聚合物复合材料成型工艺
4_成型工艺特点
在线 浸润
自动铺丝法 拉挤成型
预成 型体 的 液体 成型
长程流 动
RTM
厚度方 向渗透
RFI
SCRIMP
了解工艺性的意义
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，保证产品质量。
创造和发现新的、先进的工艺方法。
原材料与 模具准备
成形固化
检测
机加与装配 密封与喷漆
检测
复合材料结构制造基本流程
γt
---已固化树脂的比重；
G ---试样和金属丝在空气中的重量（克）；g---金属丝在空气中的比重； G1---试样和金属丝在浸渍液中的重量（克）
根据树脂固化前后的比重，可由下式计算树脂在固化过程中的收缩率
树脂收缩 率的测定
体积收缩率
已固化树脂的比重 未固化树脂的比重 100%
已固化树脂的比重
密实compaction
渗透流动 infiltration flow
浸润impregnation 纤维在成型工艺中发生的物理变化
树脂基体在固化过程中的两个变化过程
线型结构 粘流态 体型结构（化学变化过程） 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
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
成型工艺包含两个过程——成形与固化
成形 赋予构件形状
成型 工艺
Processing
form
——原材料如何制成所需结构形状（成形方法 ）
固化 固定构件形状
cure ——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）
聚合物纳米复合材料制备及其特性
聚合物纳米复合材料制备及其特性简介：随着科技的不断发展，纳米材料作为一种新型的材料受到了广泛的关注。
聚合物纳米复合材料是由聚合物基体和纳米填料相互作用形成的一种材料。
本文将介绍聚合物纳米复合材料的制备方法以及其特性。
一、制备方法：1. 溶液混合法：溶液混合法是制备聚合物纳米复合材料最常用的方法之一。
通常，将聚合物溶解于溶剂中，然后将纳米填料悬浮于溶液中，通过搅拌、超声波处理等方法使溶液中的纳米填料均匀分散。
最后，将混合溶液通过挥发溶剂或冷却固化等方法使聚合物凝胶化，形成聚合物纳米复合材料。
2. 堆积层析法：堆积层析法是一种将纳米填料层与聚合物基体交替堆积形成的方法。
首先，将纳米填料和聚合物溶液交替涂覆在基体上，然后通过热处理或固化来形成聚合物纳米复合材料的层积结构。
3. 原位聚合法：原位聚合法是在纳米填料表面进行聚合反应，将聚合物直接合成于纳米填料上。
通过原位聚合法可以实现纳米填料与聚合物基体的良好粘接，提高复合材料的结合强度和界面性能。
二、特性：1. 机械性能：聚合物纳米复合材料具有优异的机械性能。
纳米填料的加入可以有效阻止聚合物的微观流动，增加聚合物的刚度和强度。
同时，纳米填料的界面效应还可以增强聚合物与填料之间的相互作用，提高复合材料的界面粘结强度。
2. 热稳定性：聚合物纳米复合材料具有较好的热稳定性。
纳米填料的高比表面积和特殊的晶体结构可以吸附和分散聚合物分子，形成热稳定的屏障，增强材料的耐高温性能。
3. 导电性能：聚合物纳米复合材料还具有良好的导电性能。
添加导电性的纳米填料，如碳纳米管、金属纳米颗粒等，可以使聚合物纳米复合材料具有导电功能。
这种导电性能广泛应用于柔性电子器件、传感器等领域。
4. 光学性能：纳米填料的尺寸效应和光学效应使聚合物纳米复合材料具有特殊的光学性能。
例如，在可见光波长范围内，利用纳米填料的光学散射和吸收特性，可以实现材料的抗紫外光、抗反射和光波长度调制等功能。
5. 阻燃性能：聚合物纳米复合材料还具有较好的阻燃性能。
聚合物基复合材料成型
❖ 1、制造过程： （1）原辅材料准备阶段：树脂、溶剂、固化剂、促 进剂、填料和颜料等的配制；增强材料的处理 及浸渍；模具的清理及涂覆脱模剂。 （2）成型阶段：采用某种成型方法而成型，并进行 固化定型和脱模，得到初级制件； （3）制件的后处理与机械加工阶段：制品热处理、 加工修饰和检验。
2020/手糊成型 (2)模压成型 (3)层压或卷制成型 (4)缠绕成型 (5)拉挤成型 (6)离心浇铸成型 (7)树脂传递成型 (8)夹层结构成型 (9)喷射成型(10)真空浸胶成型
（11）挤出成型 (12)注射成型 (13)热塑性片状模塑料热冲压成型
2020/6/19
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8
❖ 2.脱模剂
脱模剂的使用温度应高于固化温度。
脱模剂分外脱模剂和内脱模剂两大类。外脱模剂主要应 用于手糊成型和冷固化系统，内脱模剂主要用于模压成型和 热固化系统。
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❖ 11.2.3 手糊工艺过程 1.原材料准备 1）胶液准备 胶液的工艺性:胶液粘度和凝胶时间。 粘度过高不易涂刷和浸透增强材料；粘度过低，在树脂凝胶
（2）石膏和砂：砂：石膏＝1：8，加入20%水，混合均匀后制 模。模具制造简单，造价低。但不耐用，易吸湿，模具表面也 需进行封孔处理。适合量少或形状复杂制品。
（3）石蜡：适合形状复杂数量小的制品。 （4）可溶性盐：由磷酸铝(60%~70%)、碳酸钠（30％~40％)、
偏硼酸钠(5％~8％)、石英粉（2%)等组分(质量比)，加工成粉 料压制烧结成型。在80℃水中能迅速溶解脱模。用于形状复杂 不易脱模的制品。 （5）低熔点金属：由58％的铋与42％的锡(质量比)制成，熔点 为135℃，制模周期短，可重复使用。 （6）金属：常用的有钢材、铸铝等(不能用铜)。模具不变形，精 度高。适用于大批量小型高精度制品，因制造周期长、成本高。
聚合物复合材料工艺
聚合物复合材料工艺1.原料准备：聚合物基体的选择十分重要，常用的聚合物有环氧树脂、聚酰胺、聚丙烯等。
增强材料可以选择纤维、颗粒等材料。
在工艺前需要对原料进行检测和处理，确保原料质量。
2.预浸料制备：将聚合物基体与增强材料预先混合制备成预浸料。
预浸料的制备通常采用浸渍、浸涂或喷涂等方法。
制备预浸料时需要控制好混合比例和搅拌时间，确保增强材料均匀分布于聚合物基体中。
3.模具制备：根据产品形状和尺寸制备模具。
模具可以是金属模具、硅胶模具或塑料模具等。
模具制备需要考虑产品的成型方式和形状，确保成型的准确性和表面质量。
4.预热处理：将模具和预浸料加热至一定温度，以保证树脂固化反应的进行。
预热处理可以采用热风循环或真空吸附等方式，提高材料的固化效果。
5.成型：将预热后的模具和预浸料放置在压力机或真空室中，施加一定的压力和温度。
通过压力和温度促进预浸料的固化。
成型可以根据工艺要求进行单层堆叠或多层堆叠。
6.热固化：在一定的温度和时间下，使预浸料中的聚合物基体与增强材料进行化学反应，形成一个整体。
热固化一般采用热压或自由固化两种方式。
7.后处理：成型后的产品需要经过修整、清洁等后处理步骤，以保证产品的尺寸精度和外观质量。
以上是聚合物复合材料的一般工艺过程，其中的具体细节和操作可以根据不同的材料和产品要求进行调整。
同时，需要注意材料的储存和运输条件，以免材料受潮、酸碱等外界因素的影响。
对于大型复合材料制品，还需要进一步进行表面处理、验收等步骤，确保产品质量符合要求。
复合材料工艺
F-35
战 斗 机
复合材料进气道 预形件的编织是在一个大心轴上进行的，将其共分为35块， 以便在固化后分别从心轴上取下。心轴是由五层连续石墨 纤维编织而成，局部达八层厚。编织为一种自动化的经纬 编织法，零件表面纤维拉紧。
接触低压成型工艺
• 接触低压成型工艺的特点是以手工铺放增强材料，浸清树 脂，或用简单的工具辅助铺放增强材料和树脂。接触低压 成型工艺的另一特点，是成型过程中不需要施加成型压力 （接触成型），或者只施加较低成型压力（接触成型后施 加0.01～0.7MPa压力，最大压力不超过2.0MPa）。
原理1、纤维路径在整个缠绕过程中不打滑。 原理2、整个成型过程中，纤维不架桥。 原理3、纤维路径与芯模端部相切。
原理4、整条纤维尽可能均匀地完全覆盖芯模。
大型玻璃钢现场微控整体缠绕贮槽、贮罐，缠绕直径 4000mm-10000mm，缠绕长度为3000--12000mm。
（1）干法缠绕
• 干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软 化至粘流态后缠绕到芯模上。
模具检验 及涂脱模 剂
图纸资料 胶液配制
玻璃布处理
预浸料制备
湿法铺陈 干法铺陈
装袋
固化炉 热压罐
模具
脱模 制件 加工和 修饰
试验片
检验区
检验
成
品
性能测试
真空袋成型
②真空袋法 此法是将手糊成型未固化的制品，加盖一层橡胶膜，制品处于橡 胶膜和模具之间，密封周边，抽真空（0.05～0.07MPa），使制品中的气泡 和挥发物排除。真空袋成型法由于真空压力较小，故此法仅用于聚酯和环氧 复合材料制品的湿法成型。
1层贴法
2 沉积法
3 缠绕法 4 编织法
5.聚合物基复合材料的制备工艺汇总
包括过滤、吸磁、干燥、研磨、称量、预热等
初混合
塑炼
造粒
粒料
初混合
在聚合物熔融温度以下、较缓和的剪切力作用，用捏合机、高 速混合机等设备将物料按顺序加入、混合均匀。
塑炼
在高于树脂熔融温度和较大的剪切力作用下 ，在双滚筒炼胶 机、密炼机、单螺杆挤出机等设备使物料热熔、剪切混合达到适当 的柔软度和可塑性，同时除去挥发物。
5.2 复合材料制品成型工艺
5.2.1 手糊工艺
5.2.2 模压成型工艺
5.2.3 RTM成型工艺 5.2.4 喷射成型工艺 5.2.5 连续缠绕成型工艺 5.2.6 拉挤成型工艺
5.2.7 挤出成型工艺
5.2.8 RRIM成型工艺
手糊成型工艺—流程
模具 准备
涂脱膜剂 手糊成型
连续纤维预浸料的制造
5.1 复合材料半成品制造工艺
5.1.1 热塑性塑料粒料
5.1.2 热固性模塑料 5.1.3 连续纤维预浸料
模塑粉 短纤维增强热固性模塑料 片状模塑料（SMC）
5.1.4 增强热塑性塑料片材
增强热塑性塑料片材（RTPS）
与热固性复合材料相比，热塑性复合材料以其良好韧性、 快速成型和可回收利用的优势倍受重视。将增强材料和热塑 性树脂预先制成半成品板材，再将它剪裁成坯料，模压或冲 压成各种制品。这种半成品称为增强热塑性塑料片材
4
树脂糊
6
9
顶部PE薄膜
割刀
中空钢鼓轮
7
粗纱切割器 5
割刀
3
粗纱
10
树脂糊 2
1
低部PE薄膜
8
11
压紧辊
聚合物基复合材料的成型工艺流程
聚合物基复合材料的成型工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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聚合物基复合材料的工艺
3.聚合物基复合材料的工艺（重要）（1）预浸料的制备工艺1.热固性预浸料的制备1）溶液浸渍法。
将树脂基体个组分按规定的比例溶解于低沸点的溶剂中，使之成为一定浓度的溶液，然后将纤维束或织物以规定的速度通过基体溶液，使其浸渍上定量的基体溶液，并通过加热除去溶剂，使树脂得到合适的黏性。
2）热熔法。
分为直接熔融法和胶膜压延法。
2.热塑性预浸料制备。
可分为预浸渍技术与后浸渍技术两类。
（2）手糊成型工艺。
先在磨具上涂刷一层脱膜剂，后加入含固化剂树脂混合物，再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其均匀浸胶并排除气泡，再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止。
然后再固化、脱膜、修边，得到复合材料制品。
（3）模压成型工艺。
是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成型的方法。
是广泛使用的对热固性树脂和热塑性树脂都适用的纤维复合材料成型方法。
（4）喷射成型工艺。
将分别混有促进剂和引发剂的不饱和聚酯树脂从喷枪两侧测(或在喷枪内混合)喷出，同时将玻璃纤维无捻粗纱用切割机切断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上。
持沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂、压实并除去气泡，最后固化成制品。
（5）连续缠绕工艺。
一种将浸渍了树脂的纱或丝束缠绕在回转芯模上。
常压下在室温或较高温度下固化成型的一种复合材料制造工艺。
是一种生产各种尺寸回转体的简单有效的方法。
（6）注射成型。
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。
6.陶瓷基复合材料的制备工艺（成型工艺）（1）等静压成型。
一般等静压指的是湿袋式等静压（也叫湿法等静压），就是将粉料装入橡胶或塑料等可变形的容器中，密封后放入液压油或水等流体介质中，加压获得所需的坯体。
（2）热压铸成型。
热压铸成型是将粉料和蜡（或其他有机高分子黏结剂）混合后，加热使蜡（或其他有机高分子黏结剂）熔化，使混合料具有一定流动性，然后将混合料加压注入模具，冷却后即可得到致密的较硬实的坯体。
复合材料概论第5章--聚合物基复合材料讲解
械强度，是玻璃纤维增强热塑性塑料中耐热温度最高的一种 。耐低温度性能好，超过了FR-PA6，在温度高低交替变化时 ，机械性能变化不大；电绝缘性好，可制造耐高温电器零件 ；高温下耐老化性好，胜过玻璃钢，尤其是耐光老化性能好 ，所以使用寿命长。不足之处是在高温下易水解，使机械强 度下降。不适于在高温水蒸气下使用。
• 2．玻璃纤维聚酰胺(代号FR-PA) • 聚酰胺是一种热塑性工程塑料，本身的强度就比
一般通用塑料的强度高，耐磨性好，但因吸水率 太大，影响了尺寸稳定性，耐热性也较低。用玻 璃纤维增强的聚酰氨，这些性能就会大大改善。 玻璃纤维增强聚酰胺的品种很多。有玻璃纤维增 强尼龙6(FR-PA6)、玻璃纤维增强尼龙66(FRPA66)、玻璃纤维增强尼龙1010(FR-PA1010)等。
• 3．玻璃纤维增强聚苯乙烯类塑料
• 聚苯乙烯类树脂目前已成为系列产品，多为橡胶改 性树脂，例如：丁二烯—苯乙烯共聚物(BS)、丙烯 腈—苯乙烯共聚物(AB)、丙烯腈一丁二烯—苯乙烯 共聚物(ABS)等。这些共聚物大大改善了纯聚苯乙 烯的性能，使原来只是一种通用塑料的聚苯乙烯改 性成为工程塑料。耐冲击性和耐热性提高了。这些 聚合物再用长玻璃纤维或短切玻璃纤维增强后，其 机械强度及耐高、低温性、尺寸稳定性均大有提高 。也要加入偶联剂，不然聚苯乙烯类塑料与玻璃纤 维粘结不牢。影响强度。
械强度，并有增重现象。
• 2．玻璃纤维增强聚酰胺
• 在聚酰胺中加入玻璃纤维后，唯一的缺点是 使本来耐磨性好的性能变差了。因为聚酰胺 的制品表面光滑，光洁度越好越耐磨。而加 入玻璃纤维以后，如果将制品经过二次加工 或者被磨损时，玻璃纤维就会暴露于表面上 ，这时材料的磨擦系数和磨耗量就会增大。
高性能聚合物基复合材料的制备与性能调控
高性能聚合物基复合材料的制备与性能调控聚合物基复合材料是由聚合物基体和填料相互作用形成的新型材料。
它具有重量轻、强度高、耐腐蚀、热稳定性好等优点，被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料等领域。
本文将讨论高性能聚合物基复合材料的制备方法以及如何通过性能调控来提高材料的综合性能。
一、制备方法1.浸涂法：该方法常用于纤维增强复合材料的制备。
首先，将预先处理的纤维浸入聚合物基体中，待基体固化后，形成复合材料。
这种方法制备的材料具有良好的界面结合性能和强度。
2.热塑性复合法：该方法适用于高分子材料的制备。
首先，将填料与聚合物基体混合均匀，然后通过热塑性加工方法，如挤出、注塑等，使复合材料成型。
相比于其他方法，热塑性复合法制备的材料可以实现大规模、高效率的生产。
3.原位聚合法：该方法通过在填料表面进行原位聚合反应来实现聚合物基复合材料的制备。
首先，在填料表面引发聚合反应，形成聚合物基体，然后通过加热或其他处理方式，使基体与填料形成强烈的物理结合。
这种方法制备的材料具有良好的亲和力和增强效果。
二、性能调控1.界面改性：填料与聚合物基体的界面性能直接影响复合材料的综合性能。
通过表面处理、增加界面黏合剂等方式，可以增强界面粘结力，提高复合材料的强度和耐热性能。
2.填料选择：不同填料对复合材料的性能有着不同的影响。
例如，炭纤维填料可以增强材料的强度和刚度，而纳米颗粒填料可以提高材料的硬度和耐磨性能。
因此，在制备复合材料时，根据所需性能选择合适的填料对于提高材料性能至关重要。
3.添加剂调控：通过添加适量的增韧剂、抗氧化剂、阻燃剂等，可以改善聚合物基复合材料的力学性能、耐热性能和阻燃性能。
这种方法在航空航天等领域得到了广泛应用。
4.多组分共混：将两种或多种不同的聚合物基体以及不同的填料进行共混，可以得到具有优秀综合性能的复合材料。
多组分共混方法可以改善材料的力学性能、耐热性能、耐腐蚀性能等，提高材料的适用范围。
综上所述，高性能聚合物基复合材料的制备与性能调控是一个复杂而关键的过程。
第四章聚合物基复合材料成型工艺
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第四章 聚合物基复合材料成型工艺
第一节 概述
一、聚台物基复台材料成型工艺的发展概况
我国复合材料工业主要产品为玻璃钢冷却塔、防腐贮罐、管道工 程、卫生洁具、SMC及BMC模压制品、环保设备、汽车部件、游艇及 渔船、运动器材等。
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第四章 聚合物基复合材料成型工艺
第一节 概述
二、 复合材料成型工艺的选择原则及方法
⑵成型方法选择
一般来讲，产品尺寸精度和外观质量要求高的大批量、中 小型产品，应选择模压成型工艺；大型产品，如渔船、雷达等， 则常采用于糊工艺；压力容器及管道，可采用缠绕成型工艺。
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第四章 聚合物基复合材料成型工艺
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第四章 聚合物基复合材料成型工艺
第二节 接触低压成型工艺
二、喷射成型技术(Spray Up Molding)
喷射成型技术是手糊成型的改进，半机械化程度。国外 60年代已有成套喷射设备出售：如美国维纳斯公司生产的HIS 喷 射 成 型 机 ， 英 国 Dowuland 纤 维 树 脂 喷 射 机 ， 瑞 典 的 Aplicator喷射机等。
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第四章 聚合物基复合材料成型工艺
第二节 接触低压成型工艺
接触低压成型工艺过程: ⑴先将材料在阴模、阳模或对模上制成设计形状; ⑵然后施加较低压力或不加压，使树脂浸透增强材料; ⑶再通过加热或常温固化，脱模后再经过辅助加工而
获得制品。 属于这类成型工艺的有手糊成型、喷射成型、袋压成
型、树脂传递模塑成型、热压罐成型和热膨胀模塑成型 (低压成型)等。
聚合物基复合材料(PMC)
成型固化工艺（续）
模压成型工艺优缺点
优点：较高的生产效率，制品尺寸准确，表面光洁，
多数结构复杂的制品可一次成型，无需有损制品性能 的二次加工，制品外观及尺寸的重复性好，容易实现 机械化和自动化等。
缺点：模具设计制造复杂，压机及模具投资高。制
品尺寸受设备限制，一般只适合制造批量大的中、小 型制品。
预浸渍技术包括溶液预浸和熔融预浸两种，其特 点是，预浸料中树脂完全浸渍纤维。 后预浸技术包括膜层叠、粉末浸渍、纤维混杂、 纤维混编等，其特点是，预浸料中树脂是以粉末、 纤维、或包层等形式存在，对纤维的完全浸渍要 在复合材料成型过程中完成。
预浸料及预混料制造工艺（续）
对于制造的预浸料，评价和选择要考虑的参数主要是， 纤维与基体类型、预浸料规格(厚度、宽度、单位面 积重量等)、性能指标(如树脂含量、粘性、凝胶时间 等)。 纤维与基体类型是复合材料性能的决定因素，要根据 制件的使用要求(如强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性 等)选择不同类型预浸料。 同一类型预浸料，通常有不同规格以满足用户需要。 预浸料厚度一般在0.08一0.25mm，标准厚度为0.13mm； 宽度在25—1500mm。 评价其性能指标包括树脂含量、粘性、凝胶时间、贮 存期、挥发份含量等，是确定复合材料生产工艺、控 制制品质量的重要参数。
预浸料及预混料制造工艺（续）
SMC的生产一般是在专用SMC机组上进行。生产 上，一般先把除增强纤维以外的其它组分配成树脂糊， 再在SMC机组上与增强纤维复合成SMC。
成型固化工艺
复合材料及其制件的成型方法，是根据产品 的外形、结构与使用要求并结合材料的工艺 性来确定的。 已在生产中采用的成型方法有：1）接触成型 类：手糊成型、湿法铺层成型、注射成型；2） 压力成型类：真空袋压法成型、压力袋成型、 热压罐成型、模压成型、层压或卷制成型；3） 其他成型：纤维缠绕成型、拉挤成型、连续 板材成型、热塑性片状模塑料热冲压成型、 树脂注射和树脂传递成型、喷射成型、真空 辅助树脂注射成型、夹层结构成型、挤出成 型、离心浇铸成型等。
聚合物复合材料的制备技术
聚合物复合材料的制备技术聚合物复合材料(polymer composite materials，PCM)是一种独特的新型材料，由两种或以上的物质组合而成，是一种在工业中更为广泛应用的新型结构材料。
聚合物复合材料由聚合材料和增强材料构成，聚合材料是基体，增强材料是填料，可使聚合物复合材料在力学性能、物理性能、热性能等方面得到了显著的提高，并且具有较高的强度、刚度、耐磨性和防腐蚀性等优点。
一、制备材料1.聚合材料的选择聚合材料是指制备聚合物复合材料的基体，它的选择直接影响到最终的性能。
常见的聚合材料包括塑料、树脂、橡胶和胶粘剂等。
其中，树脂是最常用的一种材料。
在树脂中，环氧树脂和不饱和聚酯树脂是应用最广泛的两种。
2.增强材料的选择增强材料是聚合物复合材料中的填料，决定了聚合物复合材料的物理性能和强度。
常用的增强材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶丝等。
其中，碳纤维是目前应用最广泛的一种。
在选择碳纤维材料时，需要结合具体的应用环境和要求进行选择，例如选择碳纤维长度、直径、分布和取向等。
二、制备工艺1.树脂基复合材料的制备工艺树脂基复合材料的制备工艺一般包括树脂注塑和模压两种。
树脂注塑是一种快速制备树脂基复合材料的方法。
首先，将固态增强材料放置于注塑机的注塑腔中，然后将树脂加热至液态状态，通过注塑机将树脂注入注塑腔中，再通过成型过程，形成树脂基复合材料。
模压是一种制备高强度树脂基复合材料的方法。
在模压过程中，将增强材料置于模具中，再将树脂加热至液态状态，然后通过压力和温度对其加固，成型成树脂基复合材料。
2.碳纤维基复合材料的制备方法碳纤维基复合材料的制备方法一般包括湿法和干法两种。
湿法是通过浸渍法制备碳纤维基复合材料的一种方法。
先将碳纤维浸泡在预浸涂层中，再将其从预浸涂层中取出，通过加热和固化，形成碳纤维基复合材料。
干法则是通过预浸涂料制备碳纤维基复合材料的一种方法。
首先，将干燥的碳纤维预处理涂上预浸涂层，然后通过烘干和固化获得碳纤维基复合材料。
聚合物基复合材料的成型工艺
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连续纤维缠绕法适于制作承受一定 内压的中空型容器，如固体火箭发动机 壳体、导弹放热层和发射筒、压力容器、 大型贮罐、各种管材等。
55
近年来发展起来的异型缠绕技术，可 以实现复杂横截面形状的回转体或断面呈 矩形、方形以及不规则形状容器的成型。
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层压成型工艺属于干法压力成型范畴，是复 合材料的一种主要成型工艺。
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层压成型工艺生产的制品包括各种 绝缘材料板、人造木板、塑料贴面板、 覆铜箔层压板等。
复合材料层压板的生产工艺流程如下
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增强材料 热固性树脂
浸胶
胶布
裁
剪
热
脱
切
叠
压
模
边
合
层压板的生产工艺流程
产 品
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层压成型工艺的优点是制品表面光洁、 质量较好且稳定以及生产效率较高。
②产品质量不易控制，性能稳定性不高。 ③产品力学性能较低。
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2．模压成型工艺
模压成型工艺是一种古老的技术，早在20世 纪初就出现了酚醛塑料模压成型。
模压成型是一种对热固性树脂和热塑性树脂 都适用的纤维复合材料成型方法。
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模压成型工艺过程
将定量的模塑料或颗粒状树脂与短纤维的混合 物放入敞开的金属对模中，闭模后加热使其熔化， 并在压力作用下充满模腔，形成与模腔相同形状的 模制品；再经加热使树脂进一步发生交联反应而固 化，或者冷却使热塑性树脂硬化，脱模后得到复合 材料制品。
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金属对 模准备
模塑料、 颗粒树脂
短纤维
涂脱模剂
加热、加压
膜压成型 加热 冷却
固化
脱模
聚合物基复合材料及其成型工艺 北京航空航天大学 第4章 热压罐成型工艺
抽真空
隔离材料 复合材料毛 坯 隔离材料 模 具 密封胶带 挡块
1.热压罐工艺原理
热压罐内的气源示意图
z z的待成型构件
构件推入热压罐内
1.热压罐工艺原理
（1）升温速率α1、α2 （2）降温速率β （3）第一恒温平台Tcons1-tcons1 （4）第二恒温平台Tcons2-tcons2 （5）真空压力Pvac （6）外加压力Papp （7）加压时机tapp
罐内温度
要求达到：罐内各点温差≤5oC，升温速率1-8oC/min 可调 罐内温度制度可按树脂体系的固化温度和制件大小确定， 一般为两阶段加温、恒温工艺
热压罐 的冷却
降温过程对复合材料制造质量也有重要影响 循环水冷却，降温速率0.5-6oC/min 可调
3 热压罐系统的组成
罐内 压力 真空 系统
压力可达1.5-2.5MPa，误差不大于0.05MPa 设有安全防爆装置
3 模具材料
一般性要求
• • • • • • •
耐温性：180℃长期使用 耐压性：0.7MPa长期使用 升温速率均匀 尺寸精度要求 表面光洁度与硬度要求 能够定位和支撑成型构件 热膨胀系数尽量与复合材料相近
• • • • • •
耐溶剂清洗 便于机械加工 气密性好 重量轻 尺寸与运输空间相容 使用方便，易维护
钢
橡胶
碳纤维 其热膨胀系数与所成型复合材料构件一致，质量轻，材料模量高，模具 刚度大；适用于高精度的大型构件的成型，但材料成本高，耐温低，表 复合材料 面易划伤，有吸湿问题 玻璃纤维 质量轻，材料价格低；但材料模量低，模具刚度差；一般用于简单成型 复合材料 或型面要求不高的结构
3 模具材料－模具的分类
相关术语
复合材料聚合物基复合材料
5.工艺性好。
制造工艺简单，过载时安全性好。
设计性强
由于纤维复合材料的各向异性，与之相关的是性 能的可设计性。由于控制其性能的因素很多，增强剂 类型、基体类型、纤维的排列方向、铺层次层、层数、 成型工艺等都可以根据使用目的和要求不同而进行选 择，因而易于对PMC结构进行最优化设计，做到安全 可靠，经济合理。
•复合材料的破坏有明显预兆，可以在事先检 测出来，而金属的疲劳破坏则是突发性的。
•复合材料中纤维与基体的界面能阻止裂纹的 扩展，其疲劳总是从纤维的薄弱环节开始， 裂纹扩展或损伤逐步进行，时间长，所以破 坏前有明显的预兆。
3.阻尼减振性好
受力结构的自振频率除了与结构本身形状 有关外，还同结构材料的比模量平方根成 正比。所以复合材料有较高的自振频率。
聚合物基复合材料在中国的发展
中国的复合材料起始于1958年，首先用于军工制 品，而后逐渐扩展到民用。
1958年以手糊工艺研制了玻璃钢艇，以层压 和卷制工艺研制玻璃钢板、管和火箭弹。 1961年研制成用于远程火箭的玻璃纤维-酚 醛树脂烧蚀防热弹头。 1962年引进不饱和聚酯树脂、喷射成型和蜂 窝夹层结构成型技术，并制造了玻璃钢的直 升机螺旋桨叶和风洞叶片，同年开始纤维缠 绕工艺研究并生产出一批氧气瓶等压力容器。
同时，复合材料基体与纤维的界面有较大 的吸收振动能量的能力，致使材料的振动 阻尼较高，一旦振起来，在短时间内也能 停下来。
聚合物的成型加工方法
制件不同部位的冷却速度的不同，通常外边 冷却速度快，内部冷却速度慢，这就会导致 制件内外的结晶速率不同及结晶度不同，使 制件密度的不均一。控制冷却速度可改变聚 合物的结晶过程，以控制制品的性能。 热处理能使产品的结晶更趋于完善，不稳定 的结晶结构转变为稳定的结晶结构，微小的 晶粒转变为较大晶粒。热处理还能明显增加 晶片厚度、提高熔点，此外也有利于大分子 链的部分解取向和消除制品中的内应力。但 过高的结晶度会导致制品变脆。
聚合物成型加工介绍
陈双俊
1
聚合物的成型加工： 聚合物的成型加工：将聚合物或以聚合物 为基本成分，加入各种添加剂，在一定的 温度和压力下，将其转变为具有实用价值 的材料或制品的一种工艺过程。
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3
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聚合物的成型加工方法分类 按聚合物的成型方法原理，大致可分为： 按聚合物的成型方法原理，大致可分为： 1)、热塑化、冷却成型 1)、热塑化、 首先加热聚合物，使其处于均匀的粘流态， 即“塑化”状态，然后塑制成所需要的形状， 塑化” 并冷却定型。挤出、注射、压延、真空成型、 熔融纺丝、熔融喷涂等方法，都属于热塑化， 冷却成型。
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5、层压成型 层压成型主要是热固性塑料的成型方法。此法是将浸 有热固性树脂的纸、布、木片、玻璃纤维及其它织物 等基材，裁剪成一定尺寸的层压成型材料，在模具中 叠合成层，在热和压力作用下使树脂固化而成为整体， 得到片层状塑料的成型加工方法。 6、浇铸成型 浇铸成型是将聚合物单体、预聚物、熔融的热塑性聚 合物、聚合物溶液或溶胶倒入一定形状的模具中，而 后使其固化反应，定型或溶剂挥发而硬化成为制品的 一种方法。 有机玻璃、尼龙6 有机玻璃、尼龙6、环氧树脂、不饱和聚酯、纤维素、 聚氯乙烯等都可用此法制成各种形状的制品。
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分子结构
• 加热固化
• 加固化剂，如六次甲基四胺或有机酸。
碱性固化剂仍需加热，酸性固化剂可室温固化。
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特点： 耐热性高，可达315℃。价格最低。粘附性较
差，收缩率大,气孔率高，性脆。
改性： • 引入柔性链。如：聚乙烯醇缩丁醛
• 降低树脂中 -OH 基的含量。如：以苯胺或二 甲苯取代部分苯酚。提高电性能。
CH3
O ‖
NaO- -C- -ONa + Cl-C-Cl →
CH3
CH3
O ‖
～O- －C- -O-C～ + NaCl
CH3
刚性苯环；变形小，抗蠕变，尺寸稳定。 可与玻璃纤维和碳纤维复合。
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(4)．聚砜 以 砜 和 苯 环 连 结 成 硬 性 链 ， 可 在 100～
150℃下长期使用。 可与碳纤维复合，用于宇航和汽车工业。 此外：耐高温的聚酰亚胺、双马来酰亚胺等
杂环结构的聚合物，耐温可达300～400℃， 也常作为复合材料的基材。
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3.1.2 聚合物基复合材料基本性能
• 具有较高的比强度和比模量。 • 抗疲劳性能好，安全性高。 • 减振、隔音、保温、隔热。 • 弹性模量不高、断裂延伸率小、抗冲击强度
差、横向强度、层间剪切强度低。 • 手工劳动强度大，质量不稳定。
环氧树脂特点：
• 粘附力好，韧性较好，收缩率低。复合材料 强度高，尺寸稳定。
• 电性能好。介电强度高，耐电弧优良的绝缘 材料。
• 耐酸碱耐溶剂性强。
• 热稳定性良好。
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(3)．酚醛树脂
由酚
O和│H醛
51 3
缩O‖合而成。
H–C-H
酚/醛 < 0.9，碱催化可得体型热固性树脂。
固化：
环氧树脂固化： 环氧树脂分子中都含有活泼的环氧基团，可与多
种固化剂交联，形成网状结构。
常用固化剂： 二元胺类、二元酸酐类。 芳香族胺或咪唑类固化剂，可提高强度及耐热性，
但冲击韧性会降低。
潜伏剂： 单组份产品可加入潜伏剂，如双氰胺，室温下可
存放6个月，145 ～ 165℃下，80 min可固化。
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3、高强度纤维增强塑料
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⑴、C纤维增强塑料 比强度，比模量最高的材料；耐腐蚀耐热都很
好。抗冲击性差，价格昂贵。
⑵、芳纶纤维增强塑料
• 与塑料相容性好，价格适中，应用前景广泛。
• 抗拉强度与C纤维相当，冲击强度远高于C纤维； 振动衰减是玻璃钢的4～5倍。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 抗压性能差。
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⑶、B纤维增强塑料 突出优点是刚度好，价格比C纤维还贵。
⑷、SiC纤维增强塑料 突出优点是与树脂相容性好。
碳纤维头盔
地铁闸瓦
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C 纤 维 增 强
芳
纶
纤
维
增
强
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25
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3.2 成型工艺
聚合物基复合材料的性能在纤维与树 脂体系确定后，主要决定于成型工艺。
⑴．聚丙烯 柔性无极性链。与纤维浸润性、结合力较差。复合增强效果
有限。原料来源广泛，价格低，普通民用。
⑵. 聚酰胺（尼龙） 链中含大量酰胺键，链间以氢键连接。结合力强，强度高，
耐磨性好。使用温度<100℃，吸水率高。 常用品种：尼龙6、66、1010、610等。
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(3)．聚碳酸酯 由双酚A的钠盐与碳酸双酰氯缩聚而成
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品种
1、GF增强热固性塑料（GFRP）---- 玻璃钢
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⑴、聚酯玻璃钢 加工性能最好。低粘度，可室温固化；价低，用量占
80% 。
⑵、环氧玻璃钢 综合力学性能最好，耐蚀性好；粘度大，施工困难。
⑶．酚醛玻璃钢 耐热性最好, <350℃长期使用，短期可达1000℃；
3.1 聚合物基复合材料
特点： ❖ 比强度大，比模量大； ❖ 耐疲劳性能好；减震性能好； ❖ 耐烧蚀性能好； ❖ 工艺性好。
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3.1.1基体材料
(一) 热固性聚合物: ⑴.不饱和聚酯树脂
a. 结构特征：由饱和二元酸、不饱和二元酸与二 元醇经缩聚反应合成的线型预聚体。
b.固化： • 固化剂 --- 乙烯、苯乙烯、丁二烯等单体。 • 引发剂 --- 过氧化物（加热固化） • 促进剂 --- 苯胺类和有机钴，室温固化。
2
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c.特点
❖粘度低，工艺性好。 ❖综合性能好，价廉，用量约占80% 。 ❖有毒，体积收缩大，耐热性、强度和模 量较低。
❖一般不与高强度的碳纤维复合，与玻璃 纤维复合制作次受力件。
3
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(2)、环氧树脂
a. 双酚型 其中R: CH3
│
-C -
│
CH3
A 丙基
- CH2 F 亚甲基
• 硼酸改性酚。吸水性、耐热性、脆性和电学性 能均提高。
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应用：
❖ 酚醛树脂一般不与碳纤维复合，与玻璃纤 维复合后，多用于电器绝缘材料。
❖ 碳含量高78％，碳化收率达63％，因此可 用于制作烧蚀材料，用于导弹、航天器再 入大气层的防护层。
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（二）热塑性聚合物 与热固性聚合物相比： • 力学性能、耐热性、抗老化性等都较差。 • 工艺简单、周期短、成本低、密度小、应用广。
O
‖
-S-
‖
O
S砜
双酚型环氧含硬性苯环，链刚性较高，只能用于聚合 度低的树脂。耐热性好，强度高，韧性差。
固化特点： 环氧活性基都在链两端，固化交联点不高。
4
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b. 非双酚型
• 链内含有环氧基，交联密度高，结合 强度及耐热性均提高。
• 三聚氰酸环氧含三氮杂环，有自熄性， 耐电弧性好。
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电学性能好，耐电弧。
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玻璃钢采光板
玻璃钢汽车保险杠
玻璃钢型材
赛艇、帆船壳体
体育馆采光
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透光型玻璃钢 18
2、GF增强热塑性塑料 (FR-TP) 特点： ⑴、比重轻1.1～1.6 ⑵、抗儒变性等力学性能明显提高 ⑶、热学性能大大提高>50% ⑷、尺寸稳定性提高
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c. 胺基环氧
含高极性的酰胺键，粘结性好，力学性能 较高；但耐水性差，电性能有所下降。
d. 脂环族环氧
不含苯环，含脂环，稳定性更高，热学性能好， 耐紫外线，不易老化。粘度低，工艺性好。
e. 脂肪族环氧 --- 高韧性环氧
无六环状硬性结构，冲击韧性好，但与纤维结 合力较差。
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