)備 折舊費(fèi)低 。 12 ③ 工藝簡單 ； ④ 易于滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，可以 在產(chǎn)品不同部位 任意增補(bǔ)增強(qiáng)材料 ⑤ 制品 樹脂含量較高 ， 耐腐蝕性好 。 13 手糊成型工藝缺點(diǎn) ① 生產(chǎn)效率 低， 勞動強(qiáng)度 大， 勞動衛(wèi)生條件 差。 ② 產(chǎn)品質(zhì)量 不易控制， 性能穩(wěn)定性 不高。 ③產(chǎn)品 力學(xué)性能 較低。 14 2．模壓成型工藝 模壓成型工藝 是一種古老的技術(shù)，早在 20世紀(jì)初就出現(xiàn)了 酚醛塑料 模壓成型。 模壓成型是一種對 熱固性樹脂 和 熱塑性樹脂都適用的 纖維復(fù)合材料 成型方法。 15 模壓成型工藝過程 將定量的 模塑料或顆粒狀樹脂 與 短纖維的混合物 放入敞開的 金屬對模 中，閉模后 加熱 使其 熔化 ，并 在壓力作用下 充滿模腔，形成與模腔相同形狀的模制品； 再經(jīng)加熱 使樹脂 進(jìn)一步發(fā)生 交聯(lián)反應(yīng) 而固化 ，或者 冷卻使 熱塑性樹脂硬化 ，脫模后得到 復(fù)合材料制品 。 16 金屬對模準(zhǔn)備 涂脫模劑 膜壓成型 模塑料、顆粒樹脂 短纖維 固化 脫模 后處理 檢驗(yàn) 制品 加熱、加壓 加熱 冷卻 膜壓成型工藝流程圖 17 模壓成型工藝優(yōu)點(diǎn) 模壓成型工藝有 較高的生產(chǎn)效率 ， 制品尺寸準(zhǔn)確 ， 表面光潔 ，多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品可 一次成型 ，無需二次加工， 制品外觀及尺寸的 重復(fù)性好 ，容易實(shí)現(xiàn) 機(jī)械化和自動化 等。 18 模壓成型工藝缺點(diǎn) 模具設(shè)計(jì)制造復(fù)雜 ，壓機(jī)及模具 投資高 ，制品尺寸受設(shè)備限制，一般只 適合制造批量大 的中、小型制品。 19 模壓成型工藝 已成為 復(fù)合材料的重要成型方法 ，在 各種成型工藝中 所占比例僅次于 手糊 /噴射 和 連續(xù)成型 ，居第三位。 近年來隨著 專業(yè)化 、 自動化 和 生產(chǎn)效率的提高 ， 制品成本 不斷降低，使用范圍越來越廣泛。 20 模壓制品 主要用作 結(jié)構(gòu)件 、 連接件 、 防護(hù)件和 電氣絕緣 等，廣泛應(yīng)用于 工業(yè) 、 農(nóng)業(yè) 、 交通運(yùn)輸 、 電氣 、 化工 、 建筑 、 機(jī)械 等領(lǐng)域。 由于模壓制品 質(zhì)量可靠 ，在 兵器 、 飛機(jī) 、 導(dǎo)彈 、 衛(wèi)星 上也都得到應(yīng)用。 21 3. 層壓成型工藝 層壓成型工藝 ，是把一定層數(shù)的 浸膠布 (紙 )疊在一起，送入 多層液壓機(jī) ， 在一定的溫度和壓力下 壓制成板材 的工藝。 層壓成型工藝 屬于 干法壓力成型范疇 ，是復(fù)合材料的一種主要成型工藝。 22 層壓成型工藝 生產(chǎn)的制品 包括各種絕緣材料板 、 人造木板 、 塑料貼面板 、覆銅箔層壓板 等。 復(fù)合材料 層壓板的生產(chǎn)工藝流程 如下 23 層壓板的生產(chǎn)工藝流程 增強(qiáng)材料 熱固性樹脂 浸 膠 膠 布 裁剪 疊合 熱壓 脫模 切邊 產(chǎn)品 24 層壓成型工藝的優(yōu)點(diǎn) 是制品 表面光潔 、質(zhì)量較好 且 穩(wěn)定 以及 生產(chǎn)效率較高 。 層壓成型工藝的缺點(diǎn) 是只能生產(chǎn) 板材 ，且 產(chǎn)品的尺寸大小受設(shè)備的限制 。 25 4．噴射成型工藝 將分別 混有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的 不飽和聚酯樹脂 從噴槍兩側(cè)（或 在噴槍內(nèi)混合 ）噴出，同時(shí)將 玻璃纖維無捻粗紗 用切割機(jī)切斷 并 由噴槍中心 噴出，與樹脂一起 均勻沉積到模具上 。 26 當(dāng) 不飽和聚酯樹脂 與 玻璃纖維無捻粗紗混合沉積到一定厚度時(shí)， 用手輥滾壓 ， 使纖維浸透樹脂 、 壓實(shí)并除去氣泡 ，最后 固化成制品 。 其具體工藝流程圖如下： 27 玻璃纖維無捻粗紗 聚酯樹脂 加熱 引發(fā)劑 促進(jìn)劑 靜態(tài)混合 切割噴槍 模具 噴射成型 輥壓 固化 脫模 噴射成型工藝流程圖 28 噴射成型 對所用原材料 有一定要求 ，例如樹脂體系的 粘度應(yīng)適中 ， 容易噴射霧化 、 脫除氣泡 和 浸潤纖維 以及 不帶靜電 等。 最常用的樹脂 是 在室溫或稍高溫度下 即可固化的 不飽和聚酯 等。 29 噴射法使用的模具與手糊法類似，而 生產(chǎn)效率 可提高數(shù)倍， 勞動強(qiáng)度 降低，能夠 制作大尺寸制品 。 30 用 噴射成型 方法雖然可以制成 復(fù)雜形狀的制品 ，但其 厚度和纖維含量 都較難精確控制，樹脂含量一般在 60%以上，孔隙率 較高， 制品強(qiáng)度較低 ， 施工現(xiàn)場污染 和 浪費(fèi)較大 。 31 利用 噴射法 可以制作 大蓬車車身 、船體 、 廣告模型 、 舞臺道具 、 貯藏箱 、建筑構(gòu)件 、 機(jī)器外罩 、 容器 、 安全帽 等。 32 5. 連續(xù)纏繞成型工藝 將 浸過樹脂膠液 的 連續(xù)纖維或布帶 ，按照一定規(guī)律 纏繞到芯模 上，然后 固化脫模 成為 增強(qiáng)塑料制品 的工藝過程，稱為 纏繞工藝 。 纏繞 工藝流程圖 如下圖所示： 33 纏繞工藝流程圖 紗團(tuán) 集束 膠液配制 浸 膠 烘干 絡(luò)紗 膠紗紗綻 張力控制 縱、環(huán)向纏繞 芯模 縱、環(huán)向纏繞 張力控制 加熱粘流 固化 脫模 打模噴漆 成品 濕法纏繞成型工藝 干法纏繞成型工藝 34 利用 連續(xù)纖維纏繞技術(shù) 制作復(fù)合材料制品時(shí)，有兩種不同的方式可供選擇： 一是將 纖維或帶狀織物 浸樹脂后，再纏繞在芯模上； 二是先將 纖維或帶狀織物 纏好后，再浸漬樹脂。 目前普遍采用前者。 35 纏繞機(jī) 類似一部機(jī)床，纖維 通過樹脂槽 后，用軋輥 除去纖維中多余的樹脂 。 為改善 工藝性能 和避免 損傷纖維 ，可預(yù)先在纖維表面 徐覆一層 半固化的基體樹脂 ，或者直接使用預(yù)浸料 。 36 纖維 纏繞方式和角度 可以通過 機(jī)械傳動 或 計(jì)算機(jī)控制 。 纏繞達(dá)到要求厚度后 ，根據(jù)所選用的 樹脂類型 ， 在室溫或加熱箱內(nèi) 固化 、 脫模 便得到復(fù)合材料制品。 37 利用 纖維纏繞工藝 制造 壓力容器 時(shí)，一般要求纖維具有 較高的強(qiáng)度 和 模量 ，容易被樹脂浸潤 ，纖維紗的 張力均勻 以及纏繞時(shí) 不起毛 、 不斷頭 等。 38 另外，在纏繞的時(shí)候，所使用的 芯模 應(yīng)有 足夠的強(qiáng)度和剛度 ， 能夠承受 成型加工過程中 各種載荷 （ 纏繞張力 、固化時(shí)的 熱應(yīng)力 、自重 等），滿足制品 形狀尺寸 和 精度要求 以及 容易與固化制品分離 等。 39 常用的 芯模材料 有石膏、石蠟、金屬或合金、塑料等，也可用 水溶性高分材料 ，如以 聚烯醇 作粘結(jié)劑制成 芯模 。 40 連續(xù)纖維纏繞技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 首先，纖維 按預(yù)定要求排列的 規(guī)整度 和 精度高 ，通過改變 纖維排布方式、數(shù)量 ，可以實(shí)現(xiàn) 等強(qiáng)度設(shè)計(jì) ，因此，能 在較大程度上 發(fā)揮 增強(qiáng)纖維抗張性能 優(yōu)異的特點(diǎn)， 41 其次，用 連續(xù)纖維纏繞技術(shù) 所制得的成品， 結(jié)構(gòu)合理 ， 比強(qiáng)度 和 比模量 高，質(zhì)量 比較 穩(wěn)定 和 生產(chǎn)效率 較高等。 42 連續(xù)纖維纏繞技術(shù)的缺點(diǎn) 設(shè)備投資費(fèi)用 大，只有 大批量生產(chǎn)時(shí)才可能降低成本。 43 連續(xù)纖維纏繞法 適于制作 承受一定內(nèi)壓的 中空型容器 ，如 固體火箭發(fā)動機(jī)殼體 、 導(dǎo)彈放熱層 和 發(fā)射筒 、 壓力容器 、大型貯罐 、 各種管材 等。 44 近年來發(fā)展起來的 異型纏繞技術(shù) ，可以實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜橫截面形狀的 回轉(zhuǎn)體 或斷面呈矩形 、 方形 以及 不規(guī)則形狀 容器的成型。 45 6. 拉擠成型工藝 拉擠成型工藝中，首先將 浸漬過樹脂膠液的 連續(xù)纖維束 或 帶狀織物 在牽引裝置作用下 通過 成型模 而 定型 ； 46 其次， 在模中或固化爐中 固化 ，制成具有 特定橫截面形狀 和 長度不受限制的 復(fù)合材料，如 管材 、 棒材 、 槽型材 、 工字型材 、 方型材 等。 47 一般情況下，只將 預(yù)制品 在成型模中 加熱到預(yù)固化 的程度 ， 最后固化 是 在加熱箱中 完成的。