纤维复合材料 2005年 制得性能优良的复合材料制品。但由于制取极细的一组拉挤模具中固结,预浸料或是边拉挤边预浸,或 热塑性树脂纤维(<10m)非常困难,同时编织过程是另外浸渍。一般的浸渍方法是纤维混纺浸渍和粉 中易造成纤维损伤,限制了这一技术的应用。 末流化床浸渍。但不论采用哪种方式,预浸料都比 Wuth等釗利用聚酯纤维作为热塑性树较硬,很难用它制造断面形状急剧变化的结构。 脂、玻璃纤维作为增强纤维,对摩擦纺混纤纱加工方 法及其用于热塑性复合材料加工进行了一些可行性3.4缠绕成型 研究;吴学东等对摩擦纺混纤纱加工方法进行了 由于解决了用热塑性聚合物浸渍连续纤维,就 使得人们能够得到一类新的高性能复合材料。目 进一步讨论,纺制了几种混纤线并通过扫描电镜和前,热塑性复合材料在纤维缠绕制品中的应用研究 纱线均匀度测试仪研究了其结构,得出对热塑性树 脂基复合材料,一些常用纤维树脂体系都可借助摩工作正在积极进行,选用热塑性树脂主要原因在于 擦纺纱方法加工出摩擦纺混纤纱,这种混纤纱可以 热塑性树脂具有较高韧性、快速制造的技术潜力以 灵活地应用到多种复合材料制备的工艺路线中,由及后成型的能力 于摩擦纺混纤纱良好的柔性,可以利用它方便地加 热塑性复合材料的纤维缠绕成型与热固性复合 工出机织、针织或编织的二维和三维结构借助于复 材料的不同之处是缠绕时要把预浸纱(带)加热到软 合材料成型技术即可形成各种构件 化点,并在与芯模的接触点上放置一只加热压辊 通常的加热方法有传导加热、介电加热、电磁加热、 3高性能的FRIP的成型工艺 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(R)、微波(Mw和 高性能FIP是从复合材料和塑料两个不同领射频RF)加热等。最近几年还发展了激光加热及 域开发出的一种新型复合材料,因此其成型工艺具超声加热系统 有塑料和热固性树脂复合材料工艺的特征,既可以 近年来国外许多公司致力于新型缠绕成型工艺 像热固性纤维复合材料那样成型,且无需固化过程,研究,开发出了几种很有特色的成型方法。其中有 成型工艺要简单快捷的多;同时由于它可以进行热步成型法,即纤维通过热塑性树脂粉末沸腾流化 成型,使其又具有金属材料成型的特点。其主要成 床制成预浸纱(带),然后直接缠绕在芯模上还有通 型工艺有许多种。 电加热成型法,即对碳纤维预浸纱(带)直接通电,靠 3.1冲压成型 通电发热使热塑性树脂熔化,使纤维纱(带)缠绕成 冲压成型是通过将按模具大小裁切好的HRP制品;第三种是用机器人进行缠绕提高缠绕制品的 预浸片材在加热炉内加热至高于树脂熔化的温度,精度和自动化程度,因而受到了极大的重视。 然后送入压模中,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4发展趋势与展望 费用均较低,生产效率高,是目前 CFRTP成型加工 中最重要的一种成型方法。 高性能的FRIP作为一种相对较新的复合材 料,其研究和应用也正在不断地发展和完善。其研 3.2辊压成型 究将主要集中在 辊压成型是金属成型加工中常见的工艺。用于 (1)进一步研究开发新的低成本的浸渍制备技 FRP的片材加工时,把几层放好的预浸料在连续的术和成型加工方法特别是大型和复杂构件成型方 基础上,用远红外或电加热的方法加热软化然后通法的开发 过牵引经过热辊、冷却辊,从而逐渐成型为所需形 (2)开发新的增强材料和新的树脂基体,以提 状的制品。这种方法为连续成型生产效率高制品高复合材料及其制品的强度、刚度、耐热性和韧性 尺寸在长度方向不受限制。 等 3.3拉挤成型 (3)开发新的纤维表面处理技术,提高纤维和 拉挤成型是一种连续制造复合材料型材的工艺基体界面的结合强度 方法,也是一种制造恒定截面型材的工艺方法。最 (4)加快FRIP制品再生利用的研究,减少环境 初用于制造单向纤维增强实心截面的简单制品,逐污染等。 渐发展成为目前可以制造实心、空心以及各种复杂 如果在这些方面取得新的进展,则这种复合材 截面的制品,并且型材的性能可以设计,能够满足各料将会获得更为广泛的应用,市场前景将更加广阔 种工程结构要求。拉挤成型是将预浸带或预浸纱在 随着社会的进步与发展,特别是随着航空、航天制得性能优良的复合材料制品。但由于制取极细的 热塑性树脂纤维( < 10Lm)非常困难, 同时编织过程 中易造成纤维损伤, 限制了这一技术的应用。 Wulthorst 等 [ 31- 33] 利用聚酯纤维作为热塑性树 脂、玻璃纤维作为增强纤维, 对摩擦纺混纤纱加工方 法及其用于热塑性复合材料加工进行了一些可行性 研究; 吴学东等 [ 34] 对摩擦纺混纤纱加工方法进行了 进一步讨论, 纺制了几种混纤纱, 并通过扫描电镜和 纱线均匀度测试仪研究了其结构, 得出对热塑性树 脂基复合材料, 一些常用纤维树脂体系都可借助摩 擦纺纱方法加工出摩擦纺混纤纱, 这种混纤纱可以 灵活地应用到多种复合材料制备的工艺路线中, 由 于摩擦纺混纤纱良好的柔性, 可以利用它方便地加 工出机织、针织或编织的二维和三维结构, 借助于复 合材料成型技术即可形成各种构件。 3 高性能的 FRTP 的成型工艺 高性能 FRTP 是从复合材料和塑料两个不同领 域开发出的一种新型复合材料, 因此, 其成型工艺具 有塑料和热固性树脂复合材料工艺的特征, 既可以 像热固性纤维复合材料那样成型, 且无需固化过程, 成型工艺要简单快捷的多; 同时由于它可以进行热 成型, 使其又具有金属材料成型的特点。其主要成 型工艺有许多种。 3. 1 冲压成型 冲压成型是通过将按模具大小裁切好的 FRTP 预浸片材在加热炉内加热至高于树脂熔化的温度, 然后送入压模中, 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, 生产效率高, 是目前 CFRTP 成型加工 中最重要的一种成型方法。 3. 2 辊压成型 辊压成型是金属成型加工中常见的工艺。用于 FRTP 的片材加工时, 把几层放好的预浸料在连续的 基础上, 用远红外或电加热的方法加热软化, 然后通 过牵引经过热辊、冷却辊 , 从而逐渐成型为所需形 状的制品。这种方法为连续成型, 生产效率高, 制品 尺寸在长度方向不受限制。 3. 3 拉挤成型 拉挤成型是一种连续制造复合材料型材的工艺 方法, 也是一种制造恒定截面型材的工艺方法。最 初用于制造单向纤维增强实心截面的简单制品, 逐 渐发展成为目前可以制造实心、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或预浸纱在 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 末流化床浸渍。但不论采用哪种方式, 预浸料都比 较硬, 很难用它制造断面形状急剧变化的结构。 3. 4 缠绕成型 由于解决了用热塑性聚合物浸渍连续纤维, 就 使得人们能够得到一类新的高性能复合材料。目 前, 热塑性复合材料在纤维缠绕制品中的应用研究 工作正在积极进行, 选用热塑性树脂主要原因在于 热塑性树脂具有较高韧性、快速制造的技术潜力以 及后成型的能力。 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, 并在与芯模的接触点上放置一只加热压辊。 通常的加热方法有传导加热、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。最近几年还发展了激光加热及 超声加热系统。 近年来国外许多公司致力于新型缠绕成型工艺 研究, 开发出了几种很有特色的成型方法。其中有 一步成型法, 即纤维通过热塑性树脂粉末沸腾流化 床制成预浸纱(带), 然后直接缠绕在芯模上; 还有通 电加热成型法, 即对碳纤维预浸纱(带)直接通电, 靠 通电发热使热塑性树脂熔化, 使纤维纱( 带)缠绕成 制品; 第三种是用机器人进行缠绕, 提高缠绕制品的 精度和自动化程度, 因而受到了极大的重视。 4 发展趋势与展望 高性能的 FRTP 作为一种相对较新的复合材 料, 其研究和应用也正在不断地发展和完善。其研 究将主要集中在: ( 1) 进一步研究开发新的低成本的浸渍制备技 术和成型加工方法, 特别是大型和复杂构件成型方 法的开发; ( 2) 开发新的增强材料和新的树脂基体, 以提 高复合材料及其制品的强度、刚度、耐热性和韧性 等; ( 3) 开发新的纤维表面处理技术, 提高纤维和 基体界面的结合强度; ( 4) 加快 FRTP 制品再生利用的研究, 减少环境 污染等。 如果在这些方面取得新的进展, 则这种复合材 料将会获得更为广泛的应用, 市场前景将更加广阔。 随着社会的进步与发展, 特别是随着航空、航天 56 纤 维 复 合 材 料 2005 年