热塑性复合材料成型工艺解析
材料工程技术专业《热塑性碳纤维复合材料的成型工艺介绍8》
热塑性碳纤维复合材料的成型工艺介绍高性能热塑复合材料的成型工艺，主要由热固性树脂复合材料及金属成型技术移植而来。
按照所有的设备不同可以分为模压成型、双膜成型、热压罐成型、真空袋成型、纤维缠绕成型、压延成型等。
在这些方法中，将会挑选几个使用较多的成型方法来为大家进行简单介绍，以便大家能够更全面的了解热塑性碳纤维复合材料。
1、双膜成型双膜成型也叫树脂膜渗透成型，是ICI公司开发的一种利用预浸料制备复合材料制件的方法，此法有利于外形较复杂的制件成型加工。
在双膜成型中，裁剪好的预浸料放于两层可变形的柔性树脂膜和金属膜之间，膜的周边采用金属或其他材料密封，在成型过程中，加热到成型温度后，施加一定的成型压力，制件按照金属模具的形状而变形，最后冷却定型。
双膜成型中，一般要将制件和膜封装并抽真空，由于膜的可变形性，对树脂流动的限制远小于刚性模具，另一方面，由于真空下变形的膜可对制件施加均匀压力，能提高制件的压变度，保证成型质量。
2、拉挤成型拉挤成型是一种连续制造具有恒定截面的复合材料型材的工艺方法，最初用于制造单向纤维增强实心截面的简单制品，逐渐开展成为可以制造实心、空心以及各种复杂截面的制品，并且型材的性能可以设计，能够满足各种工程结构要求。
拉挤成型是将预浸带〔纱〕在一组拉挤模具中固结，预浸料或是边拉挤边预浸，或是另外浸渍。
一般的浸渍方法是纤维混纺浸渍和粉末液化床浸渍。
3、模压成型模压成型是通过将按模具大小裁切好预浸料片材在加热炉内加热至高于树脂熔化的温度，然后送入大压模中，快速热压成型。
成型周期一般在几十秒至几分钟内完成。
这种成型方法能耗、生产费用均较低，生产率高，是目前热塑性复合材料成型加工中最常见的一种成型方法。
4、缠绕成型热塑性复合材料的纤维缠绕成型与热固性复合材料的不同之处是缠绕时要把预浸纱〔带〕加热到软化点，并在芯模的接触点进行加热。
通常的热方法有传导加热、介电加热、电磁加热、电磁辐射加热等。
在电磁辐射加热中，又因电磁波的波长或频率不同而分红外辐射〔IR〕、微波〔MW〕和射频〔RF〕加热等。
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。
复合材料成型工艺与设备(9.热塑性复合材料及其工艺)
聚合物(FRTP)熔体有以下流动特性
(1)聚合物(FRTP)熔体流动本质，不同于低分子液体，其 分子运动是通过分子链段运动来实现，首先是若干链段 运动，然后是另一部分链段运动，最终导致整个大分子 重心移动而产生流动。 (2)聚合物熔体流动时呈非牛顿流体的流变性质，其流动 特征是粘度除与流体温度有关外，还随剪切力和剪切速 率的变化而改变。 (3)聚合物熔体为粘弹体系，它在流变过程中包含有不可 恢复的粘性变形和可恢复的弹性变形。 (4)聚合物熔体的粘度很大，流动困难，成型时需要加大 作用力。
P↑，η↑ 主要是熔体体积收缩，分子间的作用力增加
所致。
(4)剪切速率对粘度的影响 大多数聚合物熔体的粘度随剪切应力或剪切速率的增 加而下降。
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3 聚合物熔体的弹性表现 (1)端末效应
入口收缩 效应
出口膨胀 效应
当熔体流出管口端头时，由于弹性变形的回复，使熔体膨 胀，聚合物熔体的这种弹性变形，称为端末效应。
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c、聚合物分子结构与结晶性 1、化学结构和几何结构规则，对称的高分子能结晶。如 聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯等。 2、大分子链上取代基较小时能结晶
有较大侧基的高分子不能结晶，如聚乙烯醇能结晶，甲 基丙烯酸甲酯不能结晶等。 3、缩聚产物能结晶
如聚酯、聚酰胺等可以结晶。
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影响聚合物成型过程中结晶的因素
熔体
度； ω ：外筒旋转角速度；
外筒 M ：力偶（即内筒受
到的转矩）
Margules 方程
M 4h
1 R12
1 R22
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除少数几种热塑性聚合物（聚碳酸酯、聚砜）外， 绝大多数热塑性聚合物的流动规律属非牛顿型流动。
对非牛顿体
n1
热塑性复合材料的制备和表征
热塑性复合材料的制备和表征近年来，热塑性复合材料在工业和研究领域中得到了广泛应用。
这种材料不仅拥有传统复合材料的优点，如高强度、高刚度和轻重量比，还具有可塑性好、可加工性强等特点，使其在某些领域有着其他材料无法比拟的优势。
本文将介绍热塑性复合材料的制备和表征。
一、热塑性复合材料的制备热塑性复合材料的制备是一个复杂的过程。
首先需要选择合适的基材和增强材料。
通常情况下，基材和增强材料的选择根据最终产品需要的性质来决定。
目前，常见的基材有聚烯烃类、聚酰亚胺类、聚酰胺类、聚碳酸酯类等。
增强材料则包括玻璃纤维、碳纤维等。
选定好基材和增强材料后，就需要进行预处理。
一般来说，这一步的目的是去除基材和增强材料表面的杂质以及提高粘附性能。
预处理完成后，就可以进行增强材料与基材的复合。
一般采用熔融混合的方法，在高温下将基材和增强材料混合后，冷却成固体。
这种制备方法的不足之处在于，熔融混合的过程中，基材和增强材料的性质会发生一定的改变，对于一些依赖性质的应用场景来说，这种制备方法可能会导致性能降低。
因此，近年来，热塑性复合材料的制备方法也在不断改进中。
二、热塑性复合材料的表征热塑性复合材料的表征是指通过各种测试手段来测量和分析该类材料的性质和特征。
常见的热塑性复合材料表征方法包括以下几种。
1.拉伸试验拉伸试验是测量热塑性复合材料的力学性质最简单和最常见的方法之一。
通过单根材料在两端施加拉伸力，测量其在材料中形成的应变量与施加力之间的关系。
通过这些数据，可以计算出热塑性复合材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等数据。
2.热分析热分析是研究热塑性复合材料的相变和热性质的有效方法。
这种方法通过仪器对材料的热性质进行分析，如热膨胀系数、热导率、物理吸水率等。
这些数据有助于了解材料在不同温度下的性质变化，为热塑性复合材料制备和应用提供参考数据。
3.扫描电镜观察扫描电镜是通过在材料表面扫描电子束来获得其表面形貌和显微结构的方法。
通过观察表面形貌，可以了解材料的粗糙度、形态和大小等信息。
热塑性复合材料注射成型过程
热塑性复合材料注射成型过程摘要：讲述了什么是注射成型以及注射成型的原理。
概括出热塑性复合材料PP的注射过程。
关键词：注射成型；工艺原理；PP 注射过程一、概述注射成型：是指有一定形状的模型，通过压力将融溶状态的胶体注入模腔而成型。
工艺原理是：将固态的塑胶按照一定的熔点融化，通过注射机器的压力，用一定的速度注入模具内，模具通过水道冷却将塑胶固化而得到与设计模腔一样的产品。
主要用于热塑性塑料的成型，也可用于热固性塑料的成型。
二、注射成型工艺过程成型前的准备包括原料的检测(测定粒料的某些工艺性能)，原料的预热及干燥，嵌件的安放，试车等。
注射一般包括加料、塑化、注射、冷却和脱模五个步骤三、PP注射过程(1) 加料按定量或定容加料。
加料量要准确，以保证操作稳定、塑化均匀和制品均匀。
加料过多时，因部分物料受热时间过长容易引起热降解，同时使注射机功率损耗增加;加料过少时，易使制品出现收缩、凹陷和空洞等缺陷。
(2) 塑化物料在料筒内经加热和螺杆推挤达到熔融状态而具有良好的可塑性。
加热使聚合物分子松弛，并由固体向液体转变。
一定的温度是塑料形变、熔融和塑化的必要条件，而剪切作用则以机械力的方式强化了混合和塑化过程，使混合和塑化深入到聚合物分子的水平，并使塑料熔体的温度分布、物料组成和分子形态都趋于均匀化。
所以，塑料熔体在进入模腔之前应充分塑化，既要达到规定的成型温度，又要使塑化料各处的温度均匀一致，还要使热分解物的含量达最小值，并能提供保证生产连续进行的足够的熔融料。
这些要求除与塑料的特性及注射条件有关外，还与注塑机结构有关。
如螺杆式注塑机比柱塞式注塑机对塑料的塑化要好得多。
(3) 注射将已塑化的熔体由柱塞或螺杆推挤至料筒的前端，通过喷嘴和模具浇注系统进入并填满型腔(称作“充模”)。
注射压力应保持到物料熔体冷却收缩，以迫使浇口和喷嘴附近的熔体不断补充入模腔，形成完整而致密的制品，此阶段称作“保压”。
(4) 冷却浇注系统内物料冷却硬化，称为“凝封”。
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。
热塑性碳纤维复合材料成型工艺研究
热塑性碳纤维复合材料成型工艺研究碳纤维质量比金属轻，但是强度却高于钢铁，并且耐腐蚀，在非氧化环境下耐超高温，膨胀系数小且具有各向异性，但是传统使用碳纤维除了用作隔热保温材料之外，一般是不会单独使用的，多是会作为增强材料加入到金属、瓷器、树脂等材料中作为复合材料使用。
碳纤维复合材料具有碳材料的固有本性特征，同时又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是一种力学性能优异的新一代增强纤维，可用作人工韧带、飞机结构材料、火箭外壳、工业等等领域，市场需求巨大。
热塑性碳纤维复合材料是铝镁合金、钢铁等金属的理想替代材料，但是在基于国外技术封锁等原因，热塑性碳纤维复合材料在国内的发展时间并不是很长，国内的热塑性碳纤维复合材料发展缓慢。
苏州挪恩复合材料有限公司专注碳纤维相关技术的研究，在热塑性碳纤维增强PEEK复合材料、热塑性碳纤维增强PPS复合材料、热塑性碳纤维增强PEI复合材料、热塑性碳纤维增强PC复合材料方面苦心孤诣，与日本美国等知名企业的合作，也让挪恩拥有了成熟的产品生产经验。
现在国内的热塑性碳纤维复合材料成型工艺主要是由热固性树脂基复合材料和金属成型技术移植而来。
按照设备的不同可以分为纤维缠绕成型、真空袋成型、模压成型、热压罐成型、双膜成型等等方法，其中纤维成型缠绕型、真空袋成型、模压成型、双膜成型是目前用的较多的热塑性碳纤维复合材料成型方法。
1、纤维缠绕成型纤维缠绕成型工艺是指浸过树脂的连续纤维按照一定的规律缠绕在芯模上，继而经过固化、脱模而得的碳纤维复合材料制品。
根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，也可分为干法缠绕、半干法缠绕和湿法缠绕三种。
干法缠绕工艺最大的特点是生产效率比较高，制作环境卫生环境好，但是相应的干法缠绕设备较贵，投资较大；半干法缠绕是利用纤维浸胶后至缠绕芯模的途中，多加了一套烘干设备，省却了预浸胶的工序；湿法缠绕则是将纤维浸胶后直接缠绕在芯模上，在成本方面比干法缠绕可以降低约35%，纤维排列平行度也会更好，但是操作环境差、树脂浪费也是湿法缠绕的明显缺点。
复合材料成型工艺方法的探讨
复合材料成型工艺方法的探讨【摘要】科技的迅速发展使得传统材料的工艺技术满足不了人们的生活需求，而人们的生活发展又离不开材料的使用，所以，人们慢慢的开始转向了复合材料的工艺技术发展领域。
复合材料的工艺技术的基础就是复合材料成型工艺方法。
本文现介绍了复合材料的概念，介绍了复合材料的工艺方法以及特点、原理和应用，并对复合材料成型工艺的发展趋势进行展望，希望大家会对复合材料成型工艺方法有进一步的理解。
【关键词】复合材料；成型工艺；热塑性；热固性；工艺方法复合材料一般是由多种成分的材料组合而成，这样做，可以将多种材料不同的功能进行性组合，优化材料的使用功能。
各种材料既能保持住个体的独立性，又能相互补充、扬长避短，一举两得。
复合材料的成型方法现已有几十种，虽然它比传统的材料有技术上的优点，但也正由于这些复杂的技术，使得复合材料的成本过高，其生产有很大的技术困难。
所以我们就需要改进复合材料的成型工艺方法。
1.复合材料的概念及其特点1.1复合材料的概念ISO对复合材料做出了以下阐释：复合材料是由以上两种包括两种以上的物理化学材料物质，包含两种类型的材料。
一种为基体材料，一种为增强体材料。
其中基体材料是金属材料或者非金属材料，而增强体材料最为常见的是碳纤维、石棉纤维和玻璃纤维这三种。
1.2复合材料的特点复合材料会根据材料的不用组成而造成性能上的差异，但其也有一些共性的特点，如：复合材料的配比都是需要人工完成的；复合材料可以将各种普通材料的性能进行重组，可以使其具有多种优良性能；可以根据需要制作成各式各样的形状的产品，也避免了多次的复杂工序；可以有针对性的对材料根据需要对材料进行设计和加工等等。
2.复合材料的工艺方法复合材料通常分为两种：热塑性复合材料和热固性复合材料。
2.1热塑性复合材料的工艺方法2.1.1注射成型工艺注射成型工艺是热塑性复合材料最主要的生产方法，其主要特点是成型的时间短、产品的精度高、能源的消耗少，但是这种工艺方法对模具的要求极高，这也是最不利的一点。
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热塑性复合材料成型工艺解析
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。
挤出成型复合材料制品的工艺流程如下：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
热塑性复合材料的成型工艺详解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。