復(fù)合材料成型工藝方法及優(yōu)缺點(diǎn)分析

【摘要】復(fù)合材料工業(yè)的基礎(chǔ)和條件是復(fù)合材料成型工藝，復(fù)合材料應(yīng)用的進(jìn)一步拓寬，將使復(fù)合材料工業(yè)進(jìn)入一個嶄新的階段。熱塑性復(fù)合材料是以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強(qiáng)各種熱塑性樹脂的總稱，國外稱Fiber Rinforced Thermo Plastics（簡稱FRTP）。熱固性復(fù)合材料是指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的復(fù)合材料。由于熱塑性樹脂和增強(qiáng)材料種類不同，其生產(chǎn)工藝和制成的復(fù)合材料性能差別很大。復(fù)合成型工藝優(yōu)點(diǎn)很突出，近十年在我國得到了快速發(fā)展但未能有重大突破，與其他發(fā)達(dá)國家相比還有距離。

【關(guān)鍵詞】熱塑性；熱固性；復(fù)合材料；成型工藝

一、熱塑性復(fù)合材料的特殊功能

小密度、高強(qiáng)度；設(shè)計(jì)性能的范圍廣；耐熱性能強(qiáng)；抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)；導(dǎo)電性能好；無污染性能。

二、熱固性復(fù)合材料成型工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析

1、手糊成型工藝 優(yōu)點(diǎn)：具有操作簡單，易會；生產(chǎn)成本低；能生產(chǎn)大型及復(fù)雜的制品；設(shè)計(jì)性能好且已改變；材料廣；結(jié)構(gòu)能制成夾層。缺點(diǎn)：產(chǎn)品質(zhì)量與工作人員的技術(shù)有關(guān)；周期較長；

2、模壓成型工藝 優(yōu)點(diǎn)：效率高；成品美觀、尺寸準(zhǔn)確重復(fù)性好；價(jià)格低、易用機(jī)械化和自動化；可一次成型。缺點(diǎn)：程序復(fù)雜；成本高；只適合中小型制品。

3、噴射成型工藝 優(yōu)點(diǎn)：成本低；半機(jī)械操作，比手糊成型效率高；制品整體效果好；損耗低。缺點(diǎn)：制品強(qiáng)度差；污染大；固化不均勻；有氣泡。

4、纏繞成型工藝優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高而成本低，產(chǎn)品準(zhǔn)確度高且質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)是自動化生產(chǎn)。缺點(diǎn)：投資大且技術(shù)要求嚴(yán)，適應(yīng)性低，表面有凹陷的制品不能纏繞。

5、熱壓罐成型工藝優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間短而質(zhì)量高。缺點(diǎn)：花費(fèi)大、結(jié)構(gòu)不簡單。

三、熱塑性復(fù)合材料的工藝方法

熱塑性復(fù)合材料廣泛應(yīng)用與車輛制造工業(yè)、機(jī)電工業(yè)、化工防腐及建筑工程等方面。

1、注射成型工藝 熱塑性復(fù)合材料的主要生產(chǎn)方法是注射成型。成型時(shí)間短、消耗能源少、效率高、產(chǎn)品的精度高是它突出的優(yōu)點(diǎn)。這種工藝美中不足的是對模具要求非常高。

2、擠出成型工藝 熱塑性復(fù)合材料制品生產(chǎn)中另一種應(yīng)用較廣的工藝是擠出成型工藝。生產(chǎn)過程不間斷、效率高、設(shè)備要求低、技術(shù)簡單容易掌握是其特點(diǎn)。

3、纏繞成型工藝 熱塑性復(fù)合材料的纏繞成型工藝原理及設(shè)備與熱固性玻璃的沒有區(qū)別，不一樣的是熱塑性復(fù)合材料纏繞制品的增強(qiáng)材料是經(jīng)過浸膠的預(yù)浸紗。

4、拉擠成型工藝 生產(chǎn)熱塑性復(fù)合材料的拉擠工藝產(chǎn)品的增強(qiáng)材料有經(jīng)過浸膠的預(yù)浸紗或預(yù)浸帶和未浸膠的纖維或纖維帶。

5、焊接工藝了 熱塑性復(fù)合材料具有可焊性能夠生產(chǎn)材料板材。

6、片狀模塑料制品沖壓成型工藝 先將胚料預(yù)熱，再放模具加壓成型。

四、熱固性復(fù)合材料工藝的成型方法

1、手糊成型工藝 手工或配以機(jī)械，將增強(qiáng)材料和熱固性樹脂鋪蓋在模具上，樹脂固化即成。工序：剪裁增強(qiáng)材料；準(zhǔn)備模具；擦脫模劑；噴涂膠衣；成型固化；脫模修邊；裝配制品。

2、模壓成型工藝 在金屬對膜中放置模壓料，配以適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫?，壓制成型制品?/p>

3、噴射成型工藝 將玻璃纖維和樹脂的融合物用噴槍噴到模具上而制成制品。

4、袋壓成型工藝 把手糊成型的制品裝入橡膠袋或聚乙烯或聚乙烯醇袋，施加壓力使未固化的制品表面而形成制品。這種工藝一般手糊或噴射鋪層，用橡膠袋或聚乙烯醇袋加壓，用加熱固化而制成成品。工藝過程中施以填料其目的是為了：降低固化時(shí)的制品的收縮或熱膨脹防龜裂，改善制品的耐熱性、電性能及表面光滑耐磨性，降低成本。但填料應(yīng)具有分散性好、吸油量少的特點(diǎn)，并且不能影響制品固化和穩(wěn)定。

五、熱塑性復(fù)合材料的連接技術(shù)方法

1、鉚接 其使用的鉚釘是用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料制成，用拉擠棒制造的是較好的材料。工作時(shí)，鉚釘加熱到可以加壓塑變的適宜溫度，鉚釘與鉚孔徑相配無縫。用金屬螺栓也可以。鉚接的優(yōu)點(diǎn)是：抗沖擊力強(qiáng)、抗電化學(xué)腐蝕，價(jià)格低。

2、焊接 熱塑性復(fù)合材料的焊接處理方法是將被連接材料的兩個焊接面加熱融化、加壓，成為一體。

3、焊接管件 有直接對接和補(bǔ)強(qiáng)對接兩種。其優(yōu)點(diǎn)是：操作過程簡單、對接后強(qiáng)度高、不容易斷裂。缺點(diǎn)是：制作成本高、工藝操作要求嚴(yán)格。

4、纏繞焊接 手工或機(jī)械將預(yù)浸帶沿焊接縫進(jìn)行纏繞的同時(shí)，將對接焊點(diǎn)加熱熔融，使接觸點(diǎn)與備連接件對接粘牢。此種方法比較實(shí)用，被連接材料的性能不發(fā)生改變。缺點(diǎn)是：焊接過程中易出現(xiàn)加熱不均勻現(xiàn)象。

5、薄板超聲焊接 這種方法是被連接處用超聲波進(jìn)行加熱焊接，連接強(qiáng)度比較高，效果較好。

六、熱固性復(fù)合材料的技術(shù)前景

熱固性樹脂基復(fù)合材料在航天航空領(lǐng)域、能源工業(yè)方面、電子工業(yè)中、高壓管道和壓力容器中、體育用品方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前較先進(jìn)的復(fù)合材料是碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，它的熱力學(xué)性能優(yōu)良、抗高溫與腐蝕的特點(diǎn)是其他纖維增強(qiáng)材料不能相比的。今后固體火箭發(fā)動機(jī)殼體和噴管的主要材料仍將是碳纖維。

七、結(jié)語

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在軍用飛機(jī)上已應(yīng)用20余年。美國的F-22第四代殲擊戰(zhàn)斗機(jī)表面幾乎全是復(fù)合材料，如機(jī)翼、前機(jī)身、尾翼等，只占總重的1/4，前蘇聯(lián)的Tu-204飛機(jī)復(fù)合材料用量占總重的14%?？湛虯380使用的復(fù)合材料占結(jié)構(gòu)總重的25%.樹脂基復(fù)合材料性能優(yōu)異，極具發(fā)展?jié)摿?，受到國?nèi)外高度重視。各類熱固性樹脂很大程度上提高了復(fù)合材料的性能。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料技術(shù)對航空航天等領(lǐng)域的發(fā)展有重要的作用，我國應(yīng)跟蹤國外先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，解決碳纖維和芳綸纖維等問題，進(jìn)而發(fā)展高性能的樹脂基體。

熱塑性復(fù)合材料工藝在發(fā)達(dá)國家已受到普遍重視，速度發(fā)展較快。熱塑性樹脂基拉擠成型工藝在國外已進(jìn)入實(shí)用時(shí)期，我國必須要完全掌握增強(qiáng)纖維的浸漬工藝水平，進(jìn)一步提高各種生產(chǎn)設(shè)備的穩(wěn)定性。

熱固性復(fù)合材料在國內(nèi)外的航空航天領(lǐng)域、能源工業(yè)方面、電子工業(yè)方面、體育用品方面、高壓管道和壓力容器中、建筑結(jié)構(gòu)工程都得到了廣泛應(yīng)用。

復(fù)合材料的發(fā)展必須由原來的性能最優(yōu)化成為性能與成本的平衡發(fā)展。我國的技術(shù)起步較晚但取得了較快的發(fā)展，在軍事和民用領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ箯?fù)合材料的低成本化是目前應(yīng)實(shí)際解決的首要問題。

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