先进复合材料成型工艺过程中的质量控制 李贺

先进复合材料成型工艺过程中的质量控制李贺

发表时间：2018-09-29T11:14:29.220Z 来源：《防护工程》2018年第10期作者：李贺

[导读] 复合材料的工艺技术的基础就是复合材料成型工艺方法。本文首先对相关内容做了概述，分析了先进复合材料的特点，然后在探讨先进复合材料成型工艺过程中原料供给的基础上，研究了复合材料成型工艺发展现状。

李贺

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摘要：科技的迅速发展使得传统材料的工艺技术满足不了人们的生活需求，而人们的生活发展又离不开材料的使用，所以，人们慢慢的开始转向了复合材料的工艺技术发展领域。复合材料的工艺技术的基础就是复合材料成型工艺方法。本文首先对相关内容做了概述，分析了先进复合材料的特点，然后在探讨先进复合材料成型工艺过程中原料供给的基础上，研究了复合材料成型工艺发展现状。

关键词：先进复合材料；成型工艺；过程；质量控制

1 前言

作为一项具有较强特殊性的工作，先进复合材料成型工艺得到了长足的发展和进步。研究该项工作过程中的质量控制，能够更好地提升先进复合材料成型的最终效果。

2 复合材料的特点

复合材料一般是由多种成分的材料组合而成，这样做，可以将多种材料不同的功能进行性组合，优化材料的使用功能。各种材料既能保持住个体的独立性，又能相互补充、扬长避短，一举两得。复合材料的成型方法现已有几十种，虽然它比传统的材料有技术上的优点，但也正由于这些复杂的技术，使得复合材料的成本过高，其生产有很大的技术困难。所以我们就需要改进复合材料的成型工艺方法。

复合材料会根据材料的不用组成而造成性能上的差异，但其也有一些共性的特点，如：

复合材料的配比都是需要人工完成的；复合材料可以将各种普通材料的性能进行重组，可以使其具有多种优良性能；可以根据需要制作成各式各样的形状的产品，也避免了多次的复杂工序；可以有针对性的对材料根据需要对材料进行设计和加工等等。

3 先进复合材料成型工艺过程中的原料供给

在先进复合材料的成型过程中必须始终保持均匀稳定原料补充，这样才能更好的使之定型，形成复合材料的原材料中的天然纤维的结构以及特性对成品有着关键性的影响，如果天然纤维中的水分含量在8%以上，则会对材料的成型造成一定的影响，因此，在生产过程中需要特别注意含水比例尽量控制在8%以下。

3.1 天然纤维粉粒进料以及粒料供给方式分析

在进料之前需要将天然纤维粉进行造粒处理，提高其自身的体积比重，然后混合合成树脂、添加剂等材料分别装入挤出机中。比例少的合成树脂在这种锥形双螺杆挤出机中能够做到快速熔融，最后分散在天然纤维之中，这种操作手段能够比较简便的实现混合比率的改变，该方式辅助设施简单容易操作。

粒料的供给是通过使用单螺杆或双螺杆挤出机等方式来实现的，具体的操作内容就是将天然纤维、合成树脂、添加剂三种材料进行造粒处理，然后加入挤出机进行成型。这种生产方式的优势在于现有设备比较齐全，但是，天然纤维需要干燥之后才能进入造粒挤出机。

3.2 积聚（集成体）进料方式与冷搅拌方式

积聚进料的方式是通过使用高速搅拌器来工作的，天然纤维、合成树脂以及添加剂需要进行预处理，形成豆粒大块状体，然后将其加入挤出机中进行成型处理，这种方式能够在一定程度上脱除水分、气体。冷搅拌方式是将木粉中存有的粉状树脂、添加剂等进行集中搅拌，而天然纤维则通过喂料器向挤出机中提供原料。这一过程天然纤维、合成树脂、添加剂等材料不用单独制作，但是必须保持粉状形态，而且需要保持天然纤维的充分干燥。

4 复合材料成型工艺发展现状

目前，世界各国已经形成了原材料、成型工艺、机械设备、产品种类及性能检验等一系列较完整的工业体系，与其他工业相比，发展速度比较快。树脂基复合材料的成型工艺也从最初的手工操作工艺逐步向技术密集、高度自动化、高生产率、高稳定性的成型工艺上发展，并随着应用领域的广泛开拓，出现了多种成型工艺并存的现象，而且还在不断衍生出新的工艺类型。

4.1 手糊成型工艺

手糊成型工艺又称低压接触成型工艺，是树脂基复合材料工业中使用最早的一种工艺方法，操作方法简单，几乎可适用于所有的复合材料制品的生产，且投入小，但对操作人员技术熟练程度的依赖性较大，生产出的制品单面光洁，产品质量不够稳定。随着各种新工艺形式的不断涌现，手糊成型工艺所占比例逐渐降低，但手糊工艺因具有独特的其他工艺不可替代的尤其是在生产大型制品方面特点，所以仍然在行业内占据着重要的地位。

主要应用领域：建筑雕塑领域如采光顶、活动房屋等；交通设施领域如游艇、汽车壳体、发动机罩等；环境与能源领域如风力发电机用机舱罩、叶片、沼气池等；体育游乐设备领域如游乐车、水滑梯等。

4.2 喷射成型工艺

喷射成型工艺是利用喷射设备将树脂雾化，并与切断的纤维在空间混合后落在模具上面，然后压实排出气泡固化，它是在手糊工艺基础上发展而来的，是将手糊操作中的纤维铺覆和浸胶工作转变为了机械化来完成，是一种相对效率较高的工艺，其生产效率是手糊工艺的2～4倍。喷射工艺同样对操作人员的技术水平依赖较大，且由于增强纤维以断切的形式存在，树脂含量高，制品的强度较低，同时由于喷射设备的原因，其采用阳模成型方便，而采用阴模成型困难较大，且大型制品比小型制品更适合于喷射成型工艺。

主要应用领域：喷射成型工艺主要应用于大型产品的制作及建筑物补强等，代表性的产品有玻璃钢浴缸、整体卫生间、卡车导流罩、净化槽、船身等。

5 复合材料工艺方法的特性

5.1复合材料可设计性强

通过配置不同比例和铺层形式的基体材料与增强体材料，可以设计出各种满足用户需求的功能的复合材料。设计出的复合材料可以减

轻材料、节约成本。生产者根据需要选择合适的基础材料和增强体材料来进行工艺设计，使资源得到合理化的使用。

5.2复合材料具有高强度

复合材料的比强度一般都很高，比强度是强度与密度的比值，尤其是碳纤维复合材料和有机纤维复合材料的比强度极具优势。比强度值越高，其强度越高，质量越轻。这对于航天航空这些高精度和高强度的领域有很大作用。

5.3复合材料通常有良好的安全性

复合材料通过各种材料的复合使其具有了更好的安全性性能。举例来说，纤维复合材料的基体中布满了数以万计的独立的纤维，即使当实际应用过程中超负荷时，少数的纤维发生断裂现象也不会对整体产生致命影响，还会有更多未被损坏的纤维来承载超负荷的压力，所以，复合材料的安全性得到了提升。

5.4复合材料电性能提高

在制造复合材料的过程当中，适当的加入一些优质的电性能的基体材料、增强体材料和辅助材料，就可以将复合材料制成导电材料或者绝缘材料，选择性很强。导电材料可以运用到一些电气设备之中，而绝缘材料则可以应用到冶金和化工之中。

6 复合材料成型工艺的发展趋势

现如今，复合材料已经在多种领域得到了发展。尤其是航空航天、能源技术、电子工业等领域中，复合材料扮演者不可或缺的角色。其发展潜力之大，已经受到了国内外的高度重视。国外的复合材料成型工艺仍领先于国内，其很多复合材料都已到达了实用阶段并且广泛应用，我国就更加应该跟进国外优质的复合材料成型工艺技术，解决现今在碳纤维和芳纶纤维中遇到的问题，发展高性能的树脂基体。

7 结语

通过对先进复合材料成型工艺过程中质量控制的相关研究，我们可以发现，该项工作的良好开展有赖于对多方面技术的有效利用，有关人员应该从先进复合材料成型的客观实际出发，研究制定最为可行的质量控制方法。

参考文献

[1]冯兆行.热塑性纤维混杂纺织复合材料的研究[J].浙江理工大学学报，2010（12）：109-110.

[2]郑晓霞，钱春香.加固用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料预制片材的研究综述[J].高科技纤维与应用，2013（10）：30-33.