树脂基复合材料的制备—模压成型
复合材料的预浸料模压成型工艺
复合材料的预浸料模压成型工艺复合材料是由至少两种不同材料组成的复合材料，以获得所需性能的材料。
其中一种常见的制备方法是预浸料模压成型工艺。
预浸料是一种由纤维增强材料（如碳纤维或玻璃纤维）与树脂基体组成的片材。
这种预浸料一般由两种方式制备：第一种是利用干法制备，将预浸料按照一定比例将纤维和树脂混合，再通过特殊的处理方法使树脂固化，最终形成片材。
第二种是湿法制备，先将纤维浸渍在树脂中，使其充分浸润树脂，然后通过固化过程形成片材。
在预浸料模压成型工艺中，首先将预浸料剪成需要的尺寸，然后将其放置在模具中。
模具的形状和尺寸需要根据产品的要求来设计。
接下来，将模具加热至一定温度，以使预浸料中的树脂熔化，同时将模具加压，以使纤维更加紧密地排列。
加热和加压时间通常根据预浸料和模具的性质来确定。
在模压过程中，树脂的熔化使纤维之间相互粘结，使得基础材料更加牢固。
同时，模具的加热和加压作用可以使纤维的排列更加均匀，从而提高复合材料的机械性能。
此外，在模压过程中，也可以在复合材料中添加填充剂或添加剂，以改善材料的性能。
模压完成后，将模具冷却至一定温度，然后打开模具，取出成型的复合材料。
这些成型的复合材料可以进一步进行后续的加工，如修整、打磨等。
预浸料模压成型工艺的优点是制备简单、成本低、生产效率高。
这种工艺可以用于制备各种形状和尺寸的复合材料制品，如航空航天、汽车、运动器材等领域。
总结起来，预浸料模压成型工艺是一种制备复合材料的方法，通过将预浸料放置在模具中，加热和加压以使纤维更加紧密地排列，最终形成所需形状和尺寸的复合材料制品。
这种工艺简单，生产效率高，适用于各种领域的复合材料制备。
复合材料模压成型的工艺特性和影响因素分析
复合材料模压成型的工艺特性和影响因素分析摘要：本文简述了聚合物基复合材料模压成型工艺特性，对模压成型的设备、预浸料、工装模具、工作环境条件等提出相应要求，着重对成型工艺过程中模压成型温度、压力、保温时间等工艺参数对复合材料制品性能影响做了分析，且简要介绍了复合材料模压制品可能出现的质量问题、产生原因、预防措施等内容。
关键词：复合材料；模压成型；工艺特性；影响因素现今社会复合材料越来越受到重视，并不断朝着更高比刚度、耐更苛刻工作环境等超高性能方向发展。
因此复合材料在材料科学中占据着重要地位，它的发展大大丰富了材料科学的内容。
复合材料成型工艺方法主要有手糊、注射、缠绕、真空导流、模压、热压罐、软模、树脂传递模塑等。
复合材料成型工艺是其重要环节，通常包括两个阶段，首先是使原材料在一定温度和压力下产生变形或流动，获取所需的形状，然后设法保持其形状。
本文着重对复合材料模压成型工艺特性、成型过程、影响制品质量因素及制品缺陷的产生原因及预防措施等内容作了简单叙述。
一、模压成型工艺特性模压成型工艺是将一定量预浸料放入到金属模具的对模腔中，利用带热源的压机产生一定的温度和压力，合模后在一定的温度和压力作用下使预浸料在模腔内受热软化、受压流动、充满流动、充满模腔成型和固化，从而获得复合材料制品的一种工艺方法。
模压成型工艺的特点是在成型过程中需要加热，加热的目的是使预浸料中树脂软化流动，充满模腔，并加速树脂基体材料的固化反应。
预浸料充满模腔过程中，不仅树脂基体流动，增强材料也随之流动，树脂基体和增强纤维同时填满模腔的各个部位。
只有树脂基体粘度很大、粘结力很强才能与增强纤维一起流动，因此模压工艺所需的成型压力较大，这就要求金属模具具有高强度、高精度和耐腐蚀，并要求用专用的热压机来控制固化成型的温度、压力、保温时间等工艺参数。
模压成型方法生产效率较高，制品尺寸准确，表面光洁，尤其对结构复杂的复合材料制品一般可一次成型，不会损坏复合材料制品性能。
复合材料模压成型工艺过程
复合材料模压成型工艺过程复合材料模压成型工艺是一种常见的制造工艺，在航空航天、汽车、船舶等领域都有广泛应用。
该工艺通过将不同材料进行层叠组合，然后加热和压缩，使之形成具有优异性能的复合材料制品。
下面将介绍复合材料模压成型工艺的过程。
第一步：预处理在进行复合材料模压成型之前，首先需要对原材料进行预处理。
一般来说，原材料包括树脂基体以及增强材料，如碳纤维、玻璃纤维等。
在预处理阶段，要确保原材料的表面清洁，去除杂质和水分，以保证最终制品的质量。
第二步：层叠组合在预处理完成后，根据设计要求将树脂基体和增强材料进行层叠组合。
通常采用的方式是交替叠放树脂基体和增强材料，以增强材料为主，树脂基体为粘合剂。
这样可以有效提高复合材料制品的强度和硬度。
第三步：放入模具层叠组合完成后，将其放入事先设计好的模具中。
模具的形状和尺寸应与最终产品保持一致。
模具的表面通常需要做防粘处理，以便后续脱模。
第四步：加热放入模具后，通过加热的方式使原材料变软熔化并充分流动。
加热的温度和时间需要根据原材料的种类和厚度来确定，以确保完全固化。
第五步：压缩在原材料充分加热后，施加高压力，将原材料与模具内壁充分接触，使其形成预定形状。
压力的大小和持续时间也需要经过精确控制，以防止产生气泡或松动现象。
第六步：冷却经过加热和压缩后，复合材料开始冷却固化。
在这个过程中，保持模具的压力不变，直至完全固化为止。
冷却时间的长短取决于原材料的性质和厚度。
第七步：脱模当复合材料完全固化后，打开模具，将制成的复合材料制品取出。
在脱模的过程中，需要小心操作，以避免损坏制品表面或内部结构。
通过以上步骤，复合材料模压成型工艺完成。
这种工艺具有制作周期短、成本低、制品质量高等优点，因此在工业生产中得到广泛应用。
复合材料制品具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点，在现代制造业中发挥着重要作用，也在未来的发展中将有更广阔的应用前景。
树脂基复合材料(2)
应力颁布不均匀；
②制件直径大，不易加工。
510 °
4、设备
1）缠绕设备 2）轴芯：轴芯决定制品的最终结构，分为永久性和可移去两 种类型，其用用是： ①支撑树脂未交联的复合材料； ②在树脂交联过程中保持制品不变形；
轴芯的种类
金属轴芯：
金属轴芯分为永久性和可再用型两种，永久性轴芯主要用于 高压容器，材料选用Al、Ti、不锈钢等，许多复合材料都有一 定的透气性，所以需要金属内衬，一般是由两片金属薄片 （1.0~1.3mm)焊在一起制成的。 可重复使用的轴芯是由一个骨架和组装在骨架上的金属片组成， 固体火箭发动机是采用这种轴芯的。 可膨胀轴芯 用橡胶做轴芯，，内部充气体使其达到所需的形状，制备贮
Air Pressure Metering Cylinder Mixing Head Metering Cylinder Vent
Preform
Mold
1、Introduction
树脂转移成型可制备从汽车扶手等小制品，到水处理单元等 大制品，是应用领域非常广泛的一种制备复合材料的加工工 艺。它是把增强材料切成或制成预成型体（Preform）， 放入模腔之中。预成型体放置于合适的位置，以保证模具的 密封。合模后，树脂被注射到模腔之内，流经增强体，把气 体排出，并润湿纤维（增强体），多余的树脂将从排气孔处 排出模腔。之后，树脂在一定的条件下经固化后，取出是到 制品。它与RIM很相似。但它们之间还是有本质的区别。
RTM可使用泡沫芯结构，以增加预成型体的刚性，同时也提 高了三维结构的复杂性，由于RTM的压力低可不致使泡沫芯 发生变形。
一体化是RTM成型的以一大特点，这是其它工艺所不能达到的。 RTM还可放置模内金属嵌入件，所以说RTM具有设计灵活的特 点。
SMC生产工艺介绍
SMC生产工艺介绍准备料团模压成型工艺始于1909年，当时主要用于生产以木粉、石棉及石英粉为填料的酚醛复合材料制品。
随着SMC、BMC和新型塑料的出现，模压成型工艺发展很快。
据1990年国外统计，在纤维增强树脂基复合材料的各种成型工艺中，模压成型工艺的占有率已达42%以上，居各种成型工艺之首。
模压成型工艺的主要特点：①生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；②产品尺寸精度高，重复性好；③表面光洁，无需第二次修饰；④能一次成型结构复杂的制品；⑤可进行批量生产。
模压成型的不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，最适合大批量生产中小型复合材料制品，随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和压力也相对降低，使得模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展，目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。
模压料的组成：1.合成树脂复合材料模压制品所用的模压料要求合成树脂：①对增强材料有良好的浸渍性能，以便合成树脂和增强材料界面上形成良好的粘接；②有适当的粘度和良好的流动性，在压制条件下能够和增强材料一道均匀地充满整个模腔；③在压制条件下具有适宜的固化速度，并且固化过程中不产生副产物或副产物少，体积收缩率小；④能够满足模压制品特定的性能要求。
按照以上的选材要求，常用的合成树脂有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、聚丁二烯树脂、烯丙基酯、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。
其中不饱和聚酯树脂主要用于SMC、BMC等。
为使模压制品达到特定的性能指标，在选定树脂品种和牌号后，还应选择相应的辅助材料、填料和颜料。
模具加温加入料团闭模固化出模检验2.增强材料模压料中常用的增强材料主要有玻璃纤维开刀丝、无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等，也有少量特种制品选用石棉毡、石棉织物（布）和石棉纸以及高硅氧纤维、碳纤维、有机纤维和天然纤维等品种。
有时也采用两种或两种以上纤维混杂料作增强材料。
树脂基复合材料ppt课件
模压成型、注射成型相和反应注射成型的 温度和压力对比
成型工艺 温 度（℃） 模腔压力（bar)
RIM
60-120
5-15
IM CM RTM
120-350 130-175 20-120
20-140 70-2000
4-10
RIM的几种不同形式：
1、SRIM：结构反应注射成型（Structural RIM) 2、RRIM：增强反应注射成型 (Reinforced RIM) 3、MMRIM:(Mat Molding RIM)
二、RIM使用的原料
反应注射成型是60年代开发的一种聚合物的加工工艺， 其目的是为降低聚胺酯的生产时间，提高生产效率。另外己 内酰胺，环戊烯等也做为RIM的原料
1、树脂体系
R( OH)n +R' (OH)m +2OCN R'' NCO
O
O
O
C NH R" NH C O R' O NH R" NH C R O
第三讲：树脂基复合材料加工工艺（二）
第一节反应注射成型（Reaction Injection Molding) 一、Introduction 反应注射成型是把单体注射到模具之中，在模具之中完成聚合 反应的工艺过程。 其特点是：快速混合两种或两种以上能发生反应的化合物，其 注射温度和注射压力都很低。 与注射成型不同之处是：注射成型的原料采用已完成聚合反应 的聚合物，而反应注射成型则采用单体为原料。
2、RRIM中使用的纤维与填料
1） 短切玻璃纤维（short Glass Fibers，＜4mm) 2）小的玻璃片（Small Glass Flake)
短纤维的长度虽然很短（0.2~0.4mm）但长径比仍很大，它 在流动过程中，会出现取向现象，对于细长制品，这种取向不 会造成什么影响，但对于大的平面制品，由于收缩和线性热膨 胀系数（CLTE：Coefficient of Linear Thermal Expansion) 不同，可能制成变形，解决加法是用玻璃片做为 增强体。
环氧树脂碳纤维复合材料模压制品冲击强度影响因素分析
碳纤维增强的环氧树脂片状模塑料（EP/CF⁃SMC）是由树脂糊浸渍短切纤维后，经模压工艺进行固化成型的复合材料。
EP/CF⁃SMC比强度高、耐腐蚀、绝缘强度好、表面光洁度高、外形尺寸稳定，且成型效率高、生产成本低，广泛应用于汽车、电力、建筑、航空航天等领域。
但其冲击强度差仍是难以忽略的缺点，因此提高EP/CF⁃SMC的冲击强度已经成为进一步提高其使用效能的关键。
目前，已有不少学者针对复合材料模压成型工艺对制品力学性能的影响开展了相关研究。
张臣臣、汪兴等通过设计正交试验研究了模压成型关键参数对树脂基复合材料力学性能的影响。
胡章平等通过建立响应面模型分析了各个工艺参数对制品力学性能的贡献率。
杨志生、花蕾蕾等从制品生产角度研究了制品易产生缺陷的工序以及相应的控制方法。
林旭东、宋清华、张吉等通过建立数学物理模型，对模压成型工艺制度进行了优化。
Mayer、吴凤楠等通过对制品进行微观表征，研究了不同生产工艺对最终模压制品的性能影响。
本文以EP/CF⁃SMC模压成型制品的冲击性能为研究对象，设计正交试验研究了模压温度、模压压力、保压时间、合模速度对模压制品冲击性能的影响。
使用极差法分析了4个因素对制品性能的影响程度大小；获得了最佳的工艺参数并进行了验证实验；借助光学显微镜和场发射扫描电子显微镜（SEM）对典型冲击断裂试样进行了微观形貌表征，并分析了各影响因素作用于制品模压成型过程中的微观机制。
（论文引用：赵川涛, 贾志欣, 刘立君, 李继强, 张臣臣, 荣迪, 高利珍, 王少峰. 环氧树脂/碳纤维复合材料模压制品力学性能影响因素分析[J]. 中国塑料, 2024, 38(2): 26-32.）一实验部分（节选）1、制样过程模压温度、模压压力、保压时间、合模速度是影响EP/CF⁃SMC材料模压制品力学性能的4个主要因素。
选择合适的因素水平设计得到正交试验L16（44），其因素水平表如表1所示。
将原料裁剪为160mm×320mm大小后，居中铺放在预热好的定模上，设置模压参数，等待模压完成。
复合材料的预浸料模压成型工艺设计
复合材料的预浸料模压成型工艺设计一、引言复合材料是由两种或两种以上的材料（通常是纤维增强材料和基础材料）按一定方式组合而成的材料。
预浸料是其中一种重要形式，其在制造过程中充分浸渍纤维增强材料，并由预先定量的树脂浸液制成。
预浸料模压成型是一种常用的制备复合材料制品的工艺方法，本文将对该工艺的设计进行探讨。
二、工艺流程1.准备工作：准备好纤维增强材料、预浸料浸液、模具等所需材料和设备。
2.纤维浸润：将纤维增强材料放入预浸液中，确保纤维完全浸润且浸膏均匀。
根据实际需要，可以进行多次纤维浸润以增加预浸料的质量。
3.预压：将浸润好的纤维堆积在模具中，并在适当的压力下进行预压，以除去多余的预浸胶，形成初步的形状。
4.加热固化：将预压好的纤维在模具中进行加热固化，根据预浸料的要求选择适当的温度和时间。
5.压制成型：在加热固化完成后，将模具放入压模机中进行模压成型，给予适当的压力和温度，使得预浸料完全固化。
6.修整和后处理：将成型的复合材料制品修整成所需形状，并进行必要的后处理，如表面抛光、涂漆等。
三、关键工艺参数1.预浸料浸液配方：根据不同的材料要求，确定合适的树脂类型和固化剂配比，以及一定的填料和助剂。
2.纤维浸润时间：根据纤维增强材料的吸液性和树脂浸润性能，确定合理的纤维浸润时间，以保证纤维完全浸润。
3.预压压力和时间：根据预浸料的性质和所需成型形状，确定合适的预压压力和时间，以确保预浸料形成初步的形状。
4.加热固化温度和时间：根据预浸料的要求和所选用的树脂体系，确定适当的加热固化温度和时间，以使预浸料完全固化。
5.模压温度和压力：根据树脂体系的固化特性和制品的形状要求，确定合适的模压温度和压力，以将纤维和树脂充分结合。
四、质量控制1.纤维浓度控制：通过纤维的质量取样和称重，测算纤维的重量比例，以控制纤维增强材料的质量。
2.树脂浓度控制：通过树脂浸润后的纤维重量和浸膏后的纤维重量对比，计算树脂浓度，以确保浸润均匀。
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二、模压成型的原料要求
模压成型工艺适用于热固性塑料，如酚醛、 环氧、氨基塑料、不饱和聚酯和聚酰亚胺等 塑料，以及某些热塑性塑料制品的生产。
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三、模压成型工艺
1、模压成型的基本原理
物料的“三态”变化
粘流态 胶凝态 玻璃态
三个阶段
流动阶段
胶凝阶段
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固化阶段
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1、模压成型的基本原理
5.因为批量生产，价格相对低 廉。
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五、模压成型的应用
主要用作结构件、连接件、防护件和 电气绝缘件。
广泛应用于工业、农业、交通运输、 电气、化工、建筑、机械等领域
由于模压制品质量可靠，在兵器、飞 机、导弹、卫星上也得到了应用。
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应用实例
图5.2 利用SMC材料制造的宝马X5 系列轿车翼子板
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冷模具 模具预热
涂脱模剂
放嵌件 并预热
加料
合模 放气
清理模具 热模具
顶出制品
图3.2 模压成型可工编艺辑p过pt 程示意图
启模
固化
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四、模压成型的优缺点
优点
缺点
1.生产效率高，便于实现专业
化和自动化生产；
1. 模具制造复杂，投资较
2.产品尺寸精度高，重复性好；大；
3.表面光洁，无需二次修饰； 4.能一次成型结构复杂的制品； 2. 制品尺寸受设备限制。
图5.1 SMC复合材料整体卫浴间
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六、模压成型的发展趋势
随着金属加工技术、压机制造水平及合成 树脂工艺性能的不断改进和发展，压机吨位 和台面尺寸不断增大，模压料的成型温度和 压力也相对降低，使得模压成型制品的尺寸 逐步向大型化发展，目前已能生产大型汽车 部件、浴盆、整体卫生间组件等。相信随着 树脂基复合材料成型技术的继续发展，模压 成型技术和制品将会有更大的提高，模压成 型技术的应用前景将更加广阔。
图3.1 模压成型原理示意图
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2、模压成型的工艺条件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
热固性塑料加工中 对温度的控制格外
重要。
温度
又称为成型工 艺条件
成型加工 “三要素”
时间
压力
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3、模压成型的工艺过程
模压成型工艺过程包括：放置嵌件、加料、闭合模 具、排气、保压固化、脱模、清理模具等步骤。
预压、预热物料、计量
树脂基复合材料的制备 —模压成型技术
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主要内容
模压成型的概念 模压成型的原料要求 模压成型工艺 模压成型的优缺点 模压成型的应用 模压成型的发展趋势
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一、模压成型的概念
模压成型又称压制成型，它是将模塑料 （粉料、粒料、碎屑或纤维预浸料等）置于 阴模型腔内，合上阳模，借助压力和热量作 用，使物料熔化充满型腔，形成与型腔形状 相同的制品。再经加热使其固化，冷却后脱 模，便制得模压制品。
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参考文献
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