热塑性复合材料成型工艺

合集下载

热塑性复合材料的加工技术现状应用及发展趋势

热塑性复合材料的加工技术现状应用及发展趋势热塑性复合材料是指由热塑性树脂基体和增强材料（如玻璃纤维、碳纤维等）组成的材料。

它具有良好的机械性能、化学稳定性和耐磨性，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。

随着科学技术的发展，热塑性复合材料的加工技术也不断推进，应用范围也在不断扩大。

在热塑性复合材料的加工技术方面，目前主要有预浸法、树脂浸渍法和树脂缠绕法等。

预浸法是将热塑性树脂浸渍到增强材料中，形成预浸料，然后通过压塑和热固化等工艺进行成型。

这种加工技术具有成型周期短、生产效率高、成本低等优点，适用于大批量生产。

但是预浸法的工艺控制要求较高，需要保持一定的工艺温度和压力，以确保产品的质量。

树脂浸渍法是将增强材料浸渍到热塑性树脂中，形成蜂巢结构后加热熔融，然后采用压塑成型。

这种加工技术具有成型性能好、质量稳定等优点，适用于复杂产品的生产。

但是树脂浸渍法需要较长的热固化时间，加工周期较长。

树脂缠绕法是将热塑性树脂涂覆在纤维上，通过控制缠绕角度和缠绕层数，形成复杂的形状。

这种加工技术具有成型灵活、节约材料等优点，适用于空间限制较大的产品。

但是树脂缠绕法需要掌握一定的工艺技巧，以确保产品质量。

热塑性复合材料的加工技术在航空航天、汽车等行业得到了广泛的应用。

在航空航天领域，热塑性复合材料可以用于制造机翼、机身等零部件，以提高飞机的载重能力和燃油效率。

在汽车行业，热塑性复合材料可以用于制造车身、底盘等部件，以提高汽车的安全性和节能性能。

随着科学技术的不断进步，热塑性复合材料的加工技术也在不断发展。

一方面，加工工艺越来越精细化和自动化，提高了生产效率和产品质量。

另一方面，新型材料的研发和应用也为热塑性复合材料的加工技术带来了新的发展方向。

例如，纳米级增强材料的应用可以改善热塑性复合材料的力学性能和耐热性能；3D打印技术的应用可以实现复杂形状的制造，提高产品的适应性和精度。

综上所述，热塑性复合材料的加工技术在应用和发展方向上都取得了很大的进展。

复合材料成型加工技术---

真空袋
1. 过程
制品毛坯真空袋密封抽真空固化制品
2. 特征 1）工艺简单，不需要专用设备； 2）压力较小，最大为0.1MPa，只适
用厚度1.5mm以下复合材料制品
压力袋成型
压力为0.25~0.5MPa
真空袋-热压罐成型
预浸料成型
预浸料成型（prepreg lay-up）
基本步骤：
设备：要求比RTM高，投资大
模压成型（Compression Molding）
将复合材料片材或模塑料放入金属对模中，在温度和压力作用下，材料充满模腔，固化成型，脱模制得产品的方法。
模具预热模压料称量
涂刷脱模剂预热
装模
压制脱模
制品检验后处理
BMC模压 SMC、TMC模压预浸料模压（层压）
多孔膜密实膜多孔织物
多孔膜
真空封装系统：透气、隔离、吸胶、透胶系统
适合加工高纤维含量（>60%）复合材料简单和复杂构型构件均可以加工高强度和高刚度复合材料均可以加工劳动强度大，不适于大量加工构件成本高在航空和军事用先进复合材料上用途广泛
喷射成型（spray-up process）
包括：
干法缠绕：预浸纱湿法缠绕：纤维纱半干法缠绕：纤维纱
加热软化缠绕浸胶缠绕浸胶烘干缠绕
非常适合制作管状制品，如压力容器、管道、火箭发动机壳体、喷管、化学品储存罐等
配合CAD系统，可以制作外形更为复杂的构件
基本步骤
① 粗纱线轴放置在粗纱架上； ② 几根粗纱从导纱沟中穿过； ③ 固化剂和树脂在容器中混合后倒入树脂浸渍槽中； ④ 在卷绕滚筒上涂覆脱模剂、凝胶涂层，并将卷绕滚筒放

纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展

纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展摘要：随着低碳经济、碳中和等环保理念的呼声不断高涨，低能耗、可回收的高性能复合材料的需求量不断增加。

高性能复合材料可作为关键的轻型承重材料，应用于风力涡轮机叶片根部加强件、高压绝缘子芯棒和建筑应用中的梁等。

不同于热固性拉挤成型复合材料，热塑性复合材料不需要化学固化，生产效率高、污染小、原材料利用率高，且制件具有可回收、可焊接、使用寿命长的特点，因此国内外都在积极开展高效率、低成本的热塑性复合材料生产工艺的研究。

基于此，本文章对纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：纤维增强热塑性复合材料；拉挤成型工艺；研究进展引言纤维增强热塑性复合材料比热固性树脂复合材料具有更高的比强度和冲击强度，不需要特殊的储存和运输条件，易于维修和可回收再加工。

因此热塑性复合材料在加工性、效率、全寿命周期内的环保性和成本都明显优于热固性复合材料。

碳纤维增强热塑性聚合物复合材料是树脂基复合材料的发展方向，具有广阔的应用前景。

一、拉挤成型工艺拉挤成型工艺由于其生产效率高、拉挤制品纤维含量高、原材料成本低等优点被广泛应用于各种复合材料的生产制造中。

将拉挤成型工艺与热塑性复合材料相结合可充分发挥复合材料的优势，实现各种断面和空腔型材的高效生产。

热塑性树脂普遍存在黏度大的问题，导致了纤维浸渍困难，因此纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的改进方向主要集中在纤维浸渍方式上。

根据浸渍方式不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺两大类。

从目前生产应用的角度来看，非反应型拉挤成型过程部分浸渍工艺与热固性复合材料拉挤成型工艺相似，技术更加成熟，设备投资也相对降低，因此应用更加广泛，而反应型拉挤成型工艺对生产设备要求高，技术难度较大，因此应用范围相对较小。

二、纤维增强热塑性复合材料特点复合材料基本上是一种新型材料，在对两种性质不同的材料进行物理或化学处理后进行加工，其性质相对较高。

复合材料成型工艺

复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。

随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产，如：（1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法；（2）喷射成型工艺；（3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）；（4）袋压法（压力袋法）成型；（5）真空袋压成型；（6）热压罐成型技术；（7）液压釜法成型技术；（8）热膨胀模塑法成型技术；（9）夹层结构成型技术；（10）模压料生产工艺；（11）ZMC模压料注射技术；（12）模压成型工艺；（13）层合板生产技术；（14）卷制管成型技术；（15）纤维缠绕制品成型技术；（16）连续制板生产工艺；（17）浇铸成型技术；（18）拉挤成型工艺；（19）连续缠绕制管工艺；（20）编织复合材料制造技术；（21）热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺；（22）注射成型工艺；（23）挤出成型工艺；（24）离心浇铸制管成型工艺；（25）其它成型技术。

视所选用的树脂基体材料的不同，上述方法分别适用于热固性和热塑性复合材料的生产，有些工艺两者都适用。

复合材料制品成型工艺特点：与其它材料加工工艺相比，复合材料成型工艺具有如下特点：（1）材料制造与制品成型同时完成一般情况下，复合材料的生产过程，也就是制品的成型过程。

材料的性能必须根据制品的使用要求进行设计，因此在造反材料、设计配比、确定纤维铺层和成型方法时，都必须满足制品的物化性能、结构形状和外观质量要求等。

（2）制品成型比较简便一般热固性复合材料的树脂基体，成型前是流动液体，增强材料是柔软纤维或织物，因此，用这些材料生产复合材料制品，所需工序及设备要比其它材料简单的多，对于某些制品仅需一套模具便能生产。

一、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）。

树脂基复合材料

缺点：只能生产线型制品。
第5页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
注塑成型注塑成型是树脂基复合材料生产中的——种重要成型方法材料，它适用于热塑性和热固性树脂基复合材料，但以热塑性树脂基复合材料应用为广。注射成型是将粒状或粉状的纤维-树脂混合料从注射机的料斗送入机筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度较低的闭合模内，经过冷却定型后，脱模得制品。特点：成型周期短，热耗量少，闭模成型，可使形状复杂的产品一次成型，生产效率高、本钱低。但是它不适于长纤维增强的产品，模具质量要求高。
〔4〕纤维混合。热塑性聚合物纺成多根长丝纤维，使得开发增强纤维和热塑性聚合物长丝混合形成特有预浸料成为可能。根据纤维混合方式的不同，该种方法又可分为共
第10页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
〔A〕共混纤维：连续增强纤维和热塑性聚合物纤维(长丝或短纤维)通过特有的纺纱技术形成连续增强纤维／热塑性聚合物纤维混合纱。混合纱可以机织、针织、编织加工，形成机织物、针织物和编织物预浸料。也可进展单向缠绕加工单向复合材料板。混合纱的混合程度越好，在成型加工中熔融基体的浸渍性越好。理想的混合纱是每根增强纤维与热塑性聚合物纤维相邻，但由于两种纤维直径、刚度等方面存在着差异，在实际中不可能到达这种理想纱线构造。
纤维和树脂无规混合。
长纤维粒料生产的制品力学性能较高，短纤维粒料那么用于生产形状复杂的薄壁制品。
第4页，共28页。
Thermoplastic Resin composites molding
优点：能加工绝大多数热塑性复合材料及局部热固性复合材料时，生产过程连续，自动化程度高，工艺易掌握及产品质量稳定等。

lft-d工艺原理

LFT-D工艺原理
LFT-D是一种长纤维增强热塑性复合材料的直接注塑成型工艺，其基本原理是将连续纤维和热塑性树脂预混料通过挤出机挤出成一定长度的纤维束，然后将纤维束送入注塑机的模具中，在高压下进行注塑成型。

具体而言，LFT-D工艺包括以下几个步骤：
1. 预混料制备：将热塑性树脂和连续纤维按照一定比例混合，制备出预混料。

2. 挤出：将预混料通过挤出机挤出成一定长度的纤维束。

3. 注塑：将纤维束送入注塑机的模具中，在高压下进行注塑成型。

4. 固化：在注塑过程中，热塑性树脂在高温下熔化，纤维束被包裹在树脂中，形成复合材料。

随后，在模具中进行固化，以使复合材料达到所需的强度和刚度。

通过LFT-D工艺，可以制造出具有高强度、高刚度、高耐磨损性和耐腐蚀性的长纤维增强热塑性复合材料零件，适用于汽车、航空航天、电子、医疗等领域。

纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展

纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
赵新涛;姜宁;王明道;李骏腾;李迪;谭洪生
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)1
【摘要】拉挤成型作为一种连续生产固定截面的热塑性复合材料成型工艺,具有原材料利用率高、生产效率高、废品率低、产品复制性强、可设计等优点,已在轻量化汽车、建筑建材、风电叶片等领域内广泛应用。

热塑性树脂基体存在室温下呈固态、熔融状态下流动性差的问题,导致纤维浸渍困难,成为此类成型工艺发展的瓶颈,因此改进拉挤成型工艺的关键集中在纤维浸渍技术上。

本文综述了纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的研究进展,并根据浸渍方式的不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺,介绍了每种成型工艺的浸渍特点、制备流程以及工艺优化方案,阐述了拉挤成型工艺中不同的纤维浸渍方式对制件质量的影响规律,最后对拉挤成型工艺现存的问题进行了讨论,展望了未来纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的发展趋势,为今后拉挤成型工艺的深入研究和开拓创新提供参考。

【总页数】9页(P220-228)
【作者】赵新涛;姜宁;王明道;李骏腾;李迪;谭洪生
【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院;山东理工大学机械工程学院;山东理工大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.连续纤维增强热塑性树脂基复合材料拉挤工艺研究与应用现状
2.拉挤工艺成型连续纤维增强热塑性FRP的性能研究
3.拉挤工艺成型连续纤维增强热塑性FRP的性能与应用研究
4.碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺研究进展
5.碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺的研究进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

热塑性复合材料及其工艺

特性
具有优良的力学性能、耐腐蚀性、绝缘性、重量轻、易加工成型等特性。
分类与组成
分类
根据基体材料的不同，热塑性复合材料可分为聚合物基、无机非金属基和金属基等。
组成
通常由增强材料、基体材料和各种添加剂组成，其中增强材料提供强度和刚度，基体材料提供塑性和韧性。
历史与发展
历史
自20世纪50年代以来，热塑性复合材料的研究和应用逐渐受到重视，随着科技的发展和环保意识的提高，热塑性复合材料的应用领域不断扩大。
建筑行业
建筑模板
热塑性复合材料可用于建筑模板的制造，具有轻便、易加工和可重复使用的特点。
VS
建筑管道
热塑性复合材料也可用于制造建筑管道，如雨水管、排水管等，具有耐腐蚀、寿命长的优点。
其他领域
医疗器械
热塑性复合材料可用于制造医疗器械，如导管、支架等，具有生物相容性好、耐高温和耐腐蚀的优点。
挤出成型工艺具有生产效率高、制品尺寸精度高、可连续生产等优点，广泛应用于管材、型材、板材等产品的生产。
注射成型工艺
01
注射成型工艺是一种将热塑性复合材料加热至熔融状态，然后通过注射机注入模具，冷却固化后得到制品的加工方法。
02
注射成型工艺具有生产效率高、制品尺寸精度高、可生产复杂结构制品等优点，广泛应用于汽车、电子、家电等领域。
加工效率高
热塑性复合材料的加工效率较高，能够提高生产效率，降低生产成本。
市场接受度挑战
认知度低
相对于传统的金属和塑料材料，热塑性复合材料的认知度较低，需要加强宣传和推广。
价格较高
热塑性复合材料的价格相对较高，可能会影响其在某些领域的应用和推广。
技术成熟度挑战

玻璃钢制作工艺简介

玻璃钢制作工艺简介玻璃钢制品是由树脂、增加材料和多种关心成分合理组合而成，制造工艺种类繁多。

1FRP 制品成型工艺FRP 的制品往往是材料制造和产品成型同时完成。

成型工艺有手糊、RTM、SMC、缠绕、热塑性塑料〔GF/PP〕注射模塑及GMT 冲压成型等。

1.1手糊成型工艺手糊成型工艺是一种简洁成熟的成型工艺，其典型工艺过程是：在涂有脱模剂的模具上，将加有固化剂的树脂混合料和玻璃纤维织物手工逐层铺放，浸胶并排解气泡，层合至确定厚度，然后固化形成制件。

手糊成型技术的优点是：无需专用设备，投资少；不受制品外形和尺寸的限制，特别适于数量少、整体式及构造简单的大型制品的制作；可以依据设计要求合理利用增加材料，能任凭局部增加，做到以最低本钱实现设计要求，而且当设计不合理时能便利地进展修改；操作便利，简洁把握，便于推广。

手糊工艺的缺点是：制品质量不易把握，人为因素大；制品的强度和尺寸精度较低；劳动条件差，生产效率低。

1.2喷射成型工艺喷射成型工艺是手糊成型的改进，属于半机械化成型工艺。

它是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯树脂分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上;当沉积到肯定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排解气泡，固化后成制品。

喷射成型的优点是：用玻纤粗纱代替织物，可降低材料本钱；生产效率比手糊的高2～4倍；产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，耐腐蚀、耐渗漏性好；产品尺寸、外形不受限制。

喷射成型的缺点是：树脂含量高，制品强度低；产品只能做到单面光滑；污染环境，有害工人安康。

1.3SMC 及BMC 成型工艺片状模塑料〔Sheet Molding Comp，SMC〕和团状模塑料〔Bulk Molding Compoun，BMC〕是由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡，两边掩盖聚乙烯薄膜而制成的一类片状模压料，属于预浸毡料范围。

使用时，将两面的薄膜撕去，按制品的尺寸裁剪、叠层，放入金属模具中加温加压，即得所需要的制品。

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

热塑性复合材料

热塑性复合材料
热塑性复合材料是一种由连续纤维增强材料和热塑性树脂组成的复合材料。

在
这种材料中，连续纤维通常是玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维，而热塑性树脂可以是聚丙烯、聚酰胺或聚酯等。

热塑性复合材料因其优异的力学性能、耐高温性能和成型加工性能而得到广泛应用。

首先，热塑性复合材料的优异力学性能是其最大的特点之一。

由于连续纤维的
加入，使得复合材料具有很高的强度和刚度，能够承受较大的载荷。

同时，热塑性树脂的良好粘合性能也能有效地传递载荷，提高材料的整体性能。

这使得热塑性复合材料在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。

其次，热塑性复合材料具有良好的耐高温性能。

热塑性树脂在高温下依然能够
保持较好的力学性能，不会出现软化或熔化的情况。

这使得热塑性复合材料能够在高温环境下长期稳定地工作，满足特殊工况下的使用需求。

因此，热塑性复合材料在航空航天领域的发展中扮演着重要的角色。

另外，热塑性复合材料还具有良好的成型加工性能。

由于热塑性树脂的特性，
热塑性复合材料可以通过热压成型、注塑成型等工艺进行成型加工，制作出各种复杂的结构件。

这种灵活的加工性能使得热塑性复合材料在制造领域得到了广泛的应用，为产品的设计和制造提供了更多的可能性。

总的来说，热塑性复合材料以其优异的力学性能、耐高温性能和成型加工性能，在航空航天、汽车、船舶等领域得到了广泛的应用。

随着科学技术的不断进步，相信热塑性复合材料将会有更广阔的发展前景，为各个领域的发展提供更多的支持和保障。

热塑性复合材料成型工艺

热塑性复合材料成型工艺热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称，国外称FRTP（Fiber Rinforced Thermo Plastics）。

由于热塑性树脂和增强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。

从生产工艺角度分析，塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和连续纤维增强复合材料两大类：（1）短纤维增强复合材料①注射成型工艺；②挤出成型工艺；③离心成型工艺。

（2）连续纤维增强及长纤维增强复合材料①预浸料模压成型；②片状模塑料冲压成型；③片状模塑料真空成型；④预浸纱缠绕成型；⑤拉挤成型。

热塑性复合材料的特殊性能如下：（1）密度小、强度高热塑性复合材料的密度为1.1～1.6g/cm3，仅为钢材的1/5～1/7，比热固性玻璃钢轻1/3～1/4。

它能够以较小的单位质量获得更高的机械强度。

一般来讲，不论是通用塑料还是工程塑料，用玻璃纤维增强后，都会获得较高的增强效果，提高强度应用档次。

（2）性能可设计性的自由度大热塑性复合材料的物理性能、化学性能、力学性能，都是通过合理选择原材料种类、配比、加工方法、纤维含量和铺层方式进行设计。

由于热塑性复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多，因此，其选材设计的自由度也就大得多。

（3）热性能一般塑料的使用温度为50～100℃，用玻璃纤维增强后，可提高到100℃以上。

尼龙6的热变形温度为65℃，用30%玻纤增强后，热形温度可提高到190℃。

聚醚醚酮树脂的耐热性达220℃，用30%玻纤增强后，使用温度可提高到310℃，这样高的耐热性，热固性复合材料是达不到的。

热塑性复合材料的线膨胀系数比未增强的塑料低1/4～1/2，能够降低制品成型过程中的收缩率，提高制品尺寸精度。

其导热系数为0.3～0.36W(㎡·K)，与热固性复合材料相似。

（4）耐化学腐蚀性复合材料的耐化学腐蚀性，主要由基体材料的性能决定，热塑性树脂的种类很多，每种树脂都有自己的防腐特点，因此，可以根据复合材料的使用环境和介质条件，对基体树脂进行优选，一般都能满足使用要求。

热塑性复合材料

低压生成大而完整的球晶
4)分子链结构对结晶的影响有利结晶的因素：
A、分子链结构简单、链节小、分子质量适中； B、结构对称，主体规整，主链上不带或少带支链； C、刚柔性及分子间作用力适中。
结晶对制品性能的影响
优点：分子间作用力增大，密度增大，刚度、拉伸强度、硬度、耐热性增大。抗溶剂性增大，耐化学腐蚀性增大。缺点：弹性、断裂伸长率、冲击强度降低。球晶愈大，韧性愈差，制品透明性差；结晶过多，制品翘曲变形，内应力大，反而使强度降低。
10.3.3 聚合物的结晶和定向
聚合物在成型过程中受到某些条件的作用，能发生结晶或使结晶度改变，在外力作用下大分子会发生取向。
1 成型过程中聚合物的结晶
（1）聚合物结晶：大分子链段重新排列进入晶格，分子链段由无规变为有规的松弛过程。
大分子链段的重新排列需要一定的热运动能量和分子间足够的内聚能量。因此，只有在适当的温度范围内，聚合物才能形成结晶。聚合物的结晶过程一般发生在Tg～Tm 之间。
树脂的可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。剪切速率↑，熔体粘度↓ 挤压力↑，熔体流动速率↑
2 可模塑性是指树脂在温度和压力作用下，产生变形充满模具的成型能力。
取决于树脂流变性、热性能和力学性能等
T↑，流动性↑
充模能力强， T过高，收缩率↑，易分解
易成型
T过低，粘度↑，成型困难。
P↑，流动性↑
（2）聚合物的结态结构模型 a、两相结构模型
模型：聚合物结晶时总不能完全结晶，而只能部分结晶，是晶区与非晶区同时共存的两相结构。每个长链高分子贯穿几个晶区与非晶区，在晶区中分子链段整齐排列成晶体，在非晶区中，大分子呈卷曲无序状态。
这个模型可用来解释为什么结晶高聚物中晶区尺寸比高分子链的长度要小得多的实验结果（X－衍射实验），以及在X－射线衍射图中除了有代表晶态结构的衍射环外还存在代表非晶态结构的弥散环的实验事实。但它无法解释为什么有的高聚物结晶速度很快，如聚乙烯、聚酰胺等高聚物几乎能瞬时结晶，因为一堆缠结的卷曲大分子链运动是很困难的，它们很难在极短的时间内相互解开并规整排列形成结晶。

聚丙烯腈基碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺及应用

聚丙烯腈基碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺及应用张超，黄勇（中国石化上海石油化工股份有限公司先进材料创新研究院，上海200540）摘　要：聚丙烯腈基碳纤维增强热塑性复合材料（PAN-CFRTP）因其优异的耐高温性能、刚韧平衡性能等特性，在汽车、医疗器械、航空航天、化工机械等领域被广泛使用。

主要介绍了上浆剂法、液相氧化法、等离子体法三碳纤维界面改性方法以及拉挤成型、缠绕成型、真空辅助成型三种CFRTP成型工艺。

最后通过介绍碳纤维增强尼龙（CF/PA）、碳纤维增强聚苯硫醚（CF/PPS）、碳纤维增强聚醚醚酮（CF/PEEK）三种复合材料的性能特点，说明CFRTP在市场中的巨大应用需求潜力，尤其在航空航天等高端领域。

关键词：聚丙烯腈；碳纤维；热塑性复合材料；界面改性；成型工艺中图分类号：TB 322 文献标识码：A 文章编号：2095-817X（2021）01-0059-005聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）的制备分为聚丙烯腈原丝液的制备以及碳纤维的制备。

首先，聚合反应单体丙烯腈与加入的少量第二单体（如丙烯酸甲酯）和第三单体（如亚甲基丁二酸），以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，以二甲基亚砜（DMSO）或硫氰酸钠（NaSCN）为溶剂，通过共聚反应生成聚丙烯腈原丝液。

接下来，聚丙烯腈原丝液经过纺丝、预氧化、低温碳化、高温碳化、石墨化等工艺过程，得到含碳量大于90%的无机碳材料，即PAN-CF[1]。

PAN-CF的碳化收率能达到45%，高于其他几种原料（沥青、粘胶、酚醛等）制备的碳纤维。

PAN-CF成为如今生产应用研究最为广泛的碳纤维，得益于其生产工艺流程易控，成本较低。

碳纤维由于其独特的乱层石墨结构，高强高模，且耐高温、耐腐蚀。

一般来说，碳纤维主要是通过与热塑性、热固性树脂复合，通过一定的成型工艺制备得到复合材料，才能发挥其优异的综合性能。

热塑性树脂包括聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）等。

热塑性复合材料成型工艺仿真软件技术参数

热塑性复合材料成型工艺仿真软件技术参数申明：本规格要求书中标注“☆”号的为关键指标,对这些关键指标的任何不满足将影响最终评分，甚至废标。

我方不承诺低价中标.1.设备名称：热塑性复合材料成型工艺仿真软件，一套；2.总体要求：2.1☆资格要求：卖方所投设备的制造商必须有五年以上研制、生产该类设备的经验，五年以上的销售业绩.系统制造商已通过ISO 9001认证,且在国内外高校和研究院所有良好的供货记录，不少于5台/套；2.2设备用途:专用的工业软件，能够进行非金属材料精确的虚拟成型模拟；虚拟制造过程包括叠层复合材料，塑料片材，织物,汽车地毯等的成型；用以教学使用；2.3设备组成：前处理模块求解模块2.4☆系统功能：模拟整个成型过程,包括选择最合适的材料，最恰当的设计工具和最佳过程参数。

该软件为一款专业的非金属材料成型模拟软件,回答成型工艺设计问题，通过模拟整个成型过程，包括选择最合适的材料，最恰当的设计工具和最佳过程参数，为工艺设计者提供质直接或间接的设计依据；2.5☆总体要求：支持对纤维增强树脂基复合材料进行热成型、冲压成型、热隔膜成型、手糊成型工艺分析;软件能够快速自动地将几何模型划分为有限元网格,并根据模型的复杂程度选择２D、2．５D或3D单元。

网格划分可控制点密度等参数控制单元网格的划分密度；该软件可输出动画、曲线和云纹图等多种形式表现模拟结果,可以组合运用云纹图、等值线图、向量图以及数值标注法来显示模型的属性参数,以便对模型进行校核;该软件支持Ｗｉｎdoｗs Ｗindｏws ＸP/ Ｗｉndowｓ7（６4位）及以上操作系统,能够高效运行在工作站和ＰC机环境下，支持英文和简体中文操作系统；3.设备规格及主要参数投标货物应具备如下功能：●支持对纤维增强树脂基复合材料进行热成型、冲压成型、热隔膜成型、手糊成型工艺分析;●支持毛毡材料热压成型、冲压成型工艺分析;●支持塑料热压成型、吹塑成型工艺分析；●支持的材料类型包括：干纤维布、预浸料、纤维增强热固性树脂基复合材料、纤维增强热塑性树脂基复合材料、塑料、毛毡材料；●支持根据工艺的不同设计相应的宏列表，宏列表即参数列表，减少工作人员的设置过程;●支持对复合材料膜压成型、热塑成型等工艺的夹具系统进行设计,包括压边框的位置，压边力的大小等.通过模拟得到的成型结果（如：有无纤维断、起皱等）评估压边系统设计的优劣;●膜压工艺参数设计。

(整理)热塑性树脂基复合材料拉挤成型研究及应用进展

热塑性树脂基复合材料拉挤成型研究及应用进展自上世纪8 0 年代中期始，人们对采用拉挤工艺制造连续纤维增强热塑性塑料复合材料（FRTP）产生了极大兴趣。

这是因为采用热塑性复合材料可避免热固性复合材料固有的环境友好性差、加工周期长和难以回收等不足，并且可具有更好的综合性能，如：较强的柔韧性和抗冲击性能、良好的抗破坏能力、损伤容限高、可补塑、可焊接、生物相容性好、可回收、成型时无需固化反应、成型速度快及可以重复利用等特点[1]。

尽管热塑性塑料拉挤成型具有上述优点，但迄今仍未获得普遍的商业应用。

原因在于这种工艺受到以下缺点的制约：如熔体黏度高、成型温度高、基体在室温下呈固态，需要精确控制冷却和熔体冷却时收缩率大，产品质量波动大等。

为了使热塑性材料的拉挤成型应用获得更广泛的应用，重要的任务是开发最合适的加工工艺、降低成本和提高质量。

由于拉挤工艺本身是一种能够经济的连续生产复合材料的典型制造工艺，并且可以实现自动化连续生产及制品的用途广泛，所以该工艺在工业发达国家已受到普遍重视，发展速度很快。

如美国专利（专利号：US5091036）以及Dr.Scott Taylor 对热塑性复合材料的研究成果的发表[ 2 ] ，给热塑性复合材料拉挤成型的工业应用带来突破性的推进。

概括而言，从热固性基体拉挤成型转变到热塑性基体拉挤成型所遇到的关键问题主要包括：基体在室温下呈固态、在熔融温度下流动性差（黏度高）和熔体冷却时收缩率大等特点，目前，实施热塑性树脂基复合材料的拉挤成型典型研究成果及其进展可概括如下。

1 生产工艺方面由于热塑性树脂融体的黏度大，浸渍困难，因而改进研究工作的关键点集中在浸渍技术方面，而不同拉挤工艺的根本区别也就在浸渍方法和浸渍工艺的差异上。

通常，根据浸渍技术可把热塑性复合材料拉挤工艺分为非反应型拉挤工艺和反应拉挤工艺两大类。

从目前应用情况来看，非反应型工艺占主体，应用较为广泛，相对来讲也比较成熟[ 3 ] 。

热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法与制作流程

本技术公开了一种热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，包括步骤：(1)将热塑性连续纤维预浸带进行铺层、模压得到有机复合板；(2)将步骤(1)得到的有机复合板进行二维裁切得到2D有机板；(3)将步骤(2)得到的2D有机板加热软化后移入成型模具中；(4)合模并进行微发泡注塑成型，冷却后开模即得热塑性连续纤维增强复合材料制件。

本技术利用热塑性连续纤维复合材料与微发泡注塑材料结合，经模压注塑一体成型，从材料、模具、成型工艺三个方面协同，制备的复合材料制品，表面平滑均匀，无缩印、低翘曲适合后期喷漆涂装。

产品刚性高，而且质量轻，适合电视、电脑外壳以及汽配轻量化外观件的制备。

权利要求书1.一种热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，包括步骤：(1)将热塑性连续纤维预浸带进行铺层、模压得到有机复合板；(2)将步骤(1)得到的有机复合板进行二维裁切得到2D有机板；(3)将步骤(2)得到的2D有机板加热软化后移入成型模具中；(4)合模并进行微发泡注塑成型，冷却后开模即得所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件。

2.根据权利要求1所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热塑性连续纤维预浸带为单向预浸带，所述铺层为交叉铺层，具体方式为(0/45/-45/0)s。

3.根据权利要求1所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热塑性连续纤维预浸带的厚度为0.1～0.35mm；所述有机复合板的厚度为0.5～3mm。

4.根据权利要求1所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热塑性连续纤维预浸带为PP基玻璃纤维增强预浸带和/或PA6基碳纤维预浸带。

5.根据权利要求1所述的热塑性连续纤维增强复合材料制件的成型方法，其特征在于，步骤(3)中，采用红外烘箱加热软化2D有机板，所述红外烘箱内温差不超过10℃，所述2D有机板由可从中间对开回抽的金属网格托盘支撑。