先进复合材料

先进复合材料

第五章

复合材料成型工艺与制造技术

张佐光

顾轶卓

王绍凯

提纲

•典型成型工艺1.热压罐工艺

2.液体成型工艺

3.其他成型工艺

•引言—复合材料成型工艺特点与分类

一.复合材料成型工艺特点与分类

原材料原材料

其他缺陷固化不均匀夹杂脱粘孔隙固化变形

分层

常见的复合材料制造缺陷

设计要求可靠度0.99999若材料强度离散系数设计许用值为平均强度分散性

许用值

空客——需检测缺陷

复合材料结构制造成本高，比重大

可靠性低成本

n

赋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在设定方向的高度排列

n

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

成型工艺三要素：赋形、浸渍、固化

赋形

2.复合材料成型工艺的基本内涵

浸渍n树脂与增强纤维复合

n目的：排除气体和浸润，以形成良好界面粘结和控制孔隙率

n分为两类：先将原材料复合浸渍形成半成品（预浸料），再固化成型；或复合浸渍与固化成型一次完成

2.复合材料成型工艺的基本内涵

n

热固性树脂的固化：树脂由齐聚物(可溶可熔)反应形成线性高分子，再交联形成三维网络结构(不溶不熔)

n

热固性树脂的固化通常需要：固化剂、促进剂，以及加热

n

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

固化

2.复合材料成型工艺的基本内涵

2.复合材料成型工艺的基本内涵

浸润——润湿wetting，浸渍impregnation

密实compaction

渗透流动

infiltration flow

纤维在成型工艺中发生的物理变化

2.复合材料成型工艺的基本内涵

热固性树脂（已固化）

Thermoset

热塑性树脂Thermoplastic

三维交联网络形成

（凝胶gel）

完全固化

固化进行

固化前热固性树脂固化反应过程

l 浸渍l 流动l

固化

l 浸渍l 流动l

硬化

树脂在成型工艺中发生的物理化学变化

2.复合材料成型工艺的基本内涵

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

3.复合材料成型工艺的分类

结构复杂性-工艺-生产效率关系

3.复合材料成型工艺的分类

纤维长度-工艺-复合材料性能（GF/PP）

1)按赋形方法分为：

层贴法•采用预浸料在模具上铺覆成型的方法，如热压罐成型

•采用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

3.复合材料成型工艺的分类

1)按赋形方法分为：

沉积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

3.复合材料成型工艺的分类

缠绕法

n

将浸胶后的连续长纤维增强材料（纱、布、带）连续缠绕到芯模或内衬上的方法，如缠绕成型n

适于成型回转体制件，如压力容器、管道等n 特点：自动化程度高，制品纤维含量高、强度高

1)按赋形方法分为：

3.复合材料成型工艺的分类

AFP

FW

n 将增强材料编织成与产品形状尺寸基本一致的三维立体编织物，称为纤维预成型体

n 用于RTM、RFI等各种液体成型(LCM)工艺中n 厚度方向有增强纤维，可以获得较高的层间强度编织法1)按赋形方法分为：

3.复合材料成型工艺的分类

2)按成型压力大小分为：将压缩空气通入橡皮囊，借助橡皮囊对制品均匀加压（0.25-0.5MPa）

真空袋成型用真空袋密封坯料和模具，通过抽去真空袋内的空气和挥发分对制品施加压力（＜0.1MPa）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)

接触成型固化时不外加压力，如手糊成型、喷射成型，

也成为低压成型

3.复合材料成型工艺的分类

2)按成型压力大小分为：

树脂传递模塑成型（RTM）利用压力使低粘度树脂在闭合模具内流动、浸润增强材料，注射成型压力0.1-0.6MPa

3.复合材料成型工艺的分类

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

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

3)按开、闭模方式分为：闭模成型包括模压成型、树脂传递模塑、注射成型、

增强反应注射成型

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、离心浇注成型闭模

3.复合材料成型工艺的分类

3.复合材料成型工艺的分类