第一篇：樹脂基復合材料成型工藝發(fā)展進程研究

樹脂基復合材料成型工藝發(fā)展進程研究

摘要：本文介紹了樹脂基復合材料成型工藝的發(fā)展進程及目前樹脂基復合材料主要使用的成型工藝方法：手糊成型工藝、噴射成型工藝、模壓成型工藝、RTM成型工藝、注射成型工藝、纖維纏繞成型工藝、拉擠成型工藝進行了介紹，并對主要的成型工藝方法進行了比較；對樹脂基復合材料成型工藝的發(fā)展情況及趨勢進行了敘述。

關鍵詞：樹脂基復合材料；成型工藝；發(fā)展進程背景介紹

樹脂基復合材料于1932年在美國誕生，至今已有80多年的發(fā)展歷史。二戰(zhàn)期間，美國首次以玻璃纖維增強聚酯樹脂，以手糊成型工藝制造軍用雷達罩和遠航飛機油箱，為樹脂基復合材料在工業(yè)中的應用開辟了道路。

1950年，真空袋和壓力袋壓成型工藝研制成功，并試制成功直升飛機的螺旋槳；1949年，研制成果玻璃纖維預混料，利用傳統(tǒng)的對模法壓制成表面光潔的玻璃鋼零件；60年代美國用纖維纏繞工藝研制成功“北斗星A”導彈發(fā)動機殼體，此后高壓容器和壓力管道相繼問世。為了提高手糊成型的生產(chǎn)率，在此期間，玻璃纖維聚酯樹脂噴射成型工藝得到了發(fā)展和應用，使生產(chǎn)率提高了2～4倍。1961年德國研制成功片狀模塑料（SMC），使模壓成型工藝達到了新水平；1963年，玻璃鋼板材開始工業(yè)化生產(chǎn)；1965年，美國和日本用SMC壓制汽車部件、浴盆、船上構件等。拉擠成型工藝始于50年代，60年代中期實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)；70年代，樹脂反應注射成型（RIM）和增強樹脂反應注射成型（RRIM）研究成功，產(chǎn)品倆面光，廣泛用于衛(wèi)生潔具和汽車零件的生產(chǎn)。60年代，熱塑性復合材料得到發(fā)展，其成型工藝主要是注射成型和擠出成型，并只用于生產(chǎn)短纖維增強塑料。樹脂基復合材料成型工藝發(fā)展現(xiàn)狀

目前，世界各國已經(jīng)形成了從原材料、成型工藝、機械設備、產(chǎn)品種類及性能檢驗等較完整的工業(yè)體系，與其他工業(yè)相比，發(fā)展速度很快。樹脂基復合材料的成型工藝也從最初的手工操作工藝逐步向技術密集，高度自動化、高生產(chǎn)率、高穩(wěn)定性的成型方法上發(fā)展，并隨著應用領域的廣泛開拓，出現(xiàn)了多種成型工藝并存，并不斷衍生出新生工藝的發(fā)展態(tài)勢。目前各種主要成型工藝所占比例如圖1所示。

圖1 主要成型工藝占比

2.1 手糊成型工藝

手糊成型工藝又稱低壓接觸成型工藝，是樹脂基復合材料工業(yè)中使用最早的一種工藝方法，操作方法簡單，幾乎可適用于所有的復合材料制品的生產(chǎn)，且投入小，但對操作人員技術熟練程度的依賴性較大，生產(chǎn)出的制品單面光潔，產(chǎn)品質量不夠穩(wěn)定。隨著各種新工藝方法的不斷涌現(xiàn)，手糊成型工藝所占比例逐漸降低，但手糊工藝所具有的獨特的其他工藝不可替代的特點，尤其是在生產(chǎn)大型制品方面，故目前該工藝方法仍占有重要的地位。

主要應用領域：建筑雕塑領域如采光頂、活動房屋等；交通設施領域如游艇、汽車殼體、發(fā)動機罩等；環(huán)境與能源領域如風力發(fā)電機用機艙罩、葉片、沼氣池等；體育游樂設備領域如游樂車、水滑梯等。手糊成型工藝如圖2所示。

圖2 手糊成型工藝

2.2 噴射成型工藝

噴射成型工藝是利用噴射設備將樹脂霧化，并與即時切斷的纖維在空間混合后落在模具上面，然后壓實排出氣泡固化，是在手糊工藝基礎上發(fā)展而來的，是將手糊操作中的纖維鋪覆和浸膠工作由設備來完成，是一種相對效率較高的工藝，其生產(chǎn)效率是手糊工藝的2～4倍。噴射工藝同樣對操作人員的技術水平依賴大，且由于增強纖維以斷切的形式存在，樹脂含量高，制品的強度較低，同時由于噴射設備的原因，其采用陽模成型方便，而采用陰模成型困難較大，且大型制品比小型制品更適合于噴射成型工藝。

主要應用領域：噴射成型工藝主要應用于大型產(chǎn)品的制作及建筑物補強等，代表性的產(chǎn)品有玻璃鋼浴缸、整體衛(wèi)生間、卡車導流罩、凈化槽、船身等。噴射成型工藝如圖3所示。

圖3 噴射成型工藝

2.3 模壓成型工藝

模壓成型工藝是將一定的模壓料（粉狀、粒狀或纖維狀）放入金屬對模中，在一定的溫度、壓力作用下固化成型的一種方法。模壓成型過程需要加熱加壓，使模塑料塑化（或熔化）、流動充滿模腔，并使樹脂發(fā)生固化反應。模壓成型屬于高壓成型，及需要壓力控制的壓力機，又需要高強度、高精度、耐高溫的金屬模具。

模壓成型生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品穩(wěn)定重現(xiàn)性好，兩面光潔，尺寸精度高，但模壓成型的模具制造復雜，需要進行模壓料的制備，設備投資大，并受壓機限制，最適合于大批量生產(chǎn)中小型復合材料制品。

主要應用領域：汽車領域如后尾門、側門、車頂板、擋泥板、保險杠、天窗框架等；鐵路車輛領域如車輛窗框、衛(wèi)生間組間、座椅、車廂壁板與頂板等；電氣領域如電氣罩殼、絕緣子、電機風罩、電機換向器、電話機外殼等；建筑領域如浴缸、淋浴間、防水盤、坐便器、組合式水箱等。模壓成型工藝如圖4所示。

圖4 模壓成型工藝

2.4 樹脂傳遞（RTM）成型工藝

RTM成型工藝是在模腔內預先鋪放增強材料預成型體，然后在壓力或真空作用下將樹脂注入閉合模腔，浸潤纖維，固化后脫模的成型工藝，是從濕法鋪層和注塑工藝演變而來的一種成型工藝。

RTM成型工藝成型壓力低，模具選材制作靈活，可以為鋼模也可以為玻璃鋼等成本較低的模具；設備成本投入適中，其投入高于手糊成型和噴射成型，但要低于模壓成型；樹脂注入選擇性大，可以為注射機注射，也可以采用真空輔助注入；纖維預成型可以為手工鋪放、手工鋪放加模具熱壓預成型，機械噴射短纖維模具熱壓預成型、三維立體編織等多種形式。

RTM成型工藝為閉模成型制品具有良好的表面質量，可制作高尺寸精度、結構復雜的部件；生產(chǎn)效率高，制品產(chǎn)量在1000～2000件每年。

隨著應用領域的不斷擴大，在傳統(tǒng)的RTM成型工藝上發(fā)展出一系列的衍生工藝，主要包括Light-RTM、VARIM、RFI等工藝。

Light-RTM工藝通常稱為輕質RTM工藝，是在真空輔助RTM工藝的基礎上發(fā)展而來的，適于制造大面積的薄壁產(chǎn)品。其下模為剛性的模具，上模采用輕質、半剛性的模具。工藝采用雙層密封結構，外圈采用真空來鎖緊模具，內圈采用真空導入樹脂。注射口通常為帶有流道的線形注射方式，有利于快速充模。由于上模采用半剛性的模具，模具成本大大降低，而制品仍然可以保證有良好的表面性能和尺寸精度。

真空輔助樹脂擴散（VARIM）成型工藝是在RTM成型工藝基礎上發(fā)展起來的一種高性能第成本的復合材料成型工藝。該工藝需要一半模具，另一半模具為與剛性模具密封處理的彈性真空袋，在真空狀態(tài)下排除增強纖維中的氣體，同時在真空下通過樹脂的流動實現(xiàn)樹脂的浸漬。與傳統(tǒng)的RTM工藝相比，其模具成本低，對制品的尺寸結構限制較少，非常適用于大厚度大尺寸結構制件的成型。

RFI工藝也是采用單模和真空袋來成型制品，不同的是模具上鋪放預制好的樹脂模，再鋪放纖維預成型體，真空袋封閉模具后將模具置于烘箱或熱壓下加熱并抽真空，樹脂模熔融后對纖維預成型體浸漬，繼續(xù)升溫加熱使樹脂固化。

總體來說，RTM工藝屬于閉模成型，環(huán)境清潔，能夠得到內外表面質量好的制品，同時模具制作、材料使用靈活，設備投入少，其優(yōu)勢越來越多的得到認可。但是，RTM工藝是在樹脂與纖維浸漬階段實現(xiàn)賦形，樹脂的流動、纖維的浸漬及樹脂的固化過程的不可控性增大，增加了工藝的復雜性。尤其是采用上下模都為剛性或半剛性的模具時，樹脂的流動性、樹脂對纖維的浸漬性及注射口的布置、流道的布置是非常重要的。

主要應用領域：航空航天和軍事領域如雷達罩、螺旋槳、隔艙門、機翼、船舶結構件等；汽車領域如儀表盤、車身覆蓋件和零部件；建筑領域如門、框架、腳手架、電話亭、標志牌等；體育運動器材如自行車架、高沃爾夫球車、高爾夫球桿、雪橇板等。RTM成型工藝如圖

5、圖

6、圖7所示。

圖5 傳統(tǒng)RTM成型工藝

圖6 輕質RTM成型工藝

圖7 真空灌注成型工藝

2.5 注射成型工藝

注射成型工藝是將粉末狀或粒狀的纖維與樹脂的混合物送入注射機內，經(jīng)加熱熔化后由螺桿或柱塞加壓通過噴嘴注入導閉合的模具中，冷卻定型后脫出模具。

注射成型工藝生產(chǎn)效率高，成型周期短，能夠很好的保證制品精度，這些都優(yōu)于模壓成型，但注射成型工藝不適用于長纖維增強的產(chǎn)品，優(yōu)于注射機的限制，較適合大量生產(chǎn)中小型的制品。注射成型工藝在熱塑性和熱固性復合材料中都有應用，但目前主要廣泛應用與熱塑性的復合材料。

主要應用領域：注射成型工藝在復合材料制品生產(chǎn)中，主要是代替模壓成型工藝，生產(chǎn)各種電器材料、絕緣開關、汽車和火車零配件、紡織機零件、建筑配件、衛(wèi)生及照明器材、家電殼體、食品周轉箱、安全帽、空調機葉片等。注射成型工藝如圖8所示。

圖8 注射成型工藝

2.6 纖維纏繞成型工藝

是在纏繞機控制張力和預定線型的條件下，將連續(xù)的纖維粗紗或布帶浸漬樹脂，連續(xù)纏繞在相應的制品芯模上，然后在室溫或加熱條件下固化成型。

纏繞成型由于能夠充分發(fā)揮纖維的強度，因此比強度和比剛度較高；易于實現(xiàn)產(chǎn)品的等強度設計，適于耐腐管道、儲罐和高壓管道及容器的制造。但是纏繞工藝具有局限性，由于纏繞過程中易于形成氣泡，制品孔隙過多，從而降低層間剪切強度、壓縮強度和抗失穩(wěn)能力。同時，纏繞工藝對制品的形狀有局限性，不適于制造帶凹曲線表面的制品，且目前只能制造回轉體制品。

主要應用領域：管道領域如煉油廠管道、石油化工防腐管道、輸水管道、天然氣管道、固體顆粒輸送管道等；儲罐如石油儲罐、化工腐蝕液體儲罐等；壓力制品如火箭發(fā)動機殼體、深水外壓殼體、高壓氣體壓力容器等。纖維纏繞成型工藝如圖9所示。

圖9 纖維纏繞成型工藝

2.7拉擠成型工藝

是一種生產(chǎn)線型型材的成型方法，是在牽引裝置帶動下將無捻玻璃纖維粗紗和其他連續(xù)增強材料進行膠液浸漬、預成型，然后通過加熱的成型模具固化成型，實現(xiàn)制品的連續(xù)生產(chǎn)。

主要應用領域：電子電氣領域如電線桿、絕緣板、熔絲管、匯流線管、電纜橋架等；石油化工領域如管網(wǎng)支撐結構、格柵地板、抽油桿、樓梯、海上平臺等；建筑機械制造領域如結構型材、行李架、頂梁、支柱、框架等；軍用品領域如坦克、裝甲車上的復合裝甲、導彈火箭彈外殼等。拉擠成型工藝如圖10所示。

圖10 拉擠成型工藝

總體來說不同的成型工藝適應不同的制品性能和生產(chǎn)規(guī)模。盡管機械化、自動化日益發(fā)展，手糊與噴射成型仍將作為基本的成型工藝而占有相當?shù)谋壤渲鶑秃喜牧铣尚凸に嚢l(fā)展趨勢

從復合材料成型工藝的發(fā)展趨勢來看，是朝著科技含量高、逐步實現(xiàn)工業(yè)自動化、環(huán)境污染小、勞動強度低的方向發(fā)展。重所周知，成型工藝的優(yōu)劣直接影響到制品的質量、成本和銷路。成型工藝的選擇標準主要有：符合市場要求，確保制品質量；操作簡便、安全高效；產(chǎn)品性價比高；環(huán)境污染小，勞動強度低。

根據(jù)上述標準對現(xiàn)有的成型工藝進行衡量，手糊和噴射成型工藝為開模成型，對環(huán)境和操作人員污染傷害嚴重，并且所生產(chǎn)的制品質量不夠穩(wěn)定，難以控制；模壓成型工藝設備昂貴、投資較大，生產(chǎn)周期長，適合于大批量的穩(wěn)定生產(chǎn)；拉擠和纏繞成型工藝僅適合于較為特定的產(chǎn)品。從而，RTM及其衍生工藝則顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢：RTM成型工藝幾乎可以適用于所有的制品的生產(chǎn)，并且生產(chǎn)效率較高，可以滿足大多數(shù)生產(chǎn)的需求；與模壓工藝相比，產(chǎn)品質量相當，但RTM的成本投入遠小于模壓工藝；與手糊工藝相比，RTM工藝產(chǎn)品質量好，生產(chǎn)效率高，而成本投入并不比手糊工藝高出很多。

因此，RTM成型工藝及其衍生的成型工藝將是樹脂基復合材料成型工藝發(fā)展的主要趨勢，但還要具體問題具體分析，其他的一些成型工藝也存在有不可替代的優(yōu)點，也會隨著樹脂基復合材料的廣泛應用而繼續(xù)發(fā)展。

4、結論

樹脂基復合材料的成型工藝發(fā)展至今，涌現(xiàn)出了諸多的工藝形式，并在不斷的衍生發(fā)展，發(fā)展的總體趨勢是朝向環(huán)保、高效、自動化、低成本的方向發(fā)展。綜合上述工藝方法，RTM及其衍生的成型工藝具有非常不錯的發(fā)展?jié)摿蛢?yōu)勢。

參考文獻

【1】 黃家康主編 復合材料成型技術及應用 北京：化學工業(yè)出版社，2010.【2】 董永祺 我國樹脂基復合材料成型工藝的發(fā)展方向 纖維復合材料，2003，（2）：32-34.劉雄亞 謝懷勤主編 復合材料工藝及設備 武漢，武漢工業(yè)大學出版社，1997.

第二篇：樹脂基復合材料成型工藝

樹脂基復合材料成型工藝

復合材料成型工藝是復合材料工業(yè)的發(fā)展基礎和條件。隨著復合材料應用領域的拓寬，復合材料工業(yè)得到迅速發(fā)鎮(zhèn)，其老的成型工藝日臻完善，新的成型方法不斷涌現(xiàn)，目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多種，并成功地用于工業(yè)生產(chǎn)，如：（1）手糊成型工藝--濕法鋪層成型法；（2）噴射成型工藝；

（3）樹脂傳遞模塑成型技術（RTM技術）；（4）袋壓法（壓力袋法）成型；（5）真空袋壓成型；（6）熱壓罐成型技術；（7）液壓釜法成型技術；（8）熱膨脹模塑法成型技術；（9）夾層結構成型技術；（10）模壓料生產(chǎn)工藝；（11）ZMC模壓料注射技術；（12）模壓成型工藝；（13）層合板生產(chǎn)技術；（14）卷制管成型技術；（15）纖維纏繞制品成型技術；（16）連續(xù)制板生產(chǎn)工藝；（17）澆鑄成型技術；（18）拉擠成型工藝；（19）連續(xù)纏繞制管工藝；（20）編織復合材料制造技術；

（21）熱塑性片狀模塑料制造技術及冷模沖壓成型工藝；（22）注射成型工藝；（23）擠出成型工藝；（24）離心澆鑄制管成型工藝；（25）其它成型技術。視所選用的樹脂基體材料的不同，上述方法分別適用于熱固性和熱塑性復合材料的生產(chǎn)，有些工藝兩者都適用。

復合材料制品成型工藝特點：與其它材料加工工藝相比，復合材料成型工藝具有如下特點：

（1）材料制造與制品成型同時完成 一般情況下，復合材料的生產(chǎn)過程，也就是制品的成型過程。材料的性能必須根據(jù)制品的使用要求進行設計，因此在造反材料、設計配比、確定纖維鋪層和成型方法時，都必須滿足制品的物化性能、結構形狀和外觀質量要求等。

（2）制品成型比較簡便 一般熱固性復合材料的樹脂基體，成型前是流動液體，增強材料是柔軟纖維或織物，因此，用這些材料生產(chǎn)復合材料制品，所需工序及設備要比其它 材料簡單的多，對于某些制品僅需一套模具便能生產(chǎn)。◇ 成型工藝

層壓及卷管成型工藝

1、層壓成型工藝

層壓成型是將預浸膠布按照產(chǎn)品形狀和尺寸進行剪裁、疊加后，放入兩個拋光的金屬模具之間，加溫加壓成型復合材料制品的生產(chǎn)工藝。它是復合材料成型工藝中發(fā)展較早、也較成熟的一種成型方法。該工藝主要用于生產(chǎn)電絕緣板和印刷電路板材。現(xiàn)在，印刷電路板材已廣泛應用于各類收音機、電視機、電話機和移動電話機、電腦產(chǎn)品、各類控制電路等所有需要平面集成電路的產(chǎn)品中。

層壓工藝主要用于生產(chǎn)各種規(guī)格的復合材料板材，具有機械化、自動化程度高、產(chǎn)品質量穩(wěn)定等特點，但一次性投資較大，適用于批量生產(chǎn)，并且只能生產(chǎn)板材，且規(guī)格受到設備的限制。

層壓工藝過程大致包括：預浸膠布制備、膠布裁剪疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序

2、卷管成型工藝

卷管成型工是用預浸膠布在卷管機上熱卷成型的一種復合材料制品成型方法，其原理是借助卷管機上的熱輥，將膠布軟化，使膠布上的樹脂熔融。在一定的張力作用下，輥筒在運轉過程中，借助輥筒與芯模之間的摩擦力，將膠布連續(xù)卷到芯管上，直到要求的厚度，然后經(jīng)冷輥冷卻定型，從卷管機上取下，送入固化爐中固化。管材固化后，脫去芯模，即得復合材料卷管。

卷管成型按其上布方法的不同而可分為手工上布法和連續(xù)機械法兩種。其基本過程是：首先清理各輥筒，然后將熱輥加熱到設定溫度，調整好膠布張力。在壓輥不施加壓力的情況下，將引頭布先在涂有脫模劑的管芯模上纏上約1圈，然后放下壓輥，將引頭布貼在熱輥上，同時將膠布拉上，蓋貼在引頭布的加熱部分，與引頭布相搭接。引頭布的長度約為800～1200mm，視管徑而定，引頭布與膠布的搭接長度，一般為150～250mm。在卷制厚壁管材時，可在卷制正常運行后，將芯模的旋轉速度適當加快，在接近設計壁厚時再減慢轉速，至達到設計厚度時，切斷膠布。然后在保持壓輥壓力的情況下，繼續(xù)使芯模旋轉1～2圈。最后提升壓輥，測量管坯外徑，合格后，從卷管機上取出，送入固化爐中固化成型。

3、預浸膠布制備工藝

預浸膠布是生產(chǎn)復合材料層壓板材、卷管和布帶纏繞制品的半成品。

（1）原材料 預浸膠布生產(chǎn)所需的主要原材料有增強材料（如玻璃布、石棉布、合成纖維布、玻璃纖維氈、石棉氈、碳纖維、芳綸纖維、石棉紙、牛皮等）和合成樹脂（如酚醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、有機硅樹脂等）。

（2）預浸膠布的制備工藝 預浸膠布的制備是使用經(jīng)熱處理或化學處理的玻璃布，經(jīng)浸膠槽浸漬樹脂膠液，通過刮膠裝置和牽引裝置控制膠布的樹脂含量，在一定的溫度下，經(jīng)過一定時間的洪烤，使樹脂由A階轉至B階，從而得到所需的預浸膠布。通常將此過程稱之為玻璃的浸膠。樹脂傳遞模塑成型 樹脂傳遞模塑成型簡稱RTM（Resin Transfer Molding）。RTM起始于50年代，是手糊成型工藝改進的一種閉模成型技術，可以生產(chǎn)出兩面光的制品。在國外屬于這一工藝范疇的還有樹脂注射工藝（Resin Injection）和壓力注射工藝(Pressure Infection)。RTM的基本原理是將玻璃纖維增強材料鋪放到閉模的模腔內，用壓力將樹脂膠液注入模腔，浸透玻纖增強材料，然后固化，脫模成型制品。

從上前的研究水平來看，RTM技術的研究發(fā)展方向將包括微機控制注射機組，增強材料預成型技術，低成本模具，快速樹脂固化體系，工藝穩(wěn)定性和適應性等。

RTM成型技術的特點：①可以制造兩面光的制品；②成型效率高，適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn)（20000件/年以內）；③RTM為閉模操作，不污染環(huán)境，不損害工人健康；④增強材料可以任意方向鋪放，容易實現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強材料；⑤原材料及能源消耗少；⑥建廠投資少，上馬快。

RTM技術適用范圍很廣，目前已廣泛用于建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等工業(yè)領域。已開發(fā)的產(chǎn)品有：汽車殼體及部件、娛樂車構件、螺旋漿、8.5m長的風力發(fā)電機葉片、天線罩、機器罩、浴盆、沐浴間、游泳池板、座椅、水箱、電話亭、電線桿、小型游艇等。

（1）RTM工藝及設備 成型工藝 RTM全部生產(chǎn)過程分11道工序，各工序的操作人員及工具、設備位置固定，模具由小車運送，依次經(jīng)過每一道工序，實現(xiàn)流水作業(yè)。模具在流水線上的循環(huán)時間，基本上反映了制品的生產(chǎn)周期，小型制品一般只需十幾分鐘，大型制品的生產(chǎn)周期可以控制在1h以內完成。

成型設備 RTM成型設備主要是樹脂壓注機和模具。①樹脂村注機 樹脂壓注機由樹脂泵、注射槍組成。樹脂泵是一組活塞式往復泵，最上端是一個空氣動力泵。當壓縮空氣驅動空氣泵活塞上下運動時，樹脂泵將桶中樹脂經(jīng)過流量控制器、過濾器定量地抽入樹脂貯存器，側向杠桿使催化劑泵運動，將催化劑定量地抽至貯存器。壓縮空氣充入兩個貯存器，產(chǎn)生與泵壓力相反的緩沖力，保證樹脂和催化劑能穩(wěn)定的流向注射槍頭。注射槍口后有一個靜態(tài)紊流混合器，可使樹脂和催化劑在無氣狀態(tài)下混合均勻，然后經(jīng)槍口注入模具，混合器后面設計有清洗劑入口，它與一個有0.28MPa壓力的溶劑罐相聯(lián)，當機器使用完后，打開開關，溶劑自動噴出，將注射槍清洗干凈。②模具 RTM模具分玻璃鋼模、玻璃鋼表面鍍金屬模和金屬模3種。玻璃鋼模具容易制造，價格較低，聚酯玻璃鋼模具可使用2000次，環(huán)氧玻璃鋼模具可使用4000次。表面鍍金屬的玻璃鋼模具可使用10000次以上。金屬模具在RTM工藝中很少使用，一般來講，RTM的模具費僅為SMC的2%～16%。

（2）RTM原材料 RTM用的原材料有樹脂體系、增強材料和填料。

樹脂體系 RTM工藝用的樹脂主要是不飽和聚酯樹脂。

增強材料 一般RTM的增強材料主要是玻璃纖維，其含量為25%～45%（重量比）；常用的增強材料有玻璃纖維連續(xù)氈、復合氈及方格布。

填料 填料對RTM工藝很重要，它不僅能降低成本，改善性能，而且能在樹脂固化放熱階段吸收熱量。常用的填料有氫氧化鋁、玻璃微珠、碳酸鈣、云母等。其用量為20%～40%。◇ 成型工藝

袋壓法、熱壓罐法、液壓釜法和熱膨脹模塑法成型

袋壓法、熱壓罐法、液壓釜法和熱膨脹模塑法統(tǒng)稱為低壓成型工藝。其成型過程是用手工鋪疊方式，將增強材料和樹脂（含預浸材料）按設計方向和順序逐層鋪放到模具上，達到規(guī)定厚度后，經(jīng)加壓、加熱、固化、脫模、修整而獲得制品。四種方法與手糊成型工藝的區(qū)別僅在于加壓固化這道工序。因此，它們只是手糊成型工藝的改進，是為了提高制品的密實度和層間粘接強度。

以高強度玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維和環(huán)氧樹脂為原材料，用低壓成型方法制造的高性能復合材料制品，已廣泛用于飛機、導彈、衛(wèi)星和航天飛機。如飛機艙門、整流罩、機載雷達罩，支架、機翼、尾翼、隔板、壁板及隱形飛機等。（1）袋壓法

袋壓成型是將手糊成型的未固化制品，通過橡膠袋或其它彈性材料向其施加氣體或液體壓力，使制品在壓力下密實，固化。

袋壓成型法的優(yōu)點是：①產(chǎn)品兩面光滑；②能適應聚酯、環(huán)氧和酚醛樹脂；③產(chǎn)品重量比手糊高。

袋壓成型分壓力袋法和真空袋法2種：①壓力袋法 壓力袋法是將手糊成型未固化的制品放入一橡膠袋，固定好蓋板，然后通入壓縮空氣或蒸汽（0.25～0.5MPa），使制品在熱壓條件下固化。②真空袋法 此法是將手糊成型未固化的制品，加蓋一層橡膠膜，制品處于橡膠膜和模具之間，密封周邊，抽真空（0.05～0.07MPa），使制品中的氣泡和揮發(fā)物排除。真空袋成型法由于真空壓力較小，故此法僅用于聚酯和環(huán)氧復合材料制品的濕法成型。（2）熱壓釜和液壓釜法

熱壓釜和液壓釜法都是在金屬容器內，通過壓縮氣體或液體對未固化的手糊制品加熱、加壓，使其固化成型的一種工藝。

熱壓釜法 熱壓釜是一個臥式金屬壓力容器，未固化的手糊制品，加上密封膠袋，抽真空，然后連同模具用小車推進熱壓釜內，通入蒸汽（壓力為1.5～2.5MPa），并抽真空，對制品加壓、加熱，排出氣泡，使其在熱壓條件下固化。它綜合了壓力袋法和真空袋法的優(yōu)點，生產(chǎn)周期短，產(chǎn)品質量高。熱壓釜法能夠生產(chǎn)尺寸較大、形狀復雜的高質量、高性能復合材料制品。產(chǎn)品尺寸受熱壓釜限制，目前國內最大的熱壓釜直徑為2.5m，長18m，已開發(fā)應用的產(chǎn)品有機翼、尾翼、衛(wèi)星天線反射器，導彈再入體、機載夾層結構雷達罩等。此法的最大缺點是設備投資大，重量大，結構復雜，費用高等。

液壓釜法 液壓釜是一個密閉的壓力容器，體積比熱壓釜小，直立放置，生產(chǎn)時通入壓力熱水，對未固化的手糊制品加熱、加壓，使其固化。液壓釜的壓力可達到2MPa或更高，溫度為80～100℃。用油載體、熱度可達200℃。此法生產(chǎn)的產(chǎn)品密實，周期短，液壓釜法的缺點是設備投資較大。

（3）熱膨脹模塑法

熱膨脹模塑法是用于生產(chǎn)空腹、薄壁高性能復合材料制品的一種工藝。其工作原理是采用不同膨脹系數(shù)的模具材料，利用其受熱體積膨脹不同產(chǎn)生的擠壓力，對制品施工壓力。熱膨脹模塑法的陽模是膨脹系數(shù)大的硅橡膠，陰模是膨脹系數(shù)小的金屬材料，手糊未固化的制品放在陽模和陰模之間。加熱時由于陽、陰模的膨脹系數(shù)不同，產(chǎn)生巨大的變形差異，使制品在熱壓下固化。◇ 成型工藝

噴射成型技術

噴射成型技術是手糊成型的改進，半機械化程度。噴射成型技術在復合材料成型工藝中所占比例較大，如美國占9.1%，西歐占11.3%，日本占21%。目前國內用的噴射成型機主要是從美國進口。

(1)噴射成型工藝原理及優(yōu)缺點

噴射成型工藝是將混有引發(fā)劑和促進劑的兩種聚酯分別從噴槍兩側噴出，同時將切斷的玻纖粗紗，由噴槍中心噴出，使其與樹脂均勻混合，沉積到模具上，當沉積到一定厚度時，用輥輪壓實，使纖維浸透樹脂，排除氣泡，固化后成制品。

噴射成型的優(yōu)點：①用玻纖粗紗代替織物，可降低材料成本；②生產(chǎn)效率比手糊的高2～4倍；③產(chǎn)品整體性好，無接縫，層間剪切強度高，樹脂含量高，抗腐蝕、耐滲漏性好；④可減少飛邊，裁布屑及剩余膠液的消耗；⑤產(chǎn)品尺寸、形狀不受限制。其缺點為：①樹脂含量高，制品強度低；②產(chǎn)品只能做到單面光滑；③污染環(huán)境，有害工人健康。

噴射成型效率達15kg/min，故適合于大型船體制造。已廣泛用于加工浴盆、機器外罩、整體衛(wèi)生間，汽車車身構件及大型浮雕制品等。

（2）生產(chǎn)準備

場地 噴射成型場地除滿足手糊工藝要求外，要特別注意環(huán)境排風。根據(jù)產(chǎn)品尺寸大小，操作間可建成密閉式，以節(jié)省能源。材料準備 原材料主要是樹脂（主要用不飽和聚酯樹脂）和無捻玻纖粗紗。

模具準備 準備工作包括清理、組裝及涂脫模劑等。

噴射成型設備 噴射成型機分壓力罐式和泵供式兩種：①泵式供膠噴射成型機，是將樹脂引發(fā)劑和促進劑分別由泵輸送到靜態(tài)混合器中，充分混合后再由噴槍噴出，稱為槍內混合型。其組成部分為氣動控制系統(tǒng)、樹脂泵、助劑泵、混合器、噴槍、纖維切割噴射器等。樹脂泵和助劑泵由搖臂剛性連接，調節(jié)助劑泵在搖臂上的位置，可保證配料比例。在空壓機作用下，樹脂和助劑在混合器內均勻混合，經(jīng)噴槍形成霧滴，與切斷的纖維連續(xù)地噴射到模具表面。這種噴射機只有一個膠液噴槍，結構簡單，重量輕，引發(fā)劑浪費少，但因系內混合，使完后要立即清洗，以防止噴射堵塞。②壓力罐式供膠噴射機是將樹脂膠液分別裝在壓力罐中，靠進入罐中的氣體壓力，使膠液進入噴槍連續(xù)噴出。安是由兩個樹脂罐、管道、閥門、噴槍、纖維切割噴射器、小車及支架組成。工作時，接通壓縮空氣氣源，使壓縮空氣經(jīng)過氣水分離器進入樹脂罐、玻纖切割器和噴槍，使樹脂和玻璃纖維連續(xù)不斷的由噴槍噴出，樹脂霧化，玻纖分散，混合均勻后沉落到模具上。這種噴射機是樹脂在噴槍外混合，故不易堵塞噴槍嘴。（3）噴射成型工藝控制

噴射工藝參數(shù)選擇：①樹脂含量 噴射成型的制品中，樹脂含量控制在60%左右。②噴霧壓力 當樹脂粘度為0.2Pa2s，樹脂罐壓力為0.05～0.15MPa時，霧化壓力為0.3～0.55MPa，方能保證組分混合均勻。③噴槍夾角 不同夾角噴出來的樹脂混合交距不同，一般選用20°夾角，噴槍與模具的距離為350～400mm。改變距離，要高速噴槍夾角，保證各組分在靠近模具表面處交集混合，防止膠液飛失。

噴射成型應注意事項：①環(huán)境溫度應控制在（25±5）℃，過高，易引起噴槍堵塞；過低，混合不均勻，固化慢；②噴射機系統(tǒng)內不允許有水分存在，否則會影響產(chǎn)品質量；③成型前，模具上先噴一層樹脂，然后再噴樹脂纖維混合層；④噴射成型前，先調整氣壓，控制樹脂和玻纖含量；⑤噴槍要均勻移動，防止漏噴，不能走弧線，兩行之間的重疊富庶小于1/3，要保證覆蓋均勻和厚度均勻；⑥噴完一層后，立即用輥輪壓實，要注意棱角和凹凸表面，保證每層壓平，排出氣泡，防止帶起纖維造成毛刺；⑦每層噴完后，要進行檢查，合格后再噴下一層；⑧最后一層要噴薄些，使表面光滑；⑨噴射機用完后要立即清洗，防止樹脂固化，損壞設備。◇ 成型工藝

泡沫塑料夾層結構制造技術

（1）原材料 泡沫塑料夾層結構用的原材料分為面板（蒙皮）材料、夾芯材料和粘接劑。①面板材料 主要是用玻璃布和樹脂制成的薄板，與蜂窩夾層結構面板用的材料相同。②粘接劑 面板和夾芯材料的粘接劑，主要取決于泡沫塑料種類，如聚苯乙烯泡沫塑料，不能用不飽和聚酯樹脂粘接。③泡沫夾芯材料 泡沫塑料的種類很多，其分類方法有兩種：一種是按樹脂基體分，可分為：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，環(huán)氧及不飽和聚酯等熱固性泡沫塑料等。另一種是近硬度分，可分為硬質、半硬質和軟質三種。用泡沫塑料芯材生產(chǎn)夾層結構的最大優(yōu)點是防寒、絕熱，隔音性能好，質量輕，與蒙面粘接面大，能均勻傳遞荷載，抗沖擊性能好等。

（2）泡沫塑料制造技術 生產(chǎn)泡沫塑料的發(fā)泡方法較多，有機械發(fā)泡法、惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法、低沸點液體蒸發(fā)發(fā)泡法、發(fā)泡劑分解放氣發(fā)泡法和原料組分相互反應放氣發(fā)泡法等。①機械發(fā)泡法 利用強烈機械攪拌，將氣體混入到聚合物溶液、乳液或懸浮液中，形成泡沫體，然后經(jīng)固化而獲得泡沫塑料。②惰性氣體混溶減壓發(fā)泡法 利用惰性氣體（如氮氣、二氧化碳等）無色、無臭、難與其它化學元素化合的原理，在高壓下壓入聚合物中，經(jīng)升溫、減壓、使氣體膨脹發(fā)泡。③低沸點液體蒸發(fā)發(fā)泡法 將低沸點液體壓入聚合物中，然后加熱聚合物，當聚合物軟化、液體達到沸點時，借助液體氣化產(chǎn)生的蒸氣壓力，使聚合物發(fā)泡成泡沫體。④化學發(fā)泡劑發(fā)泡法 借助發(fā)泡劑在熱作用下分解產(chǎn)生的氣體，使聚合物體積膨脹，形成泡沫塑料。⑤原料化學反應發(fā)泡法 此法是利用能發(fā)泡的原料組分，相互反應放出二氧化碳或氮氣等使聚合物膨脹發(fā)泡成泡沫體。

（3）泡沫塑料夾層結構制造 泡沫塑料夾層結構的制造方法有：預制粘接法、現(xiàn)場澆注成型法和連續(xù)機械成型法三種。①預制粘接法 將蒙皮和泡沫塑料芯材分別制造，然后再將它們粘接成整體。預制成型法的優(yōu)點是能適用各種泡沫塑料，工藝簡單，不需要復雜機械設備等。其缺點是生產(chǎn)效率低，質量不易保證。②整體澆注成型法 先預制好夾層結構的外殼，然后將混合均勻的泡沫料漿澆入殼體內，經(jīng)過發(fā)泡成型和固化處理，使泡沫漲滿腔體，并和殼體粘接成一個整體結構。③連續(xù)成型法 適用于生產(chǎn)泡沫塑料夾層結構板材。其它成型工藝

聚合物基復合材料的其它成型工藝，主要指離心成型工藝、澆鑄成型工藝、彈性體貯存樹脂成型工藝（ERM）、增強反應注射成型工藝（RRIM）等。

1、離心成型工藝

離心成型工藝在復合材料制品生產(chǎn)中，主要是用于制造管材（地埋管），它是將樹脂、玻璃纖維和填料按一定比例和方法加入到旋轉的模腔內，依靠高速旋轉產(chǎn)生的離心力，使物料擠壓密實，固化成型。

離心玻璃鋼管分為壓力管非壓力管兩類，其使用壓力為0～18MPa。這種管的管徑一般為φ400～φ2500mm，最大管徑或達5m，以φ1200mm以上管徑經(jīng)濟效果最佳，離心管的長度2～12m，一般為6 m。

離心玻璃鋼管的優(yōu)點很多，與普通玻璃鋼管和混凝土管相比，它強度高、重量輕，防腐、耐磨（是石棉水泥管的5～10倍）、節(jié)能、耐久（50年以上）及綜合工程造價低，特別是大口徑管等；與纏繞加砂玻璃鋼管相比，其最大特點是剛度大，成本低，管壁可以按其功能設計成多層結構。離心法制管質量穩(wěn)定，原材料損耗少，其綜合成本低于鋼管。離心玻璃鋼管可埋深15m，能隨真空及外壓。其缺點是內表面不夠光滑，水力學特性比較差。

離心玻璃鋼管的應用前景十分廣闊，其主要應用范圍包括：給水及排水工程干管，油田注水管、污水管、化工防腐管等。

（1）原材料

生產(chǎn)離心管的原材料有樹脂、玻璃纖維及填料（粉狀和粒狀填料）等。

樹脂 應用最廣的是不飽和聚酯樹脂，可根據(jù)使用條件和工藝要求選擇樹脂牌號和固化劑。

增強材料 主工是玻璃纖維及其制品。玻纖制品有連續(xù)纖維氈、網(wǎng)格布及單向布等，制造異形斷面制品時，可先將玻纖制成預制品，然后放入模內。

填料 填料的作是用增加制品的剛度、厚度、降低成本，填料的種類要根據(jù)使用要求選擇，一般為石英砂、石英粉、輝綠巖粉等。（2）工藝流程

離心制管的加料方法與纏繞成型工藝不同，加料系統(tǒng)是把樹脂、纖維和填料的供料裝置，統(tǒng)一安裝在可往復運動的小車上。

（3）模具 離心法生產(chǎn)玻璃鋼管的模具，主要是鋼模，模具分整體式和拼裝式兩種：小于φ800mm管的模具，用整體式，大于φ800mm管的模具，可以用拼裝式。

模具設計要保證有足夠的強度和剛度，防止旋轉、震動過程中變形。模具由管身、封頭、托輪箍組成。管身由鋼板卷焊而成，小直徑管身可用無縫鋼管。封頭的作用是增加管模端頭的強度和防止物料外流。托輪箍的作用是支撐模具，傳遞旋轉力，使模具在離心機上高速度旋轉，模具的管身內表面必須平整，光滑，一般都要精加工和拋光，保證順利脫模。

2、澆注成型工藝

澆注成型主要用于生產(chǎn)無纖維增強的復合材料制品，如人造大理石，鈕扣、包埋動、植物標本、工藝品、錨桿固定劑、裝飾板等。

澆注成型比較簡單，但要生產(chǎn)出優(yōu)質產(chǎn)品，則需要熟練的操作技術。

（1）鈕扣生產(chǎn)工藝

用聚酯樹脂澆注的鈕扣，具有硬度高，光澤好，耐磨、耐燙、耐干洗、花色品種多及價格低等優(yōu)點，目前在國內外已基本取代了有機玻璃鈕扣，占鈕扣市場80%以上。生產(chǎn)鈕扣的原料主要是不飽和聚酯樹脂、固化劑（引發(fā)劑采用過氧化甲乙酮）和輔助材料（包括色漿、珠光粉、觸變劑等）。

聚酯鈕扣采用離心澆注式棒材澆注法生產(chǎn)，先制成板材或棒材，然后經(jīng)切板、切棒制成鈕扣，再經(jīng)熱處理、刮面、刮底、銑槽、打眼、拋光等工序制成鈕扣。

（2）人造石材生產(chǎn)工藝

人造石材是用不飽和聚酯樹脂和填料制成的。由于所選用的填料不同，制成的人造石材分為人造大理石、人造瑪瑙、人造花崗石和聚酯混凝土等。

生產(chǎn)人造石材的原材料是不飽和聚酯樹脂，填料和顏料：①樹脂 生產(chǎn)人造石材的樹脂分面層和結構層兩各，表面裝飾層樹脂要求收縮性小，有韌性、硬度好，耐熱、耐磨、耐水等，同時要求易調色。辛戌二醇鄰苯型樹脂用于人造石材，辛戌二醇間苯型樹脂用于生產(chǎn)衛(wèi)生潔具。固化體系，常用過氧化甲乙酮、萘酸鈷溶液。②填料 生產(chǎn)人造石材的填料有很多，生產(chǎn)人造大理石的填料是大理石粉，石英粉、白云石粉、碳酸鈣粉等，生產(chǎn)人造花崗石的填料是用粒料級配，不同品種花崗石用不同色彩的粒料，生產(chǎn)人瑪瑙的填料要有一定透明性，一般選用氫氧化鋁或三氧化二鋁等。③顏料 生產(chǎn)人造石材需要各色顏料，如制人造大理石或人造瑪瑙浴盆，應選擇耐熱、耐水的色漿，制造裝飾板及工藝品時，要選用耐光、耐水及耐久的顏料。生產(chǎn)人造大理石、花崗石板材用的模具材料有玻璃鋼、不銹鋼、塑料、玻璃等。生產(chǎn)人造石板材的模板，要求表面平整，光澤、有足夠的強度和剛度，能經(jīng)受生產(chǎn)過程中的熱應力、搬運荷載及碰撞等。

3、彈性體貯樹脂模塑成型技術

彈性體貯樹脂模塑成型（Elastic Reservir Molding, ERM）是80年代在歐美出現(xiàn)的新工藝，它是用柔性材料（開孔聚氨酯泡沫塑料）作為芯材并滲入樹脂糊。這種滲有樹脂糊的泡沫體留在成型好的ERM材料中間，泡沫體使ERM制成的產(chǎn)品密度降低，沖擊強度和剛度提高，故可稱為壓制成型的夾層結構制品。

ERM與SMC一樣，同屬于模壓成型的片狀模塑料，只是由于ERM具有夾層結構的構造，給它帶來優(yōu)于SMC的特點：（1）重量輕：ERM比用氈和SMC制成的制品輕30%以上；（2）ERM制品的比剛度優(yōu)于SMC、鋁和鋼制成的制品；（3）搞沖擊強度高：在增強材料含量相同的條件下，ERM比SMC的抗沖擊強度高很多；（4）物理力學性能高：在增強材料含量相同的條件下，ERM制品的物理力學性能優(yōu)于SMC制品；（5）投資費用低：ERM成型機組比SMC機組簡單，ERM制品成型壓力比SMC制品低10倍左右，故生產(chǎn)ERM制品時可以采用低噸位壓機和低強度材料模具，從而減少建投資。

ERM制品生產(chǎn)工藝分為ERM制造和ERM制品成型兩個過程：（1）ERM生產(chǎn)工藝 ERM生產(chǎn)原材料為開孔聚氨酯泡沫塑料，各種纖維制品（如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維制成的短切氈、連續(xù)纖維氈、針織氈等）和各種熱固性樹脂。其生產(chǎn)過程如下：先在ERM機組上將調好的樹脂糊浸漬開孔聚氨酯泡沫塑料，通過涂刮器將樹脂糊涂到泡沫上，用壓輥將樹脂糊壓擠到泡沫體的孔內，然后將兩層泡沫復合到一起，最后在上下兩個面鋪放玻纖維氈或其它纖維制品，制成ERM夾層材料，切割成適宜的尺寸，用于壓制成型或貯存。

（2）ERM制品生產(chǎn)工藝 ERM制品生產(chǎn)過程與其它熱固性模壓料（玻纖布或氈預浸料、SMC等）相比，需要在熱壓條件下固化成型，但成型壓力比SMC小很多，大約是SMC成型壓力的1/10，為0.5～0.7MPa。

ERM技術目前主要用于汽車工業(yè)材料和輕質建筑復合材料工業(yè)。由于ERM具有夾層結構材料的特點，是適用于生產(chǎn)大型結構的組合部件，各種輕質板材，活動房屋、雷達罩，房門等。在汽車工業(yè)中的制品有行李車拖斗、蓋板、儀表盤、保險杠、車門、底板等。

4、增強反應注射模塑技術

增強反應注射模塑工藝（Reinforced Reaction Injection Molding, RRIM）是利用高壓沖擊來混合兩種單體物料及短纖維增強材料，并將其注射到模腔內，經(jīng)快速固化反應形成制品的一種成型方法。如果不用增強材料，則稱為反應注射模塑（Reaction Injection Moling, RIM）。采用連續(xù)纖維增強時，稱為結構反應注射模塑（Structure Reaction Injection Molding, SRIM）。RRIM的原材料分樹脂體系和增強材料兩類

（1）樹脂體系 生產(chǎn)RRIM的樹脂應滯如下要求：①必須由兩種以上的單體組成；②單體在室溫條件下能保持穩(wěn)定；③粘度適當，容易用泵輸送；④單體混合后，能快速固化；⑤固化反應不產(chǎn)生副產(chǎn)物。應用最多的是聚氨酯樹脂、不飽和聚酯樹脂和環(huán)氧樹脂。

（2）增強材料 常用的增強材料有玻璃纖維粉、玻璃纖維和玻璃微珠。為了增加增強材料與樹脂的粘接強度，上述增強材料都采用增強偶聯(lián)劑進行表面處理。

RRIM的工藝特點：①產(chǎn)品設計自由度大，可以生產(chǎn)大尺寸部件；②成型壓力低（0.35～0.7MPa），反應成型時，無模壓應力，產(chǎn)品在模內發(fā)熱量小；③制品收縮率低，尺寸穩(wěn)定性好，因加有大量填料和增強材料，減少了樹脂固化收縮；④制品鑲嵌件工藝簡便；⑤制品表面質量好，玻璃粉和玻璃微珠能提高制品耐磨性和耐熱性；⑥生產(chǎn)設備簡單，模具費用低，成型周期短，制品生產(chǎn)成本低。

RRIM制品的最大用戶是汽車工為，可做汽車保險杠、儀表盤，高強度RRIM制品可以做汽車的結構材料、承載材料。由于其成型周期短，性能可設計，在電絕緣工程、防腐工程、機械儀表工業(yè)中代替工程塑料及高分子合金應用。

第三篇：樹脂基碳纖維復合材料成型工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向

樹脂基碳纖維復合材料成型工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向

與金屬材料相比，高性能纖維復合材料成本高，所以必須在纖維復合材料結構件制造過程中廣泛實現(xiàn)自動化和數(shù)字化相結合的現(xiàn)代復合材料制造技術，以達到降低飛機全壽命周期內成本的目的。

國外飛機碳纖維復合材料制造技術現(xiàn)狀 復合材料用量大幅提高

目前，國外新一代軍機和民用運輸機已普遍采用高性能樹脂基碳纖維復合材料，第四代戰(zhàn)機復合材料用量占飛機結構重量的20％～50％，干線客機約為10%～50％。

以波音777為例，在其機體結構中，鋁合金占70%、鋼11%、鈦7%，復合材料僅占到11%，而且復合材料主要用于飛機輔件。但到波音787時，復合材料的使用出現(xiàn)了質的飛躍，其用量已占到結構重量的50%，不僅數(shù)量激增，而且已用于飛機的主承力構件。構件集成化、整體化、大型化

復合材料是大型整體化結構的理想材料，與常規(guī)材料相比可使飛機減重15%～30%，結構設計成本降低15％～30％，制造成本大幅降低。復合材料還克服了金屬材料容易出現(xiàn)疲勞和被腐蝕的缺點，增加了飛機的耐用性，改善了飛機的維修性，同時也帶來了飛機客艙的舒適性。

美國CAI計劃將復合材料結構整體成型技術列為其最主要的關鍵技術之一，并于2001年開始用于F-35(JSF)的驗證上。

在波音787之前，飛機的機身段由約2500個配件、3萬個螺釘組裝起來，現(xiàn)在通過采用集成化的整體機身結構，使生產(chǎn)方式更簡單、更可靠，且顯著減少了零件數(shù)目，減重約達20%。制造設備大型化

在復合材料制造設備上，國外民機廣泛采用了高效的雙頭鋪帶機、自動鋪放設備、大型熱壓罐及超聲檢測設備等，為高速生產(chǎn)機體結構提供了保障。

ASC工藝系統(tǒng)公司已制造出用于波音787復合材料機身段固化的、世界上最大的熱壓罐。該熱壓罐最大壓力1.02MPa，最高溫度232℃，作業(yè)區(qū)面積9m×23m，容積2214m3,重量500t以上。

Flow International公司制造了超大型噴水切割機，用于長達30m的波音787全復合材料結構機翼蒙皮層合板的切割，床身為36m×6.5m。該磨粒噴水切割機可快速、高效切割厚的層合扳，且不產(chǎn)生過熱問題。復合材料下料、鋪放、切割實現(xiàn)自動化和數(shù)字化

由Dassault Aviation公司同BAE體系公司聯(lián)合設計的商用噴氣式飛機機身采用浸漬樹脂的碳纖維窄帶和蜂窩芯材制造。該機身每節(jié)段尺寸為4.5m×2m，機身全部采用圓桶式復合材料（FUBACOMP）方案。

B787飛機加工中生產(chǎn)出的第一個全尺寸復合材料整體結構機身段的尺寸為7m×6m。這一包括桁條在內的整體結構是在一副用殷伐鋼制成的大型芯軸中制作的，芯軸上安裝有加強筋的W形模腔，加強筋在纖維鋪放前被安放在模腔中，應用計算機控制的復合材料鋪帶機完成纖維鋪放。模具被安裝在一個旋轉機構上，隨著鋪帶過程的進行，該機構帶動筒型件旋轉，然后該構件被包裹并放入熱壓罐中進行共固化，形成帶加強筋的殼體結構。低成本制造技術廣泛應用

由于復合材料的成本較高，特別是制造成本，這是制約它進一步擴大應用的主要障礙之一。以美國為首的西方發(fā)達國家紛紛制訂低成本復合材料發(fā)展研究計劃，不斷完善復合材料層壓板真空袋-熱壓罐制造工藝，開發(fā)高性能、低成本的復合材料制造技術，并已取得較大進展。如自動化的鋪帶機（ATL）、纖維鋪放機、樹脂轉移模塑成型（RTM）、真空輔助模塑成型（VARTM）、樹脂膜熔滲（RFI）、電子束固化及膜片成型等先進技術。

RTM技術不使用預浸料和熱壓罐，可以有效地降低成本，配套使用三維編織機和三維縫紉機，可以制造較為復雜的零件。RTM技術在美國的F-22和F-35上得到了廣泛應用。波音787機身的大部分地板采用RFI制造。波音787機翼后緣由德哈維蘭公司采用VARTM工藝制造，與傳統(tǒng)的熱壓罐技術相比，結構更堅固，易于修理，不易損傷。

國內飛機碳纖維復合材料制造技術現(xiàn)狀

我國復合材料制造技術經(jīng)過30多年的研究和發(fā)展，已形成了一定的規(guī)模，達到了一定的水平。各主機生產(chǎn)廠均已建設了生產(chǎn)手段，完成了相應的設備改造和技術改造。各研究院所及重點高校培養(yǎng)了大量人才。國內從設計、材料到工藝有了一支配套的研發(fā)隊伍。但與國外相比，還存在應用規(guī)模和水平、材料基礎、制造工藝、設計方法與手段嚴重落后等問題，且差距有進一步拉開的趨勢。

復合材料用量不高

當波音、空客等新機型大規(guī)模采用復合材料后，我國目前僅掌握金屬飛機的研制能力，復合材料只能少量地用在飛機輔件上，在主結構上的應用還需進一步研究。

國內1985年制成的殲

8、強5機垂直尾翼壁板及垂直尾翼使用過樹脂基碳纖維復合材料。國產(chǎn)客機、運輸機主、次承力構件沒有使用復合材料的相關報道。國內直升機領域復合材料使用比例較大，直九復合材料使用率達到了23%左右。國內無人機因尺寸較小，復合材料用量較大，一般在50%～80%之間，如愛生系列無人機。

碳纖維依賴進口，國產(chǎn)化程度低

我國自20世紀60年代開始碳纖維研究開發(fā)，至今已有近40年的歷史，但進展緩慢，無論軍用、民用碳纖維均不能自給，同時由于發(fā)達國家對我國幾十年的技術封鎖，至今沒能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，僅有的生產(chǎn)廠家還面臨國際的競爭和擠壓，舉步維艱。尤其是像T800這樣被廣泛應用于飛機制造的復合材料，我國還不能生產(chǎn)。國產(chǎn)化的T300復合材料還在研制之中。工業(yè)及民用領域的需求長期依賴進口，嚴重影響了我國高端技術的發(fā)展，尤其制約了航空航天及國防軍工事業(yè)的發(fā)展，與我國的經(jīng)濟社會發(fā)展進程極不相稱。

制造設備尺寸小且多數(shù)依賴進口

國內用于復合材料生產(chǎn)的主要關鍵設備與我國要開展的大飛機結構尺寸相比，設備尺寸小，且大多數(shù)依賴進口。

如西飛用于飛機復合材料制造的主要設備熱壓罐是從德國Scotch公司引進的φ3.5m×10m熱壓罐，有效長度為10m，直徑為3.5m，與歐美等國家相比，差距仍然較大。

哈飛用于先進復合材料生產(chǎn)的主要設備，如固化爐、大型熱壓罐、復合材料數(shù)控下料銑、激光鋪層定位系統(tǒng)、自動鋪帶機、RTM成型設備、縫合設備以及先進的無損檢測設備等基本上是從國外進口的。

工藝落后，自動化和數(shù)字化水平低

以樹脂基碳纖維復合材料飛機結構件為例。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝采用預浸料鋪層干法成型工藝，在熱壓罐或烘箱中加熱、加壓固化成型機體復合材料構件。固化、脫模、修整后的構件經(jīng)無損檢測驗證合格后進入下道裝配工序。

傳統(tǒng)復合材料成型工藝的缺點是手工下料、手工鋪放，能耗高，生產(chǎn)成本高，質量不易控制，不環(huán)保。在整個工藝過程中產(chǎn)生的廢料包括：預浸料、膠膜、蜂窩下料過程中形成的邊角料；固化過程產(chǎn)生的廢氣；復合材料零件修整過程中打磨和切割裁邊時產(chǎn)生的固體粉塵，固體邊角料；膠接過程產(chǎn)生的廢氣等，這些因素都增加了產(chǎn)品的制造成本，并對環(huán)境造成了破壞。

自動鋪帶機、自動絲束鋪放機、柔性數(shù)控氣動卡具的出現(xiàn)部分解決了手工鋪放質量不易控制的缺點。不過，到目前為止，仍不能完全采用自動化設備來替代手工鋪放。同時，熱壓罐法成型生產(chǎn)周期長，設備費用高，能源消耗大，成本高，由于復合材料零件的整體尺寸越來越大，所需的熱壓罐尺寸跟著加大，成本問題也隨之突出。

綜上所述，我國樹脂基碳纖維復合材料制造存在著原材料和制品的成本昂貴、制品成型工藝陳舊、復合材料回收再利用困難等問題亟待研究解決。

結論與建議

建立適合國情的復合材料研發(fā)模式

與歐美國家相比，我國復合材料制造技術各方面都存在較大差距，主要原因是我國科技轉化為生產(chǎn)力的水平較低。與歐美航空工業(yè)相比，我國航空企業(yè)還沒有成為真正的科技轉化生產(chǎn)力的主體，科技轉化為生產(chǎn)力體制、機制的最佳模式還沒有形成。為此，需建立復合材料發(fā)展戰(zhàn)略，有組織、有規(guī)劃地進行研究和創(chuàng)新，同時應加大對相關企業(yè)的投入，完善科研機制，實行設計制造一體化，提高飛機研制的頻度，建立科技轉化生產(chǎn)力體制、機制的航空工業(yè)最佳模式。

實現(xiàn)高性能、高質量碳纖維國產(chǎn)化

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，碳纖維的需求與日俱增，雖然國際上一些公司的T300級原絲和碳纖維產(chǎn)品開始對我國解凍，但碳纖維及其復合材料的生產(chǎn)是關系到國防建設的高科技，必須立足國內。所以，需要加大國家投入和攻關，或通過技術引進，盡快掌握核心技術，降低生產(chǎn)成本，研制生產(chǎn)高性能、高質量的碳纖維，以滿足軍工和民用產(chǎn)品的需求，扭轉大量進口的局面，這是我國碳纖維工業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。

大力發(fā)展低成本制造技術

低成本復合材料制造技術是當今世界上復合材料技術領域的核心問題之一，包括低成本的材料技術、低成本的設計技術和低成本的制造技術，如大型整體成型結構、共固化/共膠接結構、設計制造一體化技術等，其中，重點應是以共固化/共膠接為核心的大面積整體成型技術。我們應當向國際上倡導的的“無緊固件”技術靠攏，減少后加工量和裝配工作量。

國內亟需在這幾方面制訂好規(guī)劃,有組織地統(tǒng)一制訂相應規(guī)范，使試驗和分析更好地結合起來，形成設計和鑒定的統(tǒng)一指南，編制全行業(yè)的技術標準，改進最終產(chǎn)品的一致性，降低成本，減小風險，以滿足飛機研制的需要。

發(fā)展研究創(chuàng)新的制造工藝技術

國外復合材料在飛機上的廣泛應用得益于制造設備和工藝技術的發(fā)展和成熟。因此，國內要注意規(guī)劃發(fā)展機械化、自動化制造技術（如自動鋪帶技術、自動纖維鋪放技術等），并提高生產(chǎn)設備的柔性，以提高復合材料構件的生產(chǎn)率。注意借鑒其他領域的經(jīng)驗，在飛機零件制造中適當采用纏繞、拉擠等低成本的自動化制造技術，填補這一空白。

采用高效、環(huán)保的切割、成型技術

由于復合材料的大規(guī)模應用，提高其切割和成型技術就顯得越來越迫切。用傳統(tǒng)工藝方法切割復合材料時粉塵大、污染高，而且易燒傷端面，成型的余量需要重新去除，因此，應推廣采用自動數(shù)控高壓水切割技術，切割、成型一次完成，生產(chǎn)效率和質量顯著提高。

開展無損檢測技術的研究與應用

為保證產(chǎn)品的安全性、可靠性及交付后的可維修性，需使用無損檢測技術（超聲、射線、激光超聲等技術）對構件進行檢測，以發(fā)現(xiàn)復合材料結構中的分層、脫粘、氣孔、裂縫、沖擊損傷等缺陷，并給出缺陷的定性、定量判定，為工藝分析提供依據(jù)。

因此，對制造過程及維修中使用的各種無損檢測技術及設備的使用提出了更高要求，國外在這方面進行了大量研究，并開發(fā)了相關的產(chǎn)品，國內亦應在這方面加大研究力度。

第四篇：復合材料成型工藝發(fā)展綜述（模版）

上海海事大學

先進復合材料成型工藝課程論文

學 院： 海洋科學與工程學院

專 業(yè)：

班 級： 材料132

姓 名：

學 號：

論文題目： 復合材料成型工藝發(fā)展綜述

指導老師：

二〇一六年 一月 復合材料成型工藝發(fā)展綜述

XXXXX

上海海事大學 海洋科學與工程學院

【摘要】 本文主要介紹了樹脂基復合材料成型工藝及其發(fā)展趨勢。其中提到了“手糊成型”、“拉擠成型”、“模壓成型”等。也從復合材料生產(chǎn)各要素的方面，簡要闡述其發(fā)展的趨勢。本文章也表明了復合材料作為國家建設的戰(zhàn)略材料，得到了越來越來多的重視，了解其成型工藝的發(fā)展有其重要的意義。【關鍵詞】 復合材料 成型工藝 發(fā)展

The Summary of Development on Composites Molding Technology

Xxxx Onion College of Ocean Science and Engineering, Shanghai Maritime University, Shanghai

Abstract:

This thesis describes the resin composites molding process and its development trend.Some specific processes are mentioned, such as ‘Hand paste molding’ , ‘Pull extrusion forming’ ,‘Compression molding’ and so on.Also, a brief description of its development trend are made in terms of production factors of manufacturing composites.This thesis also shows the composite material, as a nation-building strategy material, has been more popular and it’s important to understand the development of its molding process.Key Words: composites

molding process

development

前言

人類在生產(chǎn)生活中需要利用到各種各樣的材料，它是人們生產(chǎn)生活水平能夠提升物質保障。在人類的發(fā)展歷史中，材料工業(yè)的大的革新往往能夠引起人類社會大的變革，推動人類社會的發(fā)展。復合材料就是指由兩種以上的材料進行加工合成后產(chǎn)生的新型材料，它與陶瓷、金屬、高聚物被人們稱之為四大材料。[1-5]先進的復合材料具有熱性能優(yōu)越、耐疲勞、可設計性、各向異性和比模量高等優(yōu)良特性，憑借這些優(yōu)良的特性，很快就獲得了廣泛的應用，復合材料在工業(yè)領域得到廣泛應用，也是衡量一個國家科技和經(jīng)濟實力的重要標志。先進復合材料不僅強度高，而且耐熱性能和抗疲勞性能優(yōu)良，在航空航天、交通運輸、機械化工等領域得到廣泛應用。[6-15] 復合材料成型工藝

復合成型工藝生產(chǎn)過程中的關鍵是在保證制品的形狀和尺寸以及制品表面質量的前提下，讓增強材料能夠按照預先設定好的方向均勻的進行配置，并盡量的防止制品的性能受到影響，使基體材料能夠比較充分的完成固化反應。經(jīng)過幾十年發(fā)展與技術進步，樹脂基復合材料成型工藝取得不斷發(fā)展，種類進一步增多，并存在相同點和不同點，主要體現(xiàn)在以下方面。

1.2手糊成型

手糊成型又稱接觸成型，是用纖維增強材料和樹脂膠液在模具上鋪敷成型，室溫（或加熱）、無壓（或低壓）條件下固化，脫模成制品的工藝方法。手糊成型按成型固化壓力可分為兩類：接觸壓和低壓（接觸壓以上）。前者為手糊成型、噴手糊成型是復合材料最早的一種成型方法。雖然它在各國復合材料成型中所占比重呈下降趨勢，但仍不失為主要的成型方法。[16-17]這是由于手糊成型具有下列優(yōu)點：手糊成型不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，適宜尺寸大、批量小、形狀復雜產(chǎn)品的生產(chǎn)；設備簡單，投資少，設備折舊費低；工藝簡便；易于滿足產(chǎn)品設計要求，可以在產(chǎn)品不同部位任意增補增強材料；制品樹脂含量較高，耐腐燭性好。手糊成型的缺點為：生產(chǎn)效率低，勞動強度大，勞動衛(wèi)生條件差；產(chǎn)品質量不易控制，性能穩(wěn)定性不高；產(chǎn)品力學性能偏低。

1.2 拉擠成型

將已浸潤的連續(xù)纖維束在牽引結構拉力下，用成型模成型，在模中固化，連續(xù)生產(chǎn)出復合型材。成型過程需要成型模擠壓和外牽引拉撥，整個生產(chǎn)過程是連續(xù)的。[18]該工藝控制方便，產(chǎn)品質量穩(wěn)定，成本低，生產(chǎn)效率高，制品的拉伸強度和彎曲強度高。目前拉擠工藝主要用于生產(chǎn)玻璃鋼棒、工字型、角型、槽型、方型等，技術取得不斷發(fā)展，產(chǎn)品質量也進一步提升。[19]

1.3 模壓成型

模壓成型是將一定量的模壓料放入金屬對摸中，在一定的溫度和壓力作用下固化成型制品的 一種方法。[20-21]在模壓成型過程中需加熱和加壓，使模壓料塑化、流動充滿模腔，并使樹力旨固化。在模壓料充滿摸腔的流動過程中，不僅樹脂流動，增強材料也要隨之流動，所以模壓成型工藝的成型壓力較其他方法高，屬于高壓成型。因此，它既需要能對壓力進行控制的液壓機，又需要高強度、高精度、耐高溫的金屬模具。

1.4 纏繞成型

將連續(xù)纖維按一定規(guī)律纏繞至芯模，經(jīng)固化和脫模形成產(chǎn)品，產(chǎn)品可靠性高，生產(chǎn)效率高，強度高，并且可以節(jié)約成本，技術經(jīng)濟效益明顯。該工藝在航天、軍工領域應用廣泛，并朝著自動化、集成化方向發(fā)展。[22-26]

1.6 RTM 成型

該技術為適應飛機雷達罩成型發(fā)展而來，在纖維增強復合材料生產(chǎn)中得到廣泛應用。該技術可為構件提供雙面光滑表面的能力，制造品質好、精度高的構件，成型效率高，揮發(fā)型物質少，不會影響人的身體健康。[27]近年來還開展大量頗有成效的技術，設備、樹脂、模具不斷改進和完善，在工業(yè)制造領域也發(fā)揮更大的作用。

1.5 鋪放成型

包括自動鋪絲束技術和自動窄帶鋪放技術，實現(xiàn)加工制造的全自動化，在航空航天、特殊結構構件的應用非常廣泛。隨著技術進步，控制系統(tǒng)升級到全數(shù)字控制，自動鋪放新技術出現(xiàn)并得到愈加廣泛的應用，在戰(zhàn)斗機、商用飛機方面采用自動鋪絲技術，帶動航空制造技術變革。并且新技術將不斷出現(xiàn)，促進復合材料的變革和進步。復合材料成型工藝的發(fā)展

復合材料制造技術在現(xiàn)代社會正朝著自動化和智能化的方向發(fā)展。快速固化技術、復合材料構件的生產(chǎn)自動化、纖維自動纏繞技術等一個個新技術的研究開發(fā)推動者復合材料成型工藝的長久發(fā)展，也改變著人類的生活方式。[28-32] 2.1 預浸料制備

預浸料是半成品，推動復合材料工藝發(fā)展，其工藝改進也帶來眾多新技術的應用，如熔融浸漬、纖維混合法、粉末混合工藝等。預浸料制備發(fā)展到機械化和自動化形式，編制預浸料標準，促進工藝技術革新和進步。如自動控制技術的發(fā)展，纖維纏繞發(fā)展成為纖維鋪放。在纖維鋪放的過程中，我們需要把預先浸泡好的多團紗束集合起來形成一個直的帶狀紗布，把這個紗布鋪放在模具或者是芯模的表面，這樣做的制品形狀并不一定是回轉體，也可以是一些形狀曲率變化很大的制品，甚至是一些有凹形表面的制品。自動纖維鋪放就是計算機在纖維纏繞上的實際應用成果，使纖維的力學設計得到了更多的自由度。

2.2 優(yōu)化固化過程

計算機技術、過程控制技術、人工智能技術的開發(fā)和應用，再加上超聲和介電技術支持，實現(xiàn)在線固化的可能性，對固化壓力、溫度等實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，調整固化氣孔率、厚度等，推動產(chǎn)品質量提升。

2.3 模具發(fā)展

模具結構形式多種多樣，推動復合材料構件制造多樣化。目前復合材料模具、軟模、芯模技術取得較大進步，促進模具和產(chǎn)品膨脹系數(shù)基本一致，減輕結構自重，方便材料卸載，有利于控制構件尺寸和厚度，保證產(chǎn)品質量。[33]

2.4 原材料的發(fā)展

碳纖維、氧化鋁纖維、芳綸纖維，新型高性能樹脂、金屬和陶瓷基體等出現(xiàn)并得到應用，其韌性、耐高溫性更優(yōu)，有利于提高產(chǎn)品質量和綜合性能。[34-36]如近些年，把長短纖維作為增強材料，以熱固性、熱塑性樹脂作為基礎性材料的各種類別復合材料模壓成型工藝發(fā)展十分迅速，產(chǎn)品的性價比也比較高，且生產(chǎn)效率高，污染環(huán)境少適合航空航天、汽車燈工業(yè)的需求。

3結語

隨著技術發(fā)展和改進，復合材料呈現(xiàn)智能化和自動化趨勢，將在工業(yè)領域得到更加廣泛的應用，其工藝方式也將得到不斷改善，在民用方面，將更加其適用性。同時更為重要的是，將為國家戰(zhàn)略發(fā)展提供一個新的起點。參考文獻

[1] 殷東平, 王亞鋒, 李直.某復合材料機載構件制造工藝研究[J].電子機械工程2010(05).[2] Zhang F, Comas-Cardona S, Binetruy C.Statistical modeling of in-plane permeability of non-woven random fibrous reinforcement.Compos Sci Technol 2012;72:1368–79.[3] Pandey G, Deffor H, Thostenson ET, Heider D.Smart tooling with integrated time domain reflectometry sensing line for non-invasive flow and cure monitoring during composites manufacturing.Compos Part A Appl Sci Manuf 2013;47:102–8.[4] 趙娟.基于ANSYS的碳纖維復合材料傳動軸的鋪層設計[D].武漢理工大學.2011.[5] 張勝佳.環(huán)氧樹脂增韌的研究進展[J].寧波化工,2015(1):1-6.[6] Masoodi R, Pillai KM, Grahl N, Tan H.Numerical simulation of LCM mold-filling during the manufacture of natural fiber composites.J Reinf Plast Compos,2012;31(6):363–78.[7] Francucci G, Rodríguez ES, Morán J.Novel approach for mold filling simulation of the processing of natural fiber reinforced composites by resin transfer molding.J Compos Mater 2014;48:191–200.[8] Alix S, Lebrun L, Morvan C, Marais S.Study of water behaviour of chemically treated flax fibres-based composites: a way to approach the hydric interface.Compos Sci Technol 2011;71:893–9.[9] Nguyen VH.Characterization of natural fiber and modeling resin transfer molding process in natural fiber preform, Ph.D.thesis, Ecole des Mines de Douai, France;2014.[10] Khalil HA, Bhat A, Yusra AI.Green composites from sustainable cellulose nanofibrils: a review.Carbohydr Polym 2012;87(2):963-79.[11] 何亞飛.樹脂基復合材料成型工藝的發(fā)展[J].纖維復合材料,2011(2):7-13.[12] 蔡聞峰.樹脂基碳纖維復合材料成型工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].航空制造技術,2008(10):54-57.[13] 陳婷.淺談樹脂基復合材料的成型工藝[J].山東工業(yè)技術,2015(4):6.[14] 楊川.芳綸纖維柔性復合材料制備及其防刺性能研究[D].哈爾濱工業(yè)大.2010.[15] 郭麗敏, 白彥坤.低碳、環(huán)保的植物纖維餐具[N].中國包裝報,2010.[16] 楊文志, 朱錫, 陳悅等.復合材料螺旋槳RTM成型工藝研究[J].材料科學與工藝,2015,06:1-6.[17] 譚小波.試論酚醛樹脂及其復合材料成型工藝的研究進展[J].山東工業(yè)技術,2015,24:7.[18] 邵剛強, 李國萍.竹纖維-聚丙烯復合材料板材的成型工藝研究及優(yōu)化[J].合成纖維,2015,01:40-42.[19] 王永紅,郭敏驍,林星.某型飛機隔音復合材料內裝飾成型工藝研究[J].航空制造技術,2012,07:81-83+88.[20] 魏俊偉,郭萬濤,張用兵.夾芯結構復合材料構件VARI工藝仿真計算與成型實驗[J].材料開發(fā)與應用,2012,02:51-58.[21] 劉剛, 羅楚養(yǎng), 李雪芹等.復合材料厚壁連桿RTM成型工藝模擬及制造驗證[J].復合材料學報,2012,04:105-112.[22] 謝超.復合材料成型工藝方法的研討[J].湖南農(nóng)機,2014,09:62-63.[23] 涂偉, 鄭賢義, 趙鵬.基于VARI工藝的復合材料成型技術探討[J].廣船科技,2014,03:37-40.[24] 陳蔚, 成理, 張晨乾等.CCF300/5228A復合材料RFI成型工藝參數(shù)[J].航空材料學報,2014,06:54-61.[25] 徐偉麗, 張玉生, 張璇等.大尺寸多格柵復合材料框架共固化成型工藝[J].宇航材料工藝,2014,06:46-48.[26] 王共冬, 王軍, 王巍.粗糙集在復合材料成型工藝事例推理中應用[J].武漢理工大學學報,2012,06:27-31.[27] 陳躍鵬, 武永琴.航空工業(yè)復合材料制件成型工藝進展[J].科技與企業(yè),2012,13:346.[28] 匡寧, 陳同海, 錢育勝等.中空復合材料的成型工藝及應用進展[J].工程塑料應用,2015,01:120-123.[29] Jonoobi M, Harun J, Mathew AP, Oksman K.Mechanical properties of cellulose nanofiber(CNF)reinforced polylactic acid(PLA)prepared by twin screw extrusion.Compos Sci Technol 2010;70(12):1742-7.[30] Bondeson D, Syre P, Niska KO.All cellulose nanocomposites produced by extrusion.J Biobased Mater Bioenergy 2007;1(3):367-71.[31] 劉志杰, 閆超, 羅輯等.復合材料多隔板框梁結構的RTM工藝成型[J].玻璃鋼/復合材料,2015,01:82-87.[32] 馬俊龍.復合材料LCM整體成型工藝發(fā)展及應用[J].科技創(chuàng)新與應用,2015,10:109.[33] 楊文志, 朱錫, 陳悅等.復合材料螺旋槳RTM成型工藝研究[J].材料科學與工藝,2015,06:1-6.[34] 譚小波.試論酚醛樹脂及其復合材料成型工藝的研究進展[J].山東工業(yè)技術,2015,24:7.[35] 張小溪.復合材料成型工藝方法及優(yōu)缺點分析[J].科技與企業(yè),2014,18:165.[36] 馬俊龍.復合材料LCM整體成型工藝發(fā)展及應用[J].科技創(chuàng)新與應用,2015,10:109.

第五篇：塑料制品加工成型的工藝研究

塑料制品加工成型的研究

摘要：塑料是以相對分子質量高的合成樹脂為主要成分，并加入其他添加劑，在一定溫度和壓力下塑化成型的高分子合成材料。一般相對分子質量都大于一萬，有的可達百萬。在加熱、加壓條件下具有可塑性，在常溫下為柔韌的固體。可以使用模具成型得到我們所需要的形狀和尺寸的塑料制件。其他的添加劑主要有填充劑、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑等其他配合劑。塑料作為設計材料使用，具有許多優(yōu)良的特性。在我們的生活和生產(chǎn)中扮演著很重要的作用。它不僅可部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料，而且還能生產(chǎn)出具有獨特性能的各種制品塑料與其他材料相比較，有以下幾方面的性能特點：重量輕、優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、優(yōu)異的電絕緣性能、機械強度分布廣和較高的比強度、熱的不良導體具有消聲、減震作用。塑料制品是采用塑料為主要原料加工而成的生活用品、工業(yè)用品的統(tǒng)稱。

關鍵詞：塑料、塑料制品、塑料機械工業(yè)、塑料制品成型新工藝

一、塑料的概念

塑料是具有塑性行為的材料，所謂塑性是指受外力作用時，發(fā)生形變，外力取消后，仍能保持受力時的狀態(tài)。塑料的彈性模量介于橡膠和纖維之間，受力能發(fā)生一定形變。軟塑料接近橡膠，硬塑料接近纖維。

1.1塑料的主要性能特點 基本有兩種類型：第一種是線型結構，具有這種結構的高分子化合物稱為線型高分子化合物；第二種是體型結構，具有這種結構的高分子化合稱為體型高分子化合物。有些高分子帶有支鏈，稱為支鏈高分子，屬于線型結構。有些高分子雖然分子間有交聯(lián)，但交聯(lián)較少，稱為網(wǎng)狀結構，屬于體型結構。

兩種不同的結構，表現(xiàn)出兩種相反的性能。線型結構（包括支鏈結構）高聚物由于有獨立的分子存在，故有彈性、可塑性，在溶劑中能溶解，加熱能熔融，硬度和脆性較小的特點。體型結構高聚物由于沒有獨立的大分子存在，所以沒有彈性和可塑性，不能溶解和熔融，只能溶脹，硬度和脆性較大。塑料則兩種結構的高分子都有，由線型高分子制成的是熱塑性塑料，由體型高分子制成的是熱固性塑料。1.2塑料的分類

熱塑性塑料：指加熱后會熔化，可流動至模具冷卻后成型，再加熱后又會熔化的塑料；即可運用加熱及冷卻，使其產(chǎn)生可逆變化(液態(tài)←→固態(tài))，是所謂的物理變化。通用的熱塑性塑料其連續(xù)的使用溫度在100℃以下，聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯并稱為四大通用塑料。

熱固性塑料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。熱固性塑料又分甲醛交聯(lián)型和其他交聯(lián)型兩種類型。熱加工成型后形成具有不熔不溶的固化物，其樹脂分子由線型結構交聯(lián)成網(wǎng)狀結構。

二、塑料制品的成型方法 注射成型、擠出成型、壓制成型、吹塑成型、壓延成型、滾塑成型、鑄塑成型、搪塑成型、醺涂成型、流延成型、傳遞模塑成型、反應注塑成型、手糊成型、纏繞成型、噴射成型、真空成型等 2.1塑料制品的生產(chǎn)

塑料制品的生產(chǎn)從塑料原料的生產(chǎn)到塑料制品的生產(chǎn)，包含了三個生產(chǎn)過程，第一生產(chǎn)過程是從原料經(jīng)過聚合反應生成合成樹脂；第二生產(chǎn)過程是加入助劑混合得到塑料，即為生產(chǎn)塑料制品的原材料；第三生產(chǎn)過程是根據(jù)塑料性能，利用各種成型加工手段，使其成為具有一定形狀和使用價值的塑料制品。生產(chǎn)中一般第一過程和第二過程屬于塑料生產(chǎn)部門，通常由樹脂廠來完成。第三過程屬于塑料制品生產(chǎn)部門。但對于大型塑料制品生產(chǎn)廠家，為了滿足塑料制品的多樣性要求，生產(chǎn)中也有將第二過程歸入塑料制品的生產(chǎn)范圍。即以合成樹脂作為原材料，添加助劑后，再成型加工。2.2塑料制品在生活和生產(chǎn)中的重要性

塑料成型工業(yè)自1872年開始到現(xiàn)在已度過仿制、擴展和變革的時期。塑料成型是把塑料原材料加熱到一定溫度注入到具有一定形狀和尺寸的模具中，待其冷卻后，獲得塑料制品的過程。塑料成型工藝與模具是一門在生產(chǎn)實踐中逐步發(fā)展起來，又直接為生產(chǎn)服務的應用型技術科學，是一種先進的加工方法。它研究的主要對象是塑料和塑料制成塑料制品所采用的模具。模具是鑄造、鍛壓、沖壓、塑料、玻璃、粉末冶金、陶瓷等行業(yè)的重要工藝 裝備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛的采用各種模具進行產(chǎn)品生產(chǎn)，模具的設計和制造水平在很大程度上反映和代表了一個國家機械工業(yè)的綜合制造能力和水平。塑料模是模具的一種，是指用于成型塑料制件的模具，它是一種行腔模具的類型。

三、注射成型工藝的優(yōu)缺點

3.1 優(yōu)點 ①成型周期短；

②能一次成型外形復雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件； ③的塑料對成型各種塑料的適應性很強； ④生產(chǎn)效率高易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)； 3.2缺點

①生產(chǎn)大面積結構制件時，高的熔體粘度需要高的注塑壓力，高的注塑壓力要求大的鎖模力，從而增加了機器和模具的費用；

②生產(chǎn)厚壁制件時，難以避免表面縮痕和內部縮孔，塑料件尺寸精度差；

③加工纖維增強復合材料時，缺乏對纖維取向的控制能力，基體中纖維分布隨機，增強作用不能充分發(fā)揮；

④注射成型設備價格及模具制造費用較高，不適合單件及較小的塑件的生產(chǎn)；

四、塑料制品成型新工藝方法

塑料成型加工是將塑料原料轉變成具有使用價值的制品的過程。傳統(tǒng)的成型工藝有擠出、注射、吹塑、壓延、涂覆、層壓、傳遞成型 等。至今這些技術已經(jīng)發(fā)展和運用的相當成熟，且應用得非常普遍。隨著塑料制品應用日益廣泛，人們對塑料制品精度、形狀、功能等提出了更高的要求。傳統(tǒng)的成型工藝已難以適應這些要求，這就迫使人們在不斷改進傳統(tǒng)的成型工藝的基礎上，采用新思想、新技術開發(fā)新的成型工藝已滿足不同應用領域的需求。目前成型工藝的發(fā)展趨勢主要是節(jié)能、節(jié)約原材料、提高成型效率、改進制品性能、提高其附加值。塑料制品目前的新工藝方法主要有：低壓注射、熔芯注射、動態(tài)保壓注射、微孔塑料擠出及潤滑擠出等塑料成型工藝。

五、擠出成型新工藝的發(fā)展及前景

5.1新型擠出混煉技術與設備的開發(fā)

目前，國際上用于高分子材料共混改性的新型混煉設備主要有三大類：同向平行雙螺桿擠出機、往復移動式螺桿混煉機和串聯(lián)式磨盤擠出機。其中小型同向平行雙螺桿擠出機國內已能生產(chǎn)，但萬噸級大型混煉擠壓造粒機組全部要依靠進口。同時，往復移動式螺桿混煉機和串聯(lián)式磨盤擠出機是制備高填充、高附加值高聚物合金的必要裝置，目前國內對他們的研制剛剛處于樣機階段，規(guī)格不多，品種不全，具有廣闊的發(fā)展前景。

大口徑管材擠出的異向平行雙螺桿擠出機組、鋼塑復合管擠出機組和大型雙臂波紋管擠出成型機組及特種塑料管材專用擠出機組的開發(fā)研究。復合擠出成型技術和設備的開發(fā)研究。最近，多層共擠的超寬土工模、包裝用的拉伸拉幅平模、建筑用的復合瓦楞板、芯層發(fā)泡紙板材和管材的市場需求量很大，與此相關的成型技術和裝備的開 發(fā)研究必須引起足夠的重視。5.2壓縮成型新工藝的發(fā)展及前景

（1）由單一性技術向組合性技術發(fā)展，如注射-拉伸-吹塑成型技術和擠出-模壓-熱成型技術等；

（2）由常規(guī)條件下的成型技術向特殊條件下的成型技術發(fā)展，如超高壓和高真空條件下的塑料成型加工技術；

（3）由基本上不改變原有性能的保質成型加工向賦予塑料型新性能的變質性成型加工技術發(fā)展，如發(fā)泡成型、借助電子束與化學交聯(lián)機使熱塑性塑料在成型過程中進行交聯(lián)反應的交聯(lián)擠出等；（4）為提高加工精度、縮短制造周期，在模具加工技術方面更廣泛地應用仿形加工、數(shù)控加工等；

（5）廣泛應用模具新材料。模具材料的選用直接影響到模具的加工成本、使用壽命以及塑料制品的成型質量等，因此，國內外已開發(fā)出許多具有良好使用性能、加工性能，熱處理變形小的新型塑料模具鋼，如預硬鋼、新型淬火回火鋼、馬氏體時效鋼、析出硬化鋼和耐腐蝕鋼，經(jīng)過試用，均取得了較好的技術和經(jīng)濟效果。

（6）CAE技術將在注塑領域發(fā)揮越來越重要的作用，其本身也隨著注塑技術的發(fā)展要求而更加完善、實用、方便。

在塑料成型生產(chǎn)過程中，先進的模具設計、高質量的模具制造、優(yōu)質的模具材料、合理的加工工藝和現(xiàn)代化的成型設備都是成型優(yōu)質塑件的重要條件。一副優(yōu)良的注射模具可以成型上百次，一副優(yōu)良的壓縮模具可以成型25萬次，這與上述因素有很大關系。考察國內外模具工業(yè)的現(xiàn)狀及我國國民經(jīng)濟和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中模具地位，從塑料模具的設計理論、設計實踐和制造技術出發(fā)，塑料成型技術大致有以下幾個方面的發(fā)展趨勢。

六、新工藝方法的加工適應性和可行性

在自然界對于一般的低分子化合物而言，在常溫下其聚集狀態(tài)可呈三態(tài)，即氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。然而，對于非結晶線性高聚物而言，由于其分子量巨大且分子結構的連續(xù)性，所以他們的聚集狀態(tài)是在不同的件下，以獨特的三種形態(tài)存在的。

七、參考文獻

[1] 屈華昌.塑料成型工藝與模具設計.北京：機械工業(yè)出版社，2007.8

[2] 中國機械工業(yè)教育協(xié)會 塑料模設計及制造.北京:機械工業(yè)出版社 2001.8 [3] 徐平原.塑料套管樁在申嘉湖杭高速公路軟基中的應用[J].路基工程.2009(05)

[4] 劉靜.生活塑料廢棄物危害及其管理政策的評估[J].環(huán)境與健康雜志.2006(04)

[5] 趙蓓蓓.初探塑料模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].2009,(34).