复合材料成型工艺与特点

第五章 复合材料成型工艺与特点

5.1 手糊、喷射成型技术与特点

5.1.1 手糊成型技术与特点

1) 手糊成型原理

手糊成型工艺是树脂基复合材料生产中最早使用和应用普遍的一种成型方法，它是指将纤维浸渍树脂后手工地铺层在模具上，黏结在一起然后固化的成型工艺。手糊成型技术很少受制品形状及大小的限制，模具费用低，对于那些品种多、生产量小的大型制品，手糊成型技术是非常适合的。

2) 手糊成型工艺的原材料

手糊成型工艺所用的原材料包括：增强材料、树脂和辅助材料。 （1）增强材料

手糊成型对增强材料的要求：①增强材料易于被树脂浸透；②有足够的形变性，能满足制品复杂形状的成型要求；③气泡容易扣除；④能够满足制品使用条件的物理和化学性能要求；⑤价格合理（尽可能便宜），来源丰富。

用于接触成型的增强材料有玻璃纤维及其织物，碳纤维及其织物，芳纶纤维及其织物等。其中常用的玻璃纤维增强材料有以下几种：无捻粗纱、无捻粗纱布、加捻布、短切玻璃纤维毡、玻璃纤维织物。

（2）基体材料

手糊成型工艺对基体材料的要求：①在手糊条件下易浸透纤维增强材料，易排除气泡，与纤维粘接力强；②在室温条件下能凝胶，固化，而且要求收缩小，挥发物少；③粘度适宜：一般为0.2～0.5Pa·s，不能产生流胶现象；④无毒或低毒；⑤价格合理，来源有保证。

在手糊成型技术中，最常用的是不饱和聚酯树脂，其次是环氧树脂、酚醛树脂和呋喃树脂，乙烯基树脂等也有少数应用。

（3）辅助材料

接触成型工艺中的辅助材料，主要是指填料和色料两类，而固化剂、稀释剂、增韧剂等，归属于树脂基体体系。

3)模具及脱模剂 （1）模具

模具是各种接触成型工艺中的主要设备。模具的好坏，直接影响产品的质量和成本，必须精心设计制造。

设计模具时，必须综合考虑以下要求：①满足产品设计的精度要求，模具尺寸精确、表

面光滑；②要有足够的强度和刚度；③脱模方便；④有足够的热稳定性；⑤重量轻、材料来源充分及造价低。

模具材料应满足以下要求：①能够满足制品的尺寸精度，外观质量及使用寿命要求；②模具材料要有足够的强度和刚度，保证模具在使用过程中不易变形和损坏；③不受树脂侵蚀，不影响树脂固化；④耐热性好，制品固化和加热固化时，模具不变形；⑤容易制造，容易脱模；⑥昼减轻模具重量，方便生产；⑦价格便宜，材料容易获得。能用作手糊成型模具的材料有：木材，金属，石膏，水泥，低熔点金属，硬质泡沫塑料及玻璃钢等。

脱模剂基本要求：①不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘接力小于0.01MPa；②成膜时间短，厚度均匀，表面光滑；③使用安全，无毒害作用；④耐热、能以受加热固化的温度作用；⑤操作方便，价格便宜。

手糊成型工艺的脱模剂主要有薄膜型脱模剂、液体脱模剂和油膏、蜡类脱模剂。

4)手糊成型的工艺流程 （1）生产准备

场地：手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15～35℃之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。

模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。

树脂胶液配制：配制时，要注意两个问题：①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。

增强材料准备：增强材料的种类和规格按设计要求选择。 （2）糊制与固化

铺层糊制：手工铺层糊制分湿法和干法两种：①干法铺层 用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层 直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。

固化：制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要24h，此时固化度达50%～70%（巴柯尔硬性度为15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化1～2周才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达85%以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80℃加热3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150℃以内。加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。

（3）脱模和修整

脱模：脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种：①顶出脱模 在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。②压力脱模 模具上留有压缩空气或水入口，脱模

时将压缩空气或水（0.2MPa）压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。③大型制品（如船）脱模 可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。④复杂制品可采用手工脱模方法 先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。

修整：修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。①尺寸修整 成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；②缺陷修补 包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。

5)手糊成型工艺的优缺点

手糊成型工艺有以下优点：（1）不需要复杂的设备，只需要简单的模具、工具，固定投资少、见效快，比较适合我国乡镇企业的发展；（2）生产技术易掌握，只需要经过短期的培训即可进行生产；（3）所制作的复合材料产品不受尺寸、形状限制，如大型游船、圆屋顶、水槽等均可；（4）可与其他材料（如金属、木材、泡沫等）同时复合成一体；（5）对一些不宜运输的大型制品（如大罐、大型屋面）均可现场制作。

但是手糊成型也存在许多缺点：（1）生产效率低、速度慢、生产周期长，对于批量大的产品不太适合：（2）产品质量不够稳定，由于操作人员的技能水平不同及制作环境条件的影响，产品的质量稳定性较差；（3）生产环境差，气味大，加工时粉尘多，故需从劳动保护上加以解决。

6)手糊成型的应用

由于手糊工艺设计自由，因此可根据产品的技术要求设计出理想的外观、造型及多种多样的复合材料制品。手糊成型工艺制作的复合材料产品的用途比较广泛，主要有以下几个方面：

(1) 建筑制品 波形瓦、采光罩、风机、浴盆、组合式卫生间、冷却塔、活动房屋、玻璃钢大棚等。

(2) 造船业 渔船、游船、游艇、交通艇、救生艇，灯塔、水中浮标、养殖船等。 (3) 机械电器设备 机器罩、配电箱、医疗器械外罩、电池箱、开关盒等。

(4) 体育游乐设备 赛艇、舢板、滑板、各种球杆、人造攀岩墙、冰车、风帆车、海底游乐设备等。

5.1.2 喷射成型技术与特点

喷射成型是利用喷枪将玻璃纤维及树脂同时喷到模具上而制得复合材料的工艺方法。具体作法是，加了引发剂的树脂和加了促进剂的树脂分别由喷枪上的两个喷嘴喷出。同时切割器将连续玻璃纤维切割成短切纤维，由喷枪的第三个喷嘴均匀地喷到模具表面上，用小辊压实，经固化而成制品。

喷射成型也称半机械化手糊法。在国外，喷射成型的发展方向是代替手糊。喷射成型的

优点是:①利用粗纱代替玻璃布，可降低材料费用;②半机械操作，生产效率比手糊法高2~4倍，尤其对大型制品，这种优点更为突出。③喷射成型无搭缝，制品整体性好;④减少飞边、裁屑和胶液剩余损耗。喷射成型的缺点是树脂含量高;制品强度低;现场粉尘大;工作环境差。

喷射成型机按喷射方式分类，可分为:(1)高压型:①用泵把树脂送入喷枪，借泵压进行喷射;②用空压机将树脂罐和固化剂罐加压，在该压力下，将树脂和固化剂压入喷枪进行喷射。(2)气动型:树脂、固化剂或它们的混合物借压缩空气喷出的力与空气雾化、喷出。

按混合形式分类，可分为:(1内部混合型:在喷枪内部混入引发剂后进行喷射。(2)外部混合型:分别含有促进剂和引发剂的树脂由喷枪喷出呈雾状相互混合，有单独喷射引发剂和喷射含引发剂树脂的两种类型。(3)已混合型:事先调配好含促进剂和引发剂的树脂，由喷枪喷出。

1）喷射成型工艺

在喷射成型开始以前，应该先检查树脂的凝胶时间，测定方法是将少量的树脂喷入小罐中，测定其凝胶时间;还必须检查树脂对玻璃纤维的比例，一般树脂对玻璃纤维的比例在2.5比1到3.5比1之间。

待胶衣树脂凝胶后{发软而不粘手)，就可以开始喷射成型操作。如果没有胶衣树脂，应先在模具上喷一层树脂。然后开动切割器，开始喷射树脂和纤维的混合物。第一层应该喷射得薄一些(约1mm厚)，并且仔细滚压，首先用短的马海毛滚，然后用螺旋滚.以确保树脂和固化剂混合均匀以及玻璃纤维被完全浸润。仔细操作，确保在这一层中没有气泡，而且这一层必须完全润湿胶衣树脂，待这一层凝胶后再喷下一层。接下来的每一层约喷射2mm厚，如果太厚，则气泡难以除去，制品质量不能保证。每喷射一层都要仔细滚压除去气泡。如此重复，直至达到设计厚度。

要获得较高强度的制品，则必须与粗纱布并用，在使用粗纱布时，应先在模具上喷射足够量的树脂，再铺上粗纱布，仔细滚压，这样有利于除去气泡。对大多数喷射设备，其喷射速率一般是2-10kg /min。

与手糊成型一样，最后一层可以使用表面毡，再涂上外涂层。固化、修整、后固化及脱模等工序与手糊成型法相同。

2）喷射成型常见的缺陷分析 （1）浸渍不良

产生的原因及对策:若因树脂含量低所致，则可适当增加树脂含量。若因树脂黏度过大所致，则应调节树脂黏度。若因树脂的触变度不够而造成树脂流失所致，则应选择有适宜触变度的树脂，或加触变剂。若因粗纱质量不好，不易被树脂浸透所致，则应更换粗纱。因固化时间过短，在喷射操作中就凝胶，应调节树脂的凝胶时间，如减少促进剂量，加人阻聚剂，调节环境温度。

（2）脱落

产生的原因及对策:若因树脂含量多所致，则应减少树脂喷出量。若因树脂的黏度、触变度低所致，则应提高树脂的黏度和触变度。若因喷枪与成型模面距离小所致，则应控制喷射的距离和方向。若因粗纱的切割长度不合适所致.则应按制品的大小和形状，改变纤维的切割长度。

（3）固化不足及固化不均

产生的原因及对策:若因各喷嘴的喷吐量不稳定，而造成配比失调，则要确定各喷嘴的喷吐量，必要时作相应的调整。若因喷出的树脂不能形成适当的雾状，则应调整雾化，使树脂呈雾状。若因树脂和短切粗纱喷射形状不一致，则模面与喷枪之间的距离及方向要保持适当。若由于喷枪型号的原因，初始时喷出的固化剂量不足，则可用空吹法调节固化剂达到一定喷出量后，再喷出树脂和纤维。若因空压机内混入冷凝水，则将空压机内的冷凝水排放掉，并定期排放。

（4）粗纱切割不良

产生的原因及对策:若因切割刀片磨损所致，则应更换，一般应按刀片的材质.在使用一定时间后主动更换。若是支持辊磨损所致，则应视磨损程度及时更换。若因粗纱根数太多所致，则应减少粗纱根数，通常以切割2根粗纱为宜。若因切割器的空气压低所致，则应提高空气压，增大空压机容量。

（5）空洞、气泡

产生的原因及对策;若是脱泡不充分所致，则应按操作规范仔细操作。若是树脂浸渍不良所致，则应加些消泡剂，再次检查树脂和纤维的质量。若脱泡程度难以判断，可将模具做成黑色，以便观察脱泡和浸渍情况。若是在凝胶前就送入高温的后固化炉所致，则应该在室温下固化后再送入炉内固化。

（6）厚度不匀

产生的原因及对策：由于未掌握好喷射操作所致，则应通过训练以提高熟练程度。由于脱泡操作不熟练所致，则应选用合适的脱泡工具，熟练掌握脱泡操作。若因纤维的切割性不好所致，则应调整或更换切割器。若因纤维的分散性不好所致，则应检查粗纱的质量。

（7）白化及龟裂。

产生的原因及对策:由于树脂的反应活性高，在短时间内固化，固化时发热量大，而引起树脂和纤维的界面剥离。则应选择反应活性适宜的树脂，检查引发剂和促进剂的种类和用量以及固化条件。由丁纤维表面附有妨碍树脂浸润的物质(如水、油、润滑脂等)所致，则应作适当处理，平时要注意粗纱的保管和使用。若因一次喷射太厚所致，则可采用分次喷射，边控制固化发热量边喷射。若是喷枪中各喷嘴的喷出量不匀所致，.则应调整树脂的喷出量。若是树脂中混有水所致，则应改善树脂的保管、操作方法、使用条件，空压机的冷凝水管要经常放水。

5.2 树脂传递模塑成型技术与特点

随着复合材料应用领域的不断拓宽，复合材料工业得到迅速发展，成型技术日益完善，新的成型方法不断涌现。目前树脂基复合材料的成型技术主要有手糊成型、喷射成型、树脂传递模塑成型（Resin Transfer Molding，RTM）、模压成型、注射成型、结构反应注射成型(SRIM)、真空袋成型、压力袋成型、高压釜成型、纤维缠绕法、拉挤成型法以及其它成型方法[1~2]。

早期，复合材料部件的生产多采用手糊工艺，但手糊制品质量稳定性差，劳动强度大，不能满足工业化生产的要求。后来发展起来的喷射法，生产质量和效率有所提高，应用于较大、简单形状部件的生产。20世纪60年代SMC和BMC工艺的出现，为工业化生产大型部件提供了可行性。在随后的20年里，SMC和BMC技术迅速发展成熟，并得到了广泛应用[3~4]。20世纪80年代，由于市场需要的多样性，以RTM工艺为代表的先进液体模塑技术迅速发展。这类技术属于高性能低成本制造技术，工艺方法灵活，能够一次成型带有夹芯、加筋、预埋的大型结构件，比其它任何工艺更具有竞争力[5]。

5.2.1 RTM树脂基体及增强材料

5.2.1.1 RTM树脂基体的要求

RTM成型制品质量好坏,性能高低及工艺上的可操作性如何与RTM所选树脂有密切关系。因此，研究RTM适用的树脂基体便显得尤为重要。

RTM用树脂体系应满足：

1）粘度低，浸润性好，便于树脂在模腔内顺利均匀地通过并浸渍纤维； 2）固化放热峰低，以100~180℃为宜；

3）活性高，凝胶时间和固化时间短，但在注射时又要有较长的适用期；

4）树脂系统不含溶剂，固化时无低分子物析出，同时又适宜增加填料，尤其是树脂消泡性要好；

5）收缩率低，以保证制品尺寸准确，且所需的树脂应为预促进型。

RTM使用的高性能树脂基体包括：不饱和聚酯树脂，乙烯基酯树脂，环氧树酯，双马来酰亚胺树脂，热塑性树脂。目前主要为环氧树脂。 5.2.1.2 RTM增强材料的要求

在RTM工艺中，对增强材料的限制很小。玻璃纤维(包括E和S玻璃纤维)、芳纶纤维和碳纤维都可以使用。根据不同的要求，天然纤维和一些有机纤维，如聚醋纤维，也可在RTM中使用。有时也使用金属作结构的局部增强。在这种情况下应考虑使用环境条件对所选择的金属的腐蚀和采用相应防护措施。增强体预制件可根据应用采用不同的工艺制备。

RTM成型对增强材料的要求是：

1）增强材料的分布应符合制品结构设计的要求，要注意方向性；

2） 增强材料铺好后其位置和状态应固定，不动不应因合模和注射树脂而动； 3）对树脂的浸润性要好；

4）利于树脂的流动并能经受树脂的冲击。

5.2.2 RTM成型工艺

5.2.2.1 RTM成型工艺的原理

复合材料树脂传递模塑（Resin Transfer Molding，RTM）法是从湿法铺层和注塑工艺中演变而来的一种新的复合材料成型工艺[6]。所谓树脂传递模塑，一般是指在闭合模腔中预先铺覆好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体(包括螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件)，夹紧后，从置于适当位置的注入孔在一定温度及压力下将配好的树脂注入模具中，在室温或升温条件使之与增强材料一起固化，最后启模、脱模而得到成型制品。图1为RTM成型工艺示意图。

图1 RTM成型工艺示意图

RTM工艺通常包括以下四个步骤：一、从卷材上裁剪增强材料并铺叠在一起；二、使增强材料具有一定的形状、按照制品的形状修剪预成型体；三、充模(包括预成型体的铺放，树脂的注射以及固化)；四、脱模及加工。 5.2.2.2 RTM成型工艺的优势

与手糊成型、喷射成型、缠绕成型、模压成型等传统工艺的纤维/树脂浸润过程相比，RTM成型工艺的优势主要表现在：

1）RTM工艺分增强材料预成型体加工和树脂注射固化两个步骤，具有高度灵活性和组合性[7]；

2）采用了与制品形状相近的增强材料预成型技术，纤维树脂的浸润一经完成即可固化，因此可用低粘度快速固化的树脂，并可对模具加热而进一步提高生产效率和产品质量；

3）增强材料预成型体可以是短切毡、连续纤维毡、纤维布、无皱折织物、三维针织物以及三维编织物，并可根据性能要求进行选择向增强、局部增强、混杂增强以及采用预埋和

夹芯结构，可充分发挥复合材料性能的可设计性[8~9]；

4）封闭模树脂注入方式可极大减少树脂有害成分对人体和环境的毒害；

5）RTM一般采用低压注射技术(注射压力<4kg/cm2)，有利于制备大尺寸、外形复杂、两面光洁的整体结构，及不需后处理制品[10]；

6）加工中仅需用树脂进行冷却；

7）模具可根据生产规模的要求选择不同的材料，以降低成本。 5.2.2.3 RTM成型工艺存在的不足

目前，RTM成型工艺其自身还存在一些问题，主要表现在[11]：

1）树脂对纤维的浸渍不够理想，制品里存在空隙率较高，干纤维的现象； 2）制品的纤维含量较低，一般为50%；

3）大面积、结构复杂的模具型腔内，模塑过程中树脂的流动不均衡，不能进行预测和控制，对于制造大尺寸复合材料来说，模具成本高,脱模困难等。

5.2.3 RTM成型工艺改进

RTM已经成为一种主要的复合材料低成本制造工艺，近些年获得了很大的发展。针对传统RTM工艺制件纤维体积含量低、不能整体成型复杂构件等不足，衍生出很多新的RTM工艺，主要有柔性辅助RTM、真空辅助RTM、SCRIMP成型技术、共注射RTM技术等。 5.2.3.1 柔性辅助RTM

此工艺主要用来制造空心结构，通过柔性模对预成型体的压实作用，制件的纤维体积含量较传统RTM工艺得到了提高；由于构件套合在柔性模上，脱模更为容易[12]。

此工艺的原理为：在柔性模上铺放好干态的预成型体，置入刚性的阴模中，把树脂注入模腔中并控制柔性模膨胀(或先使柔性模膨胀，然后注射树脂)，固化成型，脱模。为了控制柔性模的膨胀，可采取加热柔性模或向密闭的柔性模中充气的方法。前者可称为热膨胀软模辅助RTM工艺，后者为气囊辅助RTM工艺[13]。

(1) 热膨胀软模辅助RTM工艺

将预成型体铺放在聚氨酯泡沫、硅橡胶等软质材料上，然后将其置入刚性阴模内，利用软模材料与阴模材料热膨胀系数的差异，在模具加热过程中，软模受热膨胀，对预成型体起到挤压作用，从而提高构件的致密性。

该工艺由于能够以较低成本整体成型大尺寸复杂结构的复合材料构件，因此受到人们的关注。如Bender等[14]利用热膨胀软模辅助RTM工艺成功成型了内部结构复杂的复合材料舱段构件。通过静载性能研究表明，舱段整体力学性能优异，可满足航天主承力结构件的使用要求。国内学者采用热膨胀成型工艺，一次性固化成型制成复合材料背架构件。其工艺过程为先在钢质阴模内铺放预浸料，然后在模腔内放置膨胀芯模，模具组装后进行加热固化。鞠金山[16~17]利用软模成型技术制备了高精度天线测量杆，芯模采用热膨胀硅橡胶，将碳

纤维单向布铺贴于热膨胀芯模上进行加热加压成型，最终成型制品为规则杆状构件。

(2) 气囊辅助RTM工艺

气囊辅助RTM工艺是将预成型体铺放在密封的气囊上，置入模腔内，通过气囊充压压实预成型体，使预成型体贴附在模腔内表面赋形。气囊辅助RTM工艺预成型体铺放方便快捷，气囊压力容易控制，对预成型体压实效果显著。国外在该方面有较多的研究工作。

U．Lehmann等[18]利用气囊辅助RTM工艺成型了某个空心构件，图2为其原理图。由图可见，预成型体的外形与最终构件的外形并不一样，预成型体铺放在气囊上，置入模腔后即充压使得预成型体贴附在模腔内壁上，空心构件的外形是靠模腔的内壁形状保证的。

图2 气囊辅助RTM工艺制造空心结构原理图

5.2.3.2 真空辅助RTM

(1) 真空辅助RTM工艺原理

真空辅助RTM（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding）其基本方法是使用敞开模具成型制品[19]。这里所说的敞开模具是相对传统的RTM的双层硬质闭合模具而言的,VARTM模具只有一层硬质模板，纤维增强材料按规定的尺寸及厚度铺放在模板上，用真空袋包覆，并密封四周，真空袋采用尼龙或硅树脂制成。注射口设在模具

的一端，而出口则设在另一端，注射口与图3 真空辅助模塑工艺工作原理 RTM喷枪相连，出口与真空泵相连。当模具

密封完好，确认无空气泄漏后，开动真空泵抽真空。达到一定真空度后，开始注入树脂，固化成型。

(2) 真空辅助模塑工艺特点

与RTM相比,VARTM的优点有：(1)模腔内抽真空使压力减小，增加了使用更轻型模具的可能性，从而使模具的使用寿命更长、可设计性更好；(2)真空袋材料取代了在RTM中的需相配对的金属模具；(3)真空也可提高玻璃纤维与树脂的比率，使玻璃纤维的含量更高，增加制品的强度[20]；(4)无论增强材料是编织的还是非编织的，无论树脂类型及粘度如何，VARTM都能大大改善模塑过程中纤维的浸润性，使树脂和纤维的结合界面更完美,提高制品

的质量；(5)用VARTM工艺可使直径38.11 mm的致密预成型坯的纤维体积含量为16%~68%,累计孔隙率为1.7%，而普通的预浸料的孔隙率为5 %~7%[21]。

虽然VARTM工艺以上的优点可提高制品的成品率和力学性能，但是VARTM的缺点是：与高压成型相比，纤维含量低。随着科学技术的发展和国内外各科研单位和生产厂家对真空辅助RTM工艺的重视程度及认识程度不断加深，近十几年来，国内外许多学者对真空辅助RTM成型工艺中缺陷的形成及消除进行了深入细致的研究。 5.2.3.3 SCRIMP成型技术

SCRIMP（Seeman Composites Resin Infusion Molding Process）是一种比较新颖的复合材料成型工艺，以既经济又安全的方法生产高品质的大型制品见长，近年来在国外有关资料中时有报道。SCRIMP成型技术是一种新型的真空辅助注射技术(VARTM),是一种低成本制造技术(复合材料制造成本占总成本的60~70%)。自80年代末开发出来，在航空、航天、船舶、基础结构工程、交通、防御工程等应用领域得到了人们的普遍关注。经过多年的发展，目前该工艺已由研究开发阶段逐步进入规模化的工程应用[22~23]。

(1) SCRIMP成型技术原理

SCRIMP工艺同RTM类似,也是采用干织物或芯层材料作预成型；与RTM不同之处在于它只需一半模具和一个弹性真空袋。事先将一层或几层纤维织物或芯层辅放在模具里面。真空袋一般采用尼龙或抗撕裂、延伸性能好的硅橡胶材料，在模具上形成封闭的腔，真空袋上有一个或几个真空出口。模具上有一个或几个树脂注入口，树脂通过注入口注入到增强材料中。在高真空度下，增强材料被压实同时吸入树脂。SCRIMP的专利关键在于真空袋下面的分散介质层，它是一种针织网状织物，含有互相交错的树脂分布通道。小于大气压的压力通过弹性真空袋作用在铺层材料上，在树脂注入前将玻纤压实，降低空隙率，纤维树脂重量比可达70/30。在Seeman工艺中还有一可透过树脂的剥离层，铺在分散介质层和制品之间，在制品固化成型后，剥离层连同多余的树脂一起揭掉，在靠近模具面，得到表面效果理想的大型制品。SCRIMP复合材料生产工艺步骤：(1)单面模具表面涂脱模剂；(2)铺放干织物和芯层；(3)铺放分散介质层；(4)用真空袋密封；(5)注入树脂同时抽真空；(6)室温固化或放入烘房。

(2) SCRIMP成型技术特点[24]

a) SCRIMP是一闭合式系统，操作人员同苯乙烯隔离并且也不需要接触其它有机材料。 b) 纤维层在高真空度下被压实、孔隙率极低，纤维与树脂重量比可达70/30。又加上有分散介质层的存在，使树脂快速而均匀地渗透到纤维层，控制手段比手糊更为严密，从而使质品满足强度要求，重复性好、质量可靠。

c) 一般来说，SCRIMP制品越大，经济性越可观。生产大型RTM制品，模具费用及注射设备费用相当高,而同样尺寸的SCRIMP模具费用却与手糊相当，而且不需要注射设备，同时劳动力费用比手糊法降低50%。

d) 由于精心设置的树脂分配系统，使树脂胶液先迅速在长度方向上充分流动填充，然后在真空压力驱动下在厚度方向缓慢浸润，改善了浸渍效果，减少了缺陷发生。 5.2.3.4 共注射RTM技术

美国特拉华大学复合材料中心的 John W. Gillespie Jr等[25]人提出了一种改进型的RTM 工艺——共注射 RTM（Co-injection Resin Transfer Molding，简称 CIRTM），可以让两种以上的树脂能同时注入模具中以浸渍纤维预成型体，用于制备多功能层复合材料结构。

(1)共注射RTM工艺原理

图4 共注射RTM成型工艺示意图

如上图4所示为共注射RTM制备一体化复合材料的工艺示意图，与普通RTM不同的是，共注射RTM工艺是由两套RTM注射系统分别将两种不同种类的树脂同时注入预先铺设好预成型体并抽真空的模具中[26]。可通过调节两套注射系统的注射压力来实现两种胶液在模腔中同步浸润各自不同的纤维增强体，充模完成后进行共固化操作。

(2) 共注射RTM工艺特点

共注射RTM在制备不同树脂体系的多层复合材料结构上具有显著优势。但是当两种树脂注射条件和固化条件相差较大时，共注射及共固化条件的确定仍是难题。John W. Gillespie Jr 的研究小组首先通过数值分析和有限元模拟的方法对共注射工艺过程中两种树脂横向流动机理进行了研究 [27]，并且对树脂在浸渍过程中的横向流动进行了定量分析。研究结果表明，如果采用CIRTM工艺制备大尺寸构件或树脂的粘度相差很大时，两种功能层预成型体之间应该需要一个完全不可渗透的隔层。

5.2.4 影响RTM成型工艺的因素

RTM成功的关键是正确地分析、确定和控制工艺参数。主要工艺参数有注胶压力、注胶温度、注胶速度等。这些参数是相互关联、相互影响的。 5.2.4.1 注胶压力的影响

压力是影响RTM工艺过程的主要参数之一[28]。压力的高低决定模具的材料要求和结构设计，高的压力需要高强度、高刚度的模具和大的合模力。如果高的注胶压力与低的模具刚度结合，制造出的制件就要超差。

RTM工艺希望的是在较低压力下完成树脂压注。为降低压力，可采取以下措施：降低树脂粘度；适当的模具注胶口和排气口设计；适当的纤维排布设计；降低注胶速度。 5.2.4.2 注胶速度的影响

注胶速度同样也是一个重要的工艺参数。注胶速度取决于树脂对纤维的润湿性和树脂的表面张力及粘度，受树脂的活性期、压注设备的能力、模具刚度、制件的尺寸和纤维含量的制约。人们希望获得高的注胶速度，以提高生产效率。从气泡排出的角度，也希望提高树脂的流动速度，但不希望速度的提高会伴随压力的升高。

另外，充模的快慢与RTM的质量影响也是不可忽略的重要因素。纤维与树脂的结合除了需要用偶联剂预处理以加强树脂与纤维的化学结合力外，还需要有良好的树脂与纤维结合紧密性[29]。这通常与充模时树脂的微观流动有关。现在，有关研究人员用充模时的宏观流动来预测允模时产生夹杂气泡、熔接痕甚至充不满模等缺陷。用微观流动来估计树脂与纤维之间的浸渍和存在于微观纤维之间的微量气体的排除量(通常用电子显微镜才能检测)。由于树脂对纤维的完全浸渍需要一定的时间和压力，较慢的充模压力和一定的充模反压有助于改善RTM的微观流动状况。但是，充模时间增加降低了RTM的效率。所以，这一对矛盾也是目前的研究热点。 5.2.4.3 注胶温度的影响

注胶温度取决于树脂体系的活性期和最小粘度的温度。在不至太大缩短树脂凝胶时间的前提下，为了使树脂在最小的压力下使纤维获得充足的浸润，注胶温度应尽量接近最小树脂粘度的温度。过高的温度会缩短树脂的工作期：过低的温度会使树脂粘度增大，而使压力升高，也阻碍了树脂正常渗入纤维的能力。较高的温度会使树脂表而张力降低，使纤维床中的空气受热上升，因而有利于气泡的排出。

5.2.5 RTM成型工艺的应用

目前RTM的应用已覆盖了建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等各领域。 5.2.5.1 航空航天领域

航空航天领域对树脂基复合材料的要求较高，如:耐热性高、力学性能优异、制件精度高、性能分散性小。要达到如此高的要求用传统的成型工艺虽能实现，但制品的成本较高，生产效率低。而RTM技术制造高性能复合材料的方面具有明显的优越性。

Dauglas公司在NASA ACT(美国国家航空与航天局咨询中心)合同的资助下，开展了使用RTM制造机身与机翼结构的研究工作。制造出了1.2m×1.8m,并带有6根50mm高、6mm厚的增强筋壁板。同时Douglas公可已用RTM/增强材料缝合物研制了大型运输机机身蒙皮[30]。

RTM的另一个重要的应用是制造高性能雷达罩[31]。它具有结构均匀、致密、空隙率低、表面光滑、尺寸精度及准确度高的特点，从而为雷达罩具有优良的介电性能提供了可靠的保证。航空工业总公司637研究所用RTM工艺已制成了几种战斗机雷达罩，主要有：歼-10战斗机、米格-21战斗机、歼-8战斗机雷达罩等。

5.2.5.2 汽车与卫生用品

RTM工艺在汽车制造业中的应用是非常广泛。Tooling化学公司制造的汽车底盘保护板;丰田新4WD雪暴车的车顶和后侧部，每台采用了37kg的RTM成型件;大和运输的宅急便用厢式货车的前箱盖(宽1.7m，约10kg)和头灯罩(3.5kg);北关工业使用CF/AF混织布成型汽车用的后稳定气翼和后支柱，卡车用导风板;日本的中国工业公司，整体成型安装用筋和凸台的汽车用前档泥板;英国的Plaxton汽车厂，Excaliburh和Premiere两种新型汽车的下侧面板，前后盖以及储物箱门.都是用RTM工艺制造的[32]。 5.2.5.3 其他方面

RTM工艺制造的复合材料的应用覆盖了许多领域，美国Addax利用碳纤维和环氧树脂制造了工业水冷却塔驱动轴的旋翼叶和CAT扫描仪底盘板。Poiycycle公司将环氧树脂用于与单向S-2G玻璃纤维复合的碳纤维编织管和芳纶纤维编织的套管，从而制成了0. 56m的自行车手柄。

大荣产业的NTT的共用电话亭的屋顶；地下探查机机壳和蓄电池壳体；电杆上变压器的壳体；三菱电机用VARI法成型微波中继补偿天线的开口直径3m的主反射镜；稚马哈发动机公司成型了高尔夫手推车车体(20kg)，采用加热电铸模具的快速成型法，一件的周期为30min。北关工业使用CF/AF混织布成型的风力发电Wells涡轮叶片。

5.2.6 前景展望

近些年来RTM技术得到长足发展。TRM技术主要涉及材料学、流体力学、化学流变学、计算机仿真模拟及实时监控技术等诸多交叉学科，是当前国际复合材料最活跃的研究领域之一。纵观国内外RTM的研究发展动态，RTM技术的研究方向主要包括:低粘度高性能树脂体系的制备及其化学动力学和流变特性、纤维预成型体的制备及渗透特性、成型过程的计算机仿真模拟技术、成型过程的在线监控、模具的优化设计[33]、新型工艺设备的开发等。

5.3 缠绕成型技术与特点

缠绕成型是在控制纤维张力和预定线型的条件下，将连续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液后连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后在室温或加热的条件下使之固化成型制成一定形状制品的方法。

缠绕成型工艺：

缠绕的工艺过程一般包括芯模和内衬的制造、树脂胶液的配制、纤维热处理和烘干、浸胶、胶纱烘干、在一定张力下进行缠绕、固化、检验、加工成制品等工序。

影响缠绕制品性能的主要工艺参数有纤维的浸胶、胶液含量及分布、胶纱烘干、缠绕张力、纱片缠绕位置、固化制度、缠绕速度、环境温度等，这些因素多半紧密地联系在一起。合理的选择工艺参数是充分发挥原料的特性、制造高质量的缠绕制品的重要环节。

纤维浸胶：含胶量高低直接关系到制品的重量和厚度。含胶量过高，制品的强度降低，成型和固化时流胶严重；含胶量过低，制品孔隙率增加，气密性、耐老化性、剪切强度均下降。

缠绕张力：张力的大小、各纤维束之间张力的均匀性以及各缠绕层之间纤维张力的均匀性，对制品的质量影响极大、合适的缠绕张力可以使树脂产生预应力，从而提高树脂抵抗开裂的能力。各纤维束之间如果张力不匀，当承受载荷时，纤维会被各个击破，使总体强度的发挥大受影响。为使制品各缠绕层在张力作用下不出现内松外紧现象，应使缠绕张力有规律的递减，以保证各层都有相同的初始应力。缠绕张力将直接影响制品的密实程度和空隙率，且对纤维浸渍质量和制品的含胶量影响很大。

缠绕速度：缠绕速度是指纱线速度应控制在一定的范围之内。速度过小则生产效率低，速度过快则树脂容易溅洒、胶液浸不透或杂质易吸入。

固化制度：固化制度是指保证树脂充分固化的重要条件，直接影响制品的物理力学性能。固化制度包括加热的温度范围、升温速度、恒温温度及时间、降温冷却等。要根据制品的不同性能要求采用不同的固化制度，且不同的树脂系统，固化制度也不相同，一般都要根据树脂的配方、制品性能要求以及制品的形状、尺寸及构造情况，通过实验来确定合理的固化制度。

根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。

（1）干法缠绕 干法缠绕是采用经过预浸胶处理的预浸纱或带，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。由于预浸纱（或带）是专业生产，能严格控制树脂含量（精确到2%以内）和预浸纱质量。因此，干法缠绕能够准确地控制产品质量。干法缠绕工艺的最大特点是生产效率高，缠绕速度可达100～200m/min，缠绕机清洁，劳动卫生条件好，产品质量高。其缺点是缠绕设备贵，需要增加预浸纱制造设备，故投资较大此外，干法缠绕制品的层间剪切强度较低。

（2）湿法缠绕 湿法缠绕是将纤维集束（纱式带）浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上。湿法缠绕的优点为：①成本比干法缠绕低40%；②产品气密性好，因为缠绕张力使多余的树脂胶液将气泡挤出，并填满空隙；③纤维排列平行度好；④湿法缠绕时，纤维上的树脂胶液，可减少纤维磨损；⑤生产效率高（达200m/min）。湿法缠绕的缺点为：①树脂浪费大，操作环境差；②含胶量及成品质量不易控制；③可供湿法缠绕的树脂品种较少。

（3）半干法缠绕 半干法缠绕是纤维浸胶后，到缠绕至芯模的途中，增加一套烘干设备，将浸胶纱中的溶剂除去，与干法相比，省却了预浸胶工序和设备；与湿法相比，可使制品中的气泡含量降低。

三种缠绕方法中，以湿法缠绕应用最为普遍；干法缠绕仅用于高性能、高精度的尖端技术领域。

缠绕成型的优缺点：

纤维缠绕成型制品除了具有一般复合材料制品的优点之外，还有其他成型工艺所没有的特点。

（1）比强度高 缠绕成型玻璃纤维增强复合材料的比强度比刚高三倍，比钛高四倍、这是由于缠绕制品所采用的增强材料是连续玻璃纤维，其拉伸强度很高。甚至高于合金钢。同时纤维的直径很细，因此使得连续纤维表面上的微裂纹的尺寸和数量较少，从而减少了应力集中，使得连续纤维具有较高的强度。此外，连续纤维特别是无捻粗纱3由于没有经过纺织工序，其强度损失大大减少。

（2）避免了布纹交织点与短切纤维末端的应力集中 复合材料顺纤维方向的拉伸强度的大小主要由纤维的含量和纤维的强度来决定的。在复合材料制品中，增强纤维是主要的承载物、而树脂是支撑和保护纤维，并在纤维间起着分布和传递载荷的作用。据实验测得，在玻璃纤维两端产生的拉应力为零，向纤维内部则逐渐增加，应力曲线平滑连续。就纤维与树脂之间的剪切应力而言，纤维的两端最大，中间区域为零。因此，采用短切纤维做增强材料的复合材料制品强度，均低于纤维缠绕成型复合材料制品。

（3）可使产品实现等强度结构 纤维缠绕成型可使产品结构在不同方向的强度比最佳。也就是说，在纤维缠绕结构的任何方向上，均可使设计的制品的材料强度与该制品材料实际承受的强度基本一致，使产品实现等强度结构。

目前，缠绕成型工艺是各种复合材料成型方法中机械化和自动化程度较高的一种。该工艺采用的增强材料大多是连续纤维——无捻粗纱和无纬带材料，减少了纤维布、毡等的纺织及加工费用，因此相对降低了复合材料的成本。

但是缠绕成型存在以下缺点。

（1）在缠绕特别是湿法缠绕过程中易形成气泡，造成制品内空隙过多，从而会降低层间剪切强度并降低压缩强度和抗失稳能力。因此，要求在生产过程中，尽量采用活性较强的稀释剂、控制胶液黏度，改善纤维的浸润性及适当增大纤维张力等措施，以便减少气孔和空隙率。

（2）缠绕复合材料制品开孔周围应力集中程度高。作为一个缠绕制品，为了连接配件而开口进行的切割、钻孔或开槽等都会降低缠绕结构的强度。因此，这就要求设计合理，制品完全固化后尽量避免切割、钻孔等破坏性的加工。

（3）缠绕过程中纤维的张力控制要适度，纱带宽及搭接尺寸要严格控制。且必须排布均匀，否则会造成复合材料制品中纤维的初始应力不匀，内外松紧不等，产品强度受到影响。

（4）制品形状有局限性。缠绕制品多为圆柱体、球体及某些正曲率回旋体，如管、罐、

椭圆运输罐等。

1.原材料

缠绕成型的原材料主要是纤维增强材料、树脂和填料。

（1）增强材料 缠绕成型用的增强材料，主要是各种纤维纱：如无碱玻璃纤维纱，中碱玻璃纤维纱，碳纤维纱，高强玻璃纤维纱，芳纶纤维纱及表面毡等。

（2）树脂基体 树脂基体是指树脂和固化剂组成的胶液体系。缠绕制品的耐热性，耐化学腐蚀性及耐自然老化性主要取决于树脂性能，同时对工艺性、力学性能也有很大影响。缠绕成型常用树脂主要是不饱和聚酯树脂，也有时用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂等。对于一般民用制品如管、罐等，多采用不饱和聚酯树脂。对力学性能的压缩强度和层间剪切强度要求高的缠绕制品，则可选用环氧树脂。航天航空制品多采用具有高断裂韧性与耐湿性能好的双马来酰亚胺树脂。

（3）填料 填料种类很多，加入后能改善树脂基体的某些功能，如提高耐磨性，增加阻燃性和降低收缩率等。在胶液中加入空心玻璃微珠，可提高制品的刚性，减小密度降低成本等。在生产大口径地埋管道时，常加入30%石英砂，借以提高产品的刚性和降低成本。为了提高填料和树脂之间的粘接强度，填料要保证清洁和表面活性处理。

2.芯模

成型中空制品的内模称芯模。一般情况下，缠绕制品固化后，芯模要从制品内脱出。芯模设计的基本要求 ①要有足够的强度和刚度，能够承受制品成型加工过程中施加于芯模的各种载荷，如自重、制品重，缠绕张力，固化应力，二次加工时的切削力等；②能满足制品形状和尺寸精度要求，如形状尺寸，同心度、椭圆度、锥度（脱模），表面光洁度和平整度等；③保证产品固化后，能顺利从制品中脱出；④制造简单，造价便宜，取材方便。

芯模材料 缠绕成型芯模材料分两类：熔、溶性材料和组装式材料。熔、溶性材料是指石蜡，水溶性聚乙烯醇型砂，低熔点金属等，这类材料可用浇铸法制成空心或实心芯模，制品缠绕成型后，从开口处通入热水或高压蒸汽，使其溶、熔，从制品中流出，流出的溶体，冷却后重复使用。组装式芯模材料常用的有铝、钢、夹层结构、木材及石膏等。另外还有内衬材料，内衬材料是制品的组成部分，固化后不从制品中取出，内衬材料的作用主要是防腐和密封，当然也可以起到芯模作用，属于这类材料的有橡胶、塑料、不锈钢和铝合金等。

3.缠绕机

缠绕机是实现缠绕成型工艺的主要设备，对缠绕机的要求是：①能够实现制品设计的缠绕规律和排纱准确；②操作简便；③生产效率高；④设备成本低。

缠绕机主要由芯模驱动和绕丝嘴驱动两大部分组成。为了消除绕丝嘴反向运动时纤维松线，保持张力稳定及在封头或锥形缠绕制品纱带布置精确，实现小缠绕角（0°～15°）缠

绕，在缠绕机上设计有垂直芯轴方向的横向进给（伸臂）机构。为防止绕丝嘴反向运动时纱带转拧，伸臂上设有能使绕丝嘴翻志的机构。

我国60年代研制成功链条式缠绕机，70年代引进德国WE-250数控缠绕机，改进后实现国产化生产，80年代后我国引进了各种型式缠绕机40多台，经过改进后，自己设计制造成功微机控制缠绕机，并进入国际市场。

机械式缠绕机类型

（1）绕臂式平面缠绕机 其特点是绕臂（装有绕丝嘴）围绕芯模做均匀旋转运动，芯模绕自身轴线作均匀慢速转动，绕臂（即绕丝嘴）每转一周，芯模转过一个小角度。此小角度对应缠绕容器上一个纱片宽度，保证纱片在芯模上一个紧挨一个地布满容器表面。芯模快速旋转时，绕丝嘴沿垂直地面方向缓慢地上下移动，此时可实现环向缠绕，使用这种缠绕机的优点是，芯模受力均匀，机构运行平稳，排线均匀，适用于干法缠绕中小型短粗筒形容器。

（2）滚翻式缠绕机 这种缠绕机的芯模由两个摇支承，缠绕时芯模自身轴旋转，两臂同步旋转使芯模翻滚一周，芯模自转一个与纱片宽相适应的角度，而纤维纱由固定的伸臂供给，实现平面缠绕，环向缠绕由附加装置来实现。由于滚翻动作机构不宜过大，故此类缠绕机只适用于小型制品，且使用不广泛。

（3）卧式缠绕机 这种缠绕机是由链条带动小车（绕丝嘴）作往复运动，并在封头端有瞬时停歇，芯模绕自身轴作等速旋转，调整两者速度可以实现平面缠绕、环向缠绕和螺旋缠绕，这种缠绕机构造简单，用途广泛，适宜于缠绕细长的管和容器。

（4）轨道式缠绕机 轨道式缠绕机分立式和卧式两种。纱团、胶槽和绕丝嘴均装在小车上，当小车沿环形轨道绕芯模一周时，芯模自身转动一个纱片宽度，芯模轴线和水平面的夹角为平面缠绕角α。从而形成平面缠绕型，调整芯模和小车的速度可以实现环向缠绕和螺旋缠绕。轨道式缠绕机适合于生产大型制品。

（5）行星式缠绕机 芯轴和水平面倾斜成α角（即缠绕角）。缠绕成型时，芯模作自转和公转两个运动，绕丝嘴固定不动。调整芯模自转和公转速度可以完成平面缠绕、环向缠绕和螺旋缠绕。芯模公转是主运动，自转为进给运动。这种缠绕机适合于生产小型制品。

（6）球形缠绕机 球形缠绕机有4个运动轴，球形缠绕机的绕丝嘴转动，芯模旋转和芯模偏摆，基本上和摇臂式缠绕机相同，第四个轴运动是利用绕丝嘴步进实现纱片缠绕，减少极孔外纤维堆积，提高容器臂厚的均匀性。芯模和绕丝嘴转动，使纤维布满球体表面。芯模轴偏转运动，可以改变缠绕极孔尺寸和调节缠绕角，满足制品受力要求。

（7）电缆式纵环向缠绕机 纵环向电缆式缠绕机适用于生产无封头的筒形容器和各种管道。装有纵向纱团的转环与芯模同步旋转，并可沿芯模轴向往复运动，完成纵向纱铺放，环向纱装在转环两边的小车上，当芯模转动，小车沿芯模轴向作往复运动时，完成环向纱缠绕。

根据管道受力情况，可以任意调整纵环向纱数量比例。

（8）新型缠管机 新型缠管机与现行缠绕机的区别在于，它是靠管芯自转，并同时能沿管长方向作往复运动，完成缠绕过程。这种新型缠绕机的优点是，绕丝嘴固定，为工人处理断头、毛丝以及看管带来很大方便；多路进纱可实现大容量进丝缠绕，缠绕速度快，布丝均匀，有利于提高产品重量和产量。

缠绕成型的应用：

由于缠绕成型制品的强度高、质量轻、隔热耐腐蚀、良好的工艺性和易于实现机械化和自动化、综合性能比其他方法成型的复合材料制品优异，并可制成多种产品，因此得到大量应用。

（1）压力容器 压力容器有受内压容器和受外压容器两种。目前压力容器应用广泛，如宇航、火箭、飞机、舰艇等运载工具及医疗等方面均有应用。

（2）化工管道 用于输送石油、水、天然气、化工流体介质等，它可部分代替不锈钢，具有质轻高强、防腐耐久、方便等优点。

（3）贮罐槽车 各种用以运输或者贮存酸、碱、盐、油介质的贮罐、槽车，具有耐腐蚀性好，重量轻、成型方便等优点。

（4）军工制品 缠绕成型可生产高性能、精确缠绕的结构，因此在军工领域有重要作用，如火箭发动机外壳、火箭发射管、雷达罩、鱼雷发射管等。纤维制品在航空航天等方面的应用，最重要的制品是火箭发动机壳体。

5.4 拉挤成型技术与特点

拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续玻璃纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。这种工艺最适于生产各种断面形状的玻璃钢型材，如棒、管、实体型材（工字形、槽形、方形型材）和空腹型材（门窗型材、叶片等）等。拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是：①生产过程完全实现自动化控制，生产效率高；②拉挤成型制品中纤维含量可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高；③制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求；④生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故较其它工艺省工，省原料，省能耗；⑤制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。拉挤成型工艺的缺点是产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。

（1）拉挤工艺用原材料

①树脂基体 在拉挤工艺中，应用最多的是不饱和聚酯树脂，约占本工艺树脂用量的90以上，另外还有环氧树脂、乙烯基树脂、热固性甲基丙烯酸树脂、改性酚醛树脂、阻燃性树脂等。

②增强材料 拉挤工艺用的增强材料，主要是玻璃纤维及其制品，如无捻粗纱、连续纤维毡等。为了满足制品的特殊性能要求，可以选用芳纶纤维、碳纤维及金属纤维等。不论是哪种纤维，用于拉挤工艺时，其表面都必须经过处理，使之与树脂基体能很好的粘接。

③辅助材料 拉挤工艺的辅助材料主要有脱模剂和填料。

（2）拉挤成型模具

模具是拉挤成型技术的重要工具，一般由预成型模和成型模两部分组成。①预成型模具在拉挤成型过程中，增强材料浸渍树脂后（或被浸渍的同时），在进入成型模具前，必须经过由一组导纱元件组成的预成型模具，预成型模的作用是将浸胶后的增强材料，按照型材断面配置形式，逐步形成近似成型模控形状和尺寸的预成型体，然后进入成型模，这样可以保证制品断面含纱量均匀。②成型模具 成型模具横截面面积与产品横截面面积之比一般应大于或等于10，以保证模具有足够的强度和刚度，加热后热量分布均匀和稳定。拉挤模具长度是根据成型过程中牵引速度和树脂凝胶固化速度决定，以保证制品拉出时达到脱模固化程度。一般采用钢镀铬，模腔表面要求光洁，耐磨，借以减少拉挤成型是的摩擦阻力和提高模具的使用寿命。

（3）拉挤成型工艺

拉挤成型工艺过程是由送纱、浸胶、预成型、固化定型、牵引、切断等工序组成。无捻粗纱从纱架引出后，经过排纱器进入浸胶槽浸透树脂胶液，然后进入预成型模，将多余树脂和气泡排出，再进入成型模凝胶、固化。固化后的制品由牵引机连续不断地从模具拔出，最后由切断机定长切断。在成型过程中，每道工序都可以有不同方法：如送纱工序，可以增加连续纤维毡，环向缠绕纱或用三向织物以提高制品横向强度；牵引工序可以是履带式牵引机，也可以用机械手；固化方式可以是模内固化，也可以用加热炉固化；加热方式可以是高频电加热，也可以用熔融金属（低熔点金属）等。

（4）其它拉挤成型工艺

拉挤成型工艺除立式和卧式机组外，尚有弯曲形制品拉挤成型工艺，反应注射拉挤工艺和含填料的拉挤工艺等。

5.5 片状、团状模塑料成型技术与特点

模压成型工艺是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料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压固化成型的方法。模压成型工艺的主要优点：①生产效率高，便于实现专业化和自动化生产；②产品尺寸精度高，重复性好；③表面光洁，无需二次修饰；④能一次成型结构复杂的制品；⑤因为批量生产，价格相对低廉。

模压成型的不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，最适合于批量生产中小型复合材料制品。随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展，压机吨位和台面尺寸不断增大，模压料的成型温度和压力也相对降低，使得模压成型制品的尺寸逐步向大型化发展，目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。

模压成型工艺按增强材料物态和模压料品种可分为如下几种：①纤维料模压法 是将经预混或预浸的纤维状模压料，投入到金属模具内，在一定的温度和压力下成型复合材料制品的方法。该方法简便易行，用途广泛。根据具体操作上的不同，有预混料模压和预浸料模压法。②碎布料模压法 将浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物，如麻布、有机纤维布、石棉布或棉布等的边角料切成碎块，然后在金属模具中加温加压成型复合材料制品。③织物模压法 将预先织成所需形状的两维或三维织物浸渍树脂胶液，然后放入金属模具中加热加压成型为复合材料制品。④层压模压法 将预浸过树脂胶液的玻璃纤维布或其它织物，裁剪成所需的形状，然后在金属模具中经加温或加压成型复合材料制品。⑤缠绕模压法 将预浸过树脂胶液的连续纤维或布（带），通过专用缠绕机提供一定的张力和温度，缠在芯模上，再放入模具中进行加温加压成型复合材料制品。⑥片状塑料（SMC）模压法 将SMC片材按制品尺寸、形状、厚度等要求裁剪下料，然后将多层片材叠合后放入金属模具中加热加压成型制品。⑦预成型坯料模压法 先将短切纤维制成品形状和尺寸相似的预成型坯料，将其放入金属模具中，然后向模具中注入配制好的粘结剂（树脂混合物），在一定的温度和压力下成型。

模压料的品种有很多，可以是预浸物料、预混物料，也可以是坯料。当前所用的模压料品种主要有：预浸胶布、纤维预混料、BMC、DMC、HMC、SMC、XMC、TMC及ZMC等品种。

（一）模压成型设备

模压成型使用的主要设备是压机和模具。压机常用的是自给式液压机，其吨位从几十到几百吨不等，有上压式、下压式和转盘式压机等。

其模具分为三种：溢料式模具、半溢料式模具和不溢式模具。模压成型模具分上下模，又称阴阳模，其加料腔位于阴模上，并通过导柱的定位于导向使模具正确闭合。为了制品形状和结构或模具的加工需要，有的模具还设置了中圈（又称中模）。典型的模压模具均有钢材制成。其基本构造为：型腔、加料室、导向机构、型芯、加热冷却系统、脱模机构和装配件等部分组成。

（二）模压成型工艺 1.模压成型的基本原理

热固性塑料在模压成型加工中所表现的流变行为，要比热塑性塑料复杂得多，在整个模压过程中始终伴随着化学反应，加热初期物料呈现低分子粘流态，流动性尚好，随着官能团的相互反应，部分发生交联，物料流动性逐步变小，并产生一定程度的弹性，使物料呈胶凝态，再继续加热使分子交联反应更趋完善，交联度增大，物料由胶凝态变为玻璃态，树脂体内呈体型结构，成型即告结束。

从工艺角度看,上述过程可分为三个阶段：流动阶段、胶凝阶段、固化阶段。 2.模压成型的控制因素

模压成型的控制因素，俗称“三要素”，即温度、压力和时间 （1）模压压力

压力的作用：使塑料在模腔内流动；增加原料的密实性；克服树脂在缩聚反应中放出的低分子物和塑料中其它挥发物所产生的压力，避免出现肿胀，脱层等缺陷；使模具紧密闭合，从而使制品具有固定的尺寸，形状和最小毛边；防止制品在冷却时发生变形。

影响因素：

1）物料流动性越小，固化速度赶快，物料的压缩率越大时，所需模具压力越大。 2）制品复杂，压力越大。

（2）模压温度 作用：使物料熔融流动充满型腔；提供固化所需热量。

调节和控制模温的原则：保证充模固化定型并尽可能缩短模塑周期，一般模压温度越高，模塑周期越短。对于厚壁制品，应适当降低模压温度，以防表面过热，而内部得不到应有的固化。模温与物料是否预热有关，预热料内外温度均匀，塑料流动性好，模压温度可比不预热的高些。其它影响因素还有如材料的形态、成型物料的固化特征等，应确保各部位物料的温度均匀。

（3）模压时间

模压时间是指熔融体充满型腔到固化定型所需时间，一般提高模温，可缩短模压时间。模具温度不变，壁厚增加，时间延长。另外还受预热、固化速率、制品壁厚等因素影响。

通常，模压压力、温度和时间三者并不是独立的，实际生产中一般是凭经验确定三个参数中的一个，再由试验调整其它两个，若效果不好，再对已确定的参数进行。

2.模压成型工艺过程 （1）预压

将松散的原料预先用冷压法（模具不加热）压成形状规整，质量一定的密实体的过程 1）预压的作用

a.防止加料量不均匀和避免溢料产生，实现准确、简便和高效加料。

b.有效降低料粒间的空气含量，提高物料的导热效率，缩短预热和固化时间，从而提高生产效率。

c.通过预压使模塑料成为坯件形状，可有效地减少物料体积，提高制品质量，也可使加料室深度降低。从而降低模具重量。

d.通过预压可以使物料成为与制品形状类似的料坯，再进一步加工可以使凹凸不平的表面易于成型，特别是带有嵌件的制品，经预压后，其受压可更加均匀，这样有利于成型形状复杂或带有嵌件的制品。

e.可有效改善物料的压缩率，经预压后，物料的压缩率可由原来的2.8-3.1降至1.25-1.4，这样，物料受热会更均匀，对于提高物料流动性改进粘度很有帮助。

f.由于粉状模塑料在加料时会飞扬，容易污染环境，经预压后就会消除这一问题。 g.可有效地提高预热温度和缩短固化时间。由于模塑料和预浸料在高温加热时会发生烧焦或粘附在支承物上，而预压过的坯料就不会发生此类现象，如酚醛模塑料预热温度不能超过（100-120）℃，而预压坯料却可在（170-780）℃下高温预热。

h.可将模塑料和预浸料预压成型为圆柱形、长方形、扁球形和类似于制品的形状等。 2）压缩粉的性能对预压的影响 ①水分及挥发分

②颗粒大小，最好是大小相间

③倾倒性（120g压缩粉通过管径为10mm，锥角为60度的标准 漏斗时间来衡量，一般取25～30s）

④压缩率在3.0左右 ⑤润滑剂用量要适当 ⑥温度，一般为室温

⑦压力,以预压物的密度达到制品密度的80％为适宜。约40～200MPa 3）设备和操作压模，上下阳模和阴模组成

预压机，偏心式（尺寸较大的预压物，但效率不高）旋转式（尺寸小的预压物，效率高）液压式（用于松散性较大的预压物，效率高，紧凑） （2）预热

为了改善物料的成型性能及除去多余的水分和挥发分，对预压物进行加热处理 1）作用 ①缩短成型周期 ②提高制品的力学性能 ③提高塑料流动性 ④降低模压压力 2)预热工艺温度范围

酚醛塑料：分低温和高温两种，低温为80～120℃，高温为160～200℃； 脲甲醛塑料：最高不超过85℃； 三聚氰胺甲醛塑料：105～120℃； 脲－三聚氰胺甲醛塑料：80～100℃

聚酯塑料：只有增强塑料才预热，预热温度为55～60℃。 3）预热方法 热板加热

烘箱加热（料层不要超过2.5cm，加热均匀） 红外线加热

高频加热（不宜加热水分含量大的物料和非极性物料） （3）模压成型工艺步骤

模压成型工艺过程包括：放置嵌件、加料、闭模、排气、保压固化、脱模、清理模具等（见图1）

图1模压成型工艺过程示意图

1）放置嵌件

①埋入塑料的部分要采用滚花、钻孔或设有凸出的棱角、型槽等以保证连接牢靠 ②安放时要正确平稳

③嵌件材料收缩率要尽量与塑料相近

2）加料 加料方法：重量法，容量法，计数法。

3）闭模 阳模未触及物料前要快，触及物料后要放慢速度。

4）排气，闭模后需再将塑模松动少许时间，以便排出其中的气体。一般一到两次，20s/ 次

5）保压固化，热固性塑料依靠在型腔中发生交联反应达到固化定型的目的

6）脱模，一般是靠推顶杆完成，带嵌件的制品要先用专用工具将成型杆件拧脱，再行脱模

7）清理模具型腔，用钢刷或铜刷刮去残留的塑料，并用压缩空气吹净。

3.模压成型中易出现的问题与解决方法（见下表） 不正常现象 产生原因 １、压缩粉中的水分及挥发物含量过多 ２、模具温度过低或过高 制品表面起泡和内部鼓起 ３、成型压力过低 ４、保持温度时间过长或过短 ５、模具内有其它气体 ６、材料压缩率太大、含空气量过多 ７、加压不均匀 １、嵌件过多过大 ２、嵌件结构有问题 ３、卸模时操作不当 ４、模具顶出杆设计不合理及顶裂缝 出时用力不均 ５、制品各部百度相关太大 ６、材料水分含量过大 ７、成型温度不合理，冷却时间过长或突冷 １、塑料流动性过小 ２、加料少 制品欠压有缺料现象 ３、加压时物料溢出模具 ４、压力不足 ５、模具温度过高，以致存料过早固化 １、加料过长 ２、物料流动性太小 毛料（飞边）过厚 ３、模具设计不合理 ４、模具导柱孔被堵塞 ５、模具毛刺清理不净 制品尺寸不合格 １、材料不符合要求 ２、加料不准确 １、制品另行设计或改用收缩率小的物料 ２、嵌个要符合要求 ３、改进脱模操作方法 ４、改进顶出装置保证受力均匀 ５、改进制品设计 ６、材料进行预热预压头像流动性 ７、调整成型温度与冷却时间，避免突冷 １、改用流动性大的物料 ２、加大加料量 ３、增加压力 ４、调节压力 ５、加速闭模、降低成型温度 １、准确加料 ２、降低成型温度 ３、改进模具设计 ４、彻底清理模具，保证闭模严密 ５、仔细清模 １、改用合格材料 ２、调整加料量 １、将压塑粉干燥和预热 ２、调节好温度 ３、增加成型压力 ４、延长固化时间 ５、闭模时缓慢和加压模具 ６、物料先预热，改变加料方式 ７、改进加压装置 解决办法 ３、模具已坏或设计加工尺寸不准确

1.原材料

３、修理与更换模具 (1)合成树脂 复合材料模压制品所用的模压料要求合成树脂具有：①对增强材料有良好的浸润性能，以便在合成树脂和增强材料界面上形成良好的粘结；②有适当的粘度和良好的流动性，在压制条件下能够和增强材料一道均匀地充满整个模腔；③在压制条件下具有适宜的固化速度，并且固化过程中不产生副产物或副产物少，体积收缩率小；④能够满足模压制品特定的性能要求。按以上的选材要求，常用的合成树脂有：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂、呋喃树脂、有机硅树脂、聚丁二烯树脂、烯丙基酯、三聚氰胺树脂、聚酰亚胺树脂等。为使模压制品达到特定的性能指标，在选定树脂品种和牌号后，还应选择相应的辅助材料、填料和颜料。

(2)增强材料 模压料中常用的增强材料主要有玻璃纤维开刀丝、无捻粗纱、有捻粗纱、连续玻璃纤维束、玻璃纤维布、玻璃纤维毡等，也有少量特种制品选用石棉毡、石棉织物（布）和石棉纸以及高硅氧纤维、碳纤维、有机纤维（如芳纶纤维、尼龙纤维等）和天然纤维（如亚麻布、棉布、煮炼布、不煮炼布等）等品种。有时也采用两种或两种以上纤维混杂料作增强材料。

(3)辅助材料 一般包括固化剂（引发剂）、促进剂、稀释剂、表面处理剂、低收缩添加剂、脱模剂、着色剂（颜料）和填料等辅助材料。

2.模压料的制备

以玻璃纤维（或玻璃布）浸渍树脂制成的模压料为例，其生产工艺可分为预混法和预浸法两种。

预混法 先将玻璃纤维切割成30～50mm的短切纤维，经蓬松后在捏合机中与树脂胶液充分捏合至树脂完全浸润玻璃纤维，再经烘干（晾干）至适当粘度即可。其特点是纤维松散无定向，生产量大，用此法生产的模压料比容大，流动性好，但在制备过程中纤维强度损失较大。

(2)预浸法 纤维预浸法是将整束连续玻璃纤维（或布）经过浸胶、烘干、切短而成。其特点是纤维成束状，比较紧密，制备模压料的过程中纤维强度损失较小，但模压料的流动性及料束之间的相容性稍差。

5.6 树脂注入成型技术与特点

定义

复合材料液体成型工艺（Liquid Composites Molding，简称LCM工艺）是RTM（Resin Transfer Molding，树脂传递模塑）、SRIM（Structure Reaction Injection Molding，结构反应注射成型）、SCRIMP（Seemann Composites Resin Injection Molding Process, Seemann法成型工艺）、VARTM（Vacuum Aided Resin Transfer Molding，真空辅助树脂传递模塑）以及RFI(Resin Film Infusion，树脂膜渗透工艺)等一类复合材料成型工艺的总称。

该种工艺基本的成型原理为首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔或加热熔化模腔内的树脂膜，模具具有周边密封和紧固及由CAD辅助设计的注射及排气系统，以保证树脂流动顺畅并排除模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具具有加热系统可进行加热固化而成型复合材料。

RTM工艺原理图 RFI 工艺原理图

LCM工艺主要优缺点

优 点 缺 点 预成型体制备和装配困难 模具设计必须建立在良好的流动模拟分析基础上 模具密封要求高 需要专用的低粘度树脂体系 充模过程不可见，工艺控制困难 制件尺寸精度高 表面质量好 可低压成型（经常低于0.7MPa） 模具费用较低 可设计性好 制品机械性能好（缺陷〈1%） 可成型形状复杂的大型整体构件

复合材料液体成型工艺

一、概述

复合材料液体成型工艺（Liquid Composites Molding，简称LCM工艺）是RTM（Resin Transfer Molding，树脂传递模塑）、SRIM（Structure Reaction Injection Molding，结构反应注射成型）、SCRIMP（Seemann Composites Resin Injection Molding Process, Seemann法成型工艺）、VARTM（Vacuum Aided Resin Transfer Molding，真空辅助树脂传递模塑）以及RFI(Resin Film Infusion，树脂膜渗透工艺)等一类复合材料成型工艺的总称。

该种工艺基本的成型原理为首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔或加热熔化模腔内的树脂膜，模具具有周边密封和紧固及由CAD辅助设计的注射及排气系统，以保证树脂流动顺畅并排除模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具具有加热系统可进行加热固化而成型复合材料。 LCM的工艺种类和特点 如图1.1

图1.1

下面简单介绍一下几种复合材料液体成型工艺

二、树脂体系

2.1 LCM工艺用主要树脂体系的基本要求：

1.具有满足性能要求的机械和物理性能

2.低粘度、凝胶时间长、能够确保充模及纤维浸润过程的完成 3.适当的固化特性保证合适的成型周期 4.低放热温度

2.2 LCM工艺用主要树脂体系：

不饱和聚酯树脂 （Unsaturated Polyester) 乙烯基树脂（Vinyl Ester)

环氧树脂 （Epoxy） 双马来酰亚胺 （Bismaleimide BMI） 氰酸酯树脂 (Cyanate Ester) 酚醛树脂 (Phenolic)

2.2.1 苯乙烯类/不饱和聚酯（含乙烯酯基树脂）类树脂

苯乙烯类/不饱和聚酯树脂的化学反应主要有不饱和聚酯预聚体和苯乙烯或乙烯基酯和苯乙烯间的链增长共聚合。对于乙烯基酯和苯乙烯间的共聚合，自由基引发剂将双键打开引发一个链反应。二乙烯基分子则形成分子间的交联。聚酯预聚物通常由顺丁烯二酸酐和二元醇反应制得，该预聚物分子量从几百到上千不等，单位分子含有4－10个碳碳双键；对于相邻的聚酯分子，苯乙烯可以看作是链连接组分并加入氧化物引发反应；对LCM工艺，为加速聚合通常加入金属皂类和叔胺，用过氧化物如过氧化甲乙酮或过氧化苯甲酰作为低温引发剂。

基本反应有： 链引发

链阻聚

链增长

链终止

I：引发剂；M：单体；M?初级自由基；M?j聚合自由基；Z阻聚剂；Pj封端聚合物；Kd、Ki、Kz、Kp、Kt为引发剂分解、初级自由基形成、阻聚、链增长和终止的速率常数 2.2.2 环氧树脂

环氧树脂有多种固化剂和催化剂。在环氧树脂/石墨预浸料中，常用的环氧树脂体系包括：四缩水甘油醚4,4’－二氨基二苯基甲烷（TGDDM)环氧树脂和4,4’－二氨基二苯砜（DDS）固化剂。酐类固化成分的反应活性低，通常在反应性加工中作促进剂。为提高反应速率，还经常加入Lewis酸作为催化剂。 以环氧树脂与伯胺反应为例：

1.伯胺和一个环氧基反应生成一个仲胺：

2.和另一个环氧基反应生成一个叔胺：

3.反应中生成的羟基和环氧基反应：

2.2.3 双马来酰亚胺树脂

双马来酰亚胺树脂具有优异的热性能、力学性能和化学性能，广泛应用于航空和宇航及电子行业。它们可以在相对较低的温度下加工（<175℃)，然后在高温后固化生成具有高玻璃化转变温度的交联网状结构。交联可以加成聚合，所以没有挥发性副产物。但其脆性高，主要是由于固化树脂的交联度过高造成的。为提高其固化树脂柔软性，将双马来酰亚胺树脂和芳香族二胺反应降低交联度。但二元胺的加入却使热稳定下降。

被广泛应用的商品双马来酰亚胺是由Rhone-Poulenc公司生产的Kerimid601，它包括2.5mol的4,4－双（马来酰亚胺－二苯甲烷）和1mol4,4二胺二苯甲烷。固化反应可以有两种不同的途径，马来酰亚胺双键的反应可以通过双马来酰亚胺的C=C自由基均聚反应，也可以通过二胺和双马来酰亚胺C=C的逐步聚合进行。第一个反应大约在200－250℃进行，第二个反应在150－180℃进行。低温时二者相继发生，高温时二者同时发生。

典型ＬＣＭ工艺

RTM工艺基本的成型原理为首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔或加热熔化模腔内的树脂膜，模具具有周边密封和紧固及由CAD辅助设计的注射及排气系统，以保证树脂流动顺畅并排除模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具具有加热系统可进行加热固化而成型复合材料。 LCM工艺的一种，利用大气压力使阴、阳模在树脂注入时保持紧闭。轻质 RTM 的

下模是用钢架加强的，上模是具有一定柔性或局部补强的刚性模具或橡胶模具。

VIP工艺是一种新型高性能、低成本复合材料大型制件的成型技术，它是在真空状态下排除纤维预成型体中的气体，通过树脂的流动、渗透，实现对纤维及其织物的浸渍，并在室温下进行固化，形成一定树脂/纤维比例的工艺方法。

5.7 压力釜成型技术与特点

5.8 其他成型技术与特点

聚合物基复合材料的其它成型工艺，主要指离心成型工艺、浇铸成型工艺、弹性体贮存树脂成型工艺（ERM）、增强反应注射成型工艺（RRIM）等。

1.离心成型工艺

离心成型工艺在复合材料制品生产中，主要是用于制造管材（地埋管），它是将树脂、玻璃纤维和填料按一定比例和方法加入到旋转的模腔内，依靠高速旋转产生的离心力，使物料挤压密实，固化成型。

离心玻璃钢管分为压力管非压力管两类，其使用压力为0～18MPa。这种管的管径一般为φ400～φ2500mm，最大管径或达5m，以φ1200mm以上管径经济效果最佳，离心管的长度2～12m，一般为6 m。

离心玻璃钢管的优点很多，与普通玻璃钢管和混凝土管相比，它强度高、重量轻，防腐、耐磨（是石棉水泥管的5～10倍）、节能、耐久（50年以上）及综合工程造价低，特别是大口径管等；与缠绕加砂玻璃钢管相比，其最大特点是刚度大，成本低，管壁可以按其功能设计成多层结构。离心法制管质量稳定，原材料损耗少，其综合成本低于钢管。离心玻璃钢管可埋深15m，能随真空及外压。其缺点是内表面不够光滑，水力学特性比较差。

离心玻璃钢管的应用前景十分广阔，其主要应用范围包括：给水及排水工程干管，油田注水管、污水管、化工防腐管等。

(1)原材料

生产离心管的原材料有树脂、玻璃纤维及填料（粉状和粒状填料）等。

树脂 应用最广的是不饱和聚酯树脂，可根据使用条件和工艺要求选择树脂牌号和固化剂。

增强材料 主要是玻璃纤维及其制品。玻纤制品有连续纤维毡、网格布及单向布等，制造异形断面制品时，可先将玻纤制成预制品，然后放入模内。

填料 填料的作是用增加制品的刚度、厚度、降低成本，填料的种类要根据使用要求选择，一般为石英砂、石英粉、辉绿岩粉等。

（2）工艺流程

离心制管工艺流程如下：

离心制管的加料方法与缠绕成型工艺不同，加料系统是把树脂、纤维和填料的供料装置，统一安装在可往复运动的小车上。

（3）模具

离心法生产玻璃钢管的模具，主要是钢模，模具分整体式和拼装式两种：小于φ800mm管的模具，用整体式，大于φ800mm管的模具，可以用拼装式。

模具设计要保证有足够的强度和刚度，防止旋转、震动过程中变形。模具由管身、封头、托轮箍组成。管身由钢板卷焊而成，小直径管身可用无缝钢管。封头的作用是增加管模端头的强度和防止物料外流。托轮箍的作用是支撑模具，传递旋转力，使模具在离心机上高速度旋转，模具的管身内表面必须平整，光滑，一般都要精加工和抛光，保证顺利脱模。

2.浇注成型工艺

浇注成型主要用于生产无纤维增强的复合材料制品，如人造大理石，钮扣、包埋动、植物标本、工艺品、锚杆固定剂、装饰板等。浇注成型比较简单，但要生产出优质产品，则需要熟练的操作技术。

（1）钮扣生产工艺

用聚酯树脂浇注的钮扣，具有硬度高，光泽好，耐磨、耐烫、耐干洗、花色品种多及价格低等优点，目前在国内外已基本取代了有机玻璃钮扣，占钮扣市场80%以上。生产钮扣的原料主要是不饱和聚酯树脂、固化剂（引发剂采用过氧化甲乙酮）和辅助材料（包括色浆、珠光粉、触变剂等）。聚酯钮扣采用离心浇注式棒材浇注法生产，先制成板材或棒材，然后经切板、切棒制成钮扣，再经热处理、刮面、刮底、铣槽、打眼、抛光等工序制成钮扣。

（2）人造石材生产工艺

人造石材是用不饱和聚酯树脂和填料制成的。由于所选用的填料不同，制成的人造石材分为人造大理石、人造玛瑙、人造花岗石和聚酯混凝土等。

生产人造石材的原材料是不饱和聚酯树脂，填料和颜料：①树脂 生产人造石材的树脂分面层和结构层两各，表面装饰层树脂要求收缩性小，有韧性、硬度好，耐热、耐磨、耐水等，同时要求易调色。辛戌二醇邻苯型树脂用于人造石材，辛戌二醇间苯型树脂用于生产卫生洁具。固化体系，常用过氧化甲乙酮、萘酸钴溶液。②填料 生产人造石材的填料有很多，生产人造大理石的填料是大理石粉，石英粉、白云石粉、碳酸钙粉等，生产人造花岗石的填料是用粒料级配，不同品种花岗石用不同色彩的粒料，生产人玛瑙的填料要有一定透明性，一般选用氢氧化铝或三氧化二铝等。③颜料 生产人造石材需要各色颜料，如制人造大理石

或人造玛瑙浴盆，应选择耐热、耐水的色浆，制造装饰板及工艺品时，要选用耐光、耐水及耐久的颜料。

生产人造大理石、花岗石板材用的模具材料有玻璃钢、不锈钢、塑料、玻璃等。生产人造石板材的模板，要求表面平整，光泽、有足够的强度和刚度，能经受生产过程中的热应力、搬运荷载及碰撞等。

3.弹性体贮树脂模塑成型技术

弹性体贮树脂模塑成型（Elastic Reservir Molding, ERM）是80年代在欧美出现的新工艺，它是用柔性材料（开孔聚氨酯泡沫塑料）作为芯材并渗入树脂糊。这种渗有树脂糊的泡沫体留在成型好的ERM材料中间，泡沫体使ERM制成的产品密度降低，冲击强度和刚度提高，故可称为压制成型的夹层结构制品。

ERM与SMC一样，同属于模压成型的片状模塑料，只是由于ERM具有夹层结构的构造，给它带来优于SMC的特点：（1）重量轻：ERM比用毡和SMC制成的制品轻30%以上；（2）ERM制品的比刚度优于SMC、铝和钢制成的制品；（3）搞冲击强度高：在增强材料含量相同的条件下，ERM比SMC的抗冲击强度高很多；（4）物理力学性能高：在增强材料含量相同的条件下，ERM制品的物理力学性能优于SMC制品；（5）投资费用低：ERM成型机组比SMC机组简单，ERM制品成型压力比SMC制品低10倍左右，故生产ERM制品时可以采用低吨位压机和低强度材料模具，从而减少建投资。

ERM制品生产工艺分为ERM制造和ERM制品成型两个过程：

（1）ERM生产工艺 ERM生产原材料为开孔聚氨酯泡沫塑料，各种纤维制品（如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维制成的短切毡、连续纤维毡、针织毡等）和各种热固性树脂。其生产过程如下：先在ERM机组上将调好的树脂糊浸渍开孔聚氨酯泡沫塑料，通过涂刮器将树脂糊涂到泡沫上，用压辊将树脂糊压挤到泡沫体的孔内，然后将两层泡沫复合到一起，最后在上下两个面铺放玻纤维毡或其它纤维制品，制成ERM夹层材料，切割成适宜的尺寸，用于压制成型或贮存。

（2）ERM制品生产工艺 ERM制品生产过程与其它热固性模压料（玻纤布或毡预浸料、SMC等）相比，需要在热压条件下固化成型，但成型压力比SMC小很多，大约是SMC成型压力的1/10，为0.5～0.7MPa。

ERM技术目前主要用于汽车工业材料和轻质建筑复合材料工业。由于ERM具有夹层结构材料的特点，是适用于生产大型结构的组合部件，各种轻质板材，活动房屋、雷达罩，房门等。在汽车工业中的制品有行李车拖斗、盖板、仪表盘、保险杠、车门、底板等。

4.增强反应注射模塑技术

增强反应注射模塑工艺（Reinforced Reaction Injection Molding, RRIM）是利用高压冲击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，经快速固化反应形成制品的一种成型方法。如果不用增强材料，则称为反应注射模塑（Reaction Injection Moling, RIM）。采用连续纤维增强时，称为结构反应注射模塑（Structure Reaction Injection Molding, SRIM）。

RRIM的原材料分树脂体系和增强材料两类：

（1）树脂体系 生产RRIM的树脂应滞如下要求：①必须由两种以上的单体组成；②单体在室温条件下能保持稳定；③粘度适当，容易用泵输送；④单体混合后，能快速固化；⑤固化反应不产生副产物。应用最多的是聚氨酯树脂、不饱和聚酯树脂和环氧树脂。

（2）增强材料 常用的增强材料有玻璃纤维粉、玻璃纤维和玻璃微珠。为了增加增强材料与树脂的粘接强度，上述增强材料都采用增强偶联剂进行表面处理。

RRIM的工艺特点：①产品设计自由度大，可以生产大尺寸部件；②成型压力低（0.35～0.7MPa），反应成型时，无模压应力，产品在模内发热量小；③制品收缩率低，尺寸稳定性好，因加有大量填料和增强材料，减少了树脂固化收缩；④制品镶嵌件工艺简便；⑤制品表面质量好，玻璃粉和玻璃微珠能提高制品耐磨性和耐热性；⑥生产设备简单，模具费用低，成型周期短，制品生产成本低。

RRIM制品的最大用户是汽车工为，可做汽车保险杠、仪表盘，高强度RRIM制品可以做汽车的结构材料、承载材料。由于其成型周期短，性能可设计，在电绝缘工程、防腐工程、机械仪表工业中代替工程塑料及高分子合金应用。

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