复合材料工艺与设备复习

0常用的增强材料0常用的树脂基体（包括热塑性、热固性）0常用的成型工艺典型的液体成型：树脂传递模塑(RTM)、树脂膜渗透（RFI）、VARTM、VARI、SCRIMP、RLI典型的热固性树脂成型：模压、喷射、RTM、RIM、拉挤、缠绕…典型的热塑性成型：挤出、GMT、LFT、注射…0工艺流程及其特点0成型工艺参数及其控制CM 复合材料FRP 纤维增强塑料FRTP 纤维增强热塑性塑料SMC 片状模塑料DMC 团状模塑料BMC 块状模塑料RTM 树脂传递模塑RIM 反应注射模塑RRIM 增强反应注射模塑GMT 热塑性片状模塑料AS AS树脂，丙烯腈—苯乙烯共聚物CM是指由两种或两种以上的不同材料，通过一定的工艺复合而成的，性能优于原单一材料的多相固体材料。

高性能：高强度、高模量、耐高温、低密度、轻质高强、力学性能好、耐热性好、介电性能好。

有些热防护功能、透波功能、吸波功能、阻尼功能等。

高性能树脂基复合材料的制备：1）选材好，选用耐热性能、力学性能好的树脂基体；2）选材好，选用力学性能比较好的碳纤维或者高性能的玻璃纤维；3）成型方法要选择合适；4）关键的成型设备要选择好；5）成型工艺控制好，通过优化成型工艺条件，可以大幅提升材料性能。

第三章夹层结构由高强度的蒙皮(表层)与轻质芯材组成的一种结构材料。

弥补玻璃钢弹性模量低、刚度差的不足。

在同样承载能力下，大大减轻结构的自重。

加芯材的目的：维持两面板之间的距离，使夹层面板截面的惯矩和弯曲刚度增大。

优缺点泡沫：质量轻、刚度大、保温隔热性能好、强度不高蜂窝：质量轻、强度大、刚度大//应用：构件尺寸较大、强度要求较高的部件波板：制作简单，节省材料，但不适用于曲面形状的制品，质量轻、刚度大。

第四章模压成型∙什么是模压？将一定量的模压料放入金属对模中，在一定温度、压力作用下，固化成型制品的方法。

加热加压的作用：使模压料塑化、流动，充满空腔，并使树脂发生固化反应模压料的工艺性：流动性、收缩性、压缩性。

流动性。

在一定温度和压力下模压料充满模腔的能力。

如流动性好，可用较低成型温度、压力，较容易成型复杂制品。

过大，会导致树脂流失或纤维局部聚集，制品性能下降。

过小，物料不能充满模腔或局部缺料，无法成型。

成型压力↑，剪切速率↑，流动性↑。

在较低温度范围内T↑，η↓，流动性↑，T继续升高，流动性↓。

在开始一段时间内t↑，流动性↑，继续延长t，流动性↓。

分子结构压缩性原材料、模具结构和制品形状、成型工艺条件∙模压料的组成：短纤维增强材料、树脂基体材料、辅助材料控制：树脂溶液浓度，纤维长度，浸渍时间，烘干条件制备：预混、预浸，浸毡法与质量控制∙短纤维模压料质量控制指标：树脂含量；挥发物含量；不溶性树脂含量SMC基本组成：不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、交联剂、低收缩添加剂、填料、内脱模剂、着色剂等混合物浸渍短切玻纤粗纱或玻纤毡，两表面加上保护膜(聚乙烯或聚丙烯薄膜)形成的片状模压成型材料。

SMC的增稠、低收缩作用、 SMC生产工艺：树脂糊制备，上糊操作，纤维切割沉降、浸渍、稠化及其控制、模压工艺参数第六章层压成型∙胶布制备工艺参数：胶液粘度、浸胶时间、烘干温度与时间、牵引张力∙干燥：1）表面气化阶段，表面气化速度决定干燥速度，随周围介质浓度增加而减小。

2）内部扩散阶段，内部扩散速度大小决定了胶布干燥速度的快慢。

物料层厚度、结构对干燥速度有很大影响。

//采用较低温度到较高温度的干燥过程原因：保证使树脂不过早的由A阶转变为B阶，使干燥过程能很好地按表面气化来控制，充分地将物料内的挥发物排除，同时使部分树脂缓慢均匀地由A阶段转变为B阶段。

∙层压工艺：将浸有或涂有树脂的片材按照产品形状和尺寸进行剪裁、叠加后，放入两个抛光的金属模具之间，在加热加压条件下，固化成型玻璃钢制品的一种成型工艺。

//预浸胶布制备、胶布裁剪、叠合、热压、冷却、脱模、加工、后处理等工序//参数：成型压力、温度、时间升温示意图预热阶段，从室温到开始显著反应时的温度。

目的是使胶布中的树脂熔化，使挥发物跑掉，熔融树脂进一步浸渍玻璃布，压力为全压的1/3~1/2。

中间保温阶段，作用是使胶布在较低的反应速度下进行固化。

升温阶段，作用在于逐步提高反应温度，加速固化反应速度。

热压保温阶段，作用在于使树脂获得充分固化。

冷却阶段，在保压的情况下，采用自然冷却或强制冷却到室温，而后去除压力取出制品。

第七章缠绕成型：将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为复合材料制品的工艺过程。

∙纤维缠绕特点：优点：规整度和精度高，制品比强度和比模量高，质量稳定、生产效率高、材料成本低。

缺点：设备投资费用大，只有批量生产时才可能降低成本∙分类：干法：制品质量稳定；缠绕速度快; 缠绕设备清洁，劳动卫生条件好；预浸设备投资大。

//湿法：不需要预浸渍设备，设备投资少；对材料要求不严，便于选材；纱片质量不易控制和检验；张力不易控制；胶液中存在大量溶剂，固化时易产生气泡；浸胶辊、张力辊等要经常维护刷洗。

//半干：与湿法相比，增加了烘干工序，除去了溶剂。

与干法相比，无需整套的预浸设备，缩短了烘干时间，使缠绕过程可在室温下进行。

提高了制品质量。

缠绕方法（环向缠绕、纵向、螺旋）、影响缠绕性能的因素（原材料性能及缠绕线型、缠绕张力）、制造方法；∙工艺控制1根据产品使用和设计要求、技术质量指标，进行结构造型、缠绕线型和芯模设计；2选择原材料；3产品强度要求、原材料性能及缠绕线型进行缠绕层数计算；4根据选定的原材料和工艺方法，确定工艺流程及工艺参数；5根据缠绕线型选定缠绕设备，或为缠绕设备设计提供参数。

第九章拉挤成型拉挤成型特点：1）自动化、连续化生产工艺2）生产效率高，可多模多件3）拉挤制品中纤维含量可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥连续纤维的力学性能，产品强度高4）制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求5）制品性能稳定可靠，波动范围在±5％之内6）原材料利用率在95％以上，废品率低7）不能利用非连续增强材料8）产品形状单调，只能生产线形型材（非变截面制品），横向强度不高。

∙分类：卧式拉挤成型：间歇式、连续式。

立式∙、工艺流程；纤维区、浸渍、预成型、固化、拉拔∙∙工艺控制：工艺参数：模腔温度、树脂温度、模腔压力、树脂粘度、固化速度、固化程度、牵引张力及速度、纱团数量第十章热压罐成型∙热压罐成型特点：罐内压力均匀、空气温度均匀，适用范围广，成型工艺温度可靠。

投资大，成本高。

∙组成：罐体、控制系统、电气系统、气体产生系统、真空系统∙分类：真空袋、压力袋、双真空袋∙成型制备方法；第十一章挤出成型∙挤出成型特点：单螺秆挤出机主要是靠机头压力产生均质熔体，双螺杆挤出机完全是靠螺杆作用使树脂充分塑化，并与纤维均匀复合。

因此，它除具有排气式单螺杆挤出造粒的优点外，比单螺杆挤出机更有效地挤出造粒和利用松散物料。

∙∙、分类、挤出成型制备方法、影响挤出成型性能的因素：基体树脂、纤维含量、纤维质量。

用纤维增强后，其性能有很大提高//纤维直径越细，强度越高//纤维越长，制品强度越高//纤维分散越均匀，机械强度和热性能就越好1、模压/层压，温度制度和压力制度的确定温度制度：装模温度、升温速度、最高模压温度、恒温时间、降温速度、后固化温度（模压料挥发物含量高，不熔性树脂含量低时，装模温度应较低，反之装模温度应较高。

厚度。

树脂的放热曲线。

反应固化时间(模压料的种类)，热量传递的时间(模压料的种类制品结构尺寸、加热装置的热效率、环境温度)）压力制度：成型压力、加压时机、放气充模等（模压料的种类、质量指标，制品的结构形状尺寸。

确定加压时机：a经验，树脂拉丝时；b温度指示，近凝胶温度(DSC测定)；c在大量气体放出之前。

快速压制）加温的作用：增加分子热运动和分子间化学反应的能力，促使树脂塑化和固化。

2、缠绕成型对增强材料的要求：1)航空和航天制品多选用性能优异价格昂贵的碳纤维和芳纶纤维，民用产品多选用连续玻璃纤维2)满足制品的性能要求3)纤维都必须进行表面处理4)树脂浸渍性好，浸透速度快5)各股纤维张力均匀6)成带性好，不起毛，不断头。

3、真空辅助成型工艺的特点：衍生自RTM工艺，基本特点与RTM相同；树脂流动由真空压力驱动；仅需半面模具，另一面为真空袋；制品一面光滑；低成本工装设备；模具通常需要加热固化树脂，生产周期较长，机械化、自动化程度低；制品力学性能较高，缺陷少；适合制造大型，超大型部件4、热塑性树脂基复合材料挤出成型的特点：螺秆挤出机主要是靠机头压力产生均质熔体，双螺杆挤出机完全是靠螺杆作用使树脂充分塑化，并与纤维均匀复合。

因此，它除具有排气式单螺杆挤出造粒的优点外，比单螺杆挤出机更有效地挤出造粒和利用松散物料。

5、FRP注射成型过程：预浸渍料加入料筒，适当加温加压，当物料运动到喷嘴时，粘度应达到最低值，并被迅速注入模腔。

在热压作用下固化定型，然后开模取出制品。

6、层压制品的收缩因素：原材料、模具结构和制品形状、成型工艺条件的影响7、热压罐成型工艺的特点：罐内压力均匀、空气温度均匀，适用范围广，成型工艺温度可靠。

投资大，成本高。

8、模压成型工艺对树脂的要求：有良好的流动特性，在室温常压下处于固体或半固体状态(不沾手)，在压制条件下具有一定的流动性，使模压料能均匀地充满压模模腔；适宜的固化速度，在固化时副产物少，体积收缩率小，工艺性好(如粘度易调，与各种溶剂互溶性好，易脱模等)；满足模压制品特定的性能要求9、简述GMT材料特性及优点：高机械性能和低密度，设计自由，循环时间短，可回收，抗化学和抗腐蚀能力强，很好的振动性能，优秀的抗裂纹生长能力，低温冲击下无大面积破裂，吸能效果显著10、阐述长纤维增强热塑料在线模压成型技术的优势：在线模压成型工艺是以化工材料和增强纤维直接成型生产最终制品，省却半成品制造11、试分析VARI成型工艺对树脂的要求：1）黏度低，便于浸渍2）足够长时间内黏度不变，有利于浸透、排气3）可在较低温度下完全固化4）固化时无需额外压力，只需真空压力5）具有良好的力学性能，满足结构使用要求6）具有较高的玻璃化转变温度，满足耐热要求。

12、低收缩、高强度复合材料线材/板材/管复合材料成型工艺管：手糊，拉挤，缠绕，层压板材：层压13、低收缩添加剂的作用机理树脂受热时膨胀，热固性树脂与热塑性树脂的固化时间不同，热固性树脂首先聚合固化，其在热塑性树脂的热膨胀压力下不能收缩；待温度下降时，热塑性树脂固化收缩，而周围的热固性树脂已固化定型，使得热塑性树脂只能在局部收缩造成微孔，而不会使整体收缩变形。

14、低粘度树脂增稠的办法；增稠速度与树脂酸值成比例。

酸值愈高，增稠效果愈明显。