成型工艺特点

闭模
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复合材料成型工艺(gōngyì)的分类
热压罐成型 可制造各类复杂构件，零件质量优异。对工艺人员的技术要求高。生产效率低，设备投资大。
预
浸
纤
料
维
预
浸
在线 浸润
预成 型体 的
液体 成型
长程流 动
厚度方 向渗透
真空袋成型 压力袋成型 软模成型 模压成型
自动铺带法 缠绕成型 自动铺丝法 拉挤成型
•
对于化学变化过程而言，需要一定条件，促使反应的环境如何实
现——固化工艺解决的问题
•
对于物理变化过程而言，要得到一定形状的产品，是用什么样手
段——成形工艺解决的问题
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复合材料成型工艺的分类
成型(chéngxíng)工艺
赋形
浸渍
固化
袋热
压压 罐
成形
(chénɡ
Rxín缠ɡ)拉方法模 手 喷
计法
落球粘 度计法
旋转粘度 计法
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定
义
从配胶到粘度(zhān dù)增至一定值而在工艺上 失去使用价值的这一段时间，称树脂的使用期， 也称适用期。
树
脂
适 用
意 避免成型时因树脂凝胶（失去使用价值 义 (jiàzhí)）而影响制件成型。
期
测
定
➢ 室温下测时间-粘度曲线确定树脂胶液的 适用期
在低压下成型，多用于平板或小曲率层合板，成型设备要求低，模具费用低。
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了解(liǎojiě)工艺性的意义
确定最适宜的工艺参数，制定工艺规范。 指导实际生产，控制生产过程(guòchéng)，保证产品 质量。 创造和发现新的、先进的工艺方法。
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原材料与 模具(mújù)准备
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(lìtǐ) 编织物，称为纤维预成型体 • 用于RTM、RFI等各种液体成型(LCM)工艺中
• 厚度方向有增强纤维，可以获得较高的层间强度
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2)按成型压力(yālì)大小分 为：
固化时不外加压力，如手糊成型、喷射成型，也成
模压成型
• 通过加热使模压料塑化，并加压使树脂粘 裹纤维一起流动充满模腔
• 批量大，数量多及外形复杂的小产品
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3)按开、闭模方式(fāngshì) 分为：
闭模成型(chéngxíng)包 增括 强(模zē压ng成qi型án、g)树反脂应传注递射模成塑型、注射成型、
开模成型
包括手糊成型、喷射成型、真空袋成型、压力 袋成型、热压罐成型、缠绕成型、拉挤成型、 离心浇注成型
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工艺性指标(zhǐbiāo) 及测定
. 热固性树脂工艺指标(zhǐbiāo)的测定与控制
控初始为粘了度利。于如纤果维室被温树下脂粘浸度润过，大要，求可树采脂用有提较高低树的
树
制脂温度、加入(jiārù)溶剂或控制胶液粘度等措施
脂
调节。
液流粘度
粘 度
粘度计法 测 针入度法 定 浓度-比重法
➢Tp
➢T f ➢T i ➢酚醛树脂差热分析曲线的固化部分
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树脂(shùzhī)比重 的测定
通常在一定温度下用比重瓶称量试样的重量与
接触成型 为低压成型
用真空袋密封坯料和模具，通过抽去真空袋内的空气
真空袋成型(chéngxí和ng挥) 发分对制品施加压力（＜0.1MPa）
将压缩空气通入橡皮囊，借助(jièzhù)橡皮囊对制品均匀加压 （0.25-0.5MPa）
气压室成型
热压罐成型 通过热压罐内的压缩气体对真空袋中复合材料 坯料进行加压（0.5-2.5MPa)
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复合材料成型工艺的重要性
结构效率 (高性能化)
制
造
(z
hìz 产品合格率
ào) (性能稳定
是 关
(wěndìng)分散 性小)
键
可靠性
低成本
成本效益
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成 型
(ch
éng
xíng) 工 艺 直 接 相 关
改善材料(cáiliào)工艺性的途 径
• 改进现有工艺(gōngyì)方法，使其与材料已知的 物理、化学、力学性能相适应。
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复合材料成型工艺的基本(jīběn)内涵
目的：排除气体和浸润，以形成良好界面粘 结和控制孔隙率
浸渍(jìnzì分) 为两类：先将原材料复合(fùhé)浸渍形成
半成品（预浸料），再固化成型；或复合 (fùhé)浸渍与固化成型一次完成
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.复合材料(fù hé cái liào)成型工艺的基本内涵
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2)按成型压力(yālì)大小分为：
树脂传递(chuándì)模塑利用压力使低粘度树脂在闭合模具内流动、浸润增强 成型（RTM） 材料(cáiliào)，注射成型压力0.1-0.6MPa
拉挤成型
将连续性增强材料经树脂浸润后，在牵引力作用下通 过具有截面形状的成型模具，在模腔内固化成型或在 模腔内凝胶出模后加热固化
➢ 通过测固化度、放热曲线等对凝胶点做出判
断(pànduàn)，从而确定树脂的适用期
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树脂(shùzhī)的放热曲线
➢不饱和聚酯放热曲线图
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固化度的测定(cèdìng)
➢硬度(yìngdù)法 ➢丙酮溶剂萃取法 ➢DSC法
DSC曲线分析
三个特征(tèzhēng)温度点，即峰始温度Ti、峰顶温度Tp和峰终 温度Tf
渗透(shèntòu)流动 infiltration flow
浸润 (jìnrùn)impregnation
纤维在成型工艺中发生的物理变化
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• 树脂基体在固化过程中的两个变化过程
•
线型结构
体型结构（化学变化过程）
•
粘流态
玻璃态（物理变化过程）
• 化学变化的结构往往是通过物理变化现象表现出来(chū lái)
连续
(liánxù) 纤维
织物 缠 绕 预浸 料
容易加工的程度
材料性能
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1)按赋形(fù xínɡ)方法 分为：
层贴法
• 采用(cǎiyòng)预浸料在模具上铺覆成型的 方法，如热压罐成型
• 采用(cǎiyòng)连续纤维的增强材料（布、 带、毡）和低粘度胶液在模具上铺覆成型的 方法，如手糊成型
生产形状复杂的小型整体制件，可实现高精度、无余量制造，适用于缝纫和编织技术，辅助 材料用量极小，模具费用高，批量生产中可显著降低成本。
树脂膜熔渗成型工艺，在一定温度、压力下树脂膜熔融沿厚度方向浸渍纤维预成型体，可利 用现有模具在热压罐中成型，制件孔隙率低，质量好，适用于大型复杂壁板和加筋结构，成 本较低。
成型工艺(gōngyì)特点
2021/11/8
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提纲
复合材料的材料工艺性概念 复合材料制件的固化特性 复合材料的质量控制和检测 复合材料制品成型方法的选择依据 复合材料制品作为(zuòwéi)飞机构件时的协调互换性要求 复合材料制品工艺设计内容
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复合材料(fù hé cái liào)的 材料工艺性
➢任何一种材料必须被加工成制品后才能发挥其特殊性。聚合 物基复合材料种类繁多，性能各异，其材料的制造过程就是制 品的制造过程，这使得(shǐ de)对复合材料工艺性的了解和掌 握显得特别重要。
• 工艺性概念
• 了解工艺性的意义
• 改善材料工艺性的途径
• 评定(píngdìng)材料工艺性的 主要依据
脱粘 ……
若材料强度离散系数0.15 设计许用值为平均强度34％
常见的复合材料制造缺陷
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复合材料成型工艺的重要性
材料和制造
固化和装配
预浸料 10 ％ 树脂 5 ％
纤维 13 ％
制造 72％
制造(zhìzào)成本分解
固化成型成本(chéngběn)分解
复合材料结构(jiégòu)制造成本高，比重大
T 绕 挤压 糊射 M
固化方法
(fāngfǎ)
光 电微热
固 子波固
化束
化
❖常温固化 ❖热压机固化
❖热压罐固化
❖干燥箱加热
❖红外灯加热
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赋形、浸渍环节主要与增强纤维的预成型方 法密切相关
短切纤维(xiānwéi长) 纤维(xiānwéi)
4.76mm
12.7mm
SMC 喷射
短切毡 连续毡
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工艺性概念(gàiniàn)
➢聚合物复合(fùhé)材
➢料的工艺性
指复合材料或其各组成部分，在通过特
定的工艺方法制造成特定制品的工艺过
程(guò chéng)中，操作的难易程度及制
品质量保证的难易程度。
成型工艺
成形工艺 固化工艺
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工艺性概念
➢ 成型(chéngxíng)工艺包含两个过程——成形与固化
使用性与工艺性不同
➢如PI高温性能好，但固化温度高； ➢Kevlar纤维韧性好，但不易(bù yì)剪 断； ➢CF力学性能好，但操作难、脆。
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复合材料成型工艺的基本内涵
成型工艺(gōngyì)三要素：赋形、浸渍、固化
赋形(fù•xí赋nɡ予) 制品的最终形状和大小，主要保证增强
纤维的均匀分布以及(yǐjí)在设定方向的高度排 列 • 通过增强材料首先赋予制品以外形，并在固 化过程通过模具和压力完成
一种预浸料自动化铺叠成型方法，产品精度高，废品率低，生产速度快，所用预浸料一般为 干法预浸料，设备投资昂贵，是复合材料工艺化的一个发展方向。
产品强度高，易实现机械化和自动化生产，产品质量稳定，重复性好。
高度自动化，适合于各种复杂结构，如S型进气道，生产效率低于自动铺带法。
适用生产等截面的线性型材，轴向强度大，生产效率高。
成型 工艺
Processing
成形 form 固化 cure
赋予构件形状(xíngzhuàn) ——原材料如何制成所需结构形状(xíngzhuàn)（成形
固定构件形状(xíngzhuàn) ——赋予复合材料结构件力学性能（固化方法）
物理变化（流动浸润）
成形(ché化nɡ学x－ín物ɡ)理耦合变化
（粘流，密实）
沉积(chénjī)法 利用压缩空气或抽空气方法使短切纤维沉积 到模具表面上的方法，如喷射成型
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1)按赋形方法分为：
将浸胶后的连续长纤维增强材料（纱、布、带） 缠绕(chánrào)法连续缠绕到芯模或内衬上的方法，如缠绕成型
适于成型回转体制件，如压力容器、管道等
特点：自动化程度(chéngdù)高，制品纤维含量 高、强度高
• 热固性树脂的固化：树脂由齐聚物(可溶可熔)反应 (fǎnyìng)形成线性高分子，再交联形成三维网络结构 (不溶不熔)
固化•及加热热固性树脂的固化通常需要：固化剂、促进剂，以
• 除热引发外，还有辐射固化工艺 (如紫外光、电子 束等)，适应外场修补
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密实(mì shi)compaction
成形(chénɡ xínɡ)固化 检测
机加与装配(zhuāngpèi)
检测
密封与喷漆
复合材料结构制造基本流程
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复合材料成型工艺的重要性
分层
孔隙(kǒngxì)
固化变形(biàn xíng)
其他缺陷(quēxi分àn散) 性 许用值 减重效率
固化不均匀
夹杂
设计要求可靠度0.99999
RTM
RFI
SCRIMP
模具费用低，设备投资少。压力0.1Mpa，所以制件的质量比较低，一般用在民用产品上。
可产生大于0.1Mpa的压力，设备投资少，工艺实施容易。 适用于复杂结构的整体化成型过程，成型工艺对模具要求高。 尺寸精度高，表面光滑。产品质量稳定，重复性好。可生产形状复杂的制品，模具成型压力 大，适合大批量生产，模具费用大。但是对质量要求高的产品不合适。
• 改善现有材料，使其具有与现行的工艺(gōngyì) 方法相适应的性能。
• 挖掘材料的新性能，同时创造新工艺(gōngyì)与 新性能相适应。
•
三条途径彼此不孤立，相互渗透、互相补充。
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评定(píngdìng)材料工艺性的主 要依据
• 产品质量、性能的波动程度。 • 经济性。包括制件制造工艺过程中全部(quánbù)费用多少（工艺 装备和设备的复杂昂贵程度、工艺路线长短、工人技术水平、能源 消耗等）和必要材料耗费的多少。 • 对人体的危害程度。 • 具体材料在制件制造工艺过程中所表现出的工艺性：如热固性树 脂的浸润性、粘结性、流动性、固化性，预浸料挥发物含量、含胶 量，模压料收缩率、压缩比等等。
固化
化学变化(固化反应)
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不同材料(cá ilià o)表现出不同的工艺 性
➢这是由于不同的材料在工艺过程(guòchéng)中表现出不同的 物理化学行为，而这种行为取决于材料的组分和各组分的结构。 同一制品可采用不同的材料，以及由材料决定的不同的工艺过 程(guòchéng)。具体的制件结构和制造工艺方法，是表现材料 工艺性的条件。