复合材料制造工艺简介

纤维增强聚合物基复合材料制造工艺•复合材料制造工艺简介•手糊成型（Handlayup)•喷射成型(Spraylayup)•预浸料热压罐成型（Prepregging,Autoclave）•树脂传递模塑成型RTM(Resintransfermoulding)•真空树脂注入成型(VacuumInfusion或Infusion)•片状模塑成型SMC(Sheetmouldingcompound)•纤维缠绕成型（FilamentWinding)•拉挤成型（Pultrusion)•玻璃毡增强热塑性塑料GMT(Glassmatthermoplastic)•其他几种主要成型工艺纤维增强聚合物基复合材料制造工艺简介纤维树脂纤维预浸成型工艺压力下成形固化复合材料制件基本原理纤维增强聚合物基复合材料制造工艺简介•小批量大尺寸部件：树脂真空注入成型(Infusion)－真空袋闭模低压成型•中批量中等尺寸部件：树脂传递模塑成型(RTM)－闭模低压成型•大批量小尺寸部件：片状模塑成型（SMC）－闭模高压成型工艺选择手糊成型(Handlayup)•手糊成型特点:－手工铺放纤维涂覆树脂辊压－简便易行，成本低－常压常温固化，－大型壳或板类部件，－开模成形（制品单面光滑）－采用纤维织物或者纤维毡－劳动强度高，生产效率低，产量低－产品力学性能低，内部缺陷多－挥发份直接排放环境，污染大喷射成型(Spraylayup)•喷射成型特点:－基本与手糊成型特点相同－短切纤维－生产效率高于手糊成型预浸料热压罐成型(Prepregging,Autoclave)•预浸料热压罐成型特点:－一般采用连续纤维织物（单向布，编织布等）－高性能高质量复合材料制品（纤维体积含量可达70％[单向]，孔隙率小于1％）－工艺控制严格（温度，压力，真空度，时间）－预浸料低温贮藏和运输－复合材料产品成本高（多步工艺，低效率，高能耗，设备造价高，生产周期长）半成品预浸料制备与铺放热压罐中固化成型(T,P)预浸料热压罐成型(Prepregging,Autoclave)预浸料分类•单向预浸料（纱线缠绕），织物预浸料•溶液预浸，热熔预浸•热固性预浸料，热塑性预浸料不同分类预浸料不同的预浸设备第一步：预浸料制备（纤维浸润树脂）中科院宁波材料技术与工程研究所课件预浸料热压罐成型(Prepregging,Autoclave)第二步：预浸料剪裁铺放人工铺放自动化剪裁自动化铺放预浸料热压罐成型(Prepregging,Autoclave)第三步：预浸料于真空袋内铺层密封抽真空密封橡胶真空袋透气毡有孔隔离膜1吸胶毡有孔隔离膜2脱模布预浸料脱模布脱模剂模具•真空袋：提供真空环境•透气毡：保持真空袋内均一的真空压力（分压）•有孔隔离膜1：防止树脂流动至透气毡，但是需要小分子气体能够通过至透气毡•吸胶毡：吸收被挤出而过剩的树脂•有孔隔离膜2：让树脂和小分子气体能够通过•脱模布：让复合材料制品表面具有布纹便于后续粘接或喷漆工序，同时脱模布应能够从制件表面剥离•脱模剂：防止树脂粘住模具表面预浸料热压罐成型(Prepregging,Autoclave)第四步：热压罐内固化成型热压罐固化工艺的设定•树脂粘度变化•温度，压力，时间，真空度，升温速率等参数设定•不同树脂体系，固化工艺不同预浸料热压罐成型(Prepregging,Autoclave)应用领域树脂传递模塑(RTM)树脂传递模塑特点：•连续纤维织物•要求树脂粘度低流动性好•要求纤维预成型体渗透性好•低压，常温或中温固化成型•纤维在模具内浸润树脂•复合材料制品质量稳定性较高•中低成本树脂固化剂压力泵混合注射枪排气孔模具(注射前合模)纤维预成型体(Preform)•制品力学性能较高，适合生产中小型尺寸部件•制品表面两面光滑（上下合模）•脱模后制品一般需要在烘箱内后固化处理•自动化程度较高，工艺效率较高（cycletime~30min）可中批量生产•环境污染小（模具内固化）树脂传递模塑(RTM)1.预成型体铺放2.合模3.树脂注入4.模具内固化5.脱模树脂传递模塑(RTM)纤维织物的覆布性（Drapability）：•覆布性好制品表面无皱褶•平纹布斜纹布缎纹布树脂传递模塑(RTM)纤维织物的渗透率（Permeability）：•渗透率好坏直接影响工艺时间和浸润结果•封闭织物标准织物开放织物封闭织物开放织物标准织物树脂树脂传递模塑(RTM)应用领域真空树脂注入成型(Infusion)树脂固化剂压力泵混合注射真空袋模具纤维预成型体(Preform)真空树脂注入成型特点：•衍生自RTM工艺•基本特点与RTM相同•树脂流动由真空压力驱动(与RTM不同)•仅需半面模具，另一面为真空袋•制品一面光滑•低成本工装设备•模具通常需要加热以固化树脂•生产周期较长•机械化，自动化程度低•制品力学性能较高，缺陷少•适合制造大型，超大型部件真空树脂注入成型(Infusion)•真空袋：提供真空环境•导流网,管：提供树脂流动通道•隔离膜/脱模布：让复合材料制品表面具有布纹便于后续粘接或喷漆工序，同时应能够从制件表面剥离•脱模剂：防止树脂粘住模具表面•密封胶带：防止空气进入•真空管路与接头真空树脂注入成型(Infusion)纵向流动横向流动（导流网）横向流动（螺旋管）横向层间流动真空树脂流动方式•纵向流动特点：低成本，要求树脂粘度很低(20—400cps)，织物渗透率好•横向流动特点：成本高（需要辅助材料），纤维体积含量高于纵向流动，成品质量好，隔离膜必须，树脂粘度可以略高，工艺重复性好，真空树脂注入成型(Infusion)应用领域大型，超大型壳类部件风机叶片船体容器壳体片状模塑成型SMC(Sheetmouldingcompoud)压机树脂添加剂填料纤维收卷隔离膜隔离膜切割机SMC片状模塑成型特点：•短切纤维毡与树脂混合的片材•模具内高压成型•制件几何形状复杂，力学性能要求不高•生产周期短（1min)生产效率高•成本较低，可大批量生产•自动化程度高SMC片材制造压机模压成型切碎片状模塑成型SMCSMC片材制造短切纤维+不饱和聚酯+填料红色为PE或PP隔离膜片状模塑成型SMC模压成型片状模塑成型SMC应用领域广泛应用于汽车工业汽车后备箱盖各种板类，框架类，支撑类零部件纤维缠绕成型(Filamentwinding)缠绕成型是一种将浸渍了树脂的纱或丝束缠绕在回转芯模上、常压下在室温或较高温度下固化成型的一种复合材料制造工艺缠绕成型特点：•制品为圆柱，圆锥，或球形等回转体•在线浸渍树脂•生产周期长•成本较高•自动化程度高芯模横向车架树脂浸润纤维卷轴纤维缠绕成型(Filamentwinding)放卷浸渍树脂纤维牵伸纤维缠绕于芯模上固化脱模纤维缠绕成型(Filamentwinding)三种缠绕方式：螺旋缠绕极向缠绕环向缠绕纤维缠绕成型(Filamentwinding)应用领域传动轴气瓶自行车前叉火箭，导弹内各种罐体，结构件等•碳纤维缠绕成型纤维缠绕成型(Filamentwinding)应用领域各种化学品，油品，水的输送管道•玻璃纤维缠绕成型拉挤成型(Pultrusion)纤维丝轴架纤维布架拉挤模具和加热器树脂浸渍拉伸机构切割超声波检测制成品拉挤成型特点：•制品为型材，管材•在线浸渍树脂•不间断连续生产•成本较低•自动化程度高拉挤成型(Pultrusion)1.丝轴架，布架2.模具3.4.拉伸，切割拉挤成型(Pultrusion)应用领域各种型材管材玻璃毡增强热塑性塑料GMT(Glassmatthermoplastic)GMT成型特点：•热塑性复合材料成型•衍生自热塑性片材热压成型工艺（Thermoforming）•高压成型•树脂流动距离短•生产效率高，生产周期短，适合大批量生产•自动化程度高，生产成本低加热过的热塑性玻璃毡传送至模具内合模成型，冷却后脱模玻璃毡增强热塑性塑料GMT(Glassmatthermoplastic)产品：各种薄壁壳类制件大型压机和模具其他几种主要成型工艺•团状模塑成型BMC(Bulkmouldingcompound)-衍生自SMC－采用团状混料，短纤维，含量低，树脂流动距离长－可生产复杂形状制件•注射成型(Injectionmoulding)-衍生自塑料制品注射成型－热塑性树脂－短纤维，生产效率高，制件形状复杂•真空辅助RTM(VacuumAssistedRTM)-衍生自RTM-树脂注入前模具内抽真空•反应注射成型RIM(ReactionInjectionMoulding)-衍生自RMT－采用原位聚合型热塑性树脂•胶膜渗透成型RFI(ResinFilmInfusion)-衍生自真空袋热压罐成型工艺－采用纤维织物与树脂胶膜交替叠放来取代预浸料复合材料成型工艺的选择：•灵活多样•取决于制件形状，大小，力学物理化学性能要求，纤维类型形态，树脂种类，成本，产量，质量需求等