热塑性复合材料成型工艺
热塑性复合材料的加工技术现状应用及发展趋势
热塑性复合材料的加工技术现状应用及发展趋势热塑性复合材料是指由热塑性树脂基体和增强材料（如玻璃纤维、碳纤维等）组成的材料。
它具有良好的机械性能、化学稳定性和耐磨性，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
随着科学技术的发展，热塑性复合材料的加工技术也不断推进，应用范围也在不断扩大。
在热塑性复合材料的加工技术方面，目前主要有预浸法、树脂浸渍法和树脂缠绕法等。
预浸法是将热塑性树脂浸渍到增强材料中，形成预浸料，然后通过压塑和热固化等工艺进行成型。
这种加工技术具有成型周期短、生产效率高、成本低等优点，适用于大批量生产。
但是预浸法的工艺控制要求较高，需要保持一定的工艺温度和压力，以确保产品的质量。
树脂浸渍法是将增强材料浸渍到热塑性树脂中，形成蜂巢结构后加热熔融，然后采用压塑成型。
这种加工技术具有成型性能好、质量稳定等优点，适用于复杂产品的生产。
但是树脂浸渍法需要较长的热固化时间，加工周期较长。
树脂缠绕法是将热塑性树脂涂覆在纤维上，通过控制缠绕角度和缠绕层数，形成复杂的形状。
这种加工技术具有成型灵活、节约材料等优点，适用于空间限制较大的产品。
但是树脂缠绕法需要掌握一定的工艺技巧，以确保产品质量。
热塑性复合材料的加工技术在航空航天、汽车等行业得到了广泛的应用。
在航空航天领域，热塑性复合材料可以用于制造机翼、机身等零部件，以提高飞机的载重能力和燃油效率。
在汽车行业，热塑性复合材料可以用于制造车身、底盘等部件，以提高汽车的安全性和节能性能。
随着科学技术的不断进步，热塑性复合材料的加工技术也在不断发展。
一方面，加工工艺越来越精细化和自动化，提高了生产效率和产品质量。
另一方面，新型材料的研发和应用也为热塑性复合材料的加工技术带来了新的发展方向。
例如，纳米级增强材料的应用可以改善热塑性复合材料的力学性能和耐热性能；3D打印技术的应用可以实现复杂形状的制造，提高产品的适应性和精度。
综上所述，热塑性复合材料的加工技术在应用和发展方向上都取得了很大的进展。
复合材料成型加工技术---
真空袋
1. 过程
制品毛坯 真空袋密封 抽真空 固化 制品
2. 特征 1）工艺简单，不需要专用设备； 2）压力较小，最大为0.1MPa，只适
用厚度1.5mm以下复合材料制品
压力袋成型
压力为0.25~0.5MPa
真空袋-热压罐成型
预浸料成型
预浸料成型（prepreg lay-up）
基本步骤：
设备：要求比RTM高，投资大
模压成型（Compression Molding）
将复合材料片材或模塑料放入金属对模中， 在温度和压力作用下，材料充满模腔，固 化成型，脱模制得产品的方法。
模具预热 模压料称量
涂刷脱模剂 预热
装模
压制 脱模
制品 检验 后处理
BMC模压 SMC、TMC模压 预浸料模压（层压）
多孔膜 密实膜 多孔织物
多孔膜
真空封装系统：透气、隔离、吸胶、透胶系统
适合加工高纤维含量（>60%）复合材料 简单和复杂构型构件均可以加工 高强度和高刚度复合材料均可以加工 劳动强度大，不适于大量加工 构件成本高 在航空和军事用先进复合材料上用途广泛
喷射成型（spray-up process）
包括：
干法缠绕： 预浸纱 湿法缠绕： 纤维纱 半干法缠绕： 纤维纱
加热软化 缠绕 浸胶 缠绕 浸胶 烘干 缠绕
非常适合制作管 状制品，如压力 容器、管道、火 箭发动机壳体、 喷管、化学品储 存罐等
配合CAD系统， 可以制作外形更 为复杂的构件
基本步骤
① 粗纱线轴放置在粗纱架上； ② 几根粗纱从导纱沟中穿过； ③ 固化剂和树脂在容器中混合后倒入树脂浸渍槽中； ④ 在卷绕滚筒上涂覆脱模剂、凝胶涂层，并将卷绕滚筒放
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展摘要：随着低碳经济、碳中和等环保理念的呼声不断高涨，低能耗、可回收的高性能复合材料的需求量不断增加。
高性能复合材料可作为关键的轻型承重材料，应用于风力涡轮机叶片根部加强件、高压绝缘子芯棒和建筑应用中的梁等。
不同于热固性拉挤成型复合材料，热塑性复合材料不需要化学固化，生产效率高、污染小、原材料利用率高，且制件具有可回收、可焊接、使用寿命长的特点，因此国内外都在积极开展高效率、低成本的热塑性复合材料生产工艺的研究。
基于此，本文章对纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展进行探讨，以供相关从业人员参考。
关键词：纤维增强热塑性复合材料；拉挤成型工艺；研究进展引言纤维增强热塑性复合材料比热固性树脂复合材料具有更高的比强度和冲击强度，不需要特殊的储存和运输条件，易于维修和可回收再加工。
因此热塑性复合材料在加工性、效率、全寿命周期内的环保性和成本都明显优于热固性复合材料。
碳纤维增强热塑性聚合物复合材料是树脂基复合材料的发展方向，具有广阔的应用前景。
一、拉挤成型工艺拉挤成型工艺由于其生产效率高、拉挤制品纤维含量高、原材料成本低等优点被广泛应用于各种复合材料的生产制造中。
将拉挤成型工艺与热塑性复合材料相结合可充分发挥复合材料的优势，实现各种断面和空腔型材的高效生产。
热塑性树脂普遍存在黏度大的问题，导致了纤维浸渍困难，因此纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的改进方向主要集中在纤维浸渍方式上。
根据浸渍方式不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺两大类。
从目前生产应用的角度来看，非反应型拉挤成型过程部分浸渍工艺与热固性复合材料拉挤成型工艺相似，技术更加成熟，设备投资也相对降低，因此应用更加广泛，而反应型拉挤成型工艺对生产设备要求高，技术难度较大，因此应用范围相对较小。
二、纤维增强热塑性复合材料特点复合材料基本上是一种新型材料，在对两种性质不同的材料进行物理或化学处理后进行加工，其性质相对较高。
复合材料成型工艺
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。
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。
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）。
树脂基复合材料
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Thermoplastic Resin composites molding
注塑成型 注塑成型是树脂基复合材料生产中的——种重要成型方法材料，它适用 于热塑性和热固性树脂基复合材料，但以热塑性树脂基复合材料应用为 广。 注射成型是将粒状或粉状的纤维-树脂混合料从注射机的料斗送入机 筒内，加热熔化后由柱塞或螺杆加压，通过喷嘴注入温度较低的闭合 模内，经过冷却定型后，脱模得制品。 特点：成型周期短，热耗量少，闭模成型，可使形状复杂的产品一次成型 ，生产效率高、本钱低。但是它不适于长纤维增强的产品，模具质量要求高 。
〔4〕纤维混合。热塑性聚合物纺成多根长丝纤维，使得 开发增强纤维和热塑性聚合物长丝混合形成特有预浸料成 为可能。根据纤维混合方式的不同，该种方法又可分为共
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Thermoplastic Resin composites molding
〔A〕共混纤维：连续增强纤维和热塑性聚合物纤维(长丝或短纤维)通过 特有的纺纱技术形成连续增强纤维／热塑性聚合物纤维混合纱。混合纱 可以机织、针织、编织加工，形成机织物、针织物和编织物预浸料。也 可进展单向缠绕加工单向复合材料板。混合纱的混合程度越好，在成型 加工中熔融基体的浸渍性越好。理想的混合纱是每根增强纤维与热塑性 聚合物纤维相邻，但由于两种纤维直径、刚度等方面存在着差异，在实 际中不可能到达这种理想纱线构造。
纤维和树脂无规混合。
长纤维粒料生产的制品力学性能较高，短纤维粒料那么用于 生产形状复杂的薄壁制品。
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Thermoplastic Resin composites molding
优点：能加工绝大多数热塑性复合材料及局部热固性复合材料时 ，生产过程连续，自动化程度高，工艺易掌握及产品质量稳定 等。
lft-d工艺原理
LFT-D工艺原理
LFT-D是一种长纤维增强热塑性复合材料的直接注塑成型工艺，其基本原理是将连续纤维和热塑性树脂预混料通过挤出机挤出成一定长度的纤维束，然后将纤维束送入注塑机的模具中，在高压下进行注塑成型。
具体而言，LFT-D工艺包括以下几个步骤：
1. 预混料制备：将热塑性树脂和连续纤维按照一定比例混合，制备出预混料。
2. 挤出：将预混料通过挤出机挤出成一定长度的纤维束。
3. 注塑：将纤维束送入注塑机的模具中，在高压下进行注塑成型。
4. 固化：在注塑过程中，热塑性树脂在高温下熔化，纤维束被包裹在树脂中，形成复合材料。
随后，在模具中进行固化，以使复合材料达到所需的强度和刚度。
通过LFT-D工艺，可以制造出具有高强度、高刚度、高耐磨损性和耐腐蚀性的长纤维增强热塑性复合材料零件，适用于汽车、航空航天、电子、医疗等领域。
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺研究进展
赵新涛;姜宁;王明道;李骏腾;李迪;谭洪生
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2024(38)1
【摘要】拉挤成型作为一种连续生产固定截面的热塑性复合材料成型工艺,具有原材料利用率高、生产效率高、废品率低、产品复制性强、可设计等优点,已在轻量化汽车、建筑建材、风电叶片等领域内广泛应用。
热塑性树脂基体存在室温下呈固态、熔融状态下流动性差的问题,导致纤维浸渍困难,成为此类成型工艺发展的瓶颈,因此改进拉挤成型工艺的关键集中在纤维浸渍技术上。
本文综述了纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的研究进展,并根据浸渍方式的不同将热塑性复合材料拉挤成型工艺分为非反应型拉挤成型工艺和反应型拉挤成型工艺,介绍了每种成型工艺的浸渍特点、制备流程以及工艺优化方案,阐述了拉挤成型工艺中不同的纤维浸渍方式对制件质量的影响规律,最后对拉挤成型工艺现存的问题进行了讨论,展望了未来纤维增强热塑性复合材料拉挤成型工艺的发展趋势,为今后拉挤成型工艺的深入研究和开拓创新提供参考。
【总页数】9页(P220-228)
【作者】赵新涛;姜宁;王明道;李骏腾;李迪;谭洪生
【作者单位】山东理工大学交通与车辆工程学院;山东理工大学机械工程学院;山东理工大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
【相关文献】
1.连续纤维增强热塑性树脂基复合材料拉挤工艺研究与应用现状
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4.碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺研究进展
5.碳纤维增强热塑性复合材料成型工艺的研究进展
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热塑性复合材料及其工艺
具有优良的力学性能、耐腐蚀性、绝 缘性、重量轻、易加工成型等特性。
分类与组成
分类
根据基体材料的不同，热塑性复合材料可分为聚合物基、无机非金属基和金属 基等。
组成
通常由增强材料、基体材料和各种添加剂组成，其中增强材料提供强度和刚度， 基体材料提供塑性和韧性。
历史与发展
历史
自20世纪50年代以来，热塑性复合材料的研究和应用逐渐受 到重视，随着科技的发展和环保意识的提高，热塑性复合材 料的应用领域不断扩大。
建筑行业
建筑模板
热塑性复合材料可用于建筑模板的制造 ，具有轻便、易加工和可重复使用的特 点。
VS
建筑管道
热塑性复合材料也可用于制造建筑管道， 如雨水管、排水管等，具有耐腐蚀、寿命 长的优点。
其他领域
医疗器械
热塑性复合材料可用于制造医疗器械，如导管、支架等，具有生物相容性好、耐高温和耐腐蚀的优点 。
挤出成型工艺具有生产效率高、制品尺寸精度高、可连续生 产等优点，广泛应用于管材、型材、板材等产品的生产。
注射成型工艺
01
注射成型工艺是一种将热塑性复 合材料加热至熔融状态，然后通 过注射机注入模具，冷却固化后 得到制品的加工方法。
02
注射成型工艺具有生产效率高、 制品尺寸精度高、可生产复杂结 构制品等优点，广泛应用于汽车 、电子、家电等领域。
加工效率高
热塑性复合材料的加工效率较高，能够提高 生产效率，降低生产成本。
市场接受度挑战
认知度低
相对于传统的金属和塑料材料，热塑性复合 材料的认知度较低，需要加强宣传和推广。
价格较高
热塑性复合材料的价格相对较高，可能会影 响其在某些领域的应用和推广。
技术成熟度挑战
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热塑性复合材料成型工艺
热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称，国外称FRTP （Fiber Rinforced Thermo Plastics）。
由于热塑性树脂和增强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。
从生产工艺角度分析，塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和连续纤维增强复合材料两大类：（1）短纤维增强复合材料①注射成型工艺；②挤出成型工艺；③离心成型工艺。
（2）连续纤维增强及长纤维增强复合材料①预浸料模压成型；②片状模塑料冲压成型；③片状模塑料真空成型；④预浸纱缠绕成型；⑤拉挤成型。
热塑性复合材料的特殊性能如下：
（1）密度小、强度高热塑性复合材料的密度为1.1～1.6g/cm3，仅为钢材的1/5～1/7，比热固性玻璃钢轻1/3～1/4。
它能够以较小的单位质量获得更高的机械强度。
一般来讲，不论是通用塑料还是工程塑料，用玻璃纤维增强后，都会获得较高的增强效果，提高强度应用档次。
（2）性能可设计性的自由度大热塑性复合材料的物理性能、化学性能、力学性能，都是通过合理选择原材料种类、配比、加工方法、纤维含量和铺层方式进行设计。
由于热塑性复合材料的基体材料种类比热固性复合材料多很多，因此，其选材设计的自由度也就大得多。
（3）热性能一般塑料的使用温度为50～100℃，用玻璃纤维增强后，可提高到100℃以上。
尼龙6的热变形温度为65℃，用30%玻纤增强后，热形温度可提高到190℃。
聚醚醚酮树脂的耐热性达220℃，用30%玻纤增强后，使用温度可提高到310℃，这样高的耐热性，热固性复合材料是达不到的。
热塑性复合材料的线膨胀系数比未增强的塑料低1/4～1/2，能够降低制品成型过程中的收缩率，提高制品尺寸精度。
其导热系数为0.3～0.36W(㎡·K)，与热固性复合材料相似。
（4）耐化学腐蚀性复合材料的耐化学腐蚀性，主要由基体材料的性能决定，热塑性树脂的种类很多，每种树脂都有自己的防腐特点，因此，可以根据复合材料的使用环境和介质条件，对基体树脂进行优选，一般都能满足使用要求。
热塑性复合材料的耐水性优于热固性复合材料。
（5）电性能一般热塑性复合材料都具有良好的介电性能，不反射无线电电波，透过微波性能良好等。
由于热塑性复合材料的吸水率比热固性玻璃钢小，故其电性能优于后者。
在热塑性复合材料中加入导电材料后，可改善其导电性能，防止产生静电。
（6）废料能回收利用热塑性复合材料可重复加工成型，废品和边角余料能回收利用，不会造成环境污染。
由于热塑性复合材料有很多优于热固性玻璃钢的特殊性能，应用领域十分广泛，从国外的应用情况分析，热塑性复合材料主要用于车辆制造工业、机电工业、化工防腐及建筑工程等方面。
1、注射成型工艺
注射成型是热塑性复合材料的主要生产方法，历史悠久，应用最广。
其优点是：成型周期短，能耗最小，产品精度高，一次可成型开关复杂及带有嵌件的制品，一模能生产几个制品，生产效率高。
缺点是不能生产纤维增强复合材料制品和对模具质量要求较高。
根据目前的技术发展水平，注射成型的最大产品为5kg，最小到1g，这种方法主要用来生产各种机械零件，建筑制品，家电壳
体，电器材料，车辆配件等。
2、挤出成型工艺
挤出成型是热塑性复合材料制品生产中应用较广的工艺之一。
其主要特点是生产过程连续，生产效率高，设备简单，技术容易掌握等。
挤出成型工艺主要用于生产管、棒、板及异型断面型等产品。
增强塑料管玻纤增强门窗异型断面型材，在我国有很大市场。
3、缠绕成型工艺
热塑性复合材料的缠绕成型工艺原理和缠绕机设备与热固性玻璃的一样，不同的是热塑性复合材料缠绕制品的增强材料不是玻纤粗纱，而是经过浸胶（热塑性树脂）的预浸纱。
因此，需要在缠绕机上增加预浸纱预热装置和加热加压辊。
缠绕成型时，先将预浸纱加热到软化点，再与芯模的接触点加热，并加压辊加压，使其熔接成一个整体。
4、热塑性复合材料拉挤成型
热塑性复合材料的拉挤成型工艺与热固性玻璃钢的基本相似。
只要把进入模具前的浸胶方法加以改造，生产热固性玻璃钢的设备便可使用。
生产热塑性复合材料拉挤产品的增强材料有两种：一种是经过浸胶的预浸纱或预浸带，另一种是未浸胶的纤维或纤维带。
5、焊接层合法
此法系利用热塑性复合材料的可焊性，生产复合材料板材。
其方法如下：先在工作台上压铺一层预浸料（一般宽500mm），铺第二层浸料时，开动压辊的焊接器，使预浸料进入压辊下，焊接器使上下两层预浸料在几秒钟内同时受热熔化，当机器向前移动时，预浸料在压辊的压力
（0.3MPa）作用下粘合成一体。
如此重复，可生产任意厚度的板材。
6、热塑性片状模塑料制品冲压成型工艺
热塑性片状模塑制品冲压成型与热固性SMC压制成型不同，它要先将坯料预热，然后再放放模具加压成型。
7、热塑性复合材料的连接技术
热塑性复合材料的连接方法很多，例举如下：①铆接用于热塑性复合材料铆接用的铆钉，一般都是用连续纤维增强热塑性塑料制造，最好是用拉挤棒材制造。
施工时，铆钉预热到可以加压塑变的温度，铆钉与孔径应能严密配合，不能大，也不能小。
也可以用金属螺栓。
铆接的优点是耐冲击性好，无电化学腐蚀，价格便宜。
②焊接热塑性复合材料的焊接处理，是将被连接材料的焊接表面加热到熔化状态，然后搭接加压，使之接成一体。
复合材料焊接原理与塑料焊接相似，但必须注意焊接处的纤维增强效果不能降低很多。
③管件对接焊热塑性复合材料管的对接焊方法有直接对接和补强对接焊两种。
这种连接方法的优点是工艺简单，可在现场施工，不需对管子进行机械加工，连接强度高，不易断裂。
缺点是成本高，工艺要求严格，要保证尺寸紧密配合。
④缠绕焊接用预浸带沿焊缝手工或机械缠绕，同是用火焰喷枪对接触点加热熔融，使之与被连接件粘牢。
选择预浸带时，要注意纤维的方向和含量。
此法较实用，被连接材料能保留较好的性能，但易出现加热不均的现象。
⑤薄板超声波焊接此法是用超声波对被连接处进行加热焊接，一般能够获得较高的连接强度。