复合材料成型工艺简述

  复合材质成型工艺是复合材料工业生产的发展趋势基本和标准。伴随着复合材质主要用途的扩宽，复合材质工业生产获得快速发展趋势，其初始的成型工艺日渐健全，新的成型方式层出不穷，现阶段高聚物基复合原材料的成型方式已经有很多种多样，并顺利地用以工业化生产 。

  高聚物基复合材质的功能在化学纤维与环氧树脂管理体系明确后，关键决策于成型工艺。

  成型工艺主要包含下述2个层面：

  　　一是成型，将要预浸料料按商品的规定，铺置成一定的样子，一般便是商品的样子;

  　　二是干固，即把已铺置成一定形态的层叠预浸料料，在溫度、時间和工作压力等原因危害下使样子固定不动出来，并能做到期望的功能规定。

  •（1）玻璃钢模具成型工艺--干法铺层成型法；

  •（2）喷出成型工艺；

  •（3）环氧树脂传送橡塑制品成型（RTM技术性）；

  •（4）袋压法（工作压力袋法）成型；

  •（5）真空包装袋压成型；

  •（6）热压罐成型；

  •（7）液压机釜法成型；

  •（8）热变形橡塑制品法成型；

  •（9）隔层构造成型；

  •（10） 模压成型（ ** C塑胶板材、BMC块状）；

  •（11） 持续家具板材成型；

  •（12） 环氧树脂铸造成型；

  •（13）热挤压成型工艺；

  •（14） 持续缠绕成型；

  •（15） 注入成型工艺；

  •（16） 挤压成型工艺；

  •（17） 离心式铸造制管成型；

  挑选成型工艺方式的标准

   挑选成型方式时，务必互相达到原材料特性、产品品质和经济收益等各种要素，实际包含：

   1.商品的外观设计结构和规格尺寸

   2.商品功能和品质规定（如原材料的有机化学特性、商品的硬度及外表粗糙度等）

   3.生产制造大批量的尺寸及供货時间（容许的生产周期）

   4.公司可供应的机器设备标准及资产

   5.综合性经济收益

  一、玻璃钢模具成型

  手糊成型又被称为触碰成型。是用化学纤维提高原材料和环氧树脂胶液在模貝铺上敷成型，在室内温度或加温无压（或低电压）标准下干固，脱模成制品的工艺方式。

  工艺特性：

   玻璃钢模具成型工艺又被称为触碰成型，是环氧树脂基复合材质生产制造中最开始应用和运用广泛的一种成型方式。玻璃钢模具成型工艺是以手工劳动为主导，工业设备作用较少，它以不饱和脂肪聚氨酯树脂或环氧树脂胶等为基材原材料将提高原材料粘接在一起的一种成型方式。

   玻璃钢模具成型实际操作尽管简易，但针对实际操作工作人员的操作技能规定较高。它要求作业者要有用心的工作责任心、娴熟的操作方法和充实的实际操作工作经验。对产品构造、原材料特性、模貝的表层处理、橡胶衣品质、含胶量操纵、提高资料的裁掉和铺设、商品薄厚的匀称性及危害产品品质的多种因素都需要有较为全方位的掌握，尤其是实际操作中发生异常情况的辨别和解决，不仅必须有充足的社会经验，还需要有一定的化学知识和具有一定的建筑识图工作能力。

  工艺步骤

  玻璃钢模具成型工艺的优势

  （1）模貝低成本，非常容易维护保养、机器设备项目投资少、越马快；

  （2）生产现场管理时间短速度快，实际操作简单、通俗易懂易懂；

  （2）不会受到商品规格和样式的限定，适用总数少、种类多、样子简洁的设备或大中型 商品；

  （3）可按照设备的制定规定，在不一样位置随意加肋，操作灵活性大；

  （4）环氧树脂基材与提高原材料可推行合理配置，还可以与其他原材料（如泡沫塑料、轻木、蜂 窝、金属材料等）复合型成制品。

  （5）室内温度干固、自然压成型。

  （6）可加五颜六色橡胶衣层，以得到多种多样的光亮表层实际效果。

  玻璃钢模具工艺的不足之处是：

  （1）生产率低，劳动效率大，工作环境标准差；

  （2）产品品质可靠性差，受人的原因危害大；

  （3）生产车间占地总面积大，必须优良的通风降温设备。

  制品脱模

  当商品干固至脱模抗压强度时即可脱模，一般在常温当然干固24个小时以上。依据采用的环氧树脂干固管理体系来明确脱模机会。若选用机械设备脱模要确保安全，若选用人力脱模可以用木楔子等比玻璃钢防腐原材料强度小的原材料脱模，脱模时要留意不损害模貝和商品，严禁猛击或重摔模貝。

   脱模是手糊玻璃钢防腐制品工艺中主要的工艺流程。脱模的优劣可以直接影响到商品的品质和压铸模具的高效运用。自然，脱模的优劣还决定与注塑模具的设计方案；模貝的外表光滑度；脱模剂和粉刷的实际效果；除此之外还在于脱模的技术性。

   玻璃钢模具玻璃钢防腐制品一般选用气脱，顶脱、水脱等方式。

  （1）空气压缩脱模

   气脱将要气嘴事前安裝在注塑模具上，假如气嘴根据橡胶软管与打气泵相接，脱模时根据气嘴，将空气压缩压进模貝与设备的页面间隙中，伴随着空气压缩的持续进到就可以将商品顶出去。打击时可以用橡皮擦锤轻轻地敲击出气孔处，使空气快速进到。该脱模方式对大规模商品十分合理。

  （2）出模设备脱模

   出模脱模是将顶出件事前糊制在注塑模具上，脱模时旋转丝杆，顶出块即向外挪动，进而将商品出模。该法对薄壁商品更合理。

  （3）压力脱

   即在气嘴中引入0.4～0.6MPa的水，还可以将商品脱掉，由于水可以融解脱模剂，例如选用丙烯酸乳液脱模剂。构造简易的商品无须安裝脱模件，商品干固后用铲刀沿扁轻轻地砸开就可以脱掉。

   脱模时千万别用锤子用劲敲击模貝，因非常容易将商品和压铸模具的橡胶衣振裂。

   下表 疑胶和后干固中间的间隔时间对特性的危害

  以上 是环氧树脂疑胶到逐渐开展后干固解决中间间隔時间长度对制品特性的危害，从表可以看得出，假如从环氧树脂疑胶到逐渐开展后干固解决中间间隔時间越长，那麼吸水性越小，常用制品的功能也就越好。

   玻璃钢模具成型工艺是一种心态商品。应当再度注重的是，玻璃钢模具玻璃钢防腐在较大水平上是工作人员密集式，但取决于人的技术性 ，彻底在于人的逻辑思维。这不但必须不断实践活动，精雕细琢，还应把握复合材质结构力学，分析化学的基础理论，把握产品结构设计、工艺工艺美术的方式；玻璃钢防腐可以当作是由各种各样原材料构成的一个复合结构，而这类构造遭受工艺全过程中的多种因素危害，因而，玻璃钢模具成型看上去方式简易，不用太多的机械设备和专用工具。但玻璃钢模具成型刚好是工艺规定严苛、必须娴熟实际操作工艺的并不容易的工艺方式。因此，玻璃钢防腐的生产制造，不但要充分考虑操作步骤，还需要在意全过程和每个要素的对接，也就是生产线的整体规划及布局，及其别的协助服务设施的配备，这也是至关重要的原因之一。

  二、喷出成型

  喷射成型 一般是将各自混有硫化促进剂和引发剂的不饱和脂肪聚氨酯树脂从喷漆枪两边（或在喷头内混和）喷出来，与此同时将玻纤无捻粗纱用自动切割机断开并由喷漆枪核心喷出来，与环氧树脂一起匀称堆积到模貝上。待堆积到一定薄厚，拿手辊挤压成型，使化学纤维浸湿环氧树脂、夯实并去除汽泡，最终干固成制品 。

  •喷出成型的优势：

  •①用玻璃纤维粗纱替代纺织物，可减少原材料成本费；

  •②生产率比手糊的高2～4倍；

  •③商品全面性好，无缝，固层剪切强度高，环氧树脂成分高，耐腐蚀、耐漏水性好；

  •④可降低毛边，裁料屑及剩下黏剂的耗费；

  •⑤商品规格、样子不受到限制。

  •其缺陷为：

  ①环氧树脂成分高，制品抗压强度低；

  • ②商品只有保证单层光洁；

  ③环境污染，有危害职工身心健康。

  喷出成型高效率达15kg/min，故合适于大中型船壳生产制造。已普遍用以生产加工澡盆、设备罩壳、整体卫生间，车辆车体预制构件及大型浮雕制品等。

  喷出成型工艺步骤

  三、模压成型—— ** C

  •块状模压料（Sheet Molding Compound, ** C）是由环氧树脂糊预浸化学纤维或短切纤维毡，两侧遮盖聚乙烯塑料而制作的一类块状模压料，归属于预浸料毡料范畴。是现阶段世界上运用最普遍的成型原材料之一。

   模压机

  • ** C做为一种新材料，依据实际主要用途和规定的差异又发展趋势出一系列优良品种，如BMC、TMC、HNC等。①块状模压料（BMC） 其构成与 ** C极其类似，是一种改进版的预混块状模压料，可用以模压和挤压成型。二者的差别仅取决于原材料特性和制做工艺上。

   ** C的基本上构成： ** C是用饱合聚氨酯树脂、增粘剂、引发剂、偶联剂、低缩水率添加物、填充料、内脱模剂、添加剂等混合物质预浸短切玻璃纤维或玻纤毡，两表层再加上防护膜（高压聚乙烯或聚丙稀塑料薄膜）产生的块状模压成型正中间原材料。

   应用时去除塑料薄膜,按规格剪裁,随后开展模压成型。

   ** C的类型：

   ** C——块状模塑胶（0.63cm厚，1/4英尺）

  BMC——小块模塑胶

  TMC——厚块状模塑胶 （5.08cm厚，2英尺）

   模压成型工艺优势

  　　模压成型工艺有较高的生产率，制品规格精确，表面光洁，大部分构造繁琐的制品可一次成型，不用二次生产加工，制品外型及宽度的重复好，非常容易完成专业化和自动化技术等。

  模压成型工艺缺陷

   冲压模具生产制造繁杂，压力机及模貝项目投资高，制品规格受机器设备限定，一般只合适生产制造大批量大的中、中小型制品。

   模压成型工艺已变成复合材质的关键成型方式，在各种各样成型工艺中常占占比仅次玻璃钢模具/喷出和持续成型，居第三位。

  　　近些年伴随着系统化、自动化技术和生产率的提升，制品成本费持续减少，应用范畴更加普遍。

  模压成型工艺的归类（按提高原材料物态和模压料种类归类）

  （1）涤纶短纤维料模压法

   环氧树脂预混或预浸料短切化学纤维，随后模压成型制品。

  （2）毡料模压法

   持续化学纤维预浸料毡裁剪成所需样子后开展模压。

  （3）碎面料模压法

   将预浸料胶带边角余料裁成碎渣放进模貝，碾成制品。

  （4）压层模压法

   将事先预浸好环氧树脂的玻璃纤维布或毡，裁成所需样子，重叠铺装放进模貝开展模压。

  （5）缠绕模压法

   将浸胶的玻纤或布条缠绕在实体模型上，再在金属材料对模中模压。

  （6）纺织物模压法

   将事先织出所需样子的二维或三维纺织物，经环氧树脂预浸后开展模压。

  （7）定项铺装模压法

   将单边预预浸布或化学纤维，定项铺装，开展模压。

  （8）预成型坯模压法

   先将短切玻璃纤维做成制品样子（预成型坯），嵌入模貝，添加环氧树脂后开展模压。

  （4）块状模塑胶模压法

   将 ** C塑胶板材（块状模塑胶），经裁剪，铺层，随后开展模压。合适于大中型制品的生产加工（例车辆机壳，浴盆等），此工艺方式优秀，发展趋势快速。

   ** C塑胶板材（块状模塑胶）：是用聚氨酯树脂做为粘接剂预浸短切化学纤维或毡片，经增稠后获得块状模塑胶。

   ** C工艺步骤

  四、压层成型

  层压成型工艺，是把一定叠加层数的浸胶带(纸)叠在一起，送进双层油压机，在一定的环境温度和工作压力舒张压做成家具板材的工艺。

   压层成型工艺归属于干式工作压力成型范围，是高分子材料的一种关键成型工艺。

   压层成型工艺生产制造的制品包含各种各样绝缘层材料板、人工合成木工板、塑胶贴面板板材、覆铜泊玻纤板等。

  压层成型工艺的特点是制品表面光洁、生产制造的机械自动化、自动化技术程度高、产品品质平稳，及其生产率较高。

   压层成型工艺的不足之处是只有生产制造家具板材，且商品的规格尺寸受机器设备的限定。但一次性项目投资比较大，合适于大批量生产。

  压层成型工艺步骤

  五、缠绕成型工艺

  缠绕成型法基本原理

  化学纤维缠绕工艺是环氧树脂基复合材质的关键生产制造工艺之一。是一种在控制支撑力和预订线形的前提下，运用专业的缠绕机器设备将持续化学纤维或布条预浸环氧树脂胶液后持续、匀称且有规律性地缠绕在芯模或里衬上，随后在一定溫度自然环境下使之干固，变成一定样子制品的复合材质成型方式。

   运用持续化学纤维缠绕技术性制做复合材质制品时，有这两种不一样的方法可选择：

  　　干法缠绕：将无捻粗纱经浸胶后立即缠绕到芯模上的成型工艺全过程。

   特性：不用预预浸机器设备，设备项目投资少；有利于组材；纱片品质及支撑力需严控，干固的时候容易造成汽泡。

  　　干式缠绕：将预浸料纱带（或预浸布），在缠绕机里经加温至粘流情况并缠绕到芯模上的成型工艺全过程。

   特性： 制品品质平稳（含胶量、规格等）；缠绕速度更快（100～200m/min）; 环境与健康标准好；预浸料机器设备项目投资大。 现阶段广泛选用前面一种。

  归类

  •干式缠绕：采用预浸料纱带（或布条），在缠绕机里经加温变软至粘流后缠绕到芯模上。

  •干法缠绕：将无捻粗纱（或布条）预浸环氧树脂胶液后立即缠到芯模上。

  •半干法脱硫缠绕：将无捻粗纱（或布条）预浸环氧树脂胶液，预烘后随后缠绕到芯模上。

   干法缠绕

  缠绕成型工艺的优点和缺点

  优 点

  •工艺全过程快速

  •自动化技术水平高

  •可以操纵环氧树脂成分

  •降低化学纤维的消耗

  •化学纤维的含量高，较高的结构特性

  缺 点

  •制品的径向提高较为艰难

  •芯模和设施较贵

  •商品样子遭受工艺限定

  六、热挤压成型

  拉挤成型基本原理

  热挤压成型工艺是根据牵引带设备的持续牵引带，使纱架子上的无捻玻纤粗纱、毡材等提高原材料经胶液预浸，根据体现了固定不动横截面样子的加温模貝后，在磨具中干固成型，并完成持续出模的一种自动化生产工艺。

  热挤压成型工艺中，最先将预浸过环氧树脂胶液的持续皮质脊髓束或带条状纺织物在牵引带设备功效下根据成型模而定形；

  次之，在模中或固化炉中干固，做成具备特殊截面样子和长短不受限的复合材质，如管件、棒料、槽铝型材、工字形材、方铝型材等。

  　一般情形下，只将预制品在成型模中加温到预干固的水平，最终干固是在加温箱中完成的。

  对于固定截面尺寸的玻璃钢制品而言，拉挤工艺具有明显的优越性。首先，由于拉挤工艺是一种自动化连续生产工艺，与其它玻璃钢生产工艺相比，拉挤工艺的生产效率最高；其次，拉挤制品的原材料利用率也是最高的，一般可在95％以上。另外，拉挤制品的成本较低、性能优良、质量稳定、外表美观。由于拉挤工艺具有这些优点，其制品可取代金属、塑料、木材、陶瓷等制品，广泛地应用于化工、石油、建筑、电力、交通、市政工程等领域。

  拉挤成型工艺具有许多特点：首先体现在自动化程度和原材料利用率较高，生产效率显著，制品性能优异，尺寸、质量稳定：其次制品表面平滑美观、形状的可设计性非常强；环境污染较小。基于拉挤成型工艺的独特性能，因此可以取代金属、塑料、木材、陶瓷等制品，广泛应用于化工、石油、建筑、电力、交通、娱乐、市政工程等领域。典型的产品有：槽钢、工字钢、各种形状的实芯杆和空芯杆、地铁护罩、基板、抽油杆、格栅、绝缘杆、钓鱼杆、帐篷杆及电工梯等。

  在拉挤成型工艺中，目前常用的方法如热熔涂覆法和混编法。

   热熔涂覆法是使增强材料通过熔融树脂，浸渍树脂后在成型模中冷却定型；

   混编法中，首先按一定比例将热塑性聚合物纤维与增强材料混编织成带状、空芯状等几何形状的织物；

  　　然后，利用具有一定几何形状的织物通过热模时基体纤维熔化并浸渍增强材料，冷却定型后成为产品。

  拉挤成型的优点

  ①生产效率高，易于实现自动化；

  ②制品中增强材料的含量一般为40％--80％，能够充分发挥增强材料的作用，制品性能稳定可靠；

  ③不需要或仅需要进行少量加工，生产过程中树脂损耗少；

  ④制品的纵向和横向强度可任意调整，以适应不同制品的使用要求，其长度可根据需要定长切割。

  拉挤成型工艺的缺点

  拉挤成型工艺的缺点是产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。

  拉挤成型工艺流程

  七、注射成型工艺

  注射成型是树脂基复合材料生产中的一种重要成型方法，它适用于热塑性和热固性复合材料，但以热塑性复合材料应用最广。

  注射成型工艺原理

   注射成型是根据金属压铸原理发展起来的一种成型方法。该方法是将颗粒状树脂、短纤维送入注射腔内，加热熔化、混合均匀，并以一定的挤出压力，注射到温度较低的密闭模具中，经过冷却定型后，开模便得到复合材料制品。

  注射成型工艺过程包括加料、熔化、混合、注射、冷却硬化和脱模等步骤。

  　　加工热固性树脂时，一般是将温度较低的树脂体系(防止物料在进入模具之前发生固化)与短纤维混合均匀后注射到模具，然后再加热模具使其固化成型。在加工过程中，由于熔体混合物的流动会使纤维在树脂基体中的分布有一定的各向异性。

  　　如果制品形状比较复杂，则容易出现局部纤维分布不均匀或大量树脂富集区，影响材料的性能。因此，注射成型工艺要求树脂与短纤维的混合均匀，混合体系有良好的流动性，而纤维含量不宜过高，一般在30％--40％左右。

  八、树脂传递成型 RTM

  •RTM（ （Resin Transfer Molding） ）是一种闭模低压成型的方法。

  •将纤维增强材料预先放在模腔内，合模后注入聚合物，再经固化成型的复合材料制品的一种成型工艺方法，又称树脂转移成型。

  •纤维增强材料有时可预先在一个模具内预成型大致形状 (带粘结剂)，再在第二个模具内注射成型。

  树脂传递成型优点：

  1)制品纤维含量可较高，未被树脂浸得部分非常少； 2)闭模成型，生产环境好； 3)劳动强度低，对工人技术熟练程度的要求也比手糊与喷射成型低； 4)制品两面光，可作有表面胶衣的制品，精度也比较高； 5)成型周期较短； 6)产品可大型化； 7)强度可按设计要求具有方向性； 8)可与芯村、嵌件一体成型； 9)相对注射设备与模具成本较低。

  树脂传递成型缺点：

  1)不易制作较小产品；

  2)因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用模具要重和复杂，价位也高一些。

  树脂传递模塑工艺（RTM）工艺应用于建筑、交通、卫生、航空航天等领域。已开发的产品有：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、浴盆、淋浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话厅、电线杆、小型游艇、导弹包装箱等。

  典型产品：小型飞机与汽车零部件、客车座椅、仪表壳。

  由于版面篇幅原因，所有成型工艺不能逐一介绍……