纤维复合材料 1年 成本最低。经过半个多世纪的发展,复合材料成型的喷射成型、袋压成型、热压罐成型和热膨胀模塑成 方法已经有几十种。每种工艺都有各自的优缺点,型(低压成型)等新工艺与传统的手糊工艺统称为 有各自的适应范围,但它们之间存在着共性,从原材接触低压成型工艺。图2是不同接触低压成型工艺 料到形成制品的过程,可以统一用图1表示 的示意图。 增强材料 烈模具 增强材料、柔性薄膜 树脂层合 材进剂 说模剂 毡 接触模具 模具胶衣 颜料 败液配制 橡胶薄膜 空气或真空 i增强材料 准备…成型工序 柔性薄膜 半成品加工 N空压机 或薄板 模具 高压釜 胶衣 成型作业 胶衣增强材料 图2(a)手糊成型;(b)真空袋压成型 (c)加压袋法;(d)高压釜加压法 图1复合材料成型加工的典型工艺流程 接触低压成型工艺的过程是,先将材料在阴模 阳模或对模上制成设计形状,通过加热或常温固化, 3树脂基复合材料成型工艺的发展脱模后再经过辅助加工获得制品。接触成型工艺的 3.1接触低压成型工艺 最大优点是设备简单,适应性广,投资少,见效快。 但其同时存在着生产效率低、劳动强度大、产品重复 树脂基复合材料于1932年在美国出现,1940 年以手糊成型的方法制成了玻璃纤维增强聚酯的军 性差等显著缺点。于是改进这种工艺成为先进复合 用飞机雷达罩。其后不久,美国菜特空军发展中心材料的成型工艺下一步发展的关键。 设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼 1963年前后在美、法、日等国先后开发了高产 的飞机,并于1944年3月在莱特-帕特空军基地试量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产 线,使复合材料制品形成了规模化生产。这一举措 飞成功。从此纤维增强复合材料开始受到军界和工 程界的关注。第二次世界大战以后这种材料迅速扩使复合材料成型工艺走向了自动化、高效化、专业化 展到民用领域,风靡一时,发展很快。 的方向,对复合材料工业的发展起到了决定性的作 手糊成型工艺又称接触成型工艺,是手工作业用。现在,生产设备的大型化、自动化,生产工艺的 把玻璃纤维织物和树脂交替铺在模具上,粘结在 连续化、高效化等是接触低压成型工艺发展的关键。 起后固化成型的工艺。该工艺不仅设备简单、容易3.2拉挤成型工艺 掌握,还可在产品不同部位任意增补增强材料,易于 复合材料拉挤成型工艺的研究始于20世纪50 满足复杂外形产品设计需要。但缺点是生产效率年代。到60年代中期,拉挤成型工艺已投入到连续 低,生产周期长,不宣大批量生产;且产品质量不易化生产中。70年代,拉挤技术又有了重大的突破。 控制,性能稳定性不高,力学性能较低;另外,手糊工该工艺将已润湿的树脂胶液的连续纤维束或带在牵 艺的生产环境差、气味大、加工时粉尘多,易对施工引结构拉力的作用下,通过成型模成型,并在模中或 人员造成伤害 固化炉中固化,连续生产出长度不受限制的复合型 所以,先进复合材料成型工艺在随后的几年里材。由于在成型过程中需经过成型模的挤压和外牵 致力于改善手糊工艺的各项不足,首先是1950年真引拉拔,而且生产过程和制品长度是连续的,故又称 空袋和压力袋成型工艺的研究成功提高了手糊工艺 为拉挤连续成型工艺。该工艺具有生产效率高,易 产品性能的稳定性,其次是1960年左右,玻璃纤维于控制,产品质量稳定和制造成本较低等优点;而且 聚酯树脂喷射成型技术得到了应用,使手糊工艺纤维按纵向排列,使制品具有高的拉伸强度和弯曲 的质量和生产效率大为提高凹。这期间相继出现强度。图3是拉挤成型工艺的示意图 o1994-2012ChinaAcademicjOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net8 纤 维 复 合 材 料 2011 年 成本最低。经过半个多世纪的发展，复合材料成型 方法已经有几十种。每种工艺都有各自的优缺点， 有各自的适应范围，但它们之间存在着共性，从原材 料到形成制品的过程，可以统一用图 1 表示［1］。 图 1 复合材料成型加工的典型工艺流程 3 树脂基复合材料成型工艺的发展 3． 1 接触低压成型工艺 树脂基复合材料于 1932 年在美国出现，1940 年以手糊成型的方法制成了玻璃纤维增强聚酯的军 用飞机雷达罩。其后不久，美国莱特空军发展中心 设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机身和机翼 的飞机，并于 1944 年 3 月在莱特 － 帕特空军基地试 飞成功。从此纤维增强复合材料开始受到军界和工 程界的关注。第二次世界大战以后这种材料迅速扩 展到民用领域，风靡一时，发展很快［2］。 手糊成型工艺又称接触成型工艺，是手工作业 把玻璃纤维织物和树脂交替铺在模具上，粘结在一 起后固化成型的工艺。该工艺不仅设备简单、容易 掌握，还可在产品不同部位任意增补增强材料，易于 满足复杂外形产品设计需要。但缺点是生产效率 低，生产周期长，不宜大批量生产; 且产品质量不易 控制，性能稳定性不高，力学性能较低; 另外，手糊工 艺的生产环境差、气味大、加工时粉尘多，易对施工 人员造成伤害。 所以，先进复合材料成型工艺在随后的几年里 致力于改善手糊工艺的各项不足，首先是 1950 年真 空袋和压力袋成型工艺的研究成功提高了手糊工艺 产品性能的稳定性，其次是 1960 年左右，玻璃纤维 － 聚酯树脂喷射成型技术得到了应用，使手糊工艺 的质量和生产效率大为提高［2］。这期间相继出现 的喷射成型、袋压成型、热压罐成型和热膨胀模塑成 型( 低压成型) 等新工艺与传统的手糊工艺统称为 接触低压成型工艺。图 2 是不同接触低压成型工艺 的示意图。 图 2 ( a) 手糊成型; ( b) 真空袋压成型; ( c) 加压袋法; ( d) 高压釜加压法 接触低压成型工艺的过程是，先将材料在阴模、 阳模或对模上制成设计形状，通过加热或常温固化， 脱模后再经过辅助加工获得制品。接触成型工艺的 最大优点是设备简单，适应性广，投资少，见效快。 但其同时存在着生产效率低、劳动强度大、产品重复 性差等显著缺点。于是改进这种工艺成为先进复合 材料的成型工艺下一步发展的关键。 1963 年前后在美、法、日等国先后开发了高产 量、大幅宽、连续生产的玻璃纤维复合材料板材生产 线，使复合材料制品形成了规模化生产。这一举措 使复合材料成型工艺走向了自动化、高效化、专业化 的方向，对复合材料工业的发展起到了决定性的作 用。现在，生产设备的大型化、自动化，生产工艺的 连续化、高效化等是接触低压成型工艺发展的关键。 3． 2 拉挤成型工艺 复合材料拉挤成型工艺的研究始于 20 世纪 50 年代。到 60 年代中期，拉挤成型工艺已投入到连续 化生产中。70 年代，拉挤技术又有了重大的突破。 该工艺将已润湿的树脂胶液的连续纤维束或带在牵 引结构拉力的作用下，通过成型模成型，并在模中或 固化炉中固化，连续生产出长度不受限制的复合型 材。由于在成型过程中需经过成型模的挤压和外牵 引拉拔，而且生产过程和制品长度是连续的，故又称 为拉挤连续成型工艺。该工艺具有生产效率高，易 于控制，产品质量稳定和制造成本较低等优点; 而且 纤维按纵向排列，使制品具有高的拉伸强度和弯曲 强度［4］。图 3 是拉挤成型工艺的示意图