復(fù)合材料成型工藝與特點(diǎn)

1、第五章 復(fù)合材料成型工藝與特點(diǎn)5.1 手糊、噴射成型技術(shù)與特點(diǎn)5.1.1 手糊成型技術(shù)與特點(diǎn)1) 手糊成型原理手糊成型工藝是樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)中最早使用和應(yīng)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(fèi)用低，對(duì)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(qiáng)材料、樹脂和輔助材料。（1）增強(qiáng)材料手糊成型對(duì)增強(qiáng)材料的要求：增強(qiáng)材料易于被樹脂浸透；有足夠的形變性，能滿足制品復(fù)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(xué)性能要求；價(jià)格合理（盡可能便宜），來源豐富。用于接觸成型的增強(qiáng)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(qiáng)材料有以下幾種：無(wú)捻粗紗、無(wú)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(duì)基體材料的要求：在手糊條件下易浸透纖維增強(qiáng)材料，易排除氣泡，與纖維粘接力強(qiáng)；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(wú)毒或低毒；價(jià)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(yīng)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(jì)制造。設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須綜合考慮以下要求：滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的精度要求，模具尺寸精確、表面光滑；要有足夠的強(qiáng)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(jià)低。模具材料應(yīng)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(qiáng)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(shí)，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(jià)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(diǎn)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(duì)樹脂粘接力小于0.01MPa；成膜時(shí)間短，厚度均勻，表面光滑；使用安全，無(wú)毒害作用；耐熱、能以受加熱固化的溫度作用；操作方便，價(jià)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(zhǔn)備場(chǎng)地：手糊成型工作場(chǎng)地的大小，要根據(jù)產(chǎn)品大小和日產(chǎn)量決定，場(chǎng)地要求清潔、干燥、通風(fēng)良好，空氣溫度應(yīng)保持在1535之間，后加工整修段，要設(shè)有抽風(fēng)除塵和噴水裝置。模具

5、準(zhǔn)備：準(zhǔn)備工作包括清理、組裝及涂脫模劑等。樹脂膠液配制：配制時(shí)，要注意兩個(gè)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(qiáng)材料準(zhǔn)備：增強(qiáng)材料的種類和規(guī)格按設(shè)計(jì)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(yù)浸布為原料，先將預(yù)學(xué)好料（布）按樣板裁剪成壞料，鋪層時(shí)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(shí)。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(qiáng)材料浸膠，一層一層地緊貼在模具上，扣除氣泡，使之密實(shí)。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(gè)階段：

6、從凝膠到三角化一般要24h，此時(shí)固化度達(dá)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(xué)強(qiáng)度，稱熟化，其固化度達(dá)85%以上。加熱可促進(jìn)熟化過程，對(duì)聚酯玻璃鋼，80加熱3h，對(duì)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(yù)埋頂出裝置，脫模時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)將壓縮空氣或水（0.2MPa）壓入模具和制品之間，同時(shí)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(fù)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(jì)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(bǔ)。尺寸修整 成型后的制品，按設(shè)計(jì)尺寸切去超出多余部分；缺陷修補(bǔ) 包括穿孔修補(bǔ)，氣泡、裂縫修補(bǔ)，破孔補(bǔ)強(qiáng)等。5)手糊成型工藝的優(yōu)缺點(diǎn)手糊成型工藝有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）不需要復(fù)雜的設(shè)備，只需要簡(jiǎn)單的模具、工具，固定投資少、見效快，比較適合我國(guó)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(xùn)即可進(jìn)行生產(chǎn)；（3）所制作的復(fù)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(shí)復(fù)合成一體；（5）對(duì)一些不宜運(yùn)輸?shù)拇笮椭破罚ㄈ绱蠊?、大型屋面）均可現(xiàn)場(chǎng)制作。但是手糊成型也存在許多缺點(diǎn)：（1）生產(chǎn)效率低、速度慢、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，對(duì)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(shí)粉塵多，故需從勞動(dòng)保護(hù)上加以解決。6)手糊成型的應(yīng)用由于手糊工藝設(shè)計(jì)自由，因此可根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求設(shè)計(jì)出理想的外觀、造型及多種多樣的復(fù)合材料制品。手糊成型工藝制作的復(fù)合材料產(chǎn)品的用途比較廣泛，主要有以下幾個(gè)方面：(1)

9、 建筑制品 波形瓦、采光罩、風(fēng)機(jī)、浴盆、組合式衛(wèi)生間、冷卻塔、活動(dòng)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(biāo)、養(yǎng)殖船等。(3) 機(jī)械電器設(shè)備 機(jī)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(fēng)帆車、海底游樂設(shè)備等。5.1.2 噴射成型技術(shù)與特點(diǎn)噴射成型是利用噴槍將玻璃纖維及樹脂同時(shí)噴到模具上而制得復(fù)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(jìn)劑的樹脂分別由噴槍上的兩個(gè)噴嘴噴出。同時(shí)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(gè)噴嘴均勻地噴到模具表面上，用小輥壓實(shí)，經(jīng)固化

10、而成制品。噴射成型也稱半機(jī)械化手糊法。在國(guó)外，噴射成型的發(fā)展方向是代替手糊。噴射成型的優(yōu)點(diǎn)是:利用粗紗代替玻璃布，可降低材料費(fèi)用;半機(jī)械操作，生產(chǎn)效率比手糊法高24倍，尤其對(duì)大型制品，這種優(yōu)點(diǎn)更為突出。噴射成型無(wú)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(diǎn)是樹脂含量高;制品強(qiáng)度低;現(xiàn)場(chǎng)粉塵大;工作環(huán)境差。噴射成型機(jī)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(jìn)行噴射;用空壓機(jī)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(jìn)行噴射。(2)氣動(dòng)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(jìn)行噴射。(2)外部混合型:分別含有促進(jìn)劑和引發(fā)劑的樹脂由噴槍噴出呈霧狀相互混合，有單獨(dú)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(jìn)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(yīng)該先檢查樹脂的凝膠時(shí)間，測(cè)定方法是將少量的樹脂噴入小罐中，測(cè)定其凝膠時(shí)間;還必須檢查樹脂對(duì)玻璃纖維的比例，一般樹脂對(duì)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(yīng)先在模具上噴一層樹脂。然后開動(dòng)切割器，開始噴射樹脂和纖維的混合物。第一層應(yīng)該噴射得薄一些(約1mm厚)，并且仔細(xì)

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(rùn)。仔細(xì)操作，確保在這一層中沒有氣泡，而且這一層必須完全潤(rùn)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(xì)滾壓除去氣泡。如此重復(fù)，直至達(dá)到設(shè)計(jì)厚度。要獲得較高強(qiáng)度的制品，則必須與粗紗布并用，在使用粗紗布時(shí)，應(yīng)先在模具上噴射足夠量的樹脂，再鋪上粗紗布，仔細(xì)滾壓，這樣有利于除去氣泡。對(duì)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(duì)策:若因樹脂含量低所致，則可適當(dāng)增加樹脂含量。若因樹脂黏度過大所致，則應(yīng)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(yīng)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(yīng)更換粗紗。因固化時(shí)間過短，在噴射操作中就凝膠，應(yīng)調(diào)節(jié)樹脂的凝膠時(shí)間，如減少促進(jìn)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(duì)策:若因樹脂含量多所致，則應(yīng)減少樹脂噴出量。若因樹脂的黏度、觸變度低所致，則應(yīng)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(yīng)控制噴射的距離和方向。若因粗紗的切割長(zhǎng)度不合適所致.則應(yīng)按制

14、品的大小和形狀，改變纖維的切割長(zhǎng)度。（3）固化不足及固化不均產(chǎn)生的原因及對(duì)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(shí)作相應(yīng)的調(diào)整。若因噴出的樹脂不能形成適當(dāng)?shù)撵F狀，則應(yīng)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(dāng)。若由于噴槍型號(hào)的原因，初始時(shí)噴出的固化劑量不足，則可用空吹法調(diào)節(jié)固化劑達(dá)到一定噴出量后，再噴出樹脂和纖維。若因空壓機(jī)內(nèi)混入冷凝水，則將空壓機(jī)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(duì)策:若因切割刀片磨損所致，則應(yīng)更換，一般應(yīng)按刀片的材質(zhì).在使用一定時(shí)間后主動(dòng)更換。若是支持輥磨損所

15、致，則應(yīng)視磨損程度及時(shí)更換。若因粗紗根數(shù)太多所致，則應(yīng)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(yīng)提高空氣壓，增大空壓機(jī)容量。（5）空洞、氣泡產(chǎn)生的原因及對(duì)策;若是脫泡不充分所致，則應(yīng)按操作規(guī)范仔細(xì)操作。若是樹脂浸漬不良所致，則應(yīng)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(yīng)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(duì)策：由于未掌握好噴射操作所致，則應(yīng)通過訓(xùn)練以提高熟練程度。由于脫泡操作不熟練所致，則應(yīng)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(yīng)調(diào)整或更換切割器。若因纖維的分散性不好所致，則應(yīng)檢查粗紗的質(zhì)量。（7）白化及龜裂。產(chǎn)生的原因及對(duì)策:由于樹脂的反應(yīng)活性高，在短時(shí)間內(nèi)固化，固化時(shí)發(fā)熱量大，而引起樹脂和纖維的界面剝離。則應(yīng)選擇反應(yīng)活性適宜的樹脂，檢查引發(fā)劑和促進(jìn)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(rùn)的物質(zhì)(如水、油、潤(rùn)滑脂等)所致，則應(yīng)作適當(dāng)處理，平時(shí)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(yīng)調(diào)整樹脂的噴出量。若是樹脂中混有水所致，則應(yīng)改善樹脂的保管、操作方法、使用條件，空壓機(jī)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(diǎn)隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，復(fù)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(fù)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(yīng)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(fù)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(dòng)強(qiáng)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(yīng)用于較大、簡(jiǎn)單形狀部件的生產(chǎn)。20世紀(jì)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(yīng)用34。20世紀(jì)80年代，由于市場(chǎng)需要的多樣性，以RTM工藝為代表的先進(jìn)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(yù)埋的大型結(jié)構(gòu)件，比其它任何工藝更具有競(jìng)爭(zhēng)力5。5.2.1 RTM樹脂基體及增強(qiáng)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(yīng)滿足：1）粘度低，浸潤(rùn)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(shí)間和固化時(shí)間短，但在注射時(shí)又要有較長(zhǎng)的適用期；4）樹脂系統(tǒng)不含溶劑，固化時(shí)無(wú)低分子物析出，同時(shí)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(zhǔn)確，且所需的樹脂應(yīng)為預(yù)促進(jìn)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(qiáng)材料的要求在RTM工藝中，對(duì)增強(qiáng)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(jī)纖維，如聚醋纖維，也可在RTM中使用。有時(shí)也使用金屬作結(jié)構(gòu)的局部

20、增強(qiáng)。在這種情況下應(yīng)考慮使用環(huán)境條件對(duì)所選擇的金屬的腐蝕和采用相應(yīng)防護(hù)措施。增強(qiáng)體預(yù)制件可根據(jù)應(yīng)用采用不同的工藝制備。RTM成型對(duì)增強(qiáng)材料的要求是：1）增強(qiáng)材料的分布應(yīng)符合制品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，要注意方向性；2） 增強(qiáng)材料鋪好后其位置和狀態(tài)應(yīng)固定，不動(dòng)不應(yīng)因合模和注射樹脂而動(dòng)；3）對(duì)樹脂的浸潤(rùn)性要好；4）利于樹脂的流動(dòng)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(fù)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(fù)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(yù)先鋪覆好按性能和結(jié)構(gòu)

21、要求設(shè)計(jì)好的增強(qiáng)材料預(yù)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(dāng)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(qiáng)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(gè)步驟：一、從卷材上裁剪增強(qiáng)材料并鋪疊在一起；二、使增強(qiáng)材料具有一定的形狀、按照制品的形狀修剪預(yù)成型體；三、充模(包括預(yù)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(shì)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(rùn)過程相比，RTM成型工藝的優(yōu)勢(shì)主要表

22、現(xiàn)在：1）RTM工藝分增強(qiáng)材料預(yù)成型體加工和樹脂注射固化兩個(gè)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(qiáng)材料預(yù)成型技術(shù)，纖維樹脂的浸潤(rùn)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(duì)模具加熱而進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量；3）增強(qiáng)材料預(yù)成型體可以是短切氈、連續(xù)纖維氈、纖維布、無(wú)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(jìn)行選擇向增強(qiáng)、局部增強(qiáng)、混雜增強(qiáng)以及采用預(yù)埋和夾芯結(jié)構(gòu)，可充分發(fā)揮復(fù)合材料性能的可設(shè)計(jì)性89；4）封閉模樹脂注入方式可極大減少樹脂有害成分對(duì)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(fù)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(jìn)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(duì)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(fù)雜的模具型腔內(nèi)，模塑過程中樹脂的流動(dòng)不均衡，不能進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制，對(duì)于制造大尺寸復(fù)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(jìn)RTM已經(jīng)成為一種主要的復(fù)合材料低成本制造工藝，近些年獲得了很大的發(fā)展。針對(duì)傳統(tǒng)RTM工藝制件纖維

24、體積含量低、不能整體成型復(fù)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(duì)預(yù)成型體的壓實(shí)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(yù)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，可采取加熱柔性模或向密閉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(yù)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(duì)預(yù)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(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)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(fù)雜的復(fù)合材料艙段構(gòu)件。通過靜載性能研究表明，艙段整體力學(xué)性能優(yōu)異，可滿足航天主承力結(jié)構(gòu)件的使用要求。國(guó)內(nèi)學(xué)者采用熱膨脹成型工藝，一次性固化成型制成復(fù)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(yù)浸料，然后在模腔內(nèi)放置膨

26、脹芯模，模具組裝后進(jìn)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(cè)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(jìn)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(yù)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(shí)預(yù)成型體，使預(yù)成型體貼附在模腔內(nèi)表面賦形。氣囊輔助RTM工藝預(yù)成型體鋪放方便快捷，氣囊壓力容易控制，對(duì)預(yù)成型體壓實(shí)效果顯著。國(guó)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(gè)空心構(gòu)件，圖2為其原理圖。由圖可見，預(yù)成型體的外形與最終構(gòu)件的外形并不一樣，預(yù)成型體鋪放在氣囊上，置入

27、模腔后即充壓使得預(yù)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(duì)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(qiáng)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(dāng)模具密封完好，確認(rèn)無(wú)空氣泄漏后，開動(dòng)真空泵抽真空。達(dá)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(diǎn)與RTM相比,VARTM的優(yōu)點(diǎn)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(zhǎng)、可設(shè)計(jì)性更好；(2)真空袋材料取代了在RTM中的需相配對(duì)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(qiáng)度20；(4)無(wú)論增強(qiáng)材料是編織的還是非編織的，無(wú)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(rùn)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(yù)成型坯的纖維體積含量為16%68%,累計(jì)孔隙率為1.7%，而普通的預(yù)浸料的孔隙率為5 %7%21。雖然VARTM工藝以上的優(yōu)點(diǎn)可提高制品的成品率和力學(xué)性能，但是VARTM的缺點(diǎn)是：與高壓成型相比，纖維含量低。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和國(guó)內(nèi)外各科研單位和生產(chǎn)廠家對(duì)真空輔助RTM工藝的重視程度及認(rèn)識(shí)程度不斷加深，近十幾年來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)真空輔助RTM成型工藝中缺陷的形成及消除進(jìn)行了深入細(xì)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(fù)合材料成型工藝，

30、以既經(jīng)濟(jì)又安全的方法生產(chǎn)高品質(zhì)的大型制品見長(zhǎng)，近年來在國(guó)外有關(guān)資料中時(shí)有報(bào)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(fù)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(yīng)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(jìn)入規(guī)?；墓こ虘?yīng)用2223。(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(yù)成型；與RTM不同之處在于它只需一半模具和一個(gè)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(gè)或幾個(gè)真空出口。模具上有一個(gè)或幾個(gè)樹脂注入口，樹脂通過注入口注入到增強(qiáng)材料中。在高真空度下，增強(qiáng)材料被壓實(shí)同時(shí)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(cuò)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(shí)，降低空隙率，纖維樹脂重量比可達(dá)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(fù)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(shí)抽真空；(6)室溫固化或放入烘房。(2) SCRIMP成型技術(shù)特點(diǎn)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(jī)材料。b) 纖維層在高真空度下被壓實(shí)、孔隙率極低，纖維與樹脂重量比可達(dá)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(yán)密，從而使質(zhì)品滿足強(qiáng)度要求，重復(fù)性好、質(zhì)量可靠。c) 一般來說，SCRIMP制品越大，經(jīng)濟(jì)性越可觀。生產(chǎn)大型RTM制品，模具費(fèi)用及注射設(shè)備費(fèi)用相當(dāng)高,而同樣尺寸的SCRIMP模具費(fèi)用卻與

33、手糊相當(dāng)，而且不需要注射設(shè)備，同時(shí)勞動(dòng)力費(fèi)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(zhǎng)度方向上充分流動(dòng)填充，然后在真空壓力驅(qū)動(dòng)下在厚度方向緩慢浸潤(rùn)，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(guó)特拉華大學(xué)復(fù)合材料中心的 John W. Gillespie Jr等25人提出了一種改進(jìn)型的RTM 工藝共注射 RTM（Co-injection Resin Transfer Molding，簡(jiǎn)稱 CIRTM），可以讓兩種以上的樹脂能同時(shí)注入模具中以浸漬纖維預(yù)成型體，用于制備多功能層復(fù)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(fù)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R(shí)TM注射系統(tǒng)分別將兩種不同種類的樹脂同時(shí)注入預(yù)先鋪設(shè)好預(yù)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(shí)現(xiàn)兩種膠液在模腔中同步浸潤(rùn)各自不同的纖維增強(qiáng)體，充模完成后進(jìn)行共固化操作。(2) 共注射RTM工藝特點(diǎn)共注射RTM在制備不同樹脂體系的多層復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上具有顯著優(yōu)勢(shì)。但是當(dāng)兩種樹脂注射條件和固化條件相差較大時(shí)，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(duì)共注射工藝過程中兩種樹脂橫向流動(dòng)機(jī)理進(jìn)

35、行了研究 27，并且對(duì)樹脂在浸漬過程中的橫向流動(dòng)進(jìn)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(shí)，兩種功能層預(yù)成型體之間應(yīng)該需要一個(gè)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(jì)，高的壓力需要高強(qiáng)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(dāng)?shù)哪＞咦⒛z口和排氣口設(shè)計(jì)；適當(dāng)?shù)睦w維排布設(shè)計(jì)；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(gè)重要的工藝參數(shù)。注膠速度取決于樹脂對(duì)纖維的潤(rùn)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(dòng)速度，但不希望速度的提高會(huì)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(yù)處理以加強(qiáng)樹脂與纖維的化學(xué)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(shí)樹脂的微觀流動(dòng)有關(guān)?，F(xiàn)在，有關(guān)研究人員用充模時(shí)的宏觀流動(dòng)來預(yù)測(cè)允模時(shí)產(chǎn)生夾雜氣泡、熔接痕甚至充不滿模等缺陷。用微觀流動(dòng)來估計(jì)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(cè))。由于樹脂對(duì)纖維的完全浸漬需要一定的時(shí)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(dòng)狀況。但是，充模時(shí)間增加降低了RTM的效率。所以，這一對(duì)矛盾也是目前的研究熱點(diǎn)。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(shí)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(rùn)，注膠溫度應(yīng)盡量接近最小樹

38、脂粘度的溫度。過高的溫度會(huì)縮短樹脂的工作期：過低的溫度會(huì)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(huì)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(yīng)用目前RTM的應(yīng)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?fù)合材料的要求較高，如:耐熱性高、力學(xué)性能優(yōu)異、制件精度高、性能分散性小。要達(dá)到如此高的要求用傳統(tǒng)的成型工藝雖能實(shí)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(fù)合材料的方面具有明顯的優(yōu)越性。Dauglas公司在NASA ACT(美國(guó)國(guó)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(jī)身與機(jī)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(qiáng)筋壁板。同時(shí)Douglas公可已用RTM/增強(qiáng)材料縫合物研制了大型運(yùn)輸機(jī)機(jī)身蒙皮30。RTM的另一個(gè)重要的應(yīng)用是制造高性能雷達(dá)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(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，從而為雷達(dá)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(jī)雷達(dá)罩，主要有：殲-10戰(zhàn)斗機(jī)、米格-21戰(zhàn)斗機(jī)、殲-8戰(zhàn)斗機(jī)雷達(dá)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(yīng)用是非常廣泛。T

40、ooling化學(xué)公司制造的汽車底盤保護(hù)板;豐田新4WD雪暴車的車頂和后側(cè)部，每臺(tái)采用了37kg的RTM成型件;大和運(yùn)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(dǎo)風(fēng)板;日本的中國(guó)工業(yè)公司，整體成型安裝用筋和凸臺(tái)的汽車用前檔泥板;英國(guó)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(chǔ)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(fù)合材料的應(yīng)用覆蓋了許多領(lǐng)域，美國(guó)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(dòng)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(fù)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(jī)機(jī)殼和蓄電池殼體；電桿上變壓器的殼體；三菱電機(jī)用VARI法成型微波中繼補(bǔ)償天線的開口直徑3m的主反射鏡；稚馬哈發(fā)動(dòng)機(jī)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(fēng)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(zhǎng)足發(fā)展。TRM技術(shù)主要涉及材料學(xué)、流體力學(xué)、化學(xué)流變學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真模擬及實(shí)時(shí)監(jiān)控

42、技術(shù)等諸多交叉學(xué)科，是當(dāng)前國(guó)際復(fù)合材料最活躍的研究領(lǐng)域之一。縱觀國(guó)內(nèi)外RTM的研究發(fā)展動(dòng)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(xué)動(dòng)力學(xué)和流變特性、纖維預(yù)成型體的制備及滲透特性、成型過程的計(jì)算機(jī)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(jì)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(diǎn)纏繞成型是在控制纖維張力和預(yù)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(yīng)于制品內(nèi)腔尺寸的芯模或內(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(jìn)行纏繞、固化、檢驗(yàn)、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(qiáng)度降低，成型和固化時(shí)流膠嚴(yán)重；含膠量過低，制品孔隙率增加，氣密性、耐老化性、剪切強(qiáng)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(duì)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(yù)應(yīng)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(dāng)承受載荷時(shí)，纖維會(huì)被各個(gè)擊破，使總體強(qiáng)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(yīng)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(yīng)力。纏繞張力將直接影響制品的密實(shí)程度和空隙率，且對(duì)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(yīng)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(xué)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(shí)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(shí)驗(yàn)來確定合理的固化制度。根據(jù)纖維纏繞成型時(shí)樹脂基體的物理化學(xué)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(yù)浸膠處理的預(yù)浸紗或帶，在纏繞機(jī)上經(jīng)加熱軟化至粘流態(tài)后纏繞到芯模上。由于預(yù)浸紗（或帶）是專業(yè)生產(chǎn)，能嚴(yán)格控制樹脂含量（精確到2%以內(nèi)）和預(yù)浸紗質(zhì)量。因此，干法纏繞能夠準(zhǔn)確地控制產(chǎn)品質(zhì)量。干法纏繞工藝的最大特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，纏繞速度可達(dá)100200m/min，纏繞機(jī)清潔，勞動(dòng)衛(wèi)生條件好，產(chǎn)品質(zhì)量高。其缺點(diǎn)是纏繞設(shè)備貴，需要增加預(yù)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(qiáng)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(diǎn)為：成本比干法纏繞低40%；產(chǎn)品氣密性好，因?yàn)槔p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(shí)，纖維上的樹脂膠液，可減少纖維磨損；生產(chǎn)效率高（達(dá)200m/min）。濕法纏繞的缺點(diǎn)為：樹脂浪費(fèi)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(yù)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(yīng)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(diǎn)：纖維纏繞成型制品除了具有一般復(fù)合材料制品的優(yōu)點(diǎn)之外，還有其他成型工藝所沒有的特點(diǎn)。（1）比強(qiáng)度高 纏繞成型玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的比強(qiáng)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(qiáng)材料是連續(xù)玻璃纖維，其拉伸強(qiáng)度很高。甚至高于合金鋼。同時(shí)纖維的直徑很細(xì)，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(yīng)力集中，使得連續(xù)纖維具有較高的強(qiáng)度。此外，連續(xù)纖維特別是無(wú)捻粗紗3由于沒有經(jīng)過紡織工序，其強(qiáng)度損失大大減少。（2）避免了布紋交織點(diǎn)與短切纖維末端的應(yīng)力集中 復(fù)合材料順纖維

48、方向的拉伸強(qiáng)度的大小主要由纖維的含量和纖維的強(qiáng)度來決定的。在復(fù)合材料制品中，增強(qiáng)纖維是主要的承載物、而樹脂是支撐和保護(hù)纖維，并在纖維間起著分布和傳遞載荷的作用。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，在玻璃纖維兩端產(chǎn)生的拉應(yīng)力為零，向纖維內(nèi)部則逐漸增加，應(yīng)力曲線平滑連續(xù)。就纖維與樹脂之間的剪切應(yīng)力而言，纖維的兩端最大，中間區(qū)域?yàn)榱恪Ｒ虼?，采用短切纖維做增強(qiáng)材料的復(fù)合材料制品強(qiáng)度，均低于纖維纏繞成型復(fù)合材料制品。（3）可使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)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(qiáng)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(jì)的制品的材料強(qiáng)度與該制品材料實(shí)際承受的強(qiáng)度基本一致，使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。目前，纏繞成型

49、工藝是各種復(fù)合材料成型方法中機(jī)械化和自動(dòng)化程度較高的一種。該工藝采用的增強(qiáng)材料大多是連續(xù)纖維無(wú)捻粗紗和無(wú)緯帶材料，減少了纖維布、氈等的紡織及加工費(fèi)用，因此相對(duì)降低了復(fù)合材料的成本。但是纏繞成型存在以下缺點(diǎn)。（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(huì)降低層間剪切強(qiáng)度并降低壓縮強(qiáng)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(qiáng)的稀釋劑、控制膠液黏度，改善纖維的浸潤(rùn)性及適當(dāng)增大纖維張力等措施，以便減少氣孔和空隙率。（2） 纏繞復(fù)合材料制品開孔周圍應(yīng)力集中程度高。作為一個(gè)纏繞制品，為了連接配件而開口進(jìn)行的切割、鉆孔或開槽等都會(huì)降低纏繞結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。因此，這就要求設(shè)計(jì)

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(yán)格控制。且必須排布均勻，否則會(huì)造成復(fù)合材料制品中纖維的初始應(yīng)力不勻，內(nèi)外松緊不等，產(chǎn)品強(qiáng)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(yùn)輸罐等。1.原材料纏繞成型的原材料主要是纖維增強(qiáng)材料、樹脂和填料。（1）增強(qiáng)材料 纏繞成型用的增強(qiáng)材料，主要是各種纖維紗：如無(wú)堿玻璃纖維紗，中堿玻璃纖維紗，碳纖維紗，高強(qiáng)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(xué)腐蝕性及耐自然老化

51、性主要取決于樹脂性能，同時(shí)對(duì)工藝性、力學(xué)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(shí)用環(huán)氧樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂等。對(duì)于一般民用制品如管、罐等，多采用不飽和聚酯樹脂。對(duì)力學(xué)性能的壓縮強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)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(shí)，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(qiáng)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(jì)的基本要求 要有足夠的強(qiáng)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(yīng)力，二次加工時(shí)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(jiǎn)單，造價(jià)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(diǎn)金屬等，這類材料可用澆鑄法制成空心或?qū)嵭男灸?，制品纏繞成型后，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(fù)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(dāng)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(jī)纏繞機(jī)是實(shí)現(xiàn)纏繞成型工藝的主要設(shè)備，對(duì)纏繞機(jī)的要求是：能夠?qū)崿F(xiàn)制品設(shè)計(jì)的纏繞規(guī)律和排紗準(zhǔn)確；操作簡(jiǎn)便；生產(chǎn)效率高；設(shè)備成本低。纏繞機(jī)主要由芯模驅(qū)動(dòng)和繞絲嘴驅(qū)動(dòng)兩大部分組成。為了消除繞絲嘴反向運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)現(xiàn)小纏繞角（0°15°）纏繞，

54、在纏繞機(jī)上設(shè)計(jì)有垂直芯軸方向的橫向進(jìn)給（伸臂）機(jī)構(gòu)。為防止繞絲嘴反向運(yùn)動(dòng)時(shí)紗帶轉(zhuǎn)擰，伸臂上設(shè)有能使繞絲嘴翻志的機(jī)構(gòu)。我國(guó)60年代研制成功鏈條式纏繞機(jī)，70年代引進(jìn)德國(guó)WE-250數(shù)控纏繞機(jī)，改進(jìn)后實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)，80年代后我國(guó)引進(jìn)了各種型式纏繞機(jī)40多臺(tái)，經(jīng)過改進(jìn)后，自己設(shè)計(jì)制造成功微機(jī)控制纏繞機(jī)，并進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。機(jī)械式纏繞機(jī)類型（1）繞臂式平面纏繞機(jī) 其特點(diǎn)是繞臂（裝有繞絲嘴）圍繞芯模做均勻旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，芯模繞自身軸線作均勻慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，繞臂（即繞絲嘴）每轉(zhuǎn)一周，芯模轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度。此小角度對(duì)應(yīng)纏繞容器上一個(gè)紗片寬度，保證紗片在芯模上一個(gè)緊挨一個(gè)地布滿容器表面。芯?？焖傩D(zhuǎn)時(shí)，繞絲嘴沿垂直地面方向緩

55、慢地上下移動(dòng)，此時(shí)可實(shí)現(xiàn)環(huán)向纏繞，使用這種纏繞機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，芯模受力均勻，機(jī)構(gòu)運(yùn)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(jī) 這種纏繞機(jī)的芯模由兩個(gè)搖支承，纏繞時(shí)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(gè)與紗片寬相適應(yīng)的角度，而纖維紗由固定的伸臂供給，實(shí)現(xiàn)平面纏繞，環(huán)向纏繞由附加裝置來實(shí)現(xiàn)。由于滾翻動(dòng)作機(jī)構(gòu)不宜過大，故此類纏繞機(jī)只適用于小型制品，且使用不廣泛。（3）臥式纏繞機(jī) 這種纏繞機(jī)是由鏈條帶動(dòng)小車（繞絲嘴）作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并在封頭端有瞬時(shí)停歇，芯模繞自身軸作等速旋轉(zhuǎn)，調(diào)整兩者速度可以實(shí)現(xiàn)平面纏繞、環(huán)向纏繞和螺旋纏繞，這種纏繞機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，用途廣泛，適宜于纏

56、繞細(xì)長(zhǎng)的管和容器。（4）軌道式纏繞機(jī) 軌道式纏繞機(jī)分立式和臥式兩種。紗團(tuán)、膠槽和繞絲嘴均裝在小車上，當(dāng)小車沿環(huán)形軌道繞芯模一周時(shí)，芯模自身轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(shí)現(xiàn)環(huán)向纏繞和螺旋纏繞。軌道式纏繞機(jī)適合于生產(chǎn)大型制品。（5）行星式纏繞機(jī) 芯軸和水平面傾斜成角（即纏繞角）。纏繞成型時(shí)，芯模作自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，繞絲嘴固定不動(dòng)。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(yùn)動(dòng)，自轉(zhuǎn)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。這種纏繞機(jī)適合于生產(chǎn)小型制品。（6）球形纏繞機(jī) 球形纏繞機(jī)有4個(gè)運(yùn)動(dòng)軸，球形纏繞機(jī)的繞絲嘴轉(zhuǎn)動(dòng)，芯模旋轉(zhuǎn)和

57、芯模偏擺，基本上和搖臂式纏繞機(jī)相同，第四個(gè)軸運(yùn)動(dòng)是利用繞絲嘴步進(jìn)實(shí)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(dòng)，使纖維布滿球體表面。芯模軸偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(jī) 縱環(huán)向電纜式纏繞機(jī)適用于生產(chǎn)無(wú)封頭的筒形容器和各種管道。裝有縱向紗團(tuán)的轉(zhuǎn)環(huán)與芯模同步旋轉(zhuǎn)，并可沿芯模軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成縱向紗鋪放，環(huán)向紗裝在轉(zhuǎn)環(huán)兩邊的小車上，當(dāng)芯模轉(zhuǎn)動(dòng)，小車沿芯模軸向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(jī) 新型纏管機(jī)與現(xiàn)行纏繞機(jī)的區(qū)別在于，它是靠管芯自轉(zhuǎn)，并同時(shí)能沿管長(zhǎng)方向

58、作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成纏繞過程。這種新型纏繞機(jī)的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)紗可實(shí)現(xiàn)大容量進(jìn)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(yīng)用：由于纏繞成型制品的強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、隔熱耐腐蝕、良好的工藝性和易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化、綜合性能比其他方法成型的復(fù)合材料制品優(yōu)異，并可制成多種產(chǎn)品，因此得到大量應(yīng)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(yīng)用廣泛，如宇航、火箭、飛機(jī)、艦艇等運(yùn)載工具及醫(yī)療等方面均有應(yīng)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(qiáng)、防腐耐久、方便等優(yōu)