纖維增強高分子復合材料的制備

1、第十三章纖維增強高分子復合材料的制備第一節(jié)概述聚合物基復合材料成形通常有一步法與二步法之分。一步法是由纖維、樹脂等原材料直接混合浸漬，一步固化成形形成復合材料。二步法則是預先對纖維樹脂進行混合浸漬加工，使之形成半成品，再由半成品成形出復合材料制品。一步法工藝簡便，設備簡單，但溶劑、水分等揮發(fā)物不易去除，裹入制品形成孔洞，樹脂不易分布均勻，在制品中形成富膠區(qū)和貧膠區(qū)，嚴重時會因纖維浸漬不好而出現(xiàn)“白絲”現(xiàn)象，生產(chǎn)效率低，環(huán)境惡劣。針對一步法的缺點，預先將纖維浸漬樹脂，或纖維樹脂預先混合，經(jīng)過一定處理，使浸漬物或混合物成為一種干態(tài)或稍有粘性的材料，即半成品材料，再用它成形復合材料制品，因此二步法又

2、稱“干法” 。二步法將浸漬過程提前，可很好地控制含膠量和解決纖維樹脂均勻分布問題。熱固性樹脂基復合材料制品典型的生產(chǎn)工藝過程如圖 13-l 所示，在準備工序中增加半成品制備工藝環(huán)節(jié)，由專業(yè)化廠或車間生產(chǎn)，生產(chǎn)出的半成品貯存?zhèn)溆??？梢姲氤善肥菑秃喜牧险麄€生產(chǎn)過程中的一種中間材料，也即是復合材料成形用的一種特殊種類的原材料。由原材料經(jīng)過一定的加工制成干態(tài)或半干態(tài)的半成品材料的過程，即半成品制備工藝，也與成形加工一樣是復合材料工藝的內(nèi)容。早期制造復合材料都是采用一步法（又稱“濕法” ）工藝，如成形模壓制品是先將纖維或織物置于模具中，倒入配好的樹脂膠液后加壓成形。在半成品制備過程中烘去溶劑、水分和低分

3、子組分，降低了制品的空隙率，也改善了復合材料成形作業(yè)的環(huán)境。通過半成品的質(zhì)量控制，確保復合材料制品的質(zhì)量。第二節(jié)高分子復合材料半成品的制備高分子復合材料， 常常是預先將纖維等添加劑與樹脂混合制成成形用材料 （半成品），然后再經(jīng)壓制、注射等成形操作獲得。對熱塑性塑料，習慣上把這種成形用材料叫做粒料；熱固性塑料，叫做模塑料；對連續(xù)纖維增強塑料即復合材料，則稱為預浸料。它們是由樹脂制成塑料或復合材料制品的重要中間環(huán)節(jié)，其質(zhì)量直接影響著成形工藝條件及產(chǎn)品的性能。本節(jié)簡要介紹幾種纖維增強半成品的制造方法。1一、纖維增強熱塑性塑料粒料的制造方法纖維增強熱塑性模塑料是粒狀形式的半成品，適宜高效率的注射模塑成

4、形。制造纖維增強粒料的工藝方法很多，其目的是將體積龐大、結構松散的玻璃纖維加到基體樹脂中去，形成均勻分散的粒狀材料。熱塑性增強粒料有長纖維型和短纖維型兩種。1長纖維型粒料的制造工藝長纖維型粒料一般采用電纜包覆法制造，其工藝流程如圖13-2 所示。 玻纖粗紗通過十字形擠出機頭（或在聚合釜出料口安裝包覆機頭），被熔融樹脂包覆，經(jīng)冷卻、牽引、切粒而成。長纖維粒料，由于樹脂包覆差，纖維分布不均勻，粒料硬度不高，僅適宜于螺桿式注射機成形。在成形時依靠螺桿的混合作用，使纖維均勻地分散于樹脂之中。市售長纖維粒料有三種截面結構形式，如圖 13-3 所示，（ a）玻璃纖維成一大束包于粒子中，包覆不緊，切粒時易拉

5、毛，玻璃纖維易飛揚，注射成形時不利于玻璃纖維的均勻分散；（ b）玻璃纖維成幾小束分散于四周，雖然玻璃纖維分散了，但纖維過于靠近粒子周圍邊上，樹脂包覆力不夠，在切粒時也容易起毛，至使纖維飛揚；（ c）玻璃纖維成幾小束包于粒子中，是最理想的結構形成，玻璃纖維分散得好，且周圍樹脂較厚，粒子包覆較結實，因而粒子端面平整，玻璃纖維不易被拉毛及飛揚。22短纖維型粒料的制造工藝短纖維型增強粒料， 是為解決高熔融粘度樹脂的長纖維型粒料， 因纖維在樹脂中分散不好，易引起制品性能和外觀不理想而產(chǎn)生的，所以也稱分散型增強粒料。它是先將短切纖維和樹脂初混合，再經(jīng)螺桿擠出機混煉，纖維被折斷，以長度約為 0.25 0.5

6、mm 的短纖維形式，均勻地分散于樹脂中， 其工藝流程圖如 13-4 所示。短纖維型粒料具有較好的成形加工性和表面平滑性，用柱塞式和螺桿式注射成形機均可成形。但由于纖維在造粒時磨損嚴重、長度短，制品強度不高。由于短纖維型粒料的加工流動性較好，它適合于制造壁薄和形狀復雜的制品。二、短纖維增強熱固性模塑料的制造方法纖維模塑料即短纖維預浸料，它是由樹脂漬短纖維經(jīng)過烘干制成，因通常用于模壓工藝，故稱之為模塑料。所用樹脂主要是酚醛樹脂，還有氨基樹脂、不飽和聚酯樹脂、有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂等。所用纖維主要是玻璃纖維，還有棉纖維、石棉、有機纖維、碳纖維等。根據(jù)不同的纖維和不同的樹脂，其模塑料的制造方法也是多種多

7、樣的，但概括起來，最主要的制造方法有兩大類，即：預混法和預浸法、擠出法。1預混法制造短纖維模塑料預混法是將短纖維（如棉纖維、石棉纖維等）或切成1050mm 長的纖維（如玻璃纖維、合成纖維等）與一定量的膠液混合均勻，再經(jīng)撕松、烘干而制成模塑料的工藝方法。一般為間斷操作，其生產(chǎn)工藝流程如圖13-5 所示。這種模塑料的特點是：纖維較松散而無定向，流動性3好，宜做形狀復雜的小型模壓制品。但在制造過程中纖維的強度損失較大，不宜制做強度要求很高的模壓制品。模塑料均勻性較差，比容大，壓模要有較大的裝料室，裝模困難，勞動條件差。浸漬與混合批量小時可用手工反復搓揉，批量大時需采用 Z 型捏合機。對于棉纖維則先把

8、捏合物在壓機上加壓處理，壓榨物料在輥壓機上輥壓后，再在盤式混合機（即輪碾機）上研碾混合。撕松的作用是將捏合成團的物料蓬松，大批量生產(chǎn)時采用撕松機完成。撕松的預混料在室溫下晾置，等大部分溶劑揮發(fā)后，再進行烘干處理，使揮發(fā)分進一步揮發(fā)掉，同時使樹脂進行一定程度的預聚。2預浸法制造短纖維模塑料預浸法是將連續(xù)纖維束整束通過膠槽、浸漬，再經(jīng)刮膠輥后，在烘箱中烘干，切割成所需長度單向纖維模塑料的工藝方法。這種方法為連續(xù)生產(chǎn)法。其模塑料的特點是成束狀，比較緊密。生產(chǎn)過程中纖維損傷較少，質(zhì)量均勻，比容小，模具不需較大的裝料室，裝料簡單，在裝料時易于按制品受力狀態(tài)進行物料的鋪設。因此用這種方法制得的模塑料易制造

9、形狀較復雜的高強度模壓制品。預浸料的日生產(chǎn)量一般比預混法低，而且模塑料的流動性及料束間的互溶性較差。預浸法亦分為手工預浸法和機械預浸法兩類。機械預浸法一般采用連續(xù)無捻粗紗，纖維不像預混法那樣受到捏合和蓬松、撕松過程的強力攪動，因而纖維的原始強度不會嚴重損失。該方法的機械化程度較高，操作簡單，勞動強度小，設備簡單，易于制造，可連續(xù)化生產(chǎn)。預浸、預混法模塑料的質(zhì)量指標主要有樹脂含量、揮發(fā)分含量和不溶性樹脂含量；制備工藝過程中主要控制樹脂溶液粘度、纖維和短切長度、浸漬時間、烘干條件等因素。3擠出法制造短纖維模塑料擠出法采用螺桿擠出機生產(chǎn)，克服了上述預浸、預混方法采用膠液浸漬使用大量有機溶劑的缺點，改

10、善了勞動衛(wèi)生條件，降低了成本。其產(chǎn)品質(zhì)量均勻穩(wěn)定，生產(chǎn)可以連續(xù)化、自動化。缺點是玻璃纖維在螺桿中被磨損、被剪斷的情況較嚴重，從而降低了塑料的強度。該法適用于在生產(chǎn)過程無需排除低分子物的玻璃纖維模塑料，如DAP （鄰苯二甲酸二烯丙基酯）玻璃纖維模塑料的生產(chǎn)。 其生產(chǎn)方法是： 將預先粉碎的DAP 預聚體和其它組分按配方初步混合后，再與玻璃纖維混合，連續(xù)地加到單螺桿擠出機中。在加熱及剪切摩擦熱的作用下，樹脂熔融，借助螺桿的轉動使各組分充分浸漬并混合均勻；將熔融物擠出成條狀物，經(jīng)冷卻切割，即得到DAP玻璃纖維模塑料。三、片狀模塑料SMC 的制造方法片狀模塑料（sheet moulding compou

11、nd ），是 20 世紀 60 年代發(fā)展起來的一種干法制造聚酯玻璃鋼的新型模塑料。它是用多組分的不飽和聚酯樹脂糊充分浸漬短切玻璃纖維（或氈），并在上下面覆蓋聚乙烯薄膜而獲得的片狀夾芯形成的模塑料。樹脂糊包含不飽和聚酯樹脂、引發(fā)劑、4化學增稠劑、低收縮添加劑、粉狀模料、顏料、脫模劑等。增強材料一般都是無捻玻璃粗紗，其短切長度 20 50mm。上下覆蓋的聚乙烯薄膜能防止空氣、灰塵、水汽等對材料的污染和交聯(lián)劑苯乙烯的蒸發(fā)。使用 SMC 時，只需撕掉兩面的聚乙烯薄膜，按制備相應尺寸裁切、疊層，然后放人模具中加溫加壓固化，即得到所需要的制品。片狀模塑料中，樹脂系統(tǒng)（包括聚酯樹脂、引發(fā)劑、增稠劑、低收縮添

12、加劑、脫模劑、阻聚劑等）約占 30；填料占 40左右；玻璃纖維占 30。色白的 CaCO3 吸油率低，是 SMC 最常用的增量性填料，它的使用，大大降低了材料的成本，并降低模塑料收縮率，改善了制品表面質(zhì)量。水合氧化鋁為阻燃性填料，同時可改善制品的耐水性和電絕緣性。樹脂“增稠”多用 MgO 或 Ca（OH ） 2，它們以配位絡合物的形式使樹脂的相對分子質(zhì)量增大，并不促進其膠凝。低收縮添加劑一般用熱塑性樹脂如聚乙烯、聚苯乙烯、氯乙烯一醋乙烯酯共聚物。片狀模塑料的生產(chǎn)工藝流程如圖 13-6 所示，制造 SMC 的設備示意如圖 13-7 所示。首先將樹脂和填料等組分預先充分混合，制成樹脂糊。樹脂糊制備

13、有兩種方法：批混合法和連續(xù)混合計量法。批混合法是將樹脂和除增稠劑外的各組分依次攪拌混合，最后加入增稠劑，混合后經(jīng)過計量即由混合泵輸送到傳送帶或承載膜上。批混合制成的樹脂糊受30min 貯存壽命的限制，時間過長，則樹脂開始快速增稠，影響對玻璃纖維的浸漬，因此適于試驗性或小批量生產(chǎn)。采用連續(xù)混合計量法時，先將樹脂糊按增稠劑和樹脂分開成兩部分單獨制備，然后通過計量裝置經(jīng)過一個靜態(tài)混合器，直接按比例將兩部分連續(xù)混合并喂到制片機組的上糊區(qū)。連續(xù)混合計量法能保證在機組切割沉降點處樹脂粘度的近似不變。將樹脂糊輸送到上層和下層聚乙烯薄膜上，并通過刮刀均勻刮平至一定厚度，然后連續(xù)玻纖粗紗經(jīng)過切割器短切，均勻沉降

14、在下層薄膜的樹脂糊上，同時用刮涂有樹脂糊的上層薄膜覆蓋，形成樹脂糊短切玻璃纖維樹脂糊夾層材料，再通過一系列壓力輥的揉捏作用，使樹脂浸透纖維并驅(qū)除團集于夾層內(nèi)的氣泡，將片材壓緊成均一厚度，最后收卷。片材在一定的環(huán)境條件下，經(jīng)過一定時間的熟化，使之增稠，粘度達到穩(wěn)定且適于模壓的范圍內(nèi)方可使用。SMC操作方便，模壓成形時間短，生產(chǎn)效率高，改善了成形加工工作環(huán)境和勞動條件；成形流動性好，可成形結構復雜的、或大型制品，并且制品表面質(zhì)量好；組分的種類配比可調(diào)配性好，可降低成本或使制品輕量化；玻璃纖維在生產(chǎn)和成形過程中均未損傷，長度均勻，制品強度高。5四、復臺材料成形用連續(xù)纖維預浸料的制造方法纖維預浸料，是

15、將樹脂體系浸涂到連續(xù)纖維或纖維織物上，通過一定的處理過程，所形成的一種貯存?zhèn)溆玫陌氤善罚侵圃爝B續(xù)纖維增強復合材料制品的重要中間材料。預浸料的品種規(guī)格很多，按纖維排布形式不同有織物預浸料（預浸膠布、預浸紗帶），單向纖維預浸料無緯布、預浸紗等，廣泛用于層壓、卷制、纏繞、裱糊、真空袋、熱固罐、模壓和拉擠等各種成形工藝。按樹脂類型分為熱固性樹脂預浸料和熱塑性樹脂預浸料。按纖維種類不同又有碳纖維預浸料、芳纖預浸料、玻璃纖維預浸料和棉布預浸料等。預浸料的制備方法按樹脂浸漬纖維的方法不同大致有：溶液浸漬法、熱熔浸漬和膠膜輾壓法、粉末工藝法等。1溶液浸漬法與預浸法制備短纖維模塑料一樣， 將構成樹脂的各組分

16、按預定的固體含量溶解到溶劑中去；然后纖維（紗或織物）通過樹脂溶液，粘著一定量的樹脂，經(jīng)烘干除去溶劑即得預浸料。由于采用樹脂溶液浸漬纖維，所以該法屬濕法工藝。用于層壓、卷制、布帶纏繞成形的預浸膠布多采用溶液法浸漬纖維織物獲得，其制備在臥式或立式浸膠機上連續(xù)進行。纖維織物（布）以一定速度均勻移動，首先通過熱處理爐除去水分或石蠟浸潤劑，然后經(jīng)過浸膠槽浸漬一定量的樹脂溶液，再經(jīng)過烘干爐除去大部分溶劑和揮發(fā)分，并使樹脂預固化到一定程度，最后收卷貯存。預浸布經(jīng)剪裁成窄帶后用于纏繞成形。單向纖維預浸料，根據(jù)制備設備的不同，分輥筒纏繞和陣列式連續(xù)排鋪法。輥筒纏繞法多采用濕法工藝，陣列式連續(xù)排鋪法逐漸由濕法向干

17、法發(fā)展。輥筒纏繞法工藝過程如圖 13-8 所示。連續(xù)纖維束從紗團引出，進人膠槽浸漬樹脂，經(jīng)擠膠器除去多余樹脂后，靠喂紗導器纖維紗依次整齊地環(huán)向纏繞在貼有隔離膜的輥筒上，最后沿輥筒母線切斷展開，即成單向纖維預浸料。因其緯向沒有纖維，經(jīng)紗是靠樹脂將其粘在一起的，所以也叫無緯布。該法設備簡單，操作方便，但制備的無緯布長度受輥筒直徑限制，生產(chǎn)速度較低。陣列式連續(xù)排鋪法的基本過程是：許多平行的纖維束（或織物）同時連續(xù)浸涂樹脂，經(jīng)輥壓等工序后，即成連續(xù)預浸料。該法生產(chǎn)效率高，適于大量生產(chǎn)。其濕法制造連續(xù)無緯布的主要流程如圖 13-9 所示。一定數(shù)量的紗束從紗架引出， 經(jīng)整經(jīng)平行整齊地進入裝有樹脂溶液的浸漬

18、膠槽，經(jīng)擠膠、烘干、墊鋪隔離紙和壓實，即可收卷，獲得成卷的連續(xù)預浸料。為獲得質(zhì)量合格的預浸料，必須嚴格控制環(huán)境溫度、膠液濃度、輥筒縫隙和纖維的行進速度等。62熱熔浸漬法和膠膜輾壓法干法制造預浸料有熔融法和膠膜法兩種。由于不使用溶劑，生產(chǎn)現(xiàn)場和環(huán)境無污染，也不易引起火災，節(jié)約溶劑，預浸料和揮發(fā)分含量低，制備復合材料的孔隙小。熔融法的基本工藝過程如圖 13-10 所示，借助加熱把漏槽中流出的熔融樹脂體系刮涂于隔離紙載體上，隨后轉移到經(jīng)整經(jīng)、排列整齊的平行纖維紗上，同時，纖維的另一面貼附上一層隔離紙，然后三者成一夾芯，經(jīng)熱輥后，使樹脂浸潤纖維，最后壓實收卷。圖 13-11 為膠膜法制造預浸料的工藝過

19、程圖。與熔融法相似，一定數(shù)量的紗束經(jīng)整齊排鋪后，夾于膠膜之間，成夾芯狀，再通過加熱輥擠壓，使纖維浸嵌于樹脂膜，最后加附隔離紙載體壓實，即可分切收卷。膠膜法可制備樹脂含量很低的預浸料，產(chǎn)品中樹脂分布均勻。樹脂含量和質(zhì)量受膠膜厚度、壓輥間隙和溫度影響。膠膜法對樹脂體系的工藝性要求較高， 樹脂應具有優(yōu)良的成膜性， 膠膜應有適度的柔性和粘性，較長的貯存壽命。 干法制備解決了那些樹脂體系不溶解于普通低沸點溶劑的預浸料的制造問題，成膜性和柔性通常采取添加一定量的熱塑性樹脂或較高相對分子質(zhì)量的線性熱固性樹脂獲得，同時也提高了固化樹脂的韌性。7采用織物為原料制造預浸料時，不需要排紗整經(jīng)，工序較簡單。3粉末法制

20、備預浸料粉末法又分為粉末靜電法和粉末懸浮法，主要用于制備熱塑性樹脂和高熔點難溶解樹脂的預浸料。粉末靜電法是在連續(xù)纖維表面沉積帶電樹脂粉末，用輻射加熱的方法使聚合物粉末永久性地粘附在纖維表面上。此法不會引起纖維/樹脂界面應力，也不會因聚合物在高溫下持續(xù)時間過長而導致性能退化。粉末靜電法需事先將高聚物研磨成非常細微的顆粒，其典型的粒子大小是240 m、 110 m 和 80m。采用超細顆粒的粉末，可獲得柔軟的預浸料。粉末懸浮法通常分為水懸浮和氣懸浮兩種。前者是在水中懸浮的樹脂顆粒粘附到連續(xù)運動的纖維上，后者是細度為10 20m 的聚合物顆粒在硫化床中懸浮，聚合物顆粒附著在連續(xù)的纖維上，隨即套上護管

21、，使粉末不再脫離纖維表面。圖 13 12 是粉末靜電法示意圖。8第三節(jié)高分子復合材料的成形工藝一、概述1纖維增強高分子基復合材料成形方法分類纖維復合材料成形工藝可分為以下三大類：（ 1）閉模成形：模壓成形、樹脂傳遞模塑（ RTM ）、注射成形、增強反應性注射（ RRIM ）成形。（ 2）開模成形：手糊成形、噴射成形、真空袋成形、壓力袋成形、熱壓釜成形、纖維纏繞成形、拉擠成形、離心澆鑄成形。（ 3）其它：編織、吸積（吸膠）成形。2高分子復合材料成形三要素復合材料由原材料加工出成品的整個成形過程涉及三個重要的環(huán)節(jié)：（ 1）賦形：賦形在于增強材料如何達到均勻或保證在特定的方向上排列。將增強材料“預成

22、形”是先行的賦形過程，使毛坯與制品最終形狀接近，而最終形狀的賦形則在壓力下靠成形模具完成。（ 2）浸漬：浸漬意味著將增強材料間的空氣置換為基體樹脂，形成良好的界面粘接和復合材料的低空隙率。浸漬機理分脫泡和浸潤兩部分。浸漬好壞受樹脂粘度、種類、配比和增強材料的品種、形態(tài)影響。預浸料半成品制備，已將主要浸漬過程提前，但在加熱成形過程還需進一步完善樹脂對纖維的浸漬。（ 3）固化：熱固性樹脂發(fā)生交聯(lián)的化學反應，形成三向網(wǎng)絡基體材料。熱塑性樹脂則是冷卻硬化定型的過程。各種工藝方法在工藝過程中必須共同遵守的要點有：要使纖維均勻地按設計要求分布于制品的各個部分；要使樹脂適量地均勻地分布在制品的各個部位，并適

23、當?shù)毓袒?；工藝過程中要盡最大努力減少氣泡，降低空隙率，提高制品的致密性；充分掌握所用樹脂的工藝性能，制定合理的工藝規(guī)范。整個工藝過程中，纖維是沒有什么變化，起變化的是樹脂。在初期，樹脂一般是粘度較低的液體，充分浸漬纖維，排除氣泡，在工藝過程中粘度逐漸增加，凝膠，直至固化。只有充分掌握所用樹脂配方的工藝性能，才能制定出合理的固化工藝規(guī)范，制造出質(zhì)量優(yōu)良的制品。3復合材料制品的成形特點與其它材料不同，復合材料的材料和制品是在同一個成形工藝過程中一次形成的。各種工藝方法除模壓和注射外， 都采用低壓成形， 壓力一般在 1 2MPa 以下。這給制造大型制品帶來方便，對成形設備和工藝裝備的要求降低。9一般

24、塑料制品成形時，施加壓力的作用是：使塑料產(chǎn)生流動，即克服塑料本身粘滯流動阻力和塑料與模具相對運動的摩擦阻力。排除低分子物壓緊材料，使之與模具形狀吻合，并得到致密均勻的制品。纖維復合材料制品所以能用低壓成形，主要原因是采用了如下幾點措施：（ 1）使填料預成形：很多工藝方法都預先將浸漬填料配置成接近制品形狀的坯料，或?qū)⑻盍项A成形再浸漬膠液，然后加壓壓緊。這樣在制品成形過程中，材料就無需很大的相對流動，減小了材料內(nèi)摩擦和材料與模具的摩擦力。（ 2）采用可低壓成形的樹脂配方：這類樹脂配方固化時不放出揮發(fā)性的副產(chǎn)物，或單位時間內(nèi)放出的揮發(fā)性副產(chǎn)物的量較少，從而可以降低壓制時抵抗內(nèi)部揮發(fā)物所需的一部分壓力

25、。（ 3）利用彈性介質(zhì)（如氣體）來傳遞壓力：使壓力垂直作用于制品表面，加壓效果好。二、各種成形工藝方法簡介1手糊成形工藝手糊成形指以手工作業(yè)為主成形復合材料制件的方法。手糊工藝的最大特色是以手工操作為主，適于多品種、小批量生產(chǎn)，且不受制品尺寸和形狀的限制。但這種方法生產(chǎn)效率低，勞動條件差，且勞動強度大；制品質(zhì)量不易控制，性能穩(wěn)定性差，制品強度較其它方法低。手糊成形的具體工藝過程是：先在模具上涂一層脫模劑，然后將加入固化劑的樹脂混合料均勻涂刷一層，再將纖維增強織物（按要求形狀尺寸裁剪好）直接鋪設在膠層上，用刮刀、毛刷或壓輥迫使樹脂膠液均勻地浸入織物，并排除氣泡，待增強材料被樹脂膠液完全浸透之后，

26、再涂刷樹脂混合液、鋪貼纖維織物；重復以上步驟直至完成制件糊制，然后再固化、脫模、修整、打磨飛邊。手糊成形工藝流程如圖 13-13 所示。干法手糊成形則是采用預浸料按鋪層序列層貼，獲預成形毛坯后，再用模壓或真空袋一熱壓罐成形方法固化成形。2噴射成形工藝噴射成形是通過噴射的樹脂流與短切纖維混勻，沉積在開模上，壓實固化成制件的方法，其模具的準備與材料準備等與手糊成形基本相同，主要不同點是它將手工裱糊與疊層工序變成了噴槍的機械連續(xù)作業(yè)。圖 13-14 為噴射工藝示意圖。將裝有引發(fā)劑的樹脂和裝有促進劑的樹脂分裝于兩個罐中，由液壓泵或壓縮空氣按比例輸送到噴槍內(nèi)霧化，同時與短切纖維混合并噴射到模具上，沉積到

27、一定厚度時，用壓輥排氣壓實，再繼續(xù)噴射，直到完成坯件制作，然后固化成形。該工藝要求樹脂粘度低，易于霧化，主要用于不需加壓室溫固化的不飽和聚酯樹脂。10本方法的特點是生產(chǎn)效率高，勞動強度低， 節(jié)省原材料， 制品無措接縫， 整體性好， 制件的形狀和尺寸不受限制； 但場地污染大， 制件的承載能力低。適于制造船體、浴盆、汽車車身、 容器及板材等大型部件。3纖維纏繞成形纖維纏繞成形是將浸漬樹脂的纖維絲束或帶， 按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化成為制品的方法。該方法適于制造復合材料旋轉體。根據(jù)纏繞時樹脂基體所處的化學物理狀態(tài)不同， 纏繞工藝可分為干法、 濕法及半干法三種。干法纏繞采用預浸紗帶，纏繞時，在

28、纏繞機上對預浸膠帶加熱軟化再纏繞在芯模上。干法纏繞的生產(chǎn)效率較高，纏繞速度可達 100 200m/min ，工作環(huán)境也較清潔。但是干法纏繞設備比較復雜，造價高，纏繞制品的層間剪切強度也較低。濕法纏繞是將纖維經(jīng)集束、浸膠后，在張力控制下直接纏繞在芯模上，然后再固化成形，濕法纏繞的設備比較簡單，但由于紗帶浸膠后立即纏繞，在纏繞過程中對制品含膠量不易控制和檢驗，同時膠液中的溶劑殘留易在制品中形成氣泡、空隙等缺陷，纏繞時纖維張力也不易控制，不易實現(xiàn)自動化。半干法是在纖維浸膠到纏繞至芯模的途中增加一套烘干設備，將紗帶膠液中的溶劑基本上清除掉。半干法制品的含膠量與濕法一樣不易精確控制，但制品中的氣泡、空隙

29、等缺陷大為降低。纏繞成形主要設備為纏繞機，由帶動芯模旋轉的傳動機構、浸膠槽、紗架、絲束張力機構和控制系統(tǒng)組成。纏繞方式分為環(huán)向纏繞、螺旋纏繞和縱向纏繞。環(huán)向纏繞使纖維絲束與芯模夾角接近 90°。芯模作勻速轉動，絲束沿芯模軸線方向均勻緩慢地移動。芯模轉一周，絲束沿芯模軸向移動一個紗片寬度。環(huán)向纏繞層用來承受徑向載荷。螺旋纏繞使纖維與芯模軸線的夾角成 15 75°，纖維以螺旋狀在芯模上反復纏繞。芯模繞自己軸線勻速轉動，絲束沿芯模軸向按一定運動速度往返，芯模旋轉速度與絲束運動速度成一定比例。速比是單位時間內(nèi)芯模主軸轉數(shù)比上絲束往返次數(shù)，速比不同，纏繞的花樣（線型）不同?？v向纏繞的

30、纖維與芯模軸線的夾角小于 15°，絲束在固定平面作等速圓周運動，每繞一周，芯模轉動一個對應絲束寬度的小角度，每一周的纖維在同一平面上，又稱平面纏繞，縱向纏繞層用來承受縱向載荷。纏繞后的坯件可在熱壓罐、烘箱或?qū)Ｓ玫墓袒癄t內(nèi)固化，固化時應不停地轉動制件至凝膠，防止樹脂流出而造成分布不均。芯?？稍O計成可拆（組合模具） 、可碎（粉碎模具） 、可溶（溶解模具）等形式，以便制件脫模。應嚴格控制纖維絲束張力、纏繞角度、繞速比、微繞速比等工藝參數(shù)，對樹脂粘度和工藝性能及適用期等也有較高的要求。纏繞成形的特點是纖維能保持連續(xù)完整，制件線型可按制品受力情況設計，制品強度高，可連續(xù)化、機械化生產(chǎn)，生產(chǎn)周期

31、短，勞動強度小，產(chǎn)品不需機械加工，但設備復雜，技術難度高，工藝質(zhì)量不易控制。適合成形大型旋轉體制件，如高壓容器、大型管道、錐形雷達罩、火箭殼體等，還可制造異形截面型材和變截面制件。4袋壓成形11袋壓成形包括壓力袋、真空袋和真空袋熱壓罐成形法，是借助成形袋與模具之間抽真空形成的負壓或袋外施加壓力，使復合材料坯料緊貼模具，經(jīng)固化成形的方法。袋壓成形的最大優(yōu)點是：僅用一個模具（陽?；蜿幠＃┚涂梢缘玫叫螤顝碗s、尺寸較大、質(zhì)量較好的制件，也能制造夾層結構件。袋壓成形工藝流程如圖 13-15 所示。根據(jù)加壓方式的不同可分為壓力袋成形、真空袋成形和真空袋熱壓罐三種成形方式。（ 1）真空袋成形：真空袋成形是在

32、固化時利用抽真空產(chǎn)生的大氣負壓，對制品施加壓力的成形方法。其工藝過程為：將鋪疊好的制件毛坯密閉在真空袋與模具之間，然后抽真空形成負壓，大氣壓通過真空袋對毛坯加壓，真空袋用具有延展性、高強度的尼龍膜等材料制成，用粘性的密封膠條與模具粘接在一起。真空袋內(nèi)通常要放有透氣氈以使真空通路通暢。固化完全后卸模取出制件。該法工藝簡單，不需要專用設備，常用來制造室溫固化的制件， 也可在固化爐內(nèi)成形高、中溫固化的制件。本方法適用于大尺寸產(chǎn)品的成形，如船體、浴缸及小型的飛機部件。真空袋法產(chǎn)生的壓力小于0.1MPa 。真空袋壓成形如圖13-16 所示。（ 2）壓力袋成形：用壓力袋成形固化制品，是借助于橡皮囊構成的氣

33、壓室（壓力袋），通過向氣壓室通入壓縮空氣實現(xiàn)毛坯加壓，所以也叫氣壓室成形，壓力可達0.25 0.5MPa。由于壓力較高，對模具強度和剛度的要求也較高，還需考慮熱效率，故一般采用輕金屬模具，加熱方式通常用模具內(nèi)加熱的方式。壓力袋成形如圖13-17 所示。（ 3）真空袋一熱壓罐成形：真空袋一熱壓罐成形是利用熱壓罐內(nèi)部程控溫度的靜態(tài)氣體壓力，使復合材料疊層坯料在一定的溫度和壓力下完成固化過程的成形方法。熱壓罐由罐體、真空泵、壓氣機、貯氣罐、控制柜等組成。如圖 13-18 所示，其中真空泵的作用是在制件毛坯封裝后進行預壓實吸膠時造成低壓環(huán)境，壓氣機和貯氣罐為熱壓罐進行加壓的充氣系統(tǒng)。 罐內(nèi)的溫度由罐內(nèi)

34、的電加熱裝置提供， 壓力由壓氣機通過貯氣罐進行氣體充壓，一般用空氣。復合材料制件工藝過程為：首先按制件圖紙對預浸料下料及鋪疊，鋪疊完畢后按樣板作基準修切邊緣輪廓，并標出纖維取向的坐標，然后進行封裝。封裝的目的是將鋪疊好的毛坯形成一真空系統(tǒng)，進而通過抽真空以排出制件內(nèi)部的空氣和揮發(fā)物，然后加熱到一定溫度再對制件施加壓力進行預壓實（又稱預吸膠） ，最后進行固化。12采用真空袋熱壓罐成形可以制得高質(zhì)量的復合材料制品，制件密實，厚度公差范圍小，空隙含量低，許多大型和復雜的部件，如機冀、衛(wèi)星天線反射器等制品成形都采用此方法，缺點是能源利用率低，設備復雜，成本較高。5模壓成形模壓成形是將一定量的模塑料放人

35、金屬對模中，在一定的溫度和壓力作用下，使模塑料在模腔內(nèi)受熱塑化、受壓流動并充滿模腔，成形固化而獲得制品的一種方法。預浸膠布層貼預成形后，再經(jīng)多層平板壓機模壓（層壓）成形，用以制備復合材料層壓板和覆銅板。6拉擠成形拉擠成形是一種連續(xù)生產(chǎn)固定截面型材的成形方法。主要過程是將浸有樹脂的纖維連續(xù)通過一定型面的加熱口模，擠出多余樹脂，在牽引條件下進行固化。拉擠成形機由紗架、集紗器、浸膠裝置、成形模腔、牽引機構、切割機構和操作控制系統(tǒng)組成。典型的拉擠成形工藝由送紗、浸膠、預成形、固化成形、牽引和切割工序組成。連續(xù)纖維或織物浸漬樹脂后，經(jīng)牽引通過成形模腔，被擠壓和加溫固化形成型材，然后將型材按長度要求進行切割。增強體可有多種形式，如單向纖維、編織套或整體的三維編織物。模腔的口型按型材橫截面形式可設計成多種多樣，加工字形、槽形等。拉擠成形