复合材料成型工艺以及设备要求

航空复合材料结构件常用的成型方法

航空工业，作为国家科技实力和工业水平的代表，始终在追求更高的性能和更轻的重量。复合材料，作为一种先进的材料技术，在航空领域的应用日益广泛。本文将重点探讨航空复合材料结构件常用的成型方法。

一、预浸料成型

预浸料成型是一种常用的复合材料成型方法，它首先将纤维和树脂预先制成片材，然后在一定的温度和压力下将片材压制成所需的形状。预浸料成型的优点在于其可重复性强，产品质量稳定，适合大规模生产。

二、热压罐成型

热压罐成型是一种利用热压工艺将预浸料或手糊玻璃纤维材料固化成型的工艺。该方法可以制造出形状复杂、尺寸精度高的复合材料构件。热压罐成型的优点在于其产品性能优异，但设备成本和维护成本较高。

三、真空袋成型

真空袋成型是一种利用真空负压原理将预浸料或手糊玻璃纤维材料吸附在模具上固化的工艺。该方法适用于制造大型、平面或曲率较小的复合材料构件。真空袋成型的优点在于其设备简单、成本低，但产品质量和生产效率相对较低。

四、喷射成型

喷射成型是一种将树脂和纤维同时喷涂在模具表面，通过加热和加压使其固化的工艺。该方法适用于制造形状复杂、大型且高性能要求的复合材料构件。喷射成型的优点在于其生产效率高、产品性能优异，但设备成本和维护成本较高。

五、拉挤成型

拉挤成型是一种将纤维浸渍树脂后，在模具中加热加压固化成型的工艺。该方法适用于制造具有连续纤维增强结构的复合材料构件，如梁、柱等。拉挤成型的优点在于其产品性能优异、可连续生产，但设备成本和维护成本较高。

六、树脂转移模塑（RTM）

RTM是一种闭模成型工艺，它将纤维增强材料置于闭模的型腔中，然后注入树脂，在一定的温度和压力下固化成型。RTM的优点在于其产品性能优异、适合制造大型和形状复杂的构件，但设备成本和维护成本较高。

七、纤维缠绕成型纤维缠绕成型是一种利用纤维缠绕机将纤维连续缠绕在芯轴上的工艺。该方法适用于制造具有旋转对称性的复合材料构件，如压力容器、管道等。纤维缠绕成型的优点在于其生产效率高、产品性能优异，但设备成本和维护成本较高。

无机非金属基复合材料成型工艺及设备

第十一章无机非金属基复合材料

成型工艺及设备

教学参考资料

武汉理工大学精品课程1国内外发展概况

无机非金属基复合材料，通常是指用各种类型的纤维（或晶须）为增强材料，

以水泥、玻璃、陶瓷、石膏等无机非金属材料为基体，通过不同的成型方法复合

而成的一类新型的多相固态材料。与单相材料相比，其物理、力学性能均有很大

提高。

进入80年代，由于国际上关于石棉粉尘对人体有害的呼声日益增高，使得

具有悠久历史的石棉水泥工业受到冲击。北欧等国已停止石棉水泥制品的生产。

因此，迫使人们去寻找石棉纤维的代用品。这在一定程度上推动了无石棉纤维水

泥制品的开发。用纤维素纤维、抗碱玻璃纤维、抗碱矿棉及化学纤维代替石棉纤

维做增强材料的各种纤维水泥制品不断涌现，石棉水泥制品工业已进入纤维水泥

制品工业的新时期。

在无机非金属基复合材料系列中，除纤维增强陶瓷、纤维增强水泥复合材料

外，尚有纤维增强玻璃、纤维增强石膏等复合材料。本章主要介绍纤维增强陶瓷

和纤维增强水泥复合材料的组成、性能、应用和成型加工技术。

1.1陶瓷基复合材料（CeramicMatrixComposite缩写为CMC）发展概况

在高技术，尤其是航空航天技术领域内，对结构材料要求有轻质高强、耐高

温、抗氧化、耐腐蚀和高韧性的特点。众所周知，陶瓷具有优异的耐高温、耐腐

蚀性能，但其本身的脆性是应用中的最大弱点。陶瓷基复合材料可克服陶瓷脆性

和高温韧性差的缺点。为此，自50年代末期，从Tinklepangh的工作开始，各国

科学家曾做过大量的研究工作。

最初，Tinklepang用难熔的金属丝增强陶瓷，但由于金属丝本身的弹性模量

低及高温抗氧性能差，加之与陶瓷基体相容性差等因素，阻止其作为高性能、耐

高温结构材料的发展。

60年代末到70年代初，碳纤维和陶瓷纤维（或晶须）增强陶瓷的研究受到

重视。研究表明用碳纤维和陶瓷纤维（晶须）增强的陶瓷基复合材料具有非常高

的韧性。但碳纤维和陶瓷基体之间相容性差，两种材料热膨胀性不匹配，同时碳

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

[复合材料模压工艺]复合材料模压成型工艺

复合材料模压工艺

复合材料由于其众所周知的优异性能及各种工艺的日益成熟、原材料来源丰富、成本下降、可靠性提高,使其受到用户与生产者双方的青睐,越来越多地取代传统金属材料,我们的时代已进入了复合材料时代。据美国塑料工业协会复合材料所(SocietyofthePlasticsIndustry"sInstitute)1997年元月27日发表的年度统计报告表明:1996年美国复合材料的销售量为161万吨,比1995年的158.5万吨增长约1.6%,是复合材料的销售量连续第五年增长。据预测,1997年以及以后五年内复合材料销售量仍会连续增长。

聚合物基复合材料模压成形工艺在各种成形工艺方法中占有重要地位,主要用于异型制品的成形,因而所用的成形压力高于其它工艺方法。

由于模压成形工艺所需设备简单,又能对纤维料、碎布、毡料、层压制品、缠绕制品、编织物进行模压成形,因而被各种规模的复合材料生产企业所普遍采用,复合材料模压工艺也几乎为各生产单位家喻户晓。因此,本文并不打算对模压复合材料制品工艺进行系统介绍,仅就影响复合材料制品质量的一些重要环节谈谈体会,因为就复合材料复杂结构异型件而言,保证质量、提高合格率比一般制件更为重要,难度也更大。

一、对复合材料模压制品质量产生影响的因素

模压成形工艺的基本过程是将一定量的经过一定预处理的模压料放入预热的压模内,施加较高的压力使模压料充满模腔。在预定的温度条件下,模压料在模腔内逐渐固化,然后将制品从压模内取出,再进行必要的辅助加工即得到最终制品。从上述过程看,完成最终制品涉及的因素有模压料本身、压模模具、加压加温的热压机等;最重要的当是压制工艺,本文将单列一节予以重点讲述;还有工作环境和辅助加工等。

1.模压料

任何形式的模压料(碎布料、毡料、长、短纤维),在装模前均应使其按预定比例与树脂均匀浸渍。对经溶剂稀释的树脂溶液,在浸渍纤维后应充分晾置使溶剂挥发。晾置时间与环境温度湿度有关。

复合材料的成型工艺

复合材料的成型工艺主要包括以下几种：

1. 手糊成型工艺：是一种湿法铺层成型法，通过涂刷胶液和铺设纤维织物，在模具上形成一定厚度的层片，然后进行固化。

2. 喷射成型工艺：是将树脂和纤维混合后，通过喷射的方式在模具表面形成一定厚度的层片，再进行固化。

3. 树脂传递模塑技术（RTM技术）：将纤维织物放入模具中，然后注入树脂，经过一定的温度和压力条件进行固化，形成复合材料制品。

4. 袋压法成型：是将纤维织物放入密封的袋子里，然后通过压力使纤维织物紧密结合在一起，再经过固化得到复合材料制品。

5. 真空袋压成型：是在袋压法的基础上，通过抽真空的方式排除纤维织物内的空气和水分，提高制品的密实度和质量。

6. 热压罐成型技术：是将预浸料放入金属模具中，通过热压罐的高温高压作用，使预浸料粘结成复合材料制品。

7. 液压釜法成型技术：是将预浸料放入密封的液压釜中，通过液体介质的压力使预浸料紧密结合在一起，再经过固化得到复合材料制品。

8. 热膨胀模塑法成型技术：是将纤维织物放入模具中，利用热膨胀原理使纤维织物紧密结合在一起，再经过固化得到复合材料制品。

9. 夹层结构成型技术：是将两层或更多层预浸料之间夹入一层泡沫材料或其他材料，通过加热加压或抽真空的方式使其粘结成复合材料制品。

10. 模压料生产工艺：是将纤维织物和树脂混合后，经过一定温度和压力条件进行固化，形成模压料，然后将其加工成制品。

11. ZMC模压料注射技术：是将ZMC模压料加热后注入模具中，经过一定的温度和压力条件进行固化，形成复合材料制品。

12. 层合板生产技术：是将多层预浸料按照一定的顺序叠放在一起，然后经过热压或冷压的方式使其粘结成复合材料层合板。

13. 卷制管成型技术：是将纤维织物和树脂混合后，通过卷制机卷制成管状制品。

14. 纤维缠绕制品成型技术：是将纤维织物缠绕在芯模上，然后注入树脂或进行热处理，形成复合材料制品。

复合材料工艺详解(共35页)

复合材料(fù hé cái liào)工艺详解——热固与热塑树脂(shùzhī)

热固性树脂(shùzhī)成型工艺

手糊成型(chéngxíng)工艺（手糊类）

手糊成型：用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺覆成型，室温（或加热）、无压（或低压）条件下固化，脱模制成品的工艺方法。

1.原料：

①树脂：不饱和聚酯树脂，环氧树脂；

②纤维增强材料：玻纤制品（无捻粗纱、短切纤维毡、无捻粗纱布、玻纤细布、单向织物），碳纤维，Kevlar纤维；

③辅助材料：稀释剂，填料，色料。

2.工艺过程：

2.1 原材料准备

2.1.1胶液准备

胶液的工艺性主要指胶液粘度和凝胶时间。

①手糊成型的胶液粘度控制在0.2Pa·s～0.8Pa·s之间为宜。环氧树脂可加入5%～15%（质量比）的邻苯二甲酸二丁酯或环氧丙烷丁基醚等稀释剂进行调控。

②凝胶时间：在一定温度条件下，树脂中加入定量的引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，变成软胶状态的凝胶所需的时间。手糊作业前必须做凝胶试验。但是胶液的凝胶时间不等于制品的凝胶时间，制品的凝胶时间不仅与引发剂、促进剂或固化剂有关，还与胶液体积、环境温度与湿度、制品厚度与表面积大小、交联剂蒸发损失、胶液中杂质的混入、填料加入量等有关。

2.1.2增强材料的准备

手糊成型所适用增强材料主要是布和毡。

需要注意布的排向，同一铺层的拼接，布的剪裁。

2.1.3胶衣糊准备

胶衣树脂的性能指标：

外观：颜色均匀，无杂质，粘稠状流体；酸值：10mgKOH/g～15mgKOH/g（树脂）；

凝胶时间：10min～15min；

触变指数(zhǐshù)：5.5～6.5；

贮存(zhùcún)时间：25℃ 6个月

2.1.4手糊制品厚度(hòudù)与层数计算

①手糊制品(zhìpǐn)厚度

t:制品（铺层）的厚度；m：材料质量，Kg/m2；k：厚度常数，mm/(Kg·m-2)

材料厚度常数k表

复合材料成型工艺与设备之模压设备

引言

复合材料是由两种或多种不同性质的材料经过加工和连接形成的一种新型材料。它具有独特的性质和优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域。而复合材料的成型是实现复合材料应用的关键环节之一，而模压设备作为一种重要的成型工艺设备，在复合材料的成型过程中起着不可替代的作用。本文将对复合材料成型工艺与设备中的模压设备进行详细介绍。

模压设备的定义与原理

模压设备是一种将复合材料加热软化后，放置于模具中进行压力成型的设备。其主要原理是通过加热和压力作用，使复合材料在模具内部形成所需的形状。在模压过程中，模具起到了形状决定和成型的关键作用。

模压设备通常包括加热系统、压力系统和控制系统。加热系统通过加热板或电加热器将模具加热至所需温度，使复合材料软化。压力系统通过油缸或气缸提供所需的压力，将复合材料压制到模具中。控制系统则用于控制温度、压力和压力时间等参数，以保证成型过程的稳定性和精准性。

模压设备的类型

根据不同的成型需求和技术要求，模压设备可分为以下几种类型：

热模压机

热模压机是最常见的模压设备之一，主要用于热塑性复合材料的成型。它通过加热模具将复合材料加热至软化温度，然后施加压力使其成型。热模压机具有成型速度快、成型质量高的优点，被广泛应用于汽车制造、电子设备等领域。

热压机

热压机主要用于热固性复合材料的成型。它通过加热模具将复合材料加热至固化温度，然后施加压力使其固化成型。热压机具有成型精度高、成型强度大的优点，常见于航空航天、船舶制造等领域。

粉末热压机

粉末热压机主要用于金属、陶瓷等粉末材料的成型。它通过将粉末材料加热至高温后施加压力，使其在模具中烧结成型。粉末热压机具有成型精度高、成型材料流动性差的优点，广泛应用于粉末冶金、陶瓷制造等领域。冷模压机

冷模压机主要用于冷却条件下的复合材料成型。它通过施加压力，将复合材料在低温条件下成型。冷模压机具有成本低、成型周期短的优点，适用于某些对成型温度要求不高的复合材料。

复合材料真空辅助成型工艺总结

复合材料真空辅助成型工艺是一种将纤维增强复合材料与真空技术相结合的成型方法，具有高效、高质量和节能环保的特点。以下是复合材料真空辅助成型工艺的几个主要步骤和工艺特点的总结：

1. 原材料准备：选择适当的纤维增强材料、树脂基体材料和其他辅助材料。确保材料的质量和性能符合要求。

2. 堆叠定型：根据产品的几何形状和规格，将纤维增强材料进行叠放定型。确保纤维增强材料的层压顺序和方向合理。

3. 气压控制：通过真空泵将工作环境内部的气压降至一定的负压。保持气压稳定，确保材料与模具之间的质量紧密接触。

4. 树脂注入：在成型过程中，通过真空泵将树脂基体材料注入到纤维增强材料之间的空隙中。保持树脂基体材料的均匀分布。

5. 硬化固化：将注入树脂基体材料的复合材料放置在恒温和恒湿环境中，使其硬化和固化。确保树脂基体材料具有良好的硬度和强度。

6. 产品后处理：对成型的复合材料进行必要的加工和后处理，如修剪、打磨和表面处理等。确保产品的最终质量和外观符合要求。

复合材料真空辅助成型工艺具有以下几个特点：

1. 高效节能：使用辅助真空辅助成型工艺可以大大减少树脂的浪费和能耗。由于真空辅助成型可在低温下实现材料固化，使得能耗大大降低。

2. 产品质量高：真空辅助成型有助于减少空气和树脂中可能存在的气泡和缺陷，提高了成型复合材料的密实度和强度。

3. 成本降低：真空辅助成型工艺可以减少工作场地的需求，节省材料和能源的使用，从而降低了生产成本。

4. 克服形状限制：真空辅助成型工艺可以适应各种形状和尺寸的复合材料产品的生产需求，且适用于多种纤维增强材料和树脂基体材料的组合。

总之，复合材料真空辅助成型工艺通过真空技术的应用，使得复合材料的成型工艺更加高效、质量更好、能耗更低，具有广泛的应用前景。

复合材料成型

复合材料成型是将两种或多种不同材料通过加工方法结合在一起形成具有新的性能和功能的材料。复合材料相对于传统的单一材料具有更好的力学性能、耐热性、耐腐蚀性以及轻量化等优势，在航空航天、汽车、建筑等领域有着广泛的应用。

复合材料的成型过程一般包括预成型、预浸料、层压和固化四个步骤。

预成型是将预制的纤维或纤维布放置在成型模具中，根据产品的形状和结构要求进行排列并固定。预成型的方法有手工层压、机械层压以及自动控制等多种方式。

预浸料是将树脂浸渍到纤维中，使其充分浸透并固定在纤维上。预浸料根据不同的树脂类型和加工要求，可以使用不同的方法进行浸渍，包括浸渍法、涂覆法、喷涂法等。

层压是将经过预浸料的纤维层叠在一起，根据产品的设计要求进行逐层叠加。层压的方式有手工层压和自动控制两种，手工层压主要依靠工人的经验进行，而自动控制则通过计算机控制的机器进行。

固化是指在层压完成后，通过加热或其他方式，使树脂固化成为硬质状态，与纤维紧密结合。固化的方式根据不同的树脂类型有所不同，常见的固化方式有热固化和光固化两种。

在整个成型过程中，控制好每个工艺环节的参数非常重要。首先，在预成型过程中，需要根据产品的形状和结构要求进行纤维的排列和固定，确保纤维的布置均匀且各个层次之间有良好的粘结。其次，在预浸料过程中，需要确保纤维充分浸渍，并且树脂的浓度均匀，以提高复合材料的性能。在层压过程中，需要控制好层压的压力和温度，以保证复合材料的密实度和强度。最后，在固化过程中，需要根据树脂的固化特性，进行适当的加热或光照，以确保树脂能够完全固化。

总的来说，复合材料的成型过程复杂且要求严格，但只有通过精细的控制和操作，才能制造出具有良好性能的复合材料制品。随着技术的不断发展，复合材料成型技术将会越来越成熟和先进，为各个领域的应用提供更多的可能性。

热塑性复合材料成型工艺

如文档对您有帮助，欢迎下载支持，谢谢！

1 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。