復合材料成型工藝及特點

1、第五章 復合材料成型工藝與特點5.1 手糊、噴射成型技術(shù)與特點5.1.1 手糊成型技術(shù)與特點1) 手糊成型原理手糊成型工藝是樹脂基復合材料生產(chǎn)中最早使用和應用普遍的一種成型方法，它是指將纖維浸漬樹脂后手工地鋪層在模具上，黏結(jié)在一起然后固化的成型工藝。手糊成型技術(shù)很少受制品形狀及大小的限制，模具費用低，對于那些品種多、生產(chǎn)量小的大型制品，手糊成型技術(shù)是非常適合的。2) 手糊成型工藝的原材料手糊成型工藝所用的原材料包括：增強材料、樹脂和輔助材料。（1）增強材料手糊成型對增強材料的要求：增強材料易于被樹脂浸透；有足夠的形變性，能滿足制品復雜形狀的成型要求；氣泡容易扣除；能夠滿足制品使用條件的物理和化

2、學性能要求；價格合理（盡可能便宜），來源豐富。用于接觸成型的增強材料有玻璃纖維及其織物，碳纖維及其織物，芳綸纖維及其織物等。其中常用的玻璃纖維增強材料有以下幾種：無捻粗紗、無捻粗紗布、加捻布、短切玻璃纖維氈、玻璃纖維織物。（2）基體材料手糊成型工藝對基體材料的要求：在手糊條件下易浸透纖維增強材料，易排除氣泡，與纖維粘接力強；在室溫條件下能凝膠，固化，而且要求收縮小，揮發(fā)物少；粘度適宜：一般為0.20.5Pa·s，不能產(chǎn)生流膠現(xiàn)象；無毒或低毒；價格合理，來源有保證。 在手糊成型技術(shù)中，最常用的是不飽和聚酯樹脂，其次是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和呋喃樹脂，乙烯基樹脂等也有少數(shù)應用。（3）輔助材料

3、接觸成型工藝中的輔助材料，主要是指填料和色料兩類，而固化劑、稀釋劑、增韌劑等，歸屬于樹脂基體體系。3)模具及脫模劑（1）模具模具是各種接觸成型工藝中的主要設(shè)備。模具的好壞，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，必須精心設(shè)計制造。設(shè)計模具時，必須綜合考慮以下要求：滿足產(chǎn)品設(shè)計的精度要求，模具尺寸精確、表面光滑；要有足夠的強度和剛度；脫模方便；有足夠的熱穩(wěn)定性；重量輕、材料來源充分及造價低。模具材料應滿足以下要求：能夠滿足制品的尺寸精度，外觀質(zhì)量及使用壽命要求；模具材料要有足夠的強度和剛度，保證模具在使用過程中不易變形和損壞；不受樹脂侵蝕，不影響樹脂固化；耐熱性好，制品固化和加熱固化時，模具不變形；容易制造，

4、容易脫模；晝減輕模具重量，方便生產(chǎn)；價格便宜，材料容易獲得。能用作手糊成型模具的材料有：木材，金屬，石膏，水泥，低熔點金屬，硬質(zhì)泡沫塑料及玻璃鋼等。脫模劑基本要求：不腐蝕模具，不影響樹脂固化，對樹脂粘接力小于0.01MPa；成膜時間短，厚度均勻，表面光滑；使用安全，無毒害作用；耐熱、能以受加熱固化的溫度作用；操作方便，價格便宜。 手糊成型工藝的脫模劑主要有薄膜型脫模劑、液體脫模劑和油膏、蠟類脫模劑。4)手糊成型的工藝流程（1）生產(chǎn)準備場地：手糊成型工作場地的大小，要根據(jù)產(chǎn)品大小和日產(chǎn)量決定，場地要求清潔、干燥、通風良好，空氣溫度應保持在1535之間，后加工整修段，要設(shè)有抽風除塵和噴水裝置。模具

5、準備：準備工作包括清理、組裝及涂脫模劑等。樹脂膠液配制：配制時，要注意兩個問題：防止膠液中混入氣泡；配膠量不能過多，每次配量要保證在樹脂凝膠前用完。增強材料準備：增強材料的種類和規(guī)格按設(shè)計要求選擇。（2）糊制與固化鋪層糊制：手工鋪層糊制分濕法和干法兩種：干法鋪層 用預浸布為原料，先將預學好料（布）按樣板裁剪成壞料，鋪層時加熱軟化，然后再一層一層地緊貼在模具上，并注意排除層間氣泡，使密實。此法多用于熱壓罐和袋壓成型。濕法鋪層 直接在模具上將增強材料浸膠，一層一層地緊貼在模具上，扣除氣泡，使之密實。一般手糊工藝多用此法鋪層。濕法鋪層又分為膠衣層糊制和結(jié)構(gòu)層糊制。固化：制品固化分硬化和熟化兩個階段：

6、從凝膠到三角化一般要24h，此時固化度達50%70%（巴柯爾硬性度為15），可以脫模，脫后在自然環(huán)境條件下固化12周才能使制品具有力學強度，稱熟化，其固化度達85%以上。加熱可促進熟化過程，對聚酯玻璃鋼，80加熱3h，對環(huán)氧玻璃鋼，后固化溫度可控制在150以內(nèi)。加熱固化方法很多，中小型制品可在固化爐內(nèi)加熱固化，大型制品可采用模內(nèi)加熱或紅外線加熱。（3）脫模和修整脫模：脫模要保證制品不受損傷。脫模方法有如下幾種：頂出脫模 在模具上預埋頂出裝置，脫模時轉(zhuǎn)動螺桿，將制品頂出。壓力脫模 模具上留有壓縮空氣或水入口，脫模時將壓縮空氣或水（0.2MPa）壓入模具和制品之間，同時用木錘和橡膠錘敲打，使制品和

7、模具分離。大型制品（如船）脫模 可借助千斤頂、吊車和硬木楔等工具。復雜制品可采用手工脫模方法 先在模具上糊制二三層玻璃鋼，待其固化后從模具上剝離，然后再放在模具上繼續(xù)糊制到設(shè)計厚度，固化后很容易從模具上脫下來。修整：修整分兩種：一種是尺寸修整，另一種缺陷修補。尺寸修整 成型后的制品，按設(shè)計尺寸切去超出多余部分；缺陷修補 包括穿孔修補，氣泡、裂縫修補，破孔補強等。5)手糊成型工藝的優(yōu)缺點手糊成型工藝有以下優(yōu)點：（1）不需要復雜的設(shè)備，只需要簡單的模具、工具，固定投資少、見效快，比較適合我國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展；（2）生產(chǎn)技術(shù)易掌握，只需要經(jīng)過短期的培訓即可進行生產(chǎn)；（3）所制作的復合材料產(chǎn)品不受尺寸、

8、形狀限制，如大型游船、圓屋頂、水槽等均可；（4）可與其他材料（如金屬、木材、泡沫等）同時復合成一體；（5）對一些不宜運輸?shù)拇笮椭破罚ㄈ绱蠊?、大型屋面）均可現(xiàn)場制作。但是手糊成型也存在許多缺點：（1）生產(chǎn)效率低、速度慢、生產(chǎn)周期長，對于批量大的產(chǎn)品不太適合：（2）產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，由于操作人員的技能水平不同及制作環(huán)境條件的影響，產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性較差；（3）生產(chǎn)環(huán)境差，氣味大，加工時粉塵多，故需從勞動保護上加以解決。6)手糊成型的應用由于手糊工藝設(shè)計自由，因此可根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求設(shè)計出理想的外觀、造型及多種多樣的復合材料制品。手糊成型工藝制作的復合材料產(chǎn)品的用途比較廣泛，主要有以下幾個方面：(1)

9、 建筑制品 波形瓦、采光罩、風機、浴盆、組合式衛(wèi)生間、冷卻塔、活動房屋、玻璃鋼大棚等。(2) 造船業(yè) 漁船、游船、游艇、交通艇、救生艇，燈塔、水中浮標、養(yǎng)殖船等。(3) 機械電器設(shè)備 機器罩、配電箱、醫(yī)療器械外罩、電池箱、開關(guān)盒等。(4) 體育游樂設(shè)備 賽艇、舢板、滑板、各種球桿、人造攀巖墻、冰車、風帆車、海底游樂設(shè)備等。5.1.2 噴射成型技術(shù)與特點噴射成型是利用噴槍將玻璃纖維及樹脂同時噴到模具上而制得復合材料的工藝方法。具體作法是，加了引發(fā)劑的樹脂和加了促進劑的樹脂分別由噴槍上的兩個噴嘴噴出。同時切割器將連續(xù)玻璃纖維切割成短切纖維，由噴槍的第三個噴嘴均勻地噴到模具表面上，用小輥壓實，經(jīng)固化

10、而成制品。噴射成型也稱半機械化手糊法。在國外，噴射成型的發(fā)展方向是代替手糊。噴射成型的優(yōu)點是:利用粗紗代替玻璃布，可降低材料費用;半機械操作，生產(chǎn)效率比手糊法高24倍，尤其對大型制品，這種優(yōu)點更為突出。噴射成型無搭縫，制品整體性好;減少飛邊、裁屑和膠液剩余損耗。噴射成型的缺點是樹脂含量高;制品強度低;現(xiàn)場粉塵大;工作環(huán)境差。噴射成型機按噴射方式分類，可分為:(1)高壓型:用泵把樹脂送入噴槍，借泵壓進行噴射;用空壓機將樹脂罐和固化劑罐加壓，在該壓力下，將樹脂和固化劑壓入噴槍進行噴射。(2)氣動型:樹脂、固化劑或它們的混合物借壓縮空氣噴出的力與空氣霧化、噴出。按混合形式分類，可分為:(1內(nèi)部混合型

11、:在噴槍內(nèi)部混入引發(fā)劑后進行噴射。(2)外部混合型:分別含有促進劑和引發(fā)劑的樹脂由噴槍噴出呈霧狀相互混合，有單獨噴射引發(fā)劑和噴射含引發(fā)劑樹脂的兩種類型。(3)已混合型:事先調(diào)配好含促進劑和引發(fā)劑的樹脂，由噴槍噴出。1）噴射成型工藝在噴射成型開始以前，應該先檢查樹脂的凝膠時間，測定方法是將少量的樹脂噴入小罐中，測定其凝膠時間;還必須檢查樹脂對玻璃纖維的比例，一般樹脂對玻璃纖維的比例在2.5比1到3.5比1之間。待膠衣樹脂凝膠后發(fā)軟而不粘手)，就可以開始噴射成型操作。如果沒有膠衣樹脂，應先在模具上噴一層樹脂。然后開動切割器，開始噴射樹脂和纖維的混合物。第一層應該噴射得薄一些(約1mm厚)，并且仔細

12、滾壓，首先用短的馬海毛滾，然后用螺旋滾.以確保樹脂和固化劑混合均勻以及玻璃纖維被完全浸潤。仔細操作，確保在這一層中沒有氣泡，而且這一層必須完全潤濕膠衣樹脂，待這一層凝膠后再噴下一層。接下來的每一層約噴射2mm厚，如果太厚，則氣泡難以除去，制品質(zhì)量不能保證。每噴射一層都要仔細滾壓除去氣泡。如此重復，直至達到設(shè)計厚度。要獲得較高強度的制品，則必須與粗紗布并用，在使用粗紗布時，應先在模具上噴射足夠量的樹脂，再鋪上粗紗布，仔細滾壓，這樣有利于除去氣泡。對大多數(shù)噴射設(shè)備，其噴射速率一般是2-10kg /min。與手糊成型一樣，最后一層可以使用表面氈，再涂上外涂層。固化、修整、后固化及脫模等工序與手糊成型

13、法相同。2）噴射成型常見的缺陷分析（1）浸漬不良產(chǎn)生的原因及對策:若因樹脂含量低所致，則可適當增加樹脂含量。若因樹脂黏度過大所致，則應調(diào)節(jié)樹脂黏度。若因樹脂的觸變度不夠而造成樹脂流失所致，則應選擇有適宜觸變度的樹脂，或加觸變劑。若因粗紗質(zhì)量不好，不易被樹脂浸透所致，則應更換粗紗。因固化時間過短，在噴射操作中就凝膠，應調(diào)節(jié)樹脂的凝膠時間，如減少促進劑量，加人阻聚劑，調(diào)節(jié)環(huán)境溫度。（2）脫落產(chǎn)生的原因及對策:若因樹脂含量多所致，則應減少樹脂噴出量。若因樹脂的黏度、觸變度低所致，則應提高樹脂的黏度和觸變度。若因噴槍與成型模面距離小所致，則應控制噴射的距離和方向。若因粗紗的切割長度不合適所致.則應按制

14、品的大小和形狀，改變纖維的切割長度。（3）固化不足及固化不均產(chǎn)生的原因及對策:若因各噴嘴的噴吐量不穩(wěn)定，而造成配比失調(diào)，則要確定各噴嘴的噴吐量，必要時作相應的調(diào)整。若因噴出的樹脂不能形成適當?shù)撵F狀，則應調(diào)整霧化，使樹脂呈霧狀。若因樹脂和短切粗紗噴射形狀不一致，則模面與噴槍之間的距離及方向要保持適當。若由于噴槍型號的原因，初始時噴出的固化劑量不足，則可用空吹法調(diào)節(jié)固化劑達到一定噴出量后，再噴出樹脂和纖維。若因空壓機內(nèi)混入冷凝水，則將空壓機內(nèi)的冷凝水排放掉，并定期排放。（4）粗紗切割不良產(chǎn)生的原因及對策:若因切割刀片磨損所致，則應更換，一般應按刀片的材質(zhì).在使用一定時間后主動更換。若是支持輥磨損所

15、致，則應視磨損程度及時更換。若因粗紗根數(shù)太多所致，則應減少粗紗根數(shù)，通常以切割2根粗紗為宜。若因切割器的空氣壓低所致，則應提高空氣壓，增大空壓機容量。（5）空洞、氣泡產(chǎn)生的原因及對策;若是脫泡不充分所致，則應按操作規(guī)范仔細操作。若是樹脂浸漬不良所致，則應加些消泡劑，再次檢查樹脂和纖維的質(zhì)量。若脫泡程度難以判斷，可將模具做成黑色，以便觀察脫泡和浸漬情況。若是在凝膠前就送入高溫的后固化爐所致，則應該在室溫下固化后再送入爐內(nèi)固化。（6）厚度不勻產(chǎn)生的原因及對策：由于未掌握好噴射操作所致，則應通過訓練以提高熟練程度。由于脫泡操作不熟練所致，則應選用合適的脫泡工具，熟練掌握脫泡操作。若因纖維的切割性不好

16、所致，則應調(diào)整或更換切割器。若因纖維的分散性不好所致，則應檢查粗紗的質(zhì)量。（7）白化及龜裂。產(chǎn)生的原因及對策:由于樹脂的反應活性高，在短時間內(nèi)固化，固化時發(fā)熱量大，而引起樹脂和纖維的界面剝離。則應選擇反應活性適宜的樹脂，檢查引發(fā)劑和促進劑的種類和用量以及固化條件。由丁纖維表面附有妨礙樹脂浸潤的物質(zhì)(如水、油、潤滑脂等)所致，則應作適當處理，平時要注意粗紗的保管和使用。若因一次噴射太厚所致，則可采用分次噴射，邊控制固化發(fā)熱量邊噴射。若是噴槍中各噴嘴的噴出量不勻所致，.則應調(diào)整樹脂的噴出量。若是樹脂中混有水所致，則應改善樹脂的保管、操作方法、使用條件，空壓機的冷凝水管要經(jīng)常放水。5.2 樹脂傳遞模

17、塑成型技術(shù)與特點隨著復合材料應用領(lǐng)域的不斷拓寬，復合材料工業(yè)得到迅速發(fā)展，成型技術(shù)日益完善，新的成型方法不斷涌現(xiàn)。目前樹脂基復合材料的成型技術(shù)主要有手糊成型、噴射成型、樹脂傳遞模塑成型（Resin Transfer Molding，RTM）、模壓成型、注射成型、結(jié)構(gòu)反應注射成型(SRIM)、真空袋成型、壓力袋成型、高壓釜成型、纖維纏繞法、拉擠成型法以及其它成型方法12。早期，復合材料部件的生產(chǎn)多采用手糊工藝，但手糊制品質(zhì)量穩(wěn)定性差，勞動強度大，不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。后來發(fā)展起來的噴射法，生產(chǎn)質(zhì)量和效率有所提高，應用于較大、簡單形狀部件的生產(chǎn)。20世紀60年代SMC和BMC工藝的出現(xiàn)，為工業(yè)

18、化生產(chǎn)大型部件提供了可行性。在隨后的20年里，SMC和BMC技術(shù)迅速發(fā)展成熟，并得到了廣泛應用34。20世紀80年代，由于市場需要的多樣性，以RTM工藝為代表的先進液體模塑技術(shù)迅速發(fā)展。這類技術(shù)屬于高性能低成本制造技術(shù)，工藝方法靈活，能夠一次成型帶有夾芯、加筋、預埋的大型結(jié)構(gòu)件，比其它任何工藝更具有競爭力5。5.2.1 RTM樹脂基體及增強材料5.2.1.1 RTM樹脂基體的要求RTM成型制品質(zhì)量好壞,性能高低及工藝上的可操作性如何與RTM所選樹脂有密切關(guān)系。因此，研究RTM適用的樹脂基體便顯得尤為重要。RTM用樹脂體系應滿足：1）粘度低，浸潤性好，便于樹脂在模腔內(nèi)順利均勻地通過并浸漬纖維；2

19、）固化放熱峰低，以100180為宜；3）活性高，凝膠時間和固化時間短，但在注射時又要有較長的適用期；4）樹脂系統(tǒng)不含溶劑，固化時無低分子物析出，同時又適宜增加填料，尤其是樹脂消泡性要好；5）收縮率低，以保證制品尺寸準確，且所需的樹脂應為預促進型。RTM使用的高性能樹脂基體包括：不飽和聚酯樹脂，乙烯基酯樹脂，環(huán)氧樹酯，雙馬來酰亞胺樹脂，熱塑性樹脂。目前主要為環(huán)氧樹脂。5.2.1.2 RTM增強材料的要求在RTM工藝中，對增強材料的限制很小。玻璃纖維(包括E和S玻璃纖維)、芳綸纖維和碳纖維都可以使用。根據(jù)不同的要求，天然纖維和一些有機纖維，如聚醋纖維，也可在RTM中使用。有時也使用金屬作結(jié)構(gòu)的局部

20、增強。在這種情況下應考慮使用環(huán)境條件對所選擇的金屬的腐蝕和采用相應防護措施。增強體預制件可根據(jù)應用采用不同的工藝制備。RTM成型對增強材料的要求是：1）增強材料的分布應符合制品結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，要注意方向性；2） 增強材料鋪好后其位置和狀態(tài)應固定，不動不應因合模和注射樹脂而動；3）對樹脂的浸潤性要好；4）利于樹脂的流動并能經(jīng)受樹脂的沖擊。5.2.2 RTM成型工藝5.2.2.1 RTM成型工藝的原理復合材料樹脂傳遞模塑（Resin Transfer Molding，RTM）法是從濕法鋪層和注塑工藝中演變而來的一種新的復合材料成型工藝6。所謂樹脂傳遞模塑，一般是指在閉合模腔中預先鋪覆好按性能和結(jié)構(gòu)

21、要求設(shè)計好的增強材料預成型體(包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件)，夾緊后，從置于適當位置的注入孔在一定溫度及壓力下將配好的樹脂注入模具中，在室溫或升溫條件使之與增強材料一起固化，最后啟模、脫模而得到成型制品。圖1為RTM成型工藝示意圖。圖1 RTM成型工藝示意圖RTM工藝通常包括以下四個步驟：一、從卷材上裁剪增強材料并鋪疊在一起；二、使增強材料具有一定的形狀、按照制品的形狀修剪預成型體；三、充模(包括預成型體的鋪放，樹脂的注射以及固化)；四、脫模及加工。5.2.2.2 RTM成型工藝的優(yōu)勢與手糊成型、噴射成型、纏繞成型、模壓成型等傳統(tǒng)工藝的纖維/樹脂浸潤過程相比，RTM成型工藝的優(yōu)勢主要表

22、現(xiàn)在：1）RTM工藝分增強材料預成型體加工和樹脂注射固化兩個步驟，具有高度靈活性和組合性7；2）采用了與制品形狀相近的增強材料預成型技術(shù)，纖維樹脂的浸潤一經(jīng)完成即可固化，因此可用低粘度快速固化的樹脂，并可對模具加熱而進一步提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；3）增強材料預成型體可以是短切氈、連續(xù)纖維氈、纖維布、無皺折織物、三維針織物以及三維編織物，并可根據(jù)性能要求進行選擇向增強、局部增強、混雜增強以及采用預埋和夾芯結(jié)構(gòu)，可充分發(fā)揮復合材料性能的可設(shè)計性89；4）封閉模樹脂注入方式可極大減少樹脂有害成分對人體和環(huán)境的毒害；5）RTM一般采用低壓注射技術(shù)(注射壓力<4kg/cm2)，有利于制備大尺寸、外

23、形復雜、兩面光潔的整體結(jié)構(gòu)，及不需后處理制品10；6）加工中僅需用樹脂進行冷卻；7）模具可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的要求選擇不同的材料，以降低成本。5.2.2.3 RTM成型工藝存在的不足目前，RTM成型工藝其自身還存在一些問題，主要表現(xiàn)在11：1）樹脂對纖維的浸漬不夠理想，制品里存在空隙率較高，干纖維的現(xiàn)象；2）制品的纖維含量較低，一般為50%；3）大面積、結(jié)構(gòu)復雜的模具型腔內(nèi)，模塑過程中樹脂的流動不均衡，不能進行預測和控制，對于制造大尺寸復合材料來說，模具成本高,脫模困難等。5.2.3 RTM成型工藝改進RTM已經(jīng)成為一種主要的復合材料低成本制造工藝，近些年獲得了很大的發(fā)展。針對傳統(tǒng)RTM工藝制件纖維

24、體積含量低、不能整體成型復雜構(gòu)件等不足，衍生出很多新的RTM工藝，主要有柔性輔助RTM、真空輔助RTM、SCRIMP成型技術(shù)、共注射RTM技術(shù)等。5.2.3.1 柔性輔助RTM此工藝主要用來制造空心結(jié)構(gòu)，通過柔性模對預成型體的壓實作用，制件的纖維體積含量較傳統(tǒng)RTM工藝得到了提高；由于構(gòu)件套合在柔性模上，脫模更為容易12。此工藝的原理為：在柔性模上鋪放好干態(tài)的預成型體，置入剛性的陰模中，把樹脂注入模腔中并控制柔性模膨脹(或先使柔性模膨脹，然后注射樹脂)，固化成型，脫模。為了控制柔性模的膨脹，可采取加熱柔性?；蛳蛎荛]的柔性模中充氣的方法。前者可稱為熱膨脹軟模輔助RTM工藝，后者為氣囊輔助RTM工

25、藝13。(1) 熱膨脹軟模輔助RTM工藝將預成型體鋪放在聚氨酯泡沫、硅橡膠等軟質(zhì)材料上，然后將其置入剛性陰模內(nèi)，利用軟模材料與陰模材料熱膨脹系數(shù)的差異，在模具加熱過程中，軟模受熱膨脹，對預成型體起到擠壓作用，從而提高構(gòu)件的致密性。該工藝由于能夠以較低成本整體成型大尺寸復雜結(jié)構(gòu)的復合材料構(gòu)件，因此受到人們的關(guān)注。如Bender等14利用熱膨脹軟模輔助RTM工藝成功成型了內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜的復合材料艙段構(gòu)件。通過靜載性能研究表明，艙段整體力學性能優(yōu)異，可滿足航天主承力結(jié)構(gòu)件的使用要求。國內(nèi)學者采用熱膨脹成型工藝，一次性固化成型制成復合材料背架構(gòu)件。其工藝過程為先在鋼質(zhì)陰模內(nèi)鋪放預浸料，然后在模腔內(nèi)放置膨

26、脹芯模，模具組裝后進行加熱固化。鞠金山1617利用軟模成型技術(shù)制備了高精度天線測量桿，芯模采用熱膨脹硅橡膠，將碳纖維單向布鋪貼于熱膨脹芯模上進行加熱加壓成型，最終成型制品為規(guī)則桿狀構(gòu)件。(2) 氣囊輔助RTM工藝氣囊輔助RTM工藝是將預成型體鋪放在密封的氣囊上，置入模腔內(nèi)，通過氣囊充壓壓實預成型體，使預成型體貼附在模腔內(nèi)表面賦形。氣囊輔助RTM工藝預成型體鋪放方便快捷，氣囊壓力容易控制，對預成型體壓實效果顯著。國外在該方面有較多的研究工作。ULehmann等18利用氣囊輔助RTM工藝成型了某個空心構(gòu)件，圖2為其原理圖。由圖可見，預成型體的外形與最終構(gòu)件的外形并不一樣，預成型體鋪放在氣囊上，置入

27、模腔后即充壓使得預成型體貼附在模腔內(nèi)壁上，空心構(gòu)件的外形是靠模腔的內(nèi)壁形狀保證的。圖2 氣囊輔助RTM工藝制造空心結(jié)構(gòu)原理圖5.2.3.2 真空輔助RTM(1) 真空輔助RTM工藝原理圖3 真空輔助模塑工藝工作原理真空輔助RTM（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding）其基本方法是使用敞開模具成型制品19。這里所說的敞開模具是相對傳統(tǒng)的RTM的雙層硬質(zhì)閉合模具而言的,VARTM模具只有一層硬質(zhì)模板，纖維增強材料按規(guī)定的尺寸及厚度鋪放在模板上，用真空袋包覆，并密封四周，真空袋采用尼龍或硅樹脂制成。注射口設(shè)在模具的一端，而出口則設(shè)在另一端，注射口與RTM噴槍相

28、連，出口與真空泵相連。當模具密封完好，確認無空氣泄漏后，開動真空泵抽真空。達到一定真空度后，開始注入樹脂，固化成型。(2) 真空輔助模塑工藝特點與RTM相比,VARTM的優(yōu)點有：(1)模腔內(nèi)抽真空使壓力減小，增加了使用更輕型模具的可能性，從而使模具的使用壽命更長、可設(shè)計性更好；(2)真空袋材料取代了在RTM中的需相配對的金屬模具；(3)真空也可提高玻璃纖維與樹脂的比率，使玻璃纖維的含量更高，增加制品的強度20；(4)無論增強材料是編織的還是非編織的，無論樹脂類型及粘度如何，VARTM都能大大改善模塑過程中纖維的浸潤性，使樹脂和纖維的結(jié)合界面更完美,提高制品的質(zhì)量；(5)用VARTM工藝可使直徑

29、38.11 mm的致密預成型坯的纖維體積含量為16%68%,累計孔隙率為1.7%，而普通的預浸料的孔隙率為5 %7%21。雖然VARTM工藝以上的優(yōu)點可提高制品的成品率和力學性能，但是VARTM的缺點是：與高壓成型相比，纖維含量低。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和國內(nèi)外各科研單位和生產(chǎn)廠家對真空輔助RTM工藝的重視程度及認識程度不斷加深，近十幾年來，國內(nèi)外許多學者對真空輔助RTM成型工藝中缺陷的形成及消除進行了深入細致的研究。5.2.3.3 SCRIMP成型技術(shù)SCRIMP（Seeman Composites Resin Infusion Molding Process）是一種比較新穎的復合材料成型工藝，

30、以既經(jīng)濟又安全的方法生產(chǎn)高品質(zhì)的大型制品見長，近年來在國外有關(guān)資料中時有報道。SCRIMP成型技術(shù)是一種新型的真空輔助注射技術(shù)(VARTM),是一種低成本制造技術(shù)(復合材料制造成本占總成本的6070%)。自80年代末開發(fā)出來，在航空、航天、船舶、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)工程、交通、防御工程等應用領(lǐng)域得到了人們的普遍關(guān)注。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前該工藝已由研究開發(fā)階段逐步進入規(guī)?；墓こ虘?223。(1) SCRIMP成型技術(shù)原理SCRIMP工藝同RTM類似,也是采用干織物或芯層材料作預成型；與RTM不同之處在于它只需一半模具和一個彈性真空袋。事先將一層或幾層纖維織物或芯層輔放在模具里面。真空袋一般采用尼龍或抗撕

31、裂、延伸性能好的硅橡膠材料，在模具上形成封閉的腔，真空袋上有一個或幾個真空出口。模具上有一個或幾個樹脂注入口，樹脂通過注入口注入到增強材料中。在高真空度下，增強材料被壓實同時吸入樹脂。SCRIMP的專利關(guān)鍵在于真空袋下面的分散介質(zhì)層，它是一種針織網(wǎng)狀織物，含有互相交錯的樹脂分布通道。小于大氣壓的壓力通過彈性真空袋作用在鋪層材料上，在樹脂注入前將玻纖壓實，降低空隙率，纖維樹脂重量比可達70/30。在Seeman工藝中還有一可透過樹脂的剝離層，鋪在分散介質(zhì)層和制品之間，在制品固化成型后，剝離層連同多余的樹脂一起揭掉，在靠近模具面，得到表面效果理想的大型制品。SCRIMP復合材料生產(chǎn)工藝步驟：(1)

32、單面模具表面涂脫模劑；(2)鋪放干織物和芯層；(3)鋪放分散介質(zhì)層；(4)用真空袋密封；(5)注入樹脂同時抽真空；(6)室溫固化或放入烘房。(2) SCRIMP成型技術(shù)特點24a) SCRIMP是一閉合式系統(tǒng)，操作人員同苯乙烯隔離并且也不需要接觸其它有機材料。b) 纖維層在高真空度下被壓實、孔隙率極低，纖維與樹脂重量比可達70/30。又加上有分散介質(zhì)層的存在，使樹脂快速而均勻地滲透到纖維層，控制手段比手糊更為嚴密，從而使質(zhì)品滿足強度要求，重復性好、質(zhì)量可靠。c) 一般來說，SCRIMP制品越大，經(jīng)濟性越可觀。生產(chǎn)大型RTM制品，模具費用及注射設(shè)備費用相當高,而同樣尺寸的SCRIMP模具費用卻與

33、手糊相當，而且不需要注射設(shè)備，同時勞動力費用比手糊法降低50%。d) 由于精心設(shè)置的樹脂分配系統(tǒng)，使樹脂膠液先迅速在長度方向上充分流動填充，然后在真空壓力驅(qū)動下在厚度方向緩慢浸潤，改善了浸漬效果，減少了缺陷發(fā)生。5.2.3.4 共注射RTM技術(shù)美國特拉華大學復合材料中心的 John W. Gillespie Jr等25人提出了一種改進型的RTM 工藝共注射 RTM（Co-injection Resin Transfer Molding，簡稱 CIRTM），可以讓兩種以上的樹脂能同時注入模具中以浸漬纖維預成型體，用于制備多功能層復合材料結(jié)構(gòu)。(1)共注射RTM工藝原理圖4 共注射RTM成型工藝示

34、意圖如上圖4所示為共注射RTM制備一體化復合材料的工藝示意圖，與普通RTM不同的是，共注射RTM工藝是由兩套RTM注射系統(tǒng)分別將兩種不同種類的樹脂同時注入預先鋪設(shè)好預成型體并抽真空的模具中26?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)兩套注射系統(tǒng)的注射壓力來實現(xiàn)兩種膠液在模腔中同步浸潤各自不同的纖維增強體，充模完成后進行共固化操作。(2) 共注射RTM工藝特點共注射RTM在制備不同樹脂體系的多層復合材料結(jié)構(gòu)上具有顯著優(yōu)勢。但是當兩種樹脂注射條件和固化條件相差較大時，共注射及共固化條件的確定仍是難題。John W. Gillespie Jr 的研究小組首先通過數(shù)值分析和有限元模擬的方法對共注射工藝過程中兩種樹脂橫向流動機理進

35、行了研究 27，并且對樹脂在浸漬過程中的橫向流動進行了定量分析。研究結(jié)果表明，如果采用CIRTM工藝制備大尺寸構(gòu)件或樹脂的粘度相差很大時，兩種功能層預成型體之間應該需要一個完全不可滲透的隔層。5.2.4 影響RTM成型工藝的因素RTM成功的關(guān)鍵是正確地分析、確定和控制工藝參數(shù)。主要工藝參數(shù)有注膠壓力、注膠溫度、注膠速度等。這些參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。5.2.4.1 注膠壓力的影響壓力是影響RTM工藝過程的主要參數(shù)之一28。壓力的高低決定模具的材料要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計，高的壓力需要高強度、高剛度的模具和大的合模力。如果高的注膠壓力與低的模具剛度結(jié)合，制造出的制件就要超差。RTM工藝希望的是在較低壓

36、力下完成樹脂壓注。為降低壓力，可采取以下措施：降低樹脂粘度；適當?shù)哪＞咦⒛z口和排氣口設(shè)計；適當?shù)睦w維排布設(shè)計；降低注膠速度。5.2.4.2 注膠速度的影響注膠速度同樣也是一個重要的工藝參數(shù)。注膠速度取決于樹脂對纖維的潤濕性和樹脂的表面張力及粘度，受樹脂的活性期、壓注設(shè)備的能力、模具剛度、制件的尺寸和纖維含量的制約。人們希望獲得高的注膠速度，以提高生產(chǎn)效率。從氣泡排出的角度，也希望提高樹脂的流動速度，但不希望速度的提高會伴隨壓力的升高。另外，充模的快慢與RTM的質(zhì)量影響也是不可忽略的重要因素。纖維與樹脂的結(jié)合除了需要用偶聯(lián)劑預處理以加強樹脂與纖維的化學結(jié)合力外，還需要有良好的樹脂與纖維結(jié)合緊密性

37、29。這通常與充模時樹脂的微觀流動有關(guān)?，F(xiàn)在，有關(guān)研究人員用充模時的宏觀流動來預測允模時產(chǎn)生夾雜氣泡、熔接痕甚至充不滿模等缺陷。用微觀流動來估計樹脂與纖維之間的浸漬和存在于微觀纖維之間的微量氣體的排除量(通常用電子顯微鏡才能檢測)。由于樹脂對纖維的完全浸漬需要一定的時間和壓力，較慢的充模壓力和一定的充模反壓有助于改善RTM的微觀流動狀況。但是，充模時間增加降低了RTM的效率。所以，這一對矛盾也是目前的研究熱點。5.2.4.3 注膠溫度的影響 注膠溫度取決于樹脂體系的活性期和最小粘度的溫度。在不至太大縮短樹脂凝膠時間的前提下，為了使樹脂在最小的壓力下使纖維獲得充足的浸潤，注膠溫度應盡量接近最小樹

38、脂粘度的溫度。過高的溫度會縮短樹脂的工作期：過低的溫度會使樹脂粘度增大，而使壓力升高，也阻礙了樹脂正常滲入纖維的能力。較高的溫度會使樹脂表而張力降低，使纖維床中的空氣受熱上升，因而有利于氣泡的排出。5.2.5 RTM成型工藝的應用目前RTM的應用已覆蓋了建筑、交通、電訊、衛(wèi)生、航空航天等各領(lǐng)域。5.2.5.1 航空航天領(lǐng)域航空航天領(lǐng)域?qū)渲鶑秃喜牧系囊筝^高，如:耐熱性高、力學性能優(yōu)異、制件精度高、性能分散性小。要達到如此高的要求用傳統(tǒng)的成型工藝雖能實現(xiàn)，但制品的成本較高，生產(chǎn)效率低。而RTM技術(shù)制造高性能復合材料的方面具有明顯的優(yōu)越性。Dauglas公司在NASA ACT(美國國家航空與航

39、天局咨詢中心)合同的資助下，開展了使用RTM制造機身與機翼結(jié)構(gòu)的研究工作。制造出了1.2m×1.8m,并帶有6根50mm高、6mm厚的增強筋壁板。同時Douglas公可已用RTM/增強材料縫合物研制了大型運輸機機身蒙皮30。RTM的另一個重要的應用是制造高性能雷達罩31。它具有結(jié)構(gòu)均勻、致密、空隙率低、表面光滑、尺寸精度及準確度高的特點，從而為雷達罩具有優(yōu)良的介電性能提供了可靠的保證。航空工業(yè)總公司637研究所用RTM工藝已制成了幾種戰(zhàn)斗機雷達罩，主要有：殲-10戰(zhàn)斗機、米格-21戰(zhàn)斗機、殲-8戰(zhàn)斗機雷達罩等。5.2.5.2 汽車與衛(wèi)生用品RTM工藝在汽車制造業(yè)中的應用是非常廣泛。T

40、ooling化學公司制造的汽車底盤保護板;豐田新4WD雪暴車的車頂和后側(cè)部，每臺采用了37kg的RTM成型件;大和運輸?shù)恼北阌脦截涇嚨那跋渖w(寬1.7m，約10kg)和頭燈罩(3.5kg);北關(guān)工業(yè)使用CF/AF混織布成型汽車用的后穩(wěn)定氣翼和后支柱，卡車用導風板;日本的中國工業(yè)公司，整體成型安裝用筋和凸臺的汽車用前檔泥板;英國的Plaxton汽車廠，Excaliburh和Premiere兩種新型汽車的下側(cè)面板，前后蓋以及儲物箱門.都是用RTM工藝制造的32。5.2.5.3 其他方面RTM工藝制造的復合材料的應用覆蓋了許多領(lǐng)域，美國Addax利用碳纖維和環(huán)氧樹脂制造了工業(yè)水冷卻塔驅(qū)動軸的旋翼

41、葉和CAT掃描儀底盤板。Poiycycle公司將環(huán)氧樹脂用于與單向S-2G玻璃纖維復合的碳纖維編織管和芳綸纖維編織的套管，從而制成了0. 56m的自行車手柄。大榮產(chǎn)業(yè)的NTT的共用電話亭的屋頂；地下探查機機殼和蓄電池殼體；電桿上變壓器的殼體；三菱電機用VARI法成型微波中繼補償天線的開口直徑3m的主反射鏡；稚馬哈發(fā)動機公司成型了高爾夫手推車車體(20kg)，采用加熱電鑄模具的快速成型法，一件的周期為30min。北關(guān)工業(yè)使用CF/AF混織布成型的風力發(fā)電Wells渦輪葉片。5.2.6 前景展望近些年來RTM技術(shù)得到長足發(fā)展。TRM技術(shù)主要涉及材料學、流體力學、化學流變學、計算機仿真模擬及實時監(jiān)控

42、技術(shù)等諸多交叉學科，是當前國際復合材料最活躍的研究領(lǐng)域之一?？v觀國內(nèi)外RTM的研究發(fā)展動態(tài)，RTM技術(shù)的研究方向主要包括:低粘度高性能樹脂體系的制備及其化學動力學和流變特性、纖維預成型體的制備及滲透特性、成型過程的計算機仿真模擬技術(shù)、成型過程的在線監(jiān)控、模具的優(yōu)化設(shè)計33、新型工藝設(shè)備的開發(fā)等。5.3 纏繞成型技術(shù)與特點纏繞成型是在控制纖維張力和預定線型的條件下，將連續(xù)的纖維粗紗或布帶浸漬樹脂膠液后連續(xù)地纏繞在相應于制品內(nèi)腔尺寸的芯?；騼?nèi)襯上，然后在室溫或加熱的條件下使之固化成型制成一定形狀制品的方法。纏繞成型工藝：纏繞的工藝過程一般包括芯模和內(nèi)襯的制造、樹脂膠液的配制、纖維熱處理和烘干、浸膠

43、、膠紗烘干、在一定張力下進行纏繞、固化、檢驗、加工成制品等工序。影響纏繞制品性能的主要工藝參數(shù)有纖維的浸膠、膠液含量及分布、膠紗烘干、纏繞張力、紗片纏繞位置、固化制度、纏繞速度、環(huán)境溫度等，這些因素多半緊密地聯(lián)系在一起。合理的選擇工藝參數(shù)是充分發(fā)揮原料的特性、制造高質(zhì)量的纏繞制品的重要環(huán)節(jié)。纖維浸膠：含膠量高低直接關(guān)系到制品的重量和厚度。含膠量過高，制品的強度降低，成型和固化時流膠嚴重；含膠量過低，制品孔隙率增加，氣密性、耐老化性、剪切強度均下降。纏繞張力：張力的大小、各纖維束之間張力的均勻性以及各纏繞層之間纖維張力的均勻性，對制品的質(zhì)量影響極大、合適的纏繞張力可以使樹脂產(chǎn)生預應力，從而提高樹

44、脂抵抗開裂的能力。各纖維束之間如果張力不勻，當承受載荷時，纖維會被各個擊破，使總體強度的發(fā)揮大受影響。為使制品各纏繞層在張力作用下不出現(xiàn)內(nèi)松外緊現(xiàn)象，應使纏繞張力有規(guī)律的遞減，以保證各層都有相同的初始應力。纏繞張力將直接影響制品的密實程度和空隙率，且對纖維浸漬質(zhì)量和制品的含膠量影響很大。纏繞速度：纏繞速度是指紗線速度應控制在一定的范圍之內(nèi)。速度過小則生產(chǎn)效率低，速度過快則樹脂容易濺灑、膠液浸不透或雜質(zhì)易吸入。固化制度：固化制度是指保證樹脂充分固化的重要條件，直接影響制品的物理力學性能。固化制度包括加熱的溫度范圍、升溫速度、恒溫溫度及時間、降溫冷卻等。要根據(jù)制品的不同性能要求采用不同的固化制度，

45、且不同的樹脂系統(tǒng)，固化制度也不相同，一般都要根據(jù)樹脂的配方、制品性能要求以及制品的形狀、尺寸及構(gòu)造情況，通過實驗來確定合理的固化制度。根據(jù)纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態(tài)不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。（1）干法纏繞 干法纏繞是采用經(jīng)過預浸膠處理的預浸紗或帶，在纏繞機上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到芯模上。由于預浸紗（或帶）是專業(yè)生產(chǎn)，能嚴格控制樹脂含量（精確到2%以內(nèi)）和預浸紗質(zhì)量。因此，干法纏繞能夠準確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的最大特點是生產(chǎn)效率高，纏繞速度可達100200m/min，纏繞機清潔，勞動衛(wèi)生條件好，產(chǎn)品質(zhì)量高。其缺點是纏繞設(shè)備貴，需要增加預浸紗制造設(shè)備，故投

46、資較大此外，干法纏繞制品的層間剪切強度較低。（2） 濕法纏繞 濕法纏繞是將纖維集束（紗式帶）浸膠后，在張力控制下直接纏繞到芯模上。濕法纏繞的優(yōu)點為：成本比干法纏繞低40%；產(chǎn)品氣密性好，因為纏繞張力使多余的樹脂膠液將氣泡擠出，并填滿空隙；纖維排列平行度好；濕法纏繞時，纖維上的樹脂膠液，可減少纖維磨損；生產(chǎn)效率高（達200m/min）。濕法纏繞的缺點為：樹脂浪費大，操作環(huán)境差；含膠量及成品質(zhì)量不易控制；可供濕法纏繞的樹脂品種較少。（3） 半干法纏繞 半干法纏繞是纖維浸膠后，到纏繞至芯模的途中，增加一套烘干設(shè)備，將浸膠紗中的溶劑除去，與干法相比，省卻了預浸膠工序和設(shè)備；與濕法相比，可使制品中的氣泡

47、含量降低。三種纏繞方法中，以濕法纏繞應用最為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術(shù)領(lǐng)域。纏繞成型的優(yōu)缺點：纖維纏繞成型制品除了具有一般復合材料制品的優(yōu)點之外，還有其他成型工藝所沒有的特點。（1）比強度高 纏繞成型玻璃纖維增強復合材料的比強度比剛高三倍，比鈦高四倍、這是由于纏繞制品所采用的增強材料是連續(xù)玻璃纖維，其拉伸強度很高。甚至高于合金鋼。同時纖維的直徑很細，因此使得連續(xù)纖維表面上的微裂紋的尺寸和數(shù)量較少，從而減少了應力集中，使得連續(xù)纖維具有較高的強度。此外，連續(xù)纖維特別是無捻粗紗3由于沒有經(jīng)過紡織工序，其強度損失大大減少。（2）避免了布紋交織點與短切纖維末端的應力集中 復合材料順纖維

48、方向的拉伸強度的大小主要由纖維的含量和纖維的強度來決定的。在復合材料制品中，增強纖維是主要的承載物、而樹脂是支撐和保護纖維，并在纖維間起著分布和傳遞載荷的作用。據(jù)實驗測得，在玻璃纖維兩端產(chǎn)生的拉應力為零，向纖維內(nèi)部則逐漸增加，應力曲線平滑連續(xù)。就纖維與樹脂之間的剪切應力而言，纖維的兩端最大，中間區(qū)域為零。因此，采用短切纖維做增強材料的復合材料制品強度，均低于纖維纏繞成型復合材料制品。（3）可使產(chǎn)品實現(xiàn)等強度結(jié)構(gòu) 纖維纏繞成型可使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在不同方向的強度比最佳。也就是說，在纖維纏繞結(jié)構(gòu)的任何方向上，均可使設(shè)計的制品的材料強度與該制品材料實際承受的強度基本一致，使產(chǎn)品實現(xiàn)等強度結(jié)構(gòu)。目前，纏繞成型

49、工藝是各種復合材料成型方法中機械化和自動化程度較高的一種。該工藝采用的增強材料大多是連續(xù)纖維無捻粗紗和無緯帶材料，減少了纖維布、氈等的紡織及加工費用，因此相對降低了復合材料的成本。但是纏繞成型存在以下缺點。（1） 在纏繞特別是濕法纏繞過程中易形成氣泡，造成制品內(nèi)空隙過多，從而會降低層間剪切強度并降低壓縮強度和抗失穩(wěn)能力。因此，要求在生產(chǎn)過程中，盡量采用活性較強的稀釋劑、控制膠液黏度，改善纖維的浸潤性及適當增大纖維張力等措施，以便減少氣孔和空隙率。（2） 纏繞復合材料制品開孔周圍應力集中程度高。作為一個纏繞制品，為了連接配件而開口進行的切割、鉆孔或開槽等都會降低纏繞結(jié)構(gòu)的強度。因此，這就要求設(shè)計

50、合理，制品完全固化后盡量避免切割、鉆孔等破壞性的加工。（3） 纏繞過程中纖維的張力控制要適度，紗帶寬及搭接尺寸要嚴格控制。且必須排布均勻，否則會造成復合材料制品中纖維的初始應力不勻，內(nèi)外松緊不等，產(chǎn)品強度受到影響。（4）制品形狀有局限性。纏繞制品多為圓柱體、球體及某些正曲率回旋體，如管、罐、橢圓運輸罐等。1.原材料纏繞成型的原材料主要是纖維增強材料、樹脂和填料。（1）增強材料 纏繞成型用的增強材料，主要是各種纖維紗：如無堿玻璃纖維紗，中堿玻璃纖維紗，碳纖維紗，高強玻璃纖維紗，芳綸纖維紗及表面氈等。（2）樹脂基體 樹脂基體是指樹脂和固化劑組成的膠液體系。纏繞制品的耐熱性，耐化學腐蝕性及耐自然老化

51、性主要取決于樹脂性能，同時對工藝性、力學性能也有很大影響。纏繞成型常用樹脂主要是不飽和聚酯樹脂，也有時用環(huán)氧樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂等。對于一般民用制品如管、罐等，多采用不飽和聚酯樹脂。對力學性能的壓縮強度和層間剪切強度要求高的纏繞制品，則可選用環(huán)氧樹脂。航天航空制品多采用具有高斷裂韌性與耐濕性能好的雙馬來酰亞胺樹脂。（3）填料 填料種類很多，加入后能改善樹脂基體的某些功能，如提高耐磨性，增加阻燃性和降低收縮率等。在膠液中加入空心玻璃微珠，可提高制品的剛性，減小密度降低成本等。在生產(chǎn)大口徑地埋管道時，常加入30%石英砂，借以提高產(chǎn)品的剛性和降低成本。為了提高填料和樹脂之間的粘接強度，填料要保證清

52、潔和表面活性處理。 2.芯模成型中空制品的內(nèi)模稱芯模。一般情況下，纏繞制品固化后，芯模要從制品內(nèi)脫出。芯模設(shè)計的基本要求 要有足夠的強度和剛度，能夠承受制品成型加工過程中施加于芯模的各種載荷，如自重、制品重，纏繞張力，固化應力，二次加工時的切削力等；能滿足制品形狀和尺寸精度要求，如形狀尺寸，同心度、橢圓度、錐度（脫模），表面光潔度和平整度等；保證產(chǎn)品固化后，能順利從制品中脫出；制造簡單，造價便宜，取材方便。芯模材料 纏繞成型芯模材料分兩類：熔、溶性材料和組裝式材料。熔、溶性材料是指石蠟，水溶性聚乙烯醇型砂，低熔點金屬等，這類材料可用澆鑄法制成空心或?qū)嵭男灸＃破防p繞成型后，從開口處通入熱水或高

53、壓蒸汽，使其溶、熔，從制品中流出，流出的溶體，冷卻后重復使用。組裝式芯模材料常用的有鋁、鋼、夾層結(jié)構(gòu)、木材及石膏等。另外還有內(nèi)襯材料，內(nèi)襯材料是制品的組成部分，固化后不從制品中取出，內(nèi)襯材料的作用主要是防腐和密封，當然也可以起到芯模作用，屬于這類材料的有橡膠、塑料、不銹鋼和鋁合金等。3.纏繞機纏繞機是實現(xiàn)纏繞成型工藝的主要設(shè)備，對纏繞機的要求是：能夠?qū)崿F(xiàn)制品設(shè)計的纏繞規(guī)律和排紗準確；操作簡便；生產(chǎn)效率高；設(shè)備成本低。纏繞機主要由芯模驅(qū)動和繞絲嘴驅(qū)動兩大部分組成。為了消除繞絲嘴反向運動時纖維松線，保持張力穩(wěn)定及在封頭或錐形纏繞制品紗帶布置精確，實現(xiàn)小纏繞角（0°15°）纏繞，

54、在纏繞機上設(shè)計有垂直芯軸方向的橫向進給（伸臂）機構(gòu)。為防止繞絲嘴反向運動時紗帶轉(zhuǎn)擰，伸臂上設(shè)有能使繞絲嘴翻志的機構(gòu)。我國60年代研制成功鏈條式纏繞機，70年代引進德國WE-250數(shù)控纏繞機，改進后實現(xiàn)國產(chǎn)化生產(chǎn)，80年代后我國引進了各種型式纏繞機40多臺，經(jīng)過改進后，自己設(shè)計制造成功微機控制纏繞機，并進入國際市場。機械式纏繞機類型（1）繞臂式平面纏繞機 其特點是繞臂（裝有繞絲嘴）圍繞芯模做均勻旋轉(zhuǎn)運動，芯模繞自身軸線作均勻慢速轉(zhuǎn)動，繞臂（即繞絲嘴）每轉(zhuǎn)一周，芯模轉(zhuǎn)過一個小角度。此小角度對應纏繞容器上一個紗片寬度，保證紗片在芯模上一個緊挨一個地布滿容器表面。芯?？焖傩D(zhuǎn)時，繞絲嘴沿垂直地面方向緩

55、慢地上下移動，此時可實現(xiàn)環(huán)向纏繞，使用這種纏繞機的優(yōu)點是，芯模受力均勻，機構(gòu)運行平穩(wěn)，排線均勻，適用于干法纏繞中小型短粗筒形容器。（2）滾翻式纏繞機 這種纏繞機的芯模由兩個搖支承，纏繞時芯模自身軸旋轉(zhuǎn)，兩臂同步旋轉(zhuǎn)使芯模翻滾一周，芯模自轉(zhuǎn)一個與紗片寬相適應的角度，而纖維紗由固定的伸臂供給，實現(xiàn)平面纏繞，環(huán)向纏繞由附加裝置來實現(xiàn)。由于滾翻動作機構(gòu)不宜過大，故此類纏繞機只適用于小型制品，且使用不廣泛。（3）臥式纏繞機 這種纏繞機是由鏈條帶動小車（繞絲嘴）作往復運動，并在封頭端有瞬時停歇，芯模繞自身軸作等速旋轉(zhuǎn)，調(diào)整兩者速度可以實現(xiàn)平面纏繞、環(huán)向纏繞和螺旋纏繞，這種纏繞機構(gòu)造簡單，用途廣泛，適宜于纏

56、繞細長的管和容器。（4）軌道式纏繞機 軌道式纏繞機分立式和臥式兩種。紗團、膠槽和繞絲嘴均裝在小車上，當小車沿環(huán)形軌道繞芯模一周時，芯模自身轉(zhuǎn)動一個紗片寬度，芯模軸線和水平面的夾角為平面纏繞角。從而形成平面纏繞型，調(diào)整芯模和小車的速度可以實現(xiàn)環(huán)向纏繞和螺旋纏繞。軌道式纏繞機適合于生產(chǎn)大型制品。（5）行星式纏繞機 芯軸和水平面傾斜成角（即纏繞角）。纏繞成型時，芯模作自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩個運動，繞絲嘴固定不動。調(diào)整芯模自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)速度可以完成平面纏繞、環(huán)向纏繞和螺旋纏繞。芯模公轉(zhuǎn)是主運動，自轉(zhuǎn)為進給運動。這種纏繞機適合于生產(chǎn)小型制品。（6）球形纏繞機 球形纏繞機有4個運動軸，球形纏繞機的繞絲嘴轉(zhuǎn)動，芯模旋轉(zhuǎn)和

57、芯模偏擺，基本上和搖臂式纏繞機相同，第四個軸運動是利用繞絲嘴步進實現(xiàn)紗片纏繞，減少極孔外纖維堆積，提高容器臂厚的均勻性。芯模和繞絲嘴轉(zhuǎn)動，使纖維布滿球體表面。芯模軸偏轉(zhuǎn)運動，可以改變纏繞極孔尺寸和調(diào)節(jié)纏繞角，滿足制品受力要求。（7）電纜式縱環(huán)向纏繞機 縱環(huán)向電纜式纏繞機適用于生產(chǎn)無封頭的筒形容器和各種管道。裝有縱向紗團的轉(zhuǎn)環(huán)與芯模同步旋轉(zhuǎn)，并可沿芯模軸向往復運動，完成縱向紗鋪放，環(huán)向紗裝在轉(zhuǎn)環(huán)兩邊的小車上，當芯模轉(zhuǎn)動，小車沿芯模軸向作往復運動時，完成環(huán)向紗纏繞。根據(jù)管道受力情況，可以任意調(diào)整縱環(huán)向紗數(shù)量比例。（8）新型纏管機 新型纏管機與現(xiàn)行纏繞機的區(qū)別在于，它是靠管芯自轉(zhuǎn)，并同時能沿管長方向

58、作往復運動，完成纏繞過程。這種新型纏繞機的優(yōu)點是，繞絲嘴固定，為工人處理斷頭、毛絲以及看管帶來很大方便；多路進紗可實現(xiàn)大容量進絲纏繞，纏繞速度快，布絲均勻，有利于提高產(chǎn)品重量和產(chǎn)量。纏繞成型的應用：由于纏繞成型制品的強度高、質(zhì)量輕、隔熱耐腐蝕、良好的工藝性和易于實現(xiàn)機械化和自動化、綜合性能比其他方法成型的復合材料制品優(yōu)異，并可制成多種產(chǎn)品，因此得到大量應用。（1）壓力容器 壓力容器有受內(nèi)壓容器和受外壓容器兩種。目前壓力容器應用廣泛，如宇航、火箭、飛機、艦艇等運載工具及醫(yī)療等方面均有應用。（2）化工管道 用于輸送石油、水、天然氣、化工流體介質(zhì)等，它可部分代替不銹鋼，具有質(zhì)輕高強、防腐耐久、方便等優(yōu)