5.聚合物基复合材料的制备工艺汇总

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
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
5.1.3 连续纤维预浸料的制造
溶液浸渍法（如图）：
生产工艺：各组分溶解到溶剂+纤维→烘干（除溶剂）→按需切割
5.1.1 短纤维增强热塑性塑料粒料的制造方法
该法是为解决高熔融粘度树脂的长纤维粒料因纤维在树 脂中分散不好易引起制品性能和外观不良而开发，其工艺 流程如下：
树脂干燥
+ 纤维短切
初混合 粒料干燥
挤 出 称量包装
切 粒
优点：
连续化生产；外观尚佳、质地致密，成型加工性和表面平滑性好， 用柱塞式和螺杆式注射成型机均可成型；劳动保护好。
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；
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
熔融浸渍工艺 静电吸附法
熔融浸渍工艺制造GMT简图
PP 玻纤毡
热固结
PP 玻纤毡
PP
静电吸附法制造RTPS简图
1 热 塑 性 树 脂 薄 膜 1 2 2 2 吸附玻纤薄膜卷材
3
1
1.静电磨擦辊；2.玻璃纤维； 3.静电发生器
热轧区
冷却区
GMT产品及应用
南京原丝无纺毡复合片材有限公司(http://njyswfz.cn.com)
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。
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
4
树脂糊
6
9
顶部PE薄膜
割刀
中空钢鼓轮
7Biblioteka Baidu
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 %
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。
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。
预混法工艺流程
配胶 + 纤维预处理 +添加剂准备
浸渍与混合
撕松
烘干
并批
纤维松散、无定向，流动性好，宜做复杂的小型模压制品。但纤维强 度损失较大，模塑料的质量不均匀，劳动条件差。
预浸法工艺流程
粗纱准备、热处理 + 树脂配胶
纱细浸渍
烘干
切割
存放
纤维紧密、成束状，纤维强度损失较小，质量均匀，可制造较复杂 的高强度模压制品，机械化程度较高，劳动强度小。但日产量比预混 法小，只适宜于连续纤维制品。
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
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。
5.1.2.3 片状模塑(压)料（SMC）
片状模塑料(SMC)
树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡，两边覆盖PE薄膜而成的片状模塑料。 应用最广泛的成型材料之一。 主要原料:不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、低收缩剂、填料等。 SMC视用途和要求又发展出一系列新品种，如BMC、TMC、HMC等。
团状模塑料(BMC)
(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
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
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%
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
组成与SMC相似，可用于模压和挤出成型;
纤维含量较低，纤维较短（6～18 mm），填料含量大;
制品强度比SMC低，适合于压制小型制品，而SMC适合于大型薄壁制品。
片状模塑(压)料（SMC）
厚片状模塑料（TMC）
组成和制作与SMC相似，厚达50 mm。 厚度大，玻璃纤维能随机分布，改善了树脂对纤维的浸润性。 可以采用注射和传递成型。
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。

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
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。
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
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
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。
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
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。
干混合：按加料顺序加料，在球磨机、Z形捏合机、圆柱形转筒
等设备上混合。
热辊压：关键工序，一般在双辊机上进行，辊压温度和时间是主
要工艺控制指标。如生产电木粉时，低温辊的温度为70 -110 oC、 高温辊的温度为90 -130 oC。
5.1.2.2 短纤维增强热固性模塑料的制造方法
根据纤维和树脂的不同，主要方法有预混法、预浸法、浸毡法和挤出法。