1、3-1 聚合物基复合材料的发展史聚合物基复合材料的发展史聚合物基复合材料：聚合物基复合材料：这种材料是用短切的这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。树脂基复合材料基体，经复合而成。树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）, ,纤维增强塑料纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟，是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。且应用最为广泛的一类复合材料。19321932年，树脂基复合材料在美国出现。年，树脂基复合材料在美国出现。19401940年，
2、以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的年，以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的军用飞机的雷达罩，其后不久雷达罩，其后不久，美国莱特空军发，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展中心设计制造了一架以玻璃纤维增强树脂为机机身和机翼身和机翼的飞机的飞机 ，1944年年试飞成功。试飞成功。聚合物基复合材料的发展史聚合物基复合材料的发展史19461946年，年，纤维缠绕成型技术纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。19491949年，研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面年，研究成功玻璃纤维预混料并制出了
3、表面光洁，尺寸、形状准确的光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件复合材料模压件。u19501950年，年，真空袋和压力袋成型真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并工艺研究成功，并制成直升飞机的制成直升飞机的螺旋桨螺旋桨。 u6060年代，玻璃纤维年代，玻璃纤维- -聚酯树脂聚酯树脂喷射成型技术喷射成型技术得到得到了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。了应用，使手糊工艺的质量和生产效率大为提高。u19611961年，年，片状模塑料片状模塑料（Sheet Molding Compound, Sheet Molding Compound, 简称简称SMCSMC）在法国问世，利用这种技术可制出大幅）在
4、法国问世，利用这种技术可制出大幅面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如面表面光洁，尺寸、形状稳定的制品，如汽车、船汽车、船的壳体以及卫生洁具的壳体以及卫生洁具等大型制件，从而更扩大了树等大型制件，从而更扩大了树脂基复合材料的应用领域。脂基复合材料的应用领域。u拉挤成型工艺拉挤成型工艺的研究始于的研究始于5050年代，年代，6060年代中期实年代中期实现了连续化生产，在现了连续化生产，在7070年代拉挤技术又有了重大的年代拉挤技术又有了重大的突破突破，近年来发展更快。，近年来发展更快。7070年代树脂反应注射成型（年代树脂反应注射成型（Reaction Injection Reaction Inj
5、ection Molding, Molding, 简称简称RIMRIM）和增强树脂反应注射成型）和增强树脂反应注射成型（Reinforced Reaction Injection Molding, 简称简称RRIMRRIM）两种技术研究成功，进一步改善了手糊工）两种技术研究成功，进一步改善了手糊工艺，使产品两面光洁，现已大量用于卫生洁具和艺，使产品两面光洁，现已大量用于卫生洁具和汽车的零件生产汽车的零件生产 。19721972年年美国美国PPGPPG公司研究成功公司研究成功热塑性片状模型料成热塑性片状模型料成型技术型技术。其最大特点是改变了热塑性基体复合材。其最大特点是改变了热塑性基体复合材料
6、生产周期长、废料不能回收问题，并能充分利料生产周期长、废料不能回收问题，并能充分利用塑料加工的技术和设备，因而发展得很快。用塑料加工的技术和设备，因而发展得很快。制造管状构件的工艺除缠绕成型外，制造管状构件的工艺除缠绕成型外，8080年代年代又发又发展了展了离心浇铸成型法离心浇铸成型法 。 2020世纪世纪7070年代年代 ，进入先进复合材料，进入先进复合材料（Advanced Composite Materials, Advanced Composite Materials, 简称简称ACMACM）阶段）阶段。 有三件值得一提的成果有三件值得一提的成果 ：第一件是美国全部用第一件是美国全部用
7、碳纤维复合材料制成一架八碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机座商用飞机-里尔芳里尔芳2100号号，并试飞成功，这架并试飞成功，这架飞机仅重飞机仅重567kg，它以结构小巧、重量轻而称奇，它以结构小巧、重量轻而称奇于世。于世。第二件是采用大量先进复合材料制成的第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号哥伦比亚号航天飞机航天飞机，年月日首次发射。年月日首次发射。 这架航天飞机用碳纤维这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长环氧树脂制作长18.2m、宽、宽4.6m的主货舱门，用的主货舱门，用凯芙拉纤维凯芙拉纤维/环氧树脂环氧树脂制造各种制造各种压力容器，用压力容器，用硼硼/铝复合材料铝复合材料制造主机身
8、隔框和翼梁，制造主机身隔框和翼梁，用用碳碳/碳复合材料碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬，发动机制造发动机的喷管和喉衬，发动机组的传力架全用组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料硼纤维增强钛合金复合材料制成，制成，被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复陶瓷基复合材料合材料。 在这架代表近代最尖端技术成果的航天飞行器上使在这架代表近代最尖端技术成果的航天飞行器上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。第三件是在第三件是在波音波音-767大型客机大型客机上使用了先上使用了先进复合材料作为主承力结构，这架可载进复合材料作为主承力结构，
9、这架可载80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使飞机结构重量减轻，还提等构件，不仅使飞机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。高了飞机的各种飞行性能。 聚合物基复合材料在中国的发展聚合物基复合材料在中国的发展 中国的复合材料起始于中国的复合材料起始于19581958年，首先用于军工制年，首先用于军工制品，而后逐渐扩展到民用。品，而后逐渐扩展到民用。1958年以手糊工艺研制了年以手糊工艺研制了玻璃钢艇
10、玻璃钢艇，以层压，以层压和卷制工艺研制和卷制工艺研制玻璃钢板、管和火箭弹玻璃钢板、管和火箭弹。1961年研制成用于远程火箭的玻璃纤维年研制成用于远程火箭的玻璃纤维-酚酚醛树脂烧蚀醛树脂烧蚀防热弹头防热弹头。1962年引进不饱和聚酯树脂、喷射成型和蜂年引进不饱和聚酯树脂、喷射成型和蜂窝夹层结构成型技术，并制造了玻璃钢的窝夹层结构成型技术，并制造了玻璃钢的直直升机螺旋桨叶和风洞叶片升机螺旋桨叶和风洞叶片，同年开始纤维缠，同年开始纤维缠绕工艺研究并生产出一批氧气瓶等绕工艺研究并生产出一批氧气瓶等压力容器压力容器。1970年用年用玻璃钢蜂窝夹层结构玻璃钢蜂窝夹层结构制造了一座直制造了一座直径径44m的
11、雷达罩。自的雷达罩。自70年代以后玻璃钢复合年代以后玻璃钢复合材料逐渐转向民用。材料逐渐转向民用。1981年复合材料的年产量为年复合材料的年产量为1.5万吨，到万吨，到1986年达到年达到6.5万吨，年增长率为万吨，年增长率为13%。19871987年以后年以后大量引进国外先进技术大量引进国外先进技术，如在原，如在原材料方面引进了池窑拉丝、短切毡、表面毡、材料方面引进了池窑拉丝、短切毡、表面毡、喷射纱、缠绕纱以及各种牌号树脂和辅助材喷射纱、缠绕纱以及各种牌号树脂和辅助材料的生产技术。料的生产技术。从从生产工艺生产工艺来看，尽管引进了不少先进技术设来看，尽管引进了不少先进技术设备，但利用率不高，
12、所有制品仍有备，但利用率不高，所有制品仍有80%是手糊是手糊成型，仅有成型，仅有20%由缠绕、拉挤、由缠绕、拉挤、SMC及及RTM等等设备成型，因此玻璃钢工业的生产潜力很大。设备成型，因此玻璃钢工业的生产潜力很大。在在成型工艺方面成型工艺方面引进了制造管罐的大型缠绕系引进了制造管罐的大型缠绕系统、拉挤工艺生产线、统、拉挤工艺生产线、SMCSMC生产线、连续制板生产线、连续制板机组、树脂传递模型机组、喷射成型技术、树机组、树脂传递模型机组、喷射成型技术、树脂注射成型技术等先进工艺和设备，形成了研脂注射成型技术等先进工艺和设备，形成了研究、设计、生产及原材料相互配套较完整的工究、设计、生产及原材料
13、相互配套较完整的工业体系业体系 。逐步实现由手糊到机械化自动化的。逐步实现由手糊到机械化自动化的转变。但转变。但总的水平与国外先进技术还有一定距总的水平与国外先进技术还有一定距离离。3-2 聚合物基复合材料的分类及性能聚合物基复合材料的分类及性能聚合物基复合材料（聚合物基复合材料（PMC）通常按两种方）通常按两种方式分类。式分类。一种以一种以基体性质基体性质不同分为热固性树脂基复不同分为热固性树脂基复合材料和热塑性树脂基复合材料合材料和热塑性树脂基复合材料.一、分一、分 类类另一种按另一种按增强剂类型及在复合材料中分布状态增强剂类型及在复合材料中分布状态分类分类.二、二、 聚合物基复合材料的性
14、能特点聚合物基复合材料的性能特点1. 高比强度、高比模量高比强度、高比模量 5. 工艺性好。工艺性好。 4耐烧蚀性能好耐烧蚀性能好2耐疲劳耐疲劳3. 阻尼减振性好阻尼减振性好另外还具有：可设计性强；耐腐蚀；热膨胀另外还具有：可设计性强；耐腐蚀；热膨胀系数低，尺寸稳定等特点。系数低，尺寸稳定等特点。 比强度比强度是材料的强度和密度之比值，是材料的强度和密度之比值，比模量比模量是材料的模量与密度之比值。是材料的模量与密度之比值。 在质量相等的前提下，它是衡量材料在质量相等的前提下，它是衡量材料承载能承载能力力和和刚度特性刚度特性的指标。的指标。 复合材料的高比强度和高比模量来源于复合材料的高比强度
15、和高比模量来源于增强增强纤维的高性能和低密度纤维的高性能和低密度。1. 高比强度、高比模量高比强度、高比模量2耐疲劳耐疲劳多数金属材料多数金属材料疲劳极限疲劳极限仅为其拉伸强度的仅为其拉伸强度的30-50，而，而CFRP可达可达70-80。复合材料的破坏有明显预兆，可以在事先检复合材料的破坏有明显预兆，可以在事先检测出来，而金属的疲劳破坏则是突发性的。测出来，而金属的疲劳破坏则是突发性的。复合材料中纤维与基体的复合材料中纤维与基体的界面界面能阻止裂纹的能阻止裂纹的扩展，其疲劳总是从纤维的薄弱环节开始，扩展，其疲劳总是从纤维的薄弱环节开始，裂纹扩展或损伤逐步进行，时间长，所以破裂纹扩展或损伤逐步
16、进行，时间长，所以破坏前有明显的预兆。坏前有明显的预兆。3.阻尼减振性好阻尼减振性好受力结构的自振频率除了与结构本身形状受力结构的自振频率除了与结构本身形状有关外，还同结构材料的有关外，还同结构材料的比模量平方根比模量平方根成成正比。所以复合材料有较高的自振频率。正比。所以复合材料有较高的自振频率。同时，复合材料基体与纤维的界面有较大同时，复合材料基体与纤维的界面有较大的吸收振动能量的能力，致使材料的振动的吸收振动能量的能力，致使材料的振动阻尼较高，一旦振起来，在短时间内也能阻尼较高，一旦振起来，在短时间内也能停下来。停下来。4.耐烧蚀性能好耐烧蚀性能好烧蚀材料烧蚀材料的作用是在突然受热或极高
17、温的作用是在突然受热或极高温度下度下燃烧燃烧分解而遗留一层炭质耐热层以分解而遗留一层炭质耐热层以起隔热作用。起隔热作用。聚合物基复合材料的比热容大，熔化热聚合物基复合材料的比热容大，熔化热和气化热也大，高温下吸收大量的热能，和气化热也大，高温下吸收大量的热能，是良好的耐烧蚀材料。是良好的耐烧蚀材料。5.工艺性好。工艺性好。制造工艺简单，过载时安全性好。制造工艺简单，过载时安全性好。设计性强设计性强 由于纤维复合材料的由于纤维复合材料的各向异性各向异性，与之相关的是性，与之相关的是性能的能的可设计性可设计性。由于控制其性能的因素很多，。由于控制其性能的因素很多，增强剂增强剂类型类型、基体类型基体
18、类型、纤维的排列方向、铺层次层、层数、纤维的排列方向、铺层次层、层数、成型工艺成型工艺等都可以根据使用目的和要求不同而进行选等都可以根据使用目的和要求不同而进行选择，因而易于对择，因而易于对PMC结构进行最优化设计，做到安全结构进行最优化设计，做到安全可靠，经济合理。可靠，经济合理。 如如BFRP具有优异的压缩性能具有优异的压缩性能(其压缩强度高于其其压缩强度高于其拉伸强度拉伸强度)，可用于制造受压杆体，可用于制造受压杆体，KFRP的拉伸强度的拉伸强度高高而压缩性能很差，应避免其承受压缩载荷而应使其而压缩性能很差，应避免其承受压缩载荷而应使其承受拉伸载荷。承受拉伸载荷。热膨胀系数低，尺寸稳定热
19、膨胀系数低，尺寸稳定 FRP具有比金属材料低得多的热膨胀系数，具有比金属材料低得多的热膨胀系数，CFRP的热膨胀系数接近零。而且，通过合适铺层设的热膨胀系数接近零。而且，通过合适铺层设计，可使热膨胀系数进一步降低。计，可使热膨胀系数进一步降低。耐腐蚀耐腐蚀 FRP的耐腐蚀性的耐腐蚀性(如耐酸碱、耐盐水等如耐酸碱、耐盐水等)比金属比金属材料如钢、铝要好得多。材料如钢、铝要好得多。常用常用FRP来制造化工设备的防腐管道。玻璃纤维增来制造化工设备的防腐管道。玻璃纤维增强塑料在很多场合下的应用主要不是利用其结构特强塑料在很多场合下的应用主要不是利用其结构特性而是考虑其防腐性能。性而是考虑其防腐性能。3
20、-2 聚合物基体聚合物基体基体材料的作用基体材料的作用1.均衡载荷、传递载荷均衡载荷、传递载荷2.保护纤维，防止纤维磨损保护纤维，防止纤维磨损3.决定复合材料一些性能，如耐热性、耐腐蚀决定复合材料一些性能，如耐热性、耐腐蚀性、耐溶剂、抗辐射及吸湿性、性、耐溶剂、抗辐射及吸湿性、横向性能、横向性能、剪切性能等剪切性能等4.决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择5.对复合材料的一些性能有重要影响，如纵向对复合材料的一些性能有重要影响，如纵向拉伸、尤其是压缩性能、疲劳性能、断裂韧拉伸、尤其是压缩性能、疲劳性能、断裂韧性等性等复合材料用树脂基体复合材料用树脂基体l
21、热固性树脂：环氧树脂、不饱和聚酯树热固性树脂：环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等脂、酚醛树脂等l热塑性树脂：聚烯烃、聚酰胺、聚砜、热塑性树脂：聚烯烃、聚酰胺、聚砜、聚甲醛、聚苯醚等聚甲醛、聚苯醚等热固性聚合物，热固性聚合物，通过化学交联由液态树脂通过化学交联由液态树脂转变成硬而脆的固体物质，交联导致了高转变成硬而脆的固体物质，交联导致了高分子链的三维网络的紧密键合的形成。分子链的三维网络的紧密键合的形成。复合材料用树脂基体复合材料用树脂基体热塑性树脂：聚烯烃、聚酰胺、聚砜、热塑性树脂：聚烯烃、聚酰胺、聚砜、聚甲醛、聚苯醚等聚甲醛、聚苯醚等热塑性塑料分子间没有交联。热塑性塑料分子间没有交联。热
22、塑性塑料的强度和刚度来源于热塑性塑料的强度和刚度来源于单体链单体链节所固有的性质及其高分子节所固有的性质及其高分子量。由此可量。由此可以肯定，在非晶态热塑性塑料中存在着以肯定，在非晶态热塑性塑料中存在着高度集中的高度集中的分子缠结分子缠结，这些缠结起着交，这些缠结起着交联的作用。联的作用。一、热固性树脂一、热固性树脂(Thermosetting resin)1. 不饱和聚酯树脂不饱和聚酯树脂(UP-Unsaturated Polyester Resin) 不饱合聚酯不饱合聚酯:含有非芳族的不饱和键含有非芳族的不饱和键, 是由是由不饱合二元酸或酸酐、饱合二元酸或酸酐与二不饱合二元酸或酸酐、饱合二
23、元酸或酸酐与二元醇经缩聚反应合成的低聚物。将其溶解在乙元醇经缩聚反应合成的低聚物。将其溶解在乙烯类单体中所形成的溶液称不饱合聚酯树脂。烯类单体中所形成的溶液称不饱合聚酯树脂。聚酯聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯包括饱和聚酯和不饱和聚酯。饱和聚酯：饱和聚酯：没有非芳族的不饱和键没有非芳族的不饱和键COOUP的固化是由聚酯中的双键，在引发剂的固化是由聚酯中的双键，在引发剂(如如过氧化物过氧化物)作用下与固化剂苯乙烯作用下与固化剂苯乙烯(或或MMA)共聚共聚形成高交联度的三维网状结构而完成的。形成高交联度的三维网状结构而完成的。2. 环氧树脂（环氧树脂（Epoxy resin）环氧树脂环氧树脂是是种分子
24、中含有两个或两个以上活性环氧种分子中含有两个或两个以上活性环氧基团的高分子化合物。基团的高分子化合物。CHCHO分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。有三向网状结构的高聚物。在加热条件下即能固化，无须添加固化剂在加热条件下即能固化，无须添
25、加固化剂粘附力强，树脂中含有极性的醚键和羟基粘附力强，树脂中含有极性的醚键和羟基酸、碱对固化反应起促进作用酸、碱对固化反应起促进作用已固化的树脂有良好的压缩性能，良好的已固化的树脂有良好的压缩性能，良好的耐水、耐化学介质和耐烧蚀性能耐水、耐化学介质和耐烧蚀性能良好的尺寸稳定性和耐久性良好的尺寸稳定性和耐久性环氧树脂环氧树脂特点特点3. 酚醛树脂（酚醛树脂（Phenolics）酚醛树脂酚醛树脂是由酚类是由酚类(主要是苯酚主要是苯酚)和醛类和醛类(主要是甲醛主要是甲醛)聚合聚合生成的一类树脂，它是最早工业化的热固性合成树脂。生成的一类树脂，它是最早工业化的热固性合成树脂。大量用于粉状压塑料、短纤维
26、增强塑料。大量用于粉状压塑料、短纤维增强塑料。树脂固化过程中有小分子析出，故需在高压下进行，树脂固化过程中有小分子析出，故需在高压下进行，固化时体积收缩率大，树脂对纤维的粘附性不够好，固化时体积收缩率大，树脂对纤维的粘附性不够好，断裂延伸率低，脆性大。断裂延伸率低，脆性大。OH苯酚苯酚 COHH甲醛甲醛聚酰亚胺树脂聚酰亚胺树脂PI是一类耐高温树脂，它通是一类耐高温树脂，它通常有热固性常有热固性(不熔性不熔性)和热塑性两类，使用温度和热塑性两类，使用温度可达可达180-316，个别甚至高达，个别甚至高达371 。PI是由是由芳香族四酸二酐与芳香族二氨经缩聚反应合成芳香族四酸二酐与芳香族二氨经缩聚
27、反应合成的。的。4.聚酰亚胺树脂聚酰亚胺树脂(Polyimide Resin)酐酐芳香族二氨芳香族二氨二、热塑性树脂（二、热塑性树脂（Thermoplastic resin） 所有的所有的热塑性树脂热塑性树脂，如，如聚烯烃、聚醚、聚烯烃、聚醚、聚酰胺、聚酯、聚甲醛、聚矾聚酰胺、聚酯、聚甲醛、聚矾等都可作为复合等都可作为复合材料基体。材料基体。 它们通常用它们通常用202040 40 的短纤维增强，的短纤维增强，拉拉伸强度和弹性模量可提高伸强度和弹性模量可提高1 12 2倍，可明显改善倍，可明显改善蠕变性能，提高热变形温度和导热系数，降低蠕变性能，提高热变形温度和导热系数，降低线膨胀系数，增加尺
28、寸稳定性，降低吸湿率，线膨胀系数，增加尺寸稳定性，降低吸湿率，抑制应力开裂抑制应力开裂, ,提高疲劳性能提高疲劳性能等等。等等。聚醚砜聚醚砜 聚醚醚酮聚醚醚酮 聚苯硫醚聚苯硫醚 聚酰胺酰亚胺聚酰胺酰亚胺 聚醚酰亚胺聚醚酰亚胺 聚酰亚胺聚酰亚胺 聚合物基复合材料的制造把复合材料聚合物基复合材料的制造把复合材料的制造和产品的制造融合为一体。的制造和产品的制造融合为一体。 根据增强体和基体材料种类的不同，根据增强体和基体材料种类的不同，需要应用不同的制造工艺和方法。需要应用不同的制造工艺和方法。3-3 聚合物基复合材料的制备及成型工艺聚合物基复合材料的制备及成型工艺聚合物基复合材料的制造过程：聚合物
29、基复合材料的制造过程： 预浸料的制造预浸料的制造、制件的铺层制件的铺层、固化固化及及制件的制件的 处理与机械加工处理与机械加工等。等。 1.1.预浸料制备预浸料制备 预浸料是指定向排列的预浸料是指定向排列的连续纤维连续纤维（单向、（单向、织物）浸渍树脂后所形成的厚度均匀的织物）浸渍树脂后所形成的厚度均匀的薄片状薄片状半成品半成品。 预浸料制备：预浸料制备：预浸料一般要储存在预浸料一般要储存在18度以下，以保度以下，以保证使用时具有合适的粘度、铺覆性和证使用时具有合适的粘度、铺覆性和凝胶时间等。凝胶时间等。2.2.制件成型固化工艺制件成型固化工艺一是一是成型成型，即将，即将预浸料预浸料按产品的要
30、求，铺置按产品的要求，铺置成一定的形状，一般就是产品的形状成一定的形状，一般就是产品的形状; ;二是二是固化固化，即把已铺置成一定形状的，即把已铺置成一定形状的叠层预叠层预浸料浸料，在温度、时间和压力等因素影响下使，在温度、时间和压力等因素影响下使形状固定形状固定下来，并能达到预期的性能要求。下来，并能达到预期的性能要求。3.3.生产中采用的成型工艺生产中采用的成型工艺手糊手糊树脂传递成型树脂传递成型 树脂膜熔浸成型树脂膜熔浸成型真空袋成型真空袋成型 模压成型工艺模压成型工艺纤维缠绕成型纤维缠绕成型 (8)反应注射成型反应注射成型 (9)拉挤成型拉挤成型 (10)离心成型工艺离心成型工艺 (1
31、1)浇注成型工艺浇注成型工艺 一、手糊成型工艺一、手糊成型工艺 （hand lay up)手糊成型示意图手糊成型示意图手糊工艺手糊工艺是聚合物基复是聚合物基复合材料制造中最早采用合材料制造中最早采用和最简单的方法。和最简单的方法。工艺过程：工艺过程：先在磨具上先在磨具上涂刷一层脱膜剂，然后涂刷一层脱膜剂，然后加入含有固化剂的树脂加入含有固化剂的树脂混合物，再在其上铺贴混合物，再在其上铺贴一层按要求剪裁好的纤一层按要求剪裁好的纤维织物，用刷子、压辊维织物，用刷子、压辊或刮刀压挤织物，使其或刮刀压挤织物，使其均匀浸胶并排除气泡，均匀浸胶并排除气泡， 再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反再涂刷树
32、脂混合物和铺贴第二层纤维织物，反复上述过程直至达到所需厚度为止。然后再固化、脱复上述过程直至达到所需厚度为止。然后再固化、脱膜、修边，得到复合材料制品。膜、修边，得到复合材料制品。 手糊成型不受产品尺寸和形状限制，适宜于手糊成型不受产品尺寸和形状限制，适宜于尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产。尺寸大、批量小、形状复杂产品的生产。设备简单，投资少，设备折旧费低。设备简单，投资少，设备折旧费低。工艺简便。工艺简便。易于满足产品设计要求，可以在产品不同部易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料。位任意增补增强材料。制品树脂含量较高，耐腐蚀性好。制品树脂含量较高，耐腐蚀性好。优优 点：
33、点：缺缺 点：点：生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差。生产效率低，劳动强度大，劳动卫生条件差。产品质量不易控制，性能稳定性不高。产品质量不易控制，性能稳定性不高。产品力学性能较低。产品力学性能较低。 典型产品：典型产品：舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳舰艇、风力发电机叶片、游乐设备、冷却塔壳体、建筑模型体、建筑模型.二、喷射成型（二、喷射成型（Spray Molding) 喷射成型技术喷射成型技术是手糊成型的改进，半机是手糊成型的改进，半机械化程度。喷射成型技术在复合材料成型工械化程度。喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大，如美国占艺中所占比例较大，如美国占9.1%，西欧占
34、，西欧占11.3%，日本占，日本占21%。目前国内用的喷射成型。目前国内用的喷射成型机主要是从美国进口。机主要是从美国进口。 喷射成型工艺喷射成型工艺是将混有是将混有引发剂引发剂和和促进剂促进剂的的两种聚酯分别从喷枪两侧雾化喷出，同时将切两种聚酯分别从喷枪两侧雾化喷出，同时将切断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂断的玻纤粗纱，由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。固化后成制品。喷射成型示意图喷射成型示意图喷射成型的优点：喷射成
35、型的优点：用玻纤粗纱代替织物，可降低材料成本；用玻纤粗纱代替织物，可降低材料成本；生产效率比手糊的高生产效率比手糊的高24倍；倍；产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，产品整体性好，无接缝，层间剪切强度高，树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好；树脂含量高，抗腐蚀、耐渗漏性好；可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗；可减少飞边，裁布屑及剩余胶液的消耗；产品尺寸、形状不受限制。产品尺寸、形状不受限制。 缺缺 点：点：树脂含量高，制品强度低；树脂含量高，制品强度低；产品只能做到单面光滑；产品只能做到单面光滑；污染环境，有害工人健康。污染环境，有害工人健康。 典型产品：典型产品：适用于制造船体、浴盆、汽适用于制
36、造船体、浴盆、汽车壳体、容器、板材等大型部件。车壳体、容器、板材等大型部件。树脂传递成型示意图树脂传递成型示意图RTMRTM它是一种它是一种闭模闭模成型成型的工艺方法。的工艺方法。基本工艺过程基本工艺过程：将液态热固性树脂（通常为不饱和聚：将液态热固性树脂（通常为不饱和聚酯）及固化剂，由计量设备分别从储桶内抽出，经静酯）及固化剂，由计量设备分别从储桶内抽出，经静态混合器混合均匀。注入事先铺有玻璃纤维增强材料态混合器混合均匀。注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模内，经固化、脱模后加工而制成制品。的密封模内，经固化、脱模后加工而制成制品。 三、树脂传递成型（三、树脂传递成型（Resin Trans
37、fer Molding ，RTM）优优 点点 ：可以制造两面光的制品，尺寸稳定，容易可以制造两面光的制品，尺寸稳定，容易组合；组合；成型效率高，适合于中等规模的玻璃钢产成型效率高，适合于中等规模的玻璃钢产品生产（品生产（20000件件/年以内）；年以内）；RTM为闭模操作，不污染环境，不损害工为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；人健康；增强材料可以任意方向铺放，容易实现按增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况铺放增强材料；制品受力状况铺放增强材料；原材料及能源消耗少；原材料及能源消耗少；建厂投资少，上马快。建厂投资少，上马快。 不易制作较小产品；不易制作较小产品； 因要承压，故模
38、具较手糊与喷射工艺用模因要承压，故模具较手糊与喷射工艺用模具要重和复杂，价位也高一些；具要重和复杂，价位也高一些； 有未被浸渍的材料，导致边角料浪费；有未被浸渍的材料，导致边角料浪费； 工艺难度大，注胶周期长，注胶质量不宜工艺难度大，注胶周期长，注胶质量不宜控制。控制。典型产品典型产品 汽车壳体及部件、娱乐车构件、螺旋浆、汽车壳体及部件、娱乐车构件、螺旋浆、8.5m长的风力发电机叶片、天线罩、机器罩、长的风力发电机叶片、天线罩、机器罩、浴盆、沐浴间、游泳池板、座椅、水箱、电浴盆、沐浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话亭、电线杆、小型游艇。话亭、电线杆、小型游艇。缺缺 点点四、树脂膜熔浸成型（四、树
39、脂膜熔浸成型（RFI-Resin Film Infusion) ) 树脂膜熔浸成型树脂膜熔浸成型是将树脂膜熔浸与纤维预是将树脂膜熔浸与纤维预制体相结合的一种树脂浸渍技术。制体相结合的一种树脂浸渍技术。树脂膜熔浸树脂膜熔浸成型示意图成型示意图RFI成型过程：成型过程：将树脂制将树脂制成树脂膜或稠状树脂块，成树脂膜或稠状树脂块，放于模具底部，其上层放于模具底部，其上层覆以纤维预制体，将模覆以纤维预制体，将模腔封装，加热并在一定腔封装，加热并在一定的压力或真空下，树脂的压力或真空下，树脂熔融软化并熔融软化并由下向上由下向上爬爬升升, 浸渍预成型体，然后浸渍预成型体，然后固化成型。固化成型。优点优点
40、1 1）空隙率低，可精确获得高的纤维含量；）空隙率低，可精确获得高的纤维含量； 2 2）铺层清洁，有利于健康和安全（似预浸）；）铺层清洁，有利于健康和安全（似预浸）； 3 3）可较预浸法成本低。）可较预浸法成本低。缺点缺点 1 1）目前仅用于宇航工业，还未推广；）目前仅用于宇航工业，还未推广； 2 2）模具要求能经受树脂膜片的工艺温度（低）模具要求能经受树脂膜片的工艺温度（低温固化即需温固化即需60-100C60-100C）；）； 3 3）要求所用芯材能经受工艺温度和压力）要求所用芯材能经受工艺温度和压力. .典型产品典型产品 飞机雷达罩、舰艇声纳整流罩。播音飞机雷达罩、舰艇声纳整流罩。播音-
41、 -麦道公麦道公司用此技术制造了一个长司用此技术制造了一个长12.1912.19米、宽米、宽2.442.44米的大米的大型机翼部件。适合大尺寸复合材料的制造。型机翼部件。适合大尺寸复合材料的制造。 RFIRFI与与RTMRTM的比较的比较vRTM可在无压力下固化成型，而可在无压力下固化成型，而RFI通常需要通常需要自下而上的压力环境。自下而上的压力环境。vRFI技术无需技术无需RTM工艺的专业设备，模具也较工艺的专业设备，模具也较RTM简单。简单。vRFI的树脂流动方向为纵向，相对于的树脂流动方向为纵向，相对于RTM（横（横向流动），缩短了树脂流动浸渍纤维的路径，向流动），缩短了树脂流动浸渍纤
42、维的路径，使纤维更容易被树脂浸润。使纤维更容易被树脂浸润。vRFI工艺不要求树脂粘度足够低，可以是高粘度工艺不要求树脂粘度足够低，可以是高粘度甚至是粉末固体树脂，只要在一定温度下能流甚至是粉末固体树脂，只要在一定温度下能流动浸润纤维即可。动浸润纤维即可。vRTM、RFI无需预浸料，缩短了工艺流程，降无需预浸料，缩短了工艺流程，降低了成本。低了成本。RFIRFI与与RTMRTM两种工艺被认为是综合性两种工艺被认为是综合性能最优，有可能摆脱复合材料高成能最优，有可能摆脱复合材料高成本的办法。本的办法。五、真空袋成型（五、真空袋成型（Vacuum bag process)真空袋成型工艺示意图真空袋成
43、型工艺示意图真空袋成型真空袋成型是手糊法与喷射法的延伸。将手糊或喷射好是手糊法与喷射法的延伸。将手糊或喷射好的积层树脂与模具放在一的积层树脂与模具放在一 起，在积层上覆以橡胶袋，起，在积层上覆以橡胶袋，周边密封，再用真空泵抽真空，积层从而受到不大于周边密封，再用真空泵抽真空，积层从而受到不大于1个气压的压力，而被压实、成型。个气压的压力，而被压实、成型。优优 点点1）采用普通的湿法铺层技术，可获得高纤采用普通的湿法铺层技术，可获得高纤维含量的制品；维含量的制品；2 2）可制造大尺寸产品；）可制造大尺寸产品；3 3）产品两面光；适合）产品两面光；适合1.5mm1.5mm以下复合板材。以下复合板材
44、。4 4）由于压力，树脂流经结构纤维，纤维得）由于压力，树脂流经结构纤维，纤维得以较好地浸渍树脂；以较好地浸渍树脂；5 5）有利于操作人员健康和安全；真空袋减）有利于操作人员健康和安全；真空袋减少了固化时逸出的挥发性物质。少了固化时逸出的挥发性物质。缺点缺点1）额外的工艺过程增加了劳动力和袋材成本；）额外的工艺过程增加了劳动力和袋材成本；2）要求操作人员有较高的技术熟练水平，树）要求操作人员有较高的技术熟练水平，树脂混合和含量控制基本上仍然取决于操作人脂混合和含量控制基本上仍然取决于操作人员的技术；员的技术；3）生产效率不高。）生产效率不高。典型产品典型产品 艇、赛车、芯材粘结、飞机鼻锥雷达罩
45、、艇、赛车、芯材粘结、飞机鼻锥雷达罩、机翼、方向舵机翼、方向舵六、模压成型工艺六、模压成型工艺 （Compress Molding） 模压成型工艺是模压成型工艺是复合材料生产中最古老而又富复合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的预混有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成型的方法型的方法。加热加压的作用加热加压的作用 使模压料塑化、流动，使模压料塑化、流动，充满空腔，并使树脂发生固充满空腔，并使树脂发生固化反应。化反应。 主要优点：主要优点：生产效率高，便于实现专业化和自动化生
46、生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；产；产品尺寸精度高，重复性好；产品尺寸精度高，重复性好；表面光洁，无需二次修饰；表面光洁，无需二次修饰；能一次成型结构复杂的制品；能一次成型结构复杂的制品；因为批量生产，价格相对低廉。因为批量生产，价格相对低廉。模压成型的模压成型的不足之处在不足之处在于模具制造复杂，于模具制造复杂，投资较大投资较大 。难点难点在于它的模具结构形式的选择，模具在于它的模具结构形式的选择，模具各模块协调配合以及零件的脱模取出技巧，各模块协调配合以及零件的脱模取出技巧，因为纤维复合材料的层间剪切强度较低，因为纤维复合材料的层间剪切强度较低，易于分层。易于分层。一般只适于制备中
47、、小型玻璃钢制品。一般只适于制备中、小型玻璃钢制品。七、纤维缠绕成型七、纤维缠绕成型(Fibre Winding)纤维缠绕成型纤维缠绕成型是将浸渍了树脂胶液的纤维，是将浸渍了树脂胶液的纤维，在一定张力下按照一定规律缠绕到芯模上，在一定张力下按照一定规律缠绕到芯模上，然后在加热或常温下固化成型。然后在加热或常温下固化成型。决定产品形状的模具决定产品形状的模具纤维缠绕成型工艺示意图纤维缠绕成型工艺示意图绕线筒绕线筒张力控制器张力控制器预浸槽预浸槽小车小车吐丝嘴吐丝嘴芯模芯模优点优点:1)因纤维以合理的线形铺设，承担负荷，因纤维以合理的线形铺设，承担负荷，复合材料制品的结构特性非常高；复合材料制品的
48、结构特性非常高；2)可制得耐腐蚀、耐压、耐热的两端封可制得耐腐蚀、耐压、耐热的两端封闭制品；闭制品；3)可大批量生产和自动化可大批量生产和自动化; 4)铺放材料快、经济、可用无捻粗纱，铺放材料快、经济、可用无捻粗纱，材料费用低；材料费用低；5)机械成型，复合材料材质及方向性均机械成型，复合材料材质及方向性均匀，质量稳定。匀，质量稳定。缺点缺点1)制品形状限于圆柱形或其它回转体；制品形状限于圆柱形或其它回转体；2)纤维不易沿制品长度方向精确排列；纤维不易沿制品长度方向精确排列；3)对于大型制品，芯模成本高；对于大型制品，芯模成本高；4)成品外表不是成品外表不是“模制模制”的，不尽人意；的，不尽人
49、意；典型产品典型产品管道、贮罐、气瓶（消防呼吸气瓶、压缩管道、贮罐、气瓶（消防呼吸气瓶、压缩天然气瓶等）、固体火箭发动机壳体。天然气瓶等）、固体火箭发动机壳体。八、反应注射成型八、反应注射成型 (Reaction Injection Molding ，RIM ）反应注射成型反应注射成型是集聚合与加工于一体的是集聚合与加工于一体的聚合物加工方法。聚合物加工方法。其基本原理是将两种或两种以上的组分其基本原理是将两种或两种以上的组分在混合区压力（在混合区压力（0.5MPa）混合后，即在）混合后，即在压力（压力（0.5-1.5MPa）下注射到闭模中，）下注射到闭模中，迅速发生聚合反应固化成型。迅速发生
50、聚合反应固化成型。与热塑性塑料注射成型的区别在于成型与热塑性塑料注射成型的区别在于成型过程中同时发生化学反应。过程中同时发生化学反应。反应注射成型工艺示意图反应注射成型工艺示意图增强反应注射成型技术增强反应注射成型技术（Reinforced Reaction Injection Molding, RRIM）是利用是利用高压冲击高压冲击来混合两种单体物料及短来混合两种单体物料及短纤维增强材料，并将其注射到模腔内，经纤维增强材料，并将其注射到模腔内，经快速固化反应形成制品的一种成型方法。快速固化反应形成制品的一种成型方法。RRIM的原材料分树脂体系和增强材料两类的原材料分树脂体系和增强材料两类 (
