5.聚合物基复合材料的制备工艺汇总
第5章聚合物基复合材料成型工艺
5.2 各种成型工艺方法简介
手糊成型工艺 特点 优点： ①不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大，批量小，
形状复杂产品的生产； ②设备简单，投资少，设备折旧费低； ③工艺简单； ④易于满足产品设计要求； ⑤制品树脂含量较高，耐腐蚀性好
缺点： ①生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；
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；
手糊成型工艺 一、定义 手糊成型又称接触成型，采用手工方法将纤维增强材料 和树脂胶液在模具上铺敷成型、室温（或加热）、无压 （或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺方法。 二、工艺流程
模具清理 补强层制作 固化 涂脱模剂 增强层制作 脱模 涂胶衣 表面层制作 产品检验 胶液配制 织物剪裁
切边加工
第5章 聚合物基复合材料成型工艺
5.1 概述
二、成型工艺种类 手糊成型； 真空袋压法成型； 压力袋成型； 树脂注射和树脂传递成型； 喷射成型； 层压成型； 模压成型； 缠绕成型； 热压罐成型
第5章 聚合物基复合材料成型工艺
5.1 概述
三、成形特点 纤维复合材料制品所以能用低压成型，主要原因如下： 1）使填料预成型 2）采用可低压成型的树脂配方 3）利用弹性介质来传递压力，加压效果好
第5章 聚合物基复合材料成型工艺
5.2 各种成型工艺方法简介
袋压成型 一、真空袋成型 二、压力袋成型 压力为0.25~0.5MPa
第5章 聚合物基复合材料成型工艺
5.2 各种成型工艺方法简介
袋压成型 三、真空袋-热压罐成型 1. 热压罐组成 罐体、真空泵、 压气机、储气罐、 控制柜
第5章 聚合物基复合材料成型工艺
第5章 聚合物基复合材料成型工艺
5.2 各种成型工艺方法简介
聚合物基复合材料知识点
聚合物基复合材料知识点概述：聚合物基复合材料是由聚合物基质和填料或增强材料（如纤维）组成的材料。
由于其独特的性能和广泛的应用领域，聚合物基复合材料成为现代工程领域中的重要材料之一。
本文将介绍聚合物基复合材料的相关知识点。
1. 聚合物基质的选择：聚合物基复合材料的性能主要取决于聚合物基质的选择。
常见的聚合物基质包括聚烯烃、聚酰胺、环氧树脂等。
不同的聚合物基质具有不同的化学性质和力学性能，因此在选择聚合物基质时需要考虑材料的具体应用需求。
2. 填料的选择：填料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的填料包括纤维、颗粒和珠状材料等。
填料的选择影响着复合材料的力学性能、耐热性和阻燃性等方面。
纤维增强材料可提供更高的强度和刚度，而颗粒和珠状填料则可改善材料的摩擦特性和耐磨性。
3. 增强材料的选择：增强材料在聚合物基质中起到增强材料性能的作用。
常见的增强材料包括玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等。
不同的增强材料具有不同的强度和刚度特性，在选择增强材料时需要考虑材料的具体应用环境和要求。
4. 复合界面的设计：复合材料中的界面是指填料和基质之间的相互作用界面。
复合界面的设计可以影响材料的耐热性、粘合强度和耐化学腐蚀性等方面的性能。
在复合材料的制备过程中，通常会采用表面粗糙化、化学处理和界面改性等方法来改善复合界面的性能。
5. 制备工艺：制备工艺对于聚合物基复合材料的性能和结构有着重要影响。
常见的制备工艺包括手工层叠法、注塑成型、挤出成型、压制成型等。
不同的制备工艺决定了材料的成型精度、力学性能和表面质量等方面的特性。
6. 应用领域：聚合物基复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑材料、电子电气等领域。
其具有轻质高强度、耐腐蚀、隔热隔音等优势，在这些领域中发挥着重要作用。
例如，碳纤维增强复合材料在航空航天领域中被广泛应用于飞机结构件和卫星结构件等。
7. 未来发展趋势：随着科学技术的不断进步，聚合物基复合材料将继续得到发展和应用。
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。
看！超全的聚合物基复合材料成型工艺（收藏版）
看！超全的聚合物基复合材料成型工艺（收藏版）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展，一些成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基复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，因此在选择材料、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。
聚合物基复合材料-成型工艺
2）常用树脂： ）常 树脂 不饱和聚酯UP、环氧树脂 3）辅助材料：①稀释剂；
②填料（降低成本，提高性能） ②填料（降低成本 提高性能） ③触变剂（适用垂直面施工，活性SiO2）； ④颜料（一般选用无机颜料 ④颜料（ 般选用无机颜料，有机颜料影响固化） 有机颜料影响固化）
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优点： 优点 设备简单、见效快；技术易掌握；不受 制品尺寸和形状的限制；可与多种材料 同时复合；可现场制作大型制品; 缺点： 缺点 生产效率低；制品质量不易 控制、性能稳定性差；劳动 条件差、劳动强度大；
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5.2 各种成型工艺方法简介 各种成型 艺方法简介
⑤ 铺层糊制：表面层制作、增强层制作、加固件制作
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5.2 各种成型工艺方法简介 各种成型 艺方法简介
5.2.1 手糊成型工艺
1）手糊成型的工艺流程 ⑥ 固化 固化：（凝胶 （凝胶-----定型-----熟化） 定型 熟化）
固化方式
常温固化：温度＞15℃ ；湿度≤80%（15~30℃，8~24h） 加热固化：烘箱、固化炉、模具加热、红外线加热 加热固化：烘箱 固化炉 模具加热 红外线加热 （60~80℃， 1~2h）
5.1 概述
5.1.6 复合材料成型工艺选择
2）成型工艺选择 材料性能和产品质量要求； 批量大小及供应时间要求； 预定价格和经济效益； 产品外形构造和尺寸大小； 企业的设备条件及资金； 三个基点
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5.1 概述
5.1.7 工艺性概念与评定依据
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浸渍
固化
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聚合物基复合材料
聚合物基复合材料
聚合物基复合材料是一种由聚合物基体（如聚合物树脂）和强化材料（如纤维、颗粒等）组成的复合材料。
这种复合材料结合了聚合物的可塑性和强度，以及强化材料的刚度和强度，具有优异的力学性能和工程性能。
聚合物基复合材料的制备通常包括以下几个步骤：
1. 选择合适的聚合物基体，常用的包括聚丙烯、聚酯、环氧树脂等。
2. 选择适当的强化材料，常用的有玻璃纤维、碳纤维、纳米颗粒等。
3. 基体和强化材料进行混合，可以通过热压、挤出、注塑等方法将它们混合在一起。
4. 根据需要进行后续的加工和成型，如冷却、切割、修整等。
聚合物基复合材料具有许多优点，包括：
1. 轻质高强度：与金属相比，聚合物基复合材料具有较低的密度和较高的强度，可以实现轻量化设计。
2. 耐腐蚀性：聚合物基复合材料对化学品和湿气的腐蚀性能较好，不容易受到腐蚀和氧化。
3. 良好的耐热性：聚合物基复合材料通常具有较高的耐热性和耐高温性能。
4. 良好的绝缘性能：聚合物基复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气和电子领域。
5. 自润滑性：聚合物基复合材料中的聚合物基体可以提供良好的自润滑性能，减少了摩擦和磨损。
由于聚合物基复合材料具有以上优点，因此广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子、医疗等领域，成为现代工程材料中的重要一类。
聚合物基复合材料制备
聚合物基复合材料制备制备聚合物基复合材料的关键步骤包括材料选择、增强材料表面处理、复合材料制备和后处理。
首先，选择合适的聚合物基体和增强材料非常重要。
聚合物基体的选择应基于所需的力学性能、热稳定性和化学稳定性等要求。
常见的聚合物基体包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰亚胺(PI)等。
增强材料可以是颗粒状的纳米材料，如纳米氧化硅、纳米氧化铝等；也可以是纤维状的玻璃纤维、碳纤维、天然纤维等；还可以是片状的石墨烯、石墨等。
其次，增强材料表面处理是增强材料与聚合物基体之间相容性的关键。
表面处理可以通过引入活性基团或进行氧化、酯化等化学修饰来改变增强材料的表面性质。
这样能够增加增强材料与聚合物基体之间的黏附力和相容性，从而提高复合材料的力学性能。
接下来，复合材料的制备是将增强材料均匀地分散在聚合物基体中的过程。
常见的制备方法包括熔融法、溶液法和乳液法。
熔融法是将聚合物基体和增强材料一同加热熔融，然后通过挤出或注塑等工艺形成复合材料；溶液法是将增强材料分散在聚合物溶液中，然后通过旋涂、浸渍等方法制备复合材料；乳液法是将增强材料分散在聚合物乳液中，然后通过自由基聚合或电化学聚合形成复合材料。
最后，制备完成的复合材料还需要进行后处理。
后处理包括热固化、冷却、修饰等工艺。
热固化是将复合材料加热至聚合物基体的玻璃转化温度以上，使聚合物基体发生交联反应，以提高复合材料的力学性能；冷却是通过将复合材料快速冷却到室温来获得所需的结构和性能；修饰是为了改善复合材料的表面性质，如增加润湿性、耐磨性等。
总之，聚合物基复合材料的制备是一个多步骤的过程，需要选取合适的材料、进行表面处理、制备复合材料和进行后处理。
通过精细控制这些步骤，可以得到具有优异力学性能、热稳定性和化学稳定性的聚合物基复合材料。
第5章 聚合物基复合材料成型用半成品的制备
一步法
聚合物基复合材料制备工艺：
二步法
在复合材料中，半成品的名称：
粒料 由热塑性塑料和纤维、微粒填料等添 加剂组成的成型用料
模塑料
由热固性塑料和纤维等添加剂组成的成型用料 对连续纤维增强增强的塑料
预浸料
第5章 聚合物基复合材料成型用半成品的制备 5.1热塑性塑料粒料的制造方法 一、颗粒填充热塑性塑料粒料的制造方法 原料准备 1.原料准备 过筛、吸磁、干燥、研磨、预热、称量 2. 初混合
粒料干燥
称量包装
纤维在造粒时磨损严重，长度短，制品强度不高；加 工流动性好，适合于制造薄壁和形状复杂的制品。
第5章 聚合物基复合材料成型用半成品的制备 5.1热塑性塑料粒料的制造方法 二、纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法 2. 短纤维增强粒料制造方法 （适用于柱塞式和螺杆式注射成型） 短切原丝单螺杆挤出法：将树脂与短切原丝按比例加入
第5章 聚合物基复合材料成型用半成品的制备 5.1热塑性塑料粒料的制造方法 二、纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法 纤维增强粒料要求： ①纤维能均匀地分散于树脂中； ②纤维与树脂包覆或粘接牢固； ③制造过程中尽可能减少对玻纤的机械损伤，减少对 树脂分子的降解。 1. 长纤维增强粒料制造方法（适用于螺杆式注射机成型）
添加剂
第5章 聚合物基复合材料成型用半成品的制备 5.2热固性模塑料的制造 二、短纤维增强热固性模塑料的制造方法 预浸法 特点：模塑料成末状，比较紧密；纤维损失较少，
粗纱准备 热处理 树脂配制 质量均匀，比体积小；纤维定向排列可进行定向铺 设压制产品。 纱线浸渍 烘干 切割 存放
浸毡法过程
粗纱准备 切割 蓬松 树脂配制
15℃以下，3个月；2~3 ℃ ，6个月（存放） 室温，1~2周；40 ℃ ，24~36h（熟化）
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
复合材料聚合物复合材料(PMC)制备工艺
（1）预浸料制备：
后浸渍技术：预浸料中树脂以粉末、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。
（2）预混料制造 a.SMC(片状模塑料)和BMC(团状模塑料)制造： 这是一类可直接进行模压成型而不需要事先
塑料（粉料或粒料）从料斗进入挤出机加热料筒，料 筒中螺杆旋转，物料沿螺槽前移。前移过程中物料受 机械剪切作用摩擦热和料筒的加热逐渐熔融成熔体， 熔体受螺杆轴向推力的作用通过机头和口模，获得与 口模形状相似的连续体。
挤出成型工艺示意图
（7）注射成型 注射成型是热塑性塑料制品的常用成型方法，
多用于短纤维增强塑料制品生产。增强纤维主要 为短切纤维，纤维含量通常有20％ 、30%两种。
制造工艺有熔融浸渍法和悬浮浸渍法。 c.IMC(颗粒状注射模塑料)制造：
IMC一般使用双螺杆挤出机制造，由切割机 切断，长度一般为3–6mm。
3.2 成型工艺
（1）手糊成型 用于制备热固性树脂复合材料的一种最原始、最简单
的成型工艺。用手工将增强材料的纱或毡铺放在模具中， 通过浇、刷或喷的方法加上树脂； 纱或毡也可在铺放前用 树脂浸渍，用橡皮辊或涂刷的方法赶出其中的空气。如此 反复，直到所需厚度。固化通常在常温、常压下进行，也 可适当加热，或常温时加入催化剂或促进剂以加快固化。
聚合物复合材料（PMC）制备工艺
1 聚合物复合材料的分类 1.1 纤维增强（FRC）
（1）按纤维形态： 连续纤维和非连续纤维； （2）按铺层方式：单向；织物；三维； （3）按纤维种类：玻璃纤维；碳纤维；
芳纶（Kevlar）纤维；混杂纤维； 1.2 晶须增强（WRC） 1.3 粒子增强（PRC）
聚合物基复合材料的成型工艺流程
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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。
聚合物基复合材料的制备与性能优化
聚合物基复合材料的制备与性能优化聚合物基复合材料是由聚合物基体和增强材料组成的多相材料，由于其优异的性能，如高强度、高模量、良好的耐腐蚀性和耐磨性等，在航空航天、汽车、电子、建筑等领域得到了广泛的应用。
然而，要获得性能优异的聚合物基复合材料，需要对其制备工艺和性能优化进行深入的研究。
一、聚合物基复合材料的制备方法1、手糊成型手糊成型是一种简单而古老的制备方法。
将纤维增强材料铺放在模具表面，然后用刷子或喷枪将树脂涂覆在纤维上，使其浸润，通过多次重复操作，直到达到所需的厚度。
这种方法适用于小批量、大型和复杂形状的制品，但生产效率低，质量稳定性较差。
2、喷射成型喷射成型是将树脂和短切纤维同时喷射到模具表面，然后通过压实和固化得到制品。
这种方法可以提高生产效率，减少人工操作，但纤维长度较短，性能相对较低。
3、模压成型模压成型是将预浸料（纤维预先浸渍树脂）放入模具中，在加热和加压的条件下固化成型。
这种方法生产效率高，制品质量稳定，但模具成本较高，适用于大批量生产。
4、缠绕成型缠绕成型主要用于制造圆柱形或球形的制品。
将连续纤维通过浸渍树脂后，按照一定的规律缠绕在芯模上，然后固化成型。
这种方法可以充分发挥纤维的强度，制品性能较好。
5、拉挤成型拉挤成型是将连续纤维通过树脂浸渍槽，然后在牵引装置的作用下通过加热模具固化成型。
这种方法生产效率高，制品性能稳定，适用于生产截面形状相同的长条状制品。
二、聚合物基复合材料的性能优化1、增强材料的选择和处理增强材料的种类、形态和性能对复合材料的性能有着重要的影响。
常用的增强材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。
玻璃纤维价格低廉，但性能相对较低；碳纤维强度和模量高，但价格昂贵；芳纶纤维具有良好的韧性和抗冲击性能。
在选择增强材料时，需要根据具体的应用需求和成本考虑。
此外，增强材料的表面处理也非常重要。
通过对纤维表面进行处理，可以提高纤维与树脂的界面结合强度，从而提高复合材料的性能。
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。
聚合物基复合材料的成型工艺
生产中采用的成型工艺
(1) 手糊成型
(2)注射成型
(3)真空袋压法成型
(4)挤出成型
(5)压力袋成型 (6)纤维缠绕成型
(7)树脂注射和树脂传递成型
(8)真空辅助树脂注射成型
(9)连续板材成型
(10)拉挤成型
(11)离心浇铸成型 型
(12)层压或卷制成
(13)夹层结构成型
(14)模压成型
其具体工艺流程图如下：
玻璃纤维无捻粗纱
脱模 模 具
聚酯树脂 加热
固化
切
喷
引发剂 静态混合
割 喷
射 成
枪
型
促进剂
喷射成型工艺流程图
喷射成型对所用原材料有一定要求，例如 树脂体系的粘度应适中，容易喷射雾化、 脱除气泡和浸润纤维以及不带静电等。
最常用的树脂是在室温或稍高温度下 即可固化的不饱和聚酯等。
然后，利用具有一定几何形状的织物 通过热模时基体纤维熔化并浸渍增强材料， 冷却定型后成为产品。
拉挤成型的优点
①生产效率高，易于实现自动化；
②制品中增强材料的含量一般为40％-80％，能够充分发挥增强材料的作用，制 品性能稳定可靠；
③不需要或仅需要进行少量加工，生产 过程中树脂损耗少；
④制品的纵向和横向强度可任意调整， 以适应不同制品的使用要求，其长度可根 据需要定长切割。
然后，在一定压力作用下加热固化成型（热 压成型）或者利用树脂体系固化时放出的 热量固化成型（冷压成型），最后脱模得 到复合材料制品。其工艺流程如下图所示：
模具 准备
树脂胶 液配制
增强材 料准备
涂脱模剂
手糊成型
固化
脱模
手糊成型工艺流程图
制品 检验 后处理
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。
聚合物基复合材料制备和加工
模芯
图 平面缠绕
封头 纱带
筒身
b
图
环向缠绕
芯模自转一周，导丝头近似移动一个纱片宽 度的缠绕，称环向缠绕。（只能缠绕直筒段）
• 按基体浸渍状态，缠绕工艺分为湿法和 干法两种。 • 湿法缠绕：将增强材料浸渍基体和缠绕 成型相继连续进行；
• 干法缠绕：又称预浸带缠绕，为浸渍工 艺和缠绕成型分别进行。
• 纤维缠绕成型的主要特点是，能按性能 要求配置增强材料，结构效率高；自动 化成型，产品质量稳定，生产效率高。
• 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。
膜层叠：将增强剂与树脂交替铺层，在 高温高压下使树脂熔融并浸渍纤维。 粉末浸渍：将热塑性树脂制成微细粉末， 直接分散到纤维束中，热压熔融。 纤维混编可混纺技术：将基体先纺成纤 维，再与增强纤维共同纺成混杂纱线或 适当形式的织物。
• 增强材料在芯模表面上的铺放形式称为 缠绕线型。主要有螺旋缠绕、平面缠绕 （极缠绕）和环向缠绕三种线型。
螺旋缠绕：芯模绕自轴匀速转动，导 丝头以特定速度沿芯模轴线方向往复 运动的缠绕方式称螺旋缠绕。
纱片
导丝头在固定平面内做 匀速圆周运动，芯模绕 自轴慢速旋转，导丝头 转一周，芯模转动的微 小角度近似一个纱片宽 度，这种缠绕方法称为 平面缠绕。
③固化。使已铺置成一定形状的叠层预浸料 在温度、时间和压力等因素影响下使形状 固定下来，并能达到预计的性能要求。
• 预浸料通常是指定向排列的连续纤维(单 向、织物)等浸渍树脂后所形成的厚度均 匀的薄片状半成品。
聚合物基复合材料加工工艺及其增强机制研究
聚合物基复合材料加工工艺及其增强机制研究聚合物基复合材料是一种由两种或两种以上的材料组成的新型材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
其制备工艺和增强机制的研究一直是复合材料领域的热门话题。
一、聚合物基复合材料的制备工艺聚合物基复合材料的制备工艺通常包括材料选择、预处理、制备和成型四个步骤。
材料选择材料选择是制备聚合物基复合材料的第一步，需要考虑以下几点因素：（1）基础材料：常见的基础材料主要有树脂、增强材料和填充材料。
其中树脂是复合材料的主要承载材料，常见的有环氧、聚酰亚胺、聚酯等。
而增强材料和填充材料主要起到增强和改善杨氏模量、弯曲强度、热稳定性等性能的作用，其中常见的增强材料有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，常见的填充材料有氧化铝、氧化硅、维生素E等。
（2）成型方式：主要包括热固化和热塑性两种方式。
热固化方式适用于生产结构件，其制备过程通过热反应使皮肤和纤维增强材料连接在一起，形成一整体。
而热塑性方式适用于生产板材、薄膜、管材等。
（3）工艺要求：不同的加工要求会对基础材料的选择产生重要影响，如高强度要求下选择强度高的增强材料，高耐腐蚀要求下选择耐腐蚀性能好的树脂等。
预处理预处理是指在材料加工之前对材料进行物理、化学处理以改善材料性能。
常见的预处理方法如下：（1）去脱模剂：在制备复合材料时，为了减小成品表面上的气泡和不均匀分配，会在模具表面涂上脱模剂。
在制备前需要将脱模剂清洁掉。
（2）去毒性：含毒有害物质在制备前需要去掉。
（3）表面处理：通过表面处理，可以使复合材料的表面得到一定的改善。
如粗糙的表面可以进行研磨，提高其表面光洁度；焊接部位需要进行丝网涂覆，增强其粘着力等。
制备制备是指用预处理过的材料，按照一定的工艺要求制备成所需形态的复合材料。
根据复合材料不同的加工方法，其制备工艺也不同。
比如热固化制备，其工艺流程主要包括准备、浸渍、层压、成型和固化五大步骤。
热塑性制备，则可以通过注塑、压塑、挤出、吹塑等方法来制备所需的复合材料。
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缺点：
对设备及设备材质要求高，噪音大。
“排气回挤造粒法”双阶排气式挤出机
1.料斗；2.料筒；3.螺杆；4.节流阀；5.排气口；6.真空表； 7.机头；8.口模；9.栅板；10.真空泵；11.冷凝器
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
5 聚合物基复合材料工艺
半 成 品 的 制 备 复 合 材 料 成 型 工 艺
热塑性塑料粒料
热固性模塑料 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）
增强热塑性塑料片材
手糊工艺 模压成型工艺 复 合制 材品 料成 夹型 层工 结艺 构 蜂窝夹层结构 制品成型工艺 泡沫塑料夹层结 构制品成型工艺
热熔浸渍法和胶膜辗压法
熔融法：
熔融树脂(加隔离纸)→涂于纤维上→纤维另一面附一层隔离纸→压 实辊→收卷。 胶膜法：与熔融法类似，差别在于树脂是形成胶膜，而非熔融流出。
粉末法制备预浸料
粉末静电法：在连续纤维表面沉积带电树脂粉末，用辐射加热方法使 聚合物粉末永久的粘附在纤维上。 粉末悬浮法： ① 水悬法：水中悬浮的树脂颗粒粘附到连续运动的纤维上； ② 气悬浮：细度为10～20μm聚合物颗粒在硫化床中悬浮。
造粒
5.1.1 长纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法
普遍采用电缆包覆式生产工艺：
送丝机构 树脂干燥 熔融 挤出 包覆机头 冷却 牵引成条
切粒
粒料干燥
包装
优点：
连续化生产，速度快；粒料质量高；劳动保护好。
缺点：
树脂包覆不良，粒料硬度不高，仅适宜于螺杆式注射机成型。
双螺杆排气式挤出机混合法
1.计量带式给料器；2.热塑性塑料；3.玻璃纤维粗纱； 4.排气；5.条模；6.水浴；7.条料切粒机
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
沉降量后，随传动装置离开沉降室，并和涂布有树脂糊的上
承载薄膜相叠合，然后经过辊阵中，在张力和辊的作用下， 下、上承载薄膜将树脂糊和短切玻璃纤维紧紧压在一起，经 过多次反复，使短切玻璃纤维浸渍树脂并赶走其中的气泡， 形成密实而均匀的连续SMC片料。
SMC成型设备
玻璃纤维毡制片机 带式制片机组 辊式制片机组 鼓轮式制片机
RTPS的制造方法
悬浮沉积工艺
将玻璃纤维、热塑性树脂粉末、悬浮助剂和水一起搅拌形成均匀 悬浮液，通过流浆箱、成形网，滤出水后形成湿片，再经干燥、粘结、 压轧成为增强热塑片材。
流态化床法
先将粉末树脂放入孔床中，再通入空气使粉末树脂流态化。然后
使分散的纤维从容器中通过，于是玻纤周围附着粉末树脂。附着树脂 的玻纤通过切断器被切成定长，降落在输送网带上，通过热轧区和冷 却区后制成增强热塑性片材。
SMC制造的工艺流程
SMC生产主要包括树脂糊制备、上糊操作、纤维切割沉 降 及浸渍、树脂稠化等过程，其工艺流程图如下：
树脂 固化剂 增稠剂 填料 低收缩添加剂 其它
树脂糊制备
薄膜
SMC成型机
纱线 切割
沉降
浸渍
收卷
稠化
包装
片状模塑料（SMC）的制造工艺
树脂糊的制备及上糊操作
间歇法：
①将不饱和聚酯和苯乙烯倒入配料釜中，搅拌均匀； ②加入引发剂，混匀； ③加入增稠剂和脱模剂； ④低速搅拌下加入填料和低收缩添加剂； ⑤在各组分分散完后，停止搅拌，静置待用。
的一种高强、质轻增强热塑性复合材料。 可回收利用，节能、环保。
GMT 特点
与金属板材比，质轻、耐腐蚀、隔热、隔音、绝缘性好。 与SMC比，储存期长、成型周期短、回收利用、无污染、冲击韧性高。 与短纤维增强热塑性复合材料比，GMT强度高，刚性好，抗蠕变性能 好，使用寿命长，制品尺寸稳定性好。
树脂胶 液配制
增强材 料准备
固化
脱膜
后处理
检验
制品
手糊成型工艺—生产准备
场地
要求清洁、干燥、通风良好，空气温度保持在15～35℃之间，
后加工整修段，要有抽风除尘和喷水装置。
模具准备
清理、组装、涂脱模剂等。
树脂胶液配制
防止胶液中混入气泡； 配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。
低收缩剂 热塑性聚合物0-10
70-120 1-2 内脱膜剂 硬脂酸铅
BaSO4 硬脂酸铅
热塑性聚合物25-40
60-80 CaCO3 1-2 硬脂酸铅 120-180 1-2
MgO或Ca(OH)2 1-2 2-5
MgO或Ca(OH)2 MgO或Ca(OH)2 0.5-2 1-2 少量 少量
25~35%
操作处理方便，操作环境清洁、卫生，改善了劳动条件；
流动性好，可成型为异形制品； 模压工艺对温度和压力要求不高，可变范围大，可大幅度降低
设备和模具费用；
纤维长度40～50 mm，质量均匀性好，适宜于压制截面变化不大 的大型薄壁制品； 制品表面光洁度高，添加低收缩剂后，表面质量更为理想； 生产效率高，成型周期短，易于实现全自动机械化操作，生产 成本相对较低。
高强度模塑料（HMC和XMC）
主要用于制造汽车部件。 HMC中填料少，采用短切玻纤，65%左右，定向分布；
具有极好的流动性和成型表面，其制品强度约是SMC制品强度的3倍。
XMC不含填料，采用定向连续纤维，含量达70%～80%。
片状模塑料（SMC）的特点
重现性好，不受操作者和外界条件的影响；
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
5.1.2.1模塑粉的制造方法
由微粒添加剂与合成树脂复合而成的粉状热固性塑料粉称为模塑粉， 它包括压塑粉和注塑粉。应用最广的是线型酚醛树脂压塑粉（电木
粉）。其制造方法通常有干法和湿法，其中干法辊压工艺流程如下：
原料准备 干混合 热辊压 粉碎 并批 包装
RTM成型工艺
喷射成型工艺 连续缠绕成型工艺
拉挤成型工艺
挤出成型工艺 RRIM工艺
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
5.1.1 颗粒填充热塑性塑料粒料的制造方法
工艺流程： 原料准备 原料准备
包括过滤、吸磁、干燥、研磨、称量、预热等初混合塑炼来自造粒粒料初混合
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
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
SMC成品
SMC的典型配方
类型 配方
树脂 引发剂 填料 增稠剂 颜料 阻聚剂 玻璃纤维 少量 一 般 型 邻苯二甲酸型 100 PhCO3Bu-t CaCO3 1 耐腐蚀型 低收缩型
配 比
间苯二甲酸型100 邻苯二甲酸型 100 PhCO3Bu-t 1 PhCO3Bu-t 1 65 ~ 75 %
(Reinforced Thermoplastics Sheet, RTPS)。
最常见的是玻璃纤维毡增强热塑性塑料 (Glass Mat
Reinforced Thermoplastics )，即 GMT，约占RTPS的
90%。
GMT及其特点
GMT 概念
利用连续或短切玻璃纤维针刺毡和热塑性树脂（如聚丙烯）复合而成
连续法:
将SMC配方中的树脂糊分为两分，即增稠剂、脱模剂、部分填料和 苯乙烯为一份，其余组分为另一份，分别计量，混匀后送入SMC机 组上的相应贮料容器内，由管路计量泵进入静态混合器，混匀后输 送到SMC机组的上糊区，再涂布到聚乙烯薄膜上。
片状模塑料（SMC）的制造工艺
浸渍和压实 已涂布树脂糊的下承载薄膜在机组牵引下进入短切玻璃 纤 维沉降室，短切玻璃纤维均匀沉降在树脂糊上，达到要求的
短纤维增强热固性模塑料的制造方法
浸毡法工艺流程
纱线准备 切割 蓬松
撒毡 复合
树脂配制
浸胶 烘干 成品
该法与预浸法工艺大体相同，不同点在于：先将短切纤维均匀铺洒在 玻璃底布上，再用玻璃面布覆盖，然后使夹层浸胶。
挤出法
用螺杆挤出机生产玻璃纤维模塑料，克服了浸渍法使用大量有机溶 剂的缺点，改善了生产条件，产品质量稳定，生产自动化程度高。不 足的是纤维被磨损、剪断的情况较严重。该法适用于生产过程中不需 排放低分子挥发物的玻璃纤维模塑料。