复合材料成型工艺发展综述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Abstract:Thisthesisdescribes the resin composites molding process and its development trend.Some specific processes are mentioned, such as‘Hand paste molding’,‘Pull extrusion forming’,‘Compression molding’and so on. Also,abrief description of its development trendare made in terms ofproduction factorsofmanufacturingcomposites.Thisthesisalso shows the composite material,as a nation-building strategymaterial, has beenmore popular and it’s importantto understand the development of its molding process.
2复合材料成型工艺的发展
复合材料制造技术在现代社会正朝着自动化和智能化的方向发展。快速固化技术、复合材料构件的生产自动化、纤维自动缠绕技术等一个个新技术的研究开发推动者复合材料成型工艺的长久发展，也改变着人类的生活方式。[28-32]
2.1预浸料制备
预浸料是半成品，推动复合材料工艺发展，其工艺改进也带来众多新技术的应用，如熔融浸渍、纤维混合法、粉末混合工艺等。预浸料制备发展到机械化和自动化形式，编制预浸料标准，促进工艺技术革新和进步。如自动控制技术的发展，纤维缠绕发展成为纤维铺放。在纤维铺放的过程中，我们需要把预先浸泡好的多团纱束集合起来形成一个直的带状纱布，把这个纱布铺放在模具或者是芯模的表面，这样做的制品形状并不一定是回转体，也可以是一些形状曲率变化很大的制品，甚至是一些有凹形表面的制品。自动纤维铺放就是计算机在纤维缠绕上的实际应用成果，使纤维的力学设计得到了更多的自由度。
[4] 赵娟. 基于ANSYS的碳纤维复合材料传动轴的铺层设计[D]. 武汉理工大学. 2011.
[5] 张胜佳. 环氧树脂增韧的研究进展[J]. 宁波化工,2015(1):1-6.
[6] Masoodi R, Pillai KM, Grahl N, Tan H. Numerical simulation of LCM mold-filling during the manufacture of natural fiber composites. J Reinf Plast CFra Baidu bibliotekmpos,2012;31(6):363–78.
1.2拉挤成型
将已浸润的连续纤维束在牵引结构拉力下，用成型模成型，在模中固化，连续生产出复合型材。成型过程需要成型模挤压和外牵引拉拨，整个生产过程是连续的。[18]该工艺控制方便，产品质量稳定，成本低，生产效率高，制品的拉伸强度和弯曲强度高。目前拉挤工艺主要用于生产玻璃钢棒、工字型、角型、槽型、方型等，技术取得不断发展，产品质量也进一步提升。[19]
Key Words:composites molding process development
前言
人类在生产生活中需要利用到各种各样的材料，它是人们生产生活水平能够提升物质保障。在人类的发展历史中，材料工业的大的革新往往能够引起人类社会大的变革，推动人类社会的发展。复合材料就是指由两种以上的材料进行加工合成后产生的新型材料，它与陶瓷、金属、高聚物被人们称之为四大材料。[1-5]先进的复合材料具有热性能优越、耐疲劳、可设计性、各向异性和比模量高等优良特性，凭借这些优良的特性，很快就获得了广泛的应用，复合材料在工业领域得到广泛应用，也是衡量一个国家科技和经济实力的重要标志。先进复合材料不仅强度高，而且耐热性能和抗疲劳性能优良，在航空航天、交通运输、机械化工等领域得到广泛应用。[6-15]
[7] Francucci G, Rodríguez ES, Morán J. Novel approach for mold filling simulation of the processing of natural fiber reinforced composites by resin transfer molding. J Compos Mater 2014;48:191–200.
1.4缠绕成型
将连续纤维按一定规律缠绕至芯模，经固化和脱模形成产品，产品可靠性高，生产效率高，强度高，并且可以节约成本，技术经济效益明显。该工艺在航天、军工领域应用广泛，并朝着自动化、集成化方向发展。[22-26]
1.6 RTM成型
该技术为适应飞机雷达罩成型发展而来，在纤维增强复合材料生产中得到广泛应用。该技术可为构件提供双面光滑表面的能力，制造品质好、精度高的构件，成型效率高，挥发型物质少，不会影响人的身体健康。[27]近年来还开展大量颇有成效的技术，设备、树脂、模具不断改进和完善，在工业制造领域也发挥更大的作用。
[8] Alix S, Lebrun L, Morvan C, Marais S. Study of water behaviour of chemically treated flax fibres-based composites: a way to approach the hydric interface. Compos Sci Technol 2011;71:893–9.
1.3模压成型
模压成型是将一定量的模压料放入金属对摸中，在一定的温度和压力作用下固化成型制品的一种方法。[20-21]在模压成型过程中需加热和加压，使模压料塑化、流动充满模腔，并使树力旨固化。在模压料充满摸腔的流动过程中，不仅树脂流动，增强材料也要随之流动，所以模压成型工艺的成型压力较其他方法高，属于高压成型。因此，它既需要能对压力进行控制的液压机，又需要高强度、高精度、耐高温的金属模具。
1.5铺放成型
包括自动铺丝束技术和自动窄带铺放技术，实现加工制造的全自动化，在航空航天、特殊结构构件的应用非常广泛。随着技术进步，控制系统升级到全数字控制，自动铺放新技术出现并得到愈加广泛的应用，在战斗机、商用飞机方面采用自动铺丝技术，带动航空制造技术变革。并且新技术将不断出现，促进复合材料的变革和进步。
[10] Khalil HA, Bhat A, Yusra AI. Green composites from sustainable cellulose nanofibrils: a review. Carbohydr Polym 2012;87(2):963-79.
[11] 何亚飞. 树脂基复合材料成型工艺的发展[J].纤维复合材料,2011(2):7-13.
[2] Zhang F, Comas-Cardona S, Binetruy C. Statistical modeling of in-plane permeability of non-woven random fibrous reinforcement. Compos Sci Technol 2012;72:1368–79.
2.2优化固化过程
计算机技术、过程控制技术、人工智能技术的开发和应用，再加上超声和介电技术支持，实现在线固化的可能性，对固化压力、温度等实现连续监测，调整固化气孔率、厚度等，推动产品质量提升。
2.3模具发展
模具结构形式多种多样，推动复合材料构件制造多样化。目前复合材料模具、软模、芯模技术取得较大进步，促进模具和产品膨胀系数基本一致，减轻结构自重，方便材料卸载，有利于控制构件尺寸和厚度，保证产品质量。[33]
[9] Nguyen VH. Characterization of natural fiber and modeling resin transfer molding process in natural fiber preform, Ph.D. thesis, Ecole des Mines de Douai, France; 2014.
[12] 蔡闻峰. 树脂基碳纤维复合材料成型工艺现状及发展方向[J]. 航空制造技术,2008(10):54-57.
[13] 陈婷. 浅谈树脂基复合材料的成型工艺[J]. 山东工业技术,2015(4):6.
3结语
随着技术发展和改进，复合材料呈现智能化和自动化趋势，将在工业领域得到更加广泛的应用，其工艺方式也将得到不断改善，在民用方面，将更加其适用性。同时更为重要的是，将为国家战略发展提供一个新的起点。
参考文献
[1] 殷东平, 王亚锋, 李直. 某复合材料机载构件制造工艺研究[J]. 电子机械工程2010(05).
2.4原材料的发展
碳纤维、氧化铝纤维、芳纶纤维，新型高性能树脂、金属和陶瓷基体等出现并得到应用，其韧性、耐高温性更优，有利于提高产品质量和综合性能。[34-36]如近些年，把长短纤维作为增强材料，以热固性、热塑性树脂作为基础性材料的各种类别复合材料模压成型工艺发展十分迅速，产品的性价比也比较高，且生产效率高，污染环境少适合航空航天、汽车灯工业的需求。
[3] Pandey G, Deffor H, Thostenson ET, Heider D. Smart tooling with integrated time domain reflectometry sensing line for non-invasive flow and cure monitoring during composites manufacturing. Compos Part A Appl Sci Manuf 2013;47:102–8.
上海海事大学
先进复合材料成型工艺课程论文
学 院：海洋科学与工程学院
专 业：
班 级：材料132
姓 名：
学 号：
论文题目：复合材料成型工艺发展综述
指导老师：
二〇一六年一月
复合材料成型工艺发展综述
XXXXX
上海海事大学海洋科学与工程学院
【摘要】本文主要介绍了树脂基复合材料成型工艺及其发展趋势。其中提到了“手糊成型”、“拉挤成型”、“模压成型”等。也从复合材料生产各要素的方面，简要阐述其发展的趋势。本文章也表明了复合材料作为国家建设的战略材料，得到了越来越来多的重视，了解其成型工艺的发展有其重要的意义。
1.2手糊成型
手糊成型又称接触成型，是用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。手糊成型按成型固化压力可分为两类：接触压和低压（接触压以上）。前者为手糊成型、喷手糊成型是复合材料最早的一种成型方法。虽然它在各国复合材料成型中所占比重呈下降趋势，但仍不失为主要的成型方法。[16-17]这是由于手糊成型具有下列优点：手糊成型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；设备简单，投资少，设备折旧费低；工艺简便；易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料；制品树脂含量较高，耐腐烛性好。手糊成型的缺点为：生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；产品质量不易控制，性能稳定性不高；产品力学性能偏低。
1复合材料成型工艺
复合成型工艺生产过程中的关键是在保证制品的形状和尺寸以及制品表面质量的前提下，让增强材料能够按照预先设定好的方向均匀的进行配置，并尽量的防止制品的性能受到影响，使基体材料能够比较充分的完成固化反应。经过几十年发展与技术进步，树脂基复合材料成型工艺取得不断发展，种类进一步增多，并存在相同点和不同点，主要体现在以下方面。
【关键词】复合材料成型工艺发展
The Summary ofDevelopment onCompositesMoldingTechnology
Xxxx Onion
College of Ocean Science and Engineering, Shanghai Maritime University, Shanghai
2复合材料成型工艺的发展
复合材料制造技术在现代社会正朝着自动化和智能化的方向发展。快速固化技术、复合材料构件的生产自动化、纤维自动缠绕技术等一个个新技术的研究开发推动者复合材料成型工艺的长久发展，也改变着人类的生活方式。[28-32]
2.1预浸料制备
预浸料是半成品，推动复合材料工艺发展，其工艺改进也带来众多新技术的应用，如熔融浸渍、纤维混合法、粉末混合工艺等。预浸料制备发展到机械化和自动化形式，编制预浸料标准，促进工艺技术革新和进步。如自动控制技术的发展，纤维缠绕发展成为纤维铺放。在纤维铺放的过程中，我们需要把预先浸泡好的多团纱束集合起来形成一个直的带状纱布，把这个纱布铺放在模具或者是芯模的表面，这样做的制品形状并不一定是回转体，也可以是一些形状曲率变化很大的制品，甚至是一些有凹形表面的制品。自动纤维铺放就是计算机在纤维缠绕上的实际应用成果，使纤维的力学设计得到了更多的自由度。
[4] 赵娟. 基于ANSYS的碳纤维复合材料传动轴的铺层设计[D]. 武汉理工大学. 2011.
[5] 张胜佳. 环氧树脂增韧的研究进展[J]. 宁波化工,2015(1):1-6.
[6] Masoodi R, Pillai KM, Grahl N, Tan H. Numerical simulation of LCM mold-filling during the manufacture of natural fiber composites. J Reinf Plast CFra Baidu bibliotekmpos,2012;31(6):363–78.
1.2拉挤成型
将已浸润的连续纤维束在牵引结构拉力下，用成型模成型，在模中固化，连续生产出复合型材。成型过程需要成型模挤压和外牵引拉拨，整个生产过程是连续的。[18]该工艺控制方便，产品质量稳定，成本低，生产效率高，制品的拉伸强度和弯曲强度高。目前拉挤工艺主要用于生产玻璃钢棒、工字型、角型、槽型、方型等，技术取得不断发展，产品质量也进一步提升。[19]
Key Words:composites molding process development
前言
人类在生产生活中需要利用到各种各样的材料，它是人们生产生活水平能够提升物质保障。在人类的发展历史中，材料工业的大的革新往往能够引起人类社会大的变革，推动人类社会的发展。复合材料就是指由两种以上的材料进行加工合成后产生的新型材料，它与陶瓷、金属、高聚物被人们称之为四大材料。[1-5]先进的复合材料具有热性能优越、耐疲劳、可设计性、各向异性和比模量高等优良特性，凭借这些优良的特性，很快就获得了广泛的应用，复合材料在工业领域得到广泛应用，也是衡量一个国家科技和经济实力的重要标志。先进复合材料不仅强度高，而且耐热性能和抗疲劳性能优良，在航空航天、交通运输、机械化工等领域得到广泛应用。[6-15]
[7] Francucci G, Rodríguez ES, Morán J. Novel approach for mold filling simulation of the processing of natural fiber reinforced composites by resin transfer molding. J Compos Mater 2014;48:191–200.
1.4缠绕成型
将连续纤维按一定规律缠绕至芯模，经固化和脱模形成产品，产品可靠性高，生产效率高，强度高，并且可以节约成本，技术经济效益明显。该工艺在航天、军工领域应用广泛，并朝着自动化、集成化方向发展。[22-26]
1.6 RTM成型
该技术为适应飞机雷达罩成型发展而来，在纤维增强复合材料生产中得到广泛应用。该技术可为构件提供双面光滑表面的能力，制造品质好、精度高的构件，成型效率高，挥发型物质少，不会影响人的身体健康。[27]近年来还开展大量颇有成效的技术，设备、树脂、模具不断改进和完善，在工业制造领域也发挥更大的作用。
[8] Alix S, Lebrun L, Morvan C, Marais S. Study of water behaviour of chemically treated flax fibres-based composites: a way to approach the hydric interface. Compos Sci Technol 2011;71:893–9.
1.3模压成型
模压成型是将一定量的模压料放入金属对摸中，在一定的温度和压力作用下固化成型制品的一种方法。[20-21]在模压成型过程中需加热和加压，使模压料塑化、流动充满模腔，并使树力旨固化。在模压料充满摸腔的流动过程中，不仅树脂流动，增强材料也要随之流动，所以模压成型工艺的成型压力较其他方法高，属于高压成型。因此，它既需要能对压力进行控制的液压机，又需要高强度、高精度、耐高温的金属模具。
1.5铺放成型
包括自动铺丝束技术和自动窄带铺放技术，实现加工制造的全自动化，在航空航天、特殊结构构件的应用非常广泛。随着技术进步，控制系统升级到全数字控制，自动铺放新技术出现并得到愈加广泛的应用，在战斗机、商用飞机方面采用自动铺丝技术，带动航空制造技术变革。并且新技术将不断出现，促进复合材料的变革和进步。
[10] Khalil HA, Bhat A, Yusra AI. Green composites from sustainable cellulose nanofibrils: a review. Carbohydr Polym 2012;87(2):963-79.
[11] 何亚飞. 树脂基复合材料成型工艺的发展[J].纤维复合材料,2011(2):7-13.
[2] Zhang F, Comas-Cardona S, Binetruy C. Statistical modeling of in-plane permeability of non-woven random fibrous reinforcement. Compos Sci Technol 2012;72:1368–79.
2.2优化固化过程
计算机技术、过程控制技术、人工智能技术的开发和应用，再加上超声和介电技术支持，实现在线固化的可能性，对固化压力、温度等实现连续监测，调整固化气孔率、厚度等，推动产品质量提升。
2.3模具发展
模具结构形式多种多样，推动复合材料构件制造多样化。目前复合材料模具、软模、芯模技术取得较大进步，促进模具和产品膨胀系数基本一致，减轻结构自重，方便材料卸载，有利于控制构件尺寸和厚度，保证产品质量。[33]
[9] Nguyen VH. Characterization of natural fiber and modeling resin transfer molding process in natural fiber preform, Ph.D. thesis, Ecole des Mines de Douai, France; 2014.
[12] 蔡闻峰. 树脂基碳纤维复合材料成型工艺现状及发展方向[J]. 航空制造技术,2008(10):54-57.
[13] 陈婷. 浅谈树脂基复合材料的成型工艺[J]. 山东工业技术,2015(4):6.
3结语
随着技术发展和改进，复合材料呈现智能化和自动化趋势，将在工业领域得到更加广泛的应用，其工艺方式也将得到不断改善，在民用方面，将更加其适用性。同时更为重要的是，将为国家战略发展提供一个新的起点。
参考文献
[1] 殷东平, 王亚锋, 李直. 某复合材料机载构件制造工艺研究[J]. 电子机械工程2010(05).
2.4原材料的发展
碳纤维、氧化铝纤维、芳纶纤维，新型高性能树脂、金属和陶瓷基体等出现并得到应用，其韧性、耐高温性更优，有利于提高产品质量和综合性能。[34-36]如近些年，把长短纤维作为增强材料，以热固性、热塑性树脂作为基础性材料的各种类别复合材料模压成型工艺发展十分迅速，产品的性价比也比较高，且生产效率高，污染环境少适合航空航天、汽车灯工业的需求。
[3] Pandey G, Deffor H, Thostenson ET, Heider D. Smart tooling with integrated time domain reflectometry sensing line for non-invasive flow and cure monitoring during composites manufacturing. Compos Part A Appl Sci Manuf 2013;47:102–8.
上海海事大学
先进复合材料成型工艺课程论文
学 院：海洋科学与工程学院
专 业：
班 级：材料132
姓 名：
学 号：
论文题目：复合材料成型工艺发展综述
指导老师：
二〇一六年一月
复合材料成型工艺发展综述
XXXXX
上海海事大学海洋科学与工程学院
【摘要】本文主要介绍了树脂基复合材料成型工艺及其发展趋势。其中提到了“手糊成型”、“拉挤成型”、“模压成型”等。也从复合材料生产各要素的方面，简要阐述其发展的趋势。本文章也表明了复合材料作为国家建设的战略材料，得到了越来越来多的重视，了解其成型工艺的发展有其重要的意义。
1.2手糊成型
手糊成型又称接触成型，是用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。手糊成型按成型固化压力可分为两类：接触压和低压（接触压以上）。前者为手糊成型、喷手糊成型是复合材料最早的一种成型方法。虽然它在各国复合材料成型中所占比重呈下降趋势，但仍不失为主要的成型方法。[16-17]这是由于手糊成型具有下列优点：手糊成型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；设备简单，投资少，设备折旧费低；工艺简便；易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料；制品树脂含量较高，耐腐烛性好。手糊成型的缺点为：生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差；产品质量不易控制，性能稳定性不高；产品力学性能偏低。
1复合材料成型工艺
复合成型工艺生产过程中的关键是在保证制品的形状和尺寸以及制品表面质量的前提下，让增强材料能够按照预先设定好的方向均匀的进行配置，并尽量的防止制品的性能受到影响，使基体材料能够比较充分的完成固化反应。经过几十年发展与技术进步，树脂基复合材料成型工艺取得不断发展，种类进一步增多，并存在相同点和不同点，主要体现在以下方面。
【关键词】复合材料成型工艺发展
The Summary ofDevelopment onCompositesMoldingTechnology
Xxxx Onion
College of Ocean Science and Engineering, Shanghai Maritime University, Shanghai