树脂复合材料成型工艺

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。

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）。

接触低压成型工艺过程，是先将材料在阴模、阳模或对模上制成设计形状，再通过加热或常温固化，脱模后再经过辅助加工而获得制品。属于这类成型工艺的有手糊成型、喷射成型、袋压成型、树脂传递模塑成型、热压罐成型和热膨胀模塑成型（低压成型）等。其中前两种为接触成型。

接触低压成型工艺中，手糊成型工艺是聚合物基复合材料生产中最先发明的，适用范围最广，其它方法都是手糊成型工艺的发展和改进。接触成型工艺的最大优点是设备简单，适应性广，投资少，见效快。根据近年来的统计，接触低压成型工艺在世界各国复合材料工业生产中，仍占有很大比例，如美国占35%，西欧占25%，日本占42%，中国占75%。这说明了接触低压成型工艺在复合材料工业生产中的重要性和不可替代性，它是一种永不衰落的工艺方法。但其最大缺点是生产效率低、劳动强度大、产品重复性差等。

1、原材料

接触低压成型的原材料有增强材料、树脂和辅助材料等。

（1）增强材料

接触成型对增强材料的要求：①增强材料易于被树脂浸透；②有足够的形变性，能满足制品复杂形状的成型要求；③气泡容易扣除；④能够满足制品使用条件的物理和化学性能要求；⑤价格合理（尽可能便宜），来源丰富。

用于接触成型的增强材料有玻璃纤维及其织物，碳纤维及其织物，芳纶纤维及其织物等。

（2）基体材料

接触低压成型工艺对基体材料的要求：①在手糊条件下易浸透纤维增强材料，易排除气泡，与纤维粘接力强；②在室温条件下能凝胶，固化，而且要求收缩小，挥发物少；③粘度适宜：一般为0.2～0.5Pa·s，不能产生流胶现象；④无毒或低毒；⑤价格合理，来源有保证。

生产中常用的树脂有：不饱和聚酯树脂，环氧树脂，有进也用酚醛树脂，双马来酰亚胺树脂，聚酰亚胺树脂等。

几种接触成型工艺对树脂的性能要求：

（3）辅助材料

接触成型工艺中的辅助材料，主要是指填料和色料两类，而固化剂、稀释剂、增韧剂等，归属于树脂基体体系。

2、模具及脱模剂

（1）模具

模具是各种接触成型工艺中的主要设备。模具的好坏，直接影响产品的质量和成本，必须精心设计制造。

设计模具时，必须综合考虑以下要求：①满足产品设计的精度要求，模具尺寸精确、表面光滑；②要有足够的强度和刚度；③脱模方便；④有足够的热稳定性；⑤重量轻、材料来源充分及造价低。

模具构造接触成型模具分为：阴模、阳模和对模三种，不论是哪种模具，都可以根据尺寸大小，成型

要求，设计成整体或拼装模。

模具材料造反模具材料时，应满足以下要求：①能够满足制品的尺寸精度，外观质量及使用寿命要求；

②模具材料要有足够的强度和刚度，保证模具在使用过程中不易变形和损坏；③不受树脂侵蚀，不影响树脂固化；④耐热性好，制品固化和加热固化时，模具不变形；⑤容易制造，容易脱模；⑥昼减轻模具重量，方便生产；⑦价格便宜，材料容易获得。能用作手糊成型模具的材料有：木材，金属，石膏，水泥，低熔点金属，硬质泡沫塑料及玻璃钢等。

脱模剂基本要求：①不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘接力小于0.01MPa；②成膜时间短，厚度均匀，表面光滑；③使用安全，无毒害作用；④耐热、能以受加热固化的温度作用；⑤操作方便，价格便宜。

接触成型工艺的脱模剂主要有薄膜型脱模剂、液体脱模剂和油膏、蜡类脱模剂。

夹层结构制造技术

夹层结构一般是由三层材料制成的复合材料。夹层复合材料的上下面层是高强度、高模量材料，中间层是较厚的轻质材料，玻璃钢夹层结构实际上是复合材料与其它轻质材料的再复合。采用夹层结构方式是为了提高材料的有效利用率和减轻结构重量，以梁板构件为例，在使用过程中，一要满足强度要求，二要满足刚度的需要，玻璃钢材料的特点是强度高，模量低。因此，用单一的玻璃钢材料制造梁板，满足强度要求时，挠度往往很大，如果按允许挠度进行设计，则强度大大超过，造成浪费。只有采用夹层结构形式进行设计，才能合理的解决这一矛盾。这也是夹层结构得以发展的主要原因。

由于玻璃钢夹层结构的强度高，重量轻，刚度大，耐腐蚀，电绝缘及透微波等，目前已广泛用于航空工业和宇航工业的飞机、导弹、飞船及样板、屋面板，能大幅度的减轻建筑物的重量和改善使用功能。透明玻璃钢夹层结构板，已广泛用于寒冷地区的工业厂房、大型公用建筑及温室的采光屋顶。在造船和交通领域，玻璃钢夹层结构广泛用于玻璃钢潜艇、扫雷艇、游艇中的许多构件。我国设计制造的玻璃钢过街人行桥、公路桥、汽车和火车保温泠藏车等，均采用了玻璃钢夹层结构，满足了重量轻、强度高、刚度大、隔热、保温等多性能要求。在要求透微波的雷过罩中，玻璃钢夹层结构已成为其它材料不能与之相比的专用材料。

1、玻璃钢夹层结构的种类与特点

根据夹层结构所用的芯材种类和形式不同，玻璃钢夹层结构分为：泡沫夹层结构，蜂窝夹层结构，梯形板夹层结构，矩形夹层结构和圆形夹层结构。

（1）泡沫塑料夹层结构泡沫塑料夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮（面板），泡沫塑料做夹芯层，泡沫塑料夹层结构的最大特点是蒙皮和泡沫塑料夹芯层粘接牢固、受力不大和保温隔热性能要求高的部件，如飞机尾翼、保温通风管道及样板等。

（2）蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮，蜂窝材料（玻璃布蜂窝、纸蜂窝或其它棉布及铝蜂窝等）做夹芯层。蜂窝夹层结构的重量轻，强度高，刚度大，多用作结构尺寸大、强度要求高的结构件，如玻璃钢桥的承重板、球形屋顶结构、雷达罩、反射面、冷藏车地板及箱体结构等。

（3）梯形和矩形带头作用层结构这种带头作用层结构的面板（蒙皮）为玻璃钢薄板，夹芯层是玻璃钢梯形板或矩形板。这种夹层结构方向性强，仅适用于做高强平板，不宜用于弯曲形状的制品。