常用复合材料制品的成形

碳纤维复合材料(西北工业大学机电学院, 陕西西安710072) 摘要：碳纤维复合材料与金属材料相比，其密度小、比强度、比模量高，具有优越的成型性和其他特性，具有极大的发展潜力。

本文介绍了碳纤维复合材料的特点及其应用，总结了碳纤维复合材料的成型工艺及每种成型工艺的特点，并从材料和成型两个方面指出了它的发展方向。

关键词：复合材料；碳纤维；成型工艺；工艺流程Carbon Fiber Reinforce Plastic(School of Mechatronics , Northwestern Polytechnical University, Xian710072, China)Abstract: Compared to metals, carbon fiber reinforce plastic has great potentialfor development with lower density, higher specific strength and modulus, and excellent moldability and other characteristics. This article describes the characteristics and applications of carbon fiber reinforce plastic and sum up the manufacturing process of carbon fiber reinforce plastic and their characteristics. Finally, this article points out the development of carbon fiber reinforce plasticfrom two aspects: material and manufacturing proces.sKey words: composites; carbon fiber; manufacturing process; process1引言纤维增强塑料是工程塑料应用的一种重要形式，而碳纤维复合材料就是其中的佼佼者，它以其所具有的低密度、高比强度、高比模量和优越的成型性和其他物理、化学特性在军事、航天、航空、电子等领域被广泛地应用，具有极大的发展潜力。

先进金属复合材料成形技术
先进金属复合材料成形技术是指利用先进的工艺和设备对金属复合材料进行成形加工的技术。

金属复合材料是由金属基体和增强材料（如纤维增强材料）组成的复合材料。

相比于传统的单一金属材料，金属复合材料具有更高的强度、刚度和耐热性能。

然而，由于其复杂的结构和成分，金属复合材料的成形加工相对困难。

先进金属复合材料成形技术主要包括以下几个方面：
1. 粉末冶金成形技术：通过将金属粉末与增强材料混合，然后经过高温和高压的成形过程，使其熔合并固化成型。

这种成形技术适用于复杂形状和大尺寸的金属复合材料制品。

2. 金属复合材料锻造技术：利用锻机对金属复合材料进行锻造成型。

锻造可以改变材料的内部组织结构和形状，从而提高其力学性能和耐热性能。

3. 金属复合材料挤压技术：通过在金属复合材料中施加高压，使其通过模具的通道流动并成形。

挤压成形技术适用于长条形的金属复合材料制品。

4. 金属复合材料注射成型技术：利用注射机将金属复合材料融化后注入模具中进行成型。

注射成型技术可以制造出高精度和复杂形状的金属复合材料制品。

以上是几种常见的先进金属复合材料成形技术，通过这些技术的应用，可以制造出更高性能、更复杂的金属复合材料制品，满足不同领域对于材料强度和耐热性能的要求。

过去复合材料曲面件一般都用手工铺层，但是手工铺层效率太低，压实不好，纤维有皱折，质量不易保证，而机械化铺层适用于平面或简单曲面件，对于类似钣金折弯件、引伸件和压延件则难度很大甚至无法实现。

比较可行的办法是先将预浸料通过铺带机铺成层压件（一般平面就可以），再通过热隔膜成型，然后通过热压罐支持的方法制成产品。

对“热隔模成型”一词，国外资料中有“Hot Drape forming”和“Hot Diaphragm fo rming”两种解释，事实上它们是一回事，前者应翻译为热压垂帘成型或覆盖成型，后者即直译为热隔膜成型。

因为“垂帘”的意思本身即指工作过程中隔膜像一个垂帘一样盖在产品和工装上，所以统一用热隔膜成型比较确切。

热隔膜成型概念热隔膜成型是一种复合材料成型方法，即将预浸的复合材料层压后放置于模具上，通过一种特制隔膜的辅助作用经过抽真空和加热等方法，将层压件压向模具，形成所需形状。

复合材料隔膜成型类似于金属材料的引深/压延以及折弯成型。

它不但可以成型一些形状复杂的产品，而且由于隔膜的作用，可以在成型过程中保证纤维不滑动、不起皱、无波浪，从而提高产品强度和表面质量，很适合于内设件、曲面复杂件和受力件（如一些梁和长桁等）的成型。

热隔膜成型除用于复材件热成型外，还可用于各种蜂窝的胶接和压实，包括飞机内设件的蜂窝胶接、铝合金蜂窝胶接和真空压实等。

虽然RTM、RFI等技术也可以制造成多种此类产品，但它们是通过在纤维注入或真空吸入树酯解决的，树酯的含量、分布很难达到满意的程度。

而隔膜成型用的是预浸料，其本身树酯含量是有保证的，再通过隔膜的作用使之不起皱和有序滑移，同时保证强度不会降低或不会明显降低，并保证厚度。

热隔膜成型方法可用于热塑性及热固性树脂预浸的材料，通过热压罐或不需热压罐（如蜂窝夹芯胶接）固化。

隔膜要求比较严格，可用硅橡胶代替特用的聚合隔膜以降低成本。

产品拉深的深度与其直径之比最大可达到4∶1。

用于蜂窝胶接时，一般只需在设备上抽真空压实（De-Bulking），无需进热压罐。

复合材料成形部分-复习习题一、填空题：1）、复合材料主要组成部分有基体、增强体。

2）、金属粉末的常用制备方法：雾化法、机械粉碎法、还原法、气相沉积法。

3）、陶瓷粉体烧结影响因素有：粉体颗粒度、外加剂作用、烧结温度和时间、烧结气氛、成形压力。

4）、粉末材料成形工艺主要有：粉末冶金、压制成形、注射成形、复合成形。

5）、热塑性塑料制品注射成型过程可分为合模、注射、保压、冷却、脱模等几个工序。

6）、注射成型制品的主要缺陷是翘曲，过度充填是引起该缺陷最常见的原因之一。

7）、金属基复合材料基体的选择原则：金属基复合材料的使用要求、金属基复合材料组成的特点、基体金属与增强体的相容性。

8）、金属基的液态制造技术有：真空压力浸渍法、挤压铸造法、搅拌铸造法、液态金属浸渍法、共喷沉积法、热喷涂法等。

二、选择题：1、以下介质一般不作为冷等静压的压力介质是（ C ）：A油B水C氩气 D 乳化液2、以下不属于热固性复合材料固化工艺特点的是（ D ）：A 树脂分子与固化剂分子形成活化中间体B 树脂分子与固化剂分子交联C 树脂分子与固化剂分子交联固化，形成三维网状结构D 一个可逆的动态过程3、以下金属基复合材料制备技术中，不属于液体制造技术的是（B ）：A 压力浸渍B 沉积法C 挤压、搅拌铸造D 粉末冶金4、以下性质中不属于陶瓷基复合材料的主要特性是（ D ）：A 耐高温B 抗腐蚀C 高强度D 延展性5、以下不属于金属注射成形工艺技术优点的是（B ）：A 产品性能各项同性B 采用少量粘结剂C 可制造粉末冶金无法制造的产品D产品尺寸精度高6、聚合物基复合材料制备的大体过程不包括（ D ）：A 预浸渍制造B 制件的铺层C 固化及后加工处理D 干燥7、粉末材料主要模压成形工艺不包括（ A ）：A 注射成形B 温压成形C 热压成形D 模压成形三、判断1 、过程综合指工艺流程的缩短化。

（对）2 、相比于机械粉碎法，雾化法是一种简便且经济的粉末生产方法。

[复合材料模压工艺]复合材料模压成型工艺复合材料模压工艺复合材料由于其众所周知的优异性能及各种工艺的日益成熟、原材料来源丰富、成本下降、可靠性提高,使其受到用户与生产者双方的青睐,越来越多地取代传统金属材料,我们的时代已进入了复合材料时代。

据美国塑料工业协会复合材料所(SocietyofthePlasticsIndustry"sInstitute)1997年元月27日发表的年度统计报告表明:1996年美国复合材料的销售量为161万吨,比1995年的158.5万吨增长约1.6%,是复合材料的销售量连续第五年增长。

据预测,1997年以及以后五年内复合材料销售量仍会连续增长。

聚合物基复合材料模压成形工艺在各种成形工艺方法中占有重要地位,主要用于异型制品的成形,因而所用的成形压力高于其它工艺方法。

由于模压成形工艺所需设备简单,又能对纤维料、碎布、毡料、层压制品、缠绕制品、编织物进行模压成形,因而被各种规模的复合材料生产企业所普遍采用,复合材料模压工艺也几乎为各生产单位家喻户晓。

因此,本文并不打算对模压复合材料制品工艺进行系统介绍,仅就影响复合材料制品质量的一些重要环节谈谈体会,因为就复合材料复杂结构异型件而言,保证质量、提高合格率比一般制件更为重要,难度也更大。

一、对复合材料模压制品质量产生影响的因素模压成形工艺的基本过程是将一定量的经过一定预处理的模压料放入预热的压模内,施加较高的压力使模压料充满模腔。

在预定的温度条件下,模压料在模腔内逐渐固化,然后将制品从压模内取出,再进行必要的辅助加工即得到最终制品。

从上述过程看,完成最终制品涉及的因素有模压料本身、压模模具、加压加温的热压机等;最重要的当是压制工艺,本文将单列一节予以重点讲述;还有工作环境和辅助加工等。

1.模压料任何形式的模压料(碎布料、毡料、长、短纤维),在装模前均应使其按预定比例与树脂均匀浸渍。

对经溶剂稀释的树脂溶液,在浸渍纤维后应充分晾置使溶剂挥发。

复合材料的成型工艺图1：热固性复合材料最基本的制备方法是手糊，通常包括将干层或半固化片层用手铺设到模具上，形成一个积层。

图中展示的是自由宇航公司的技术员（佛罗里达州墨尔本）正在通过手糊工艺加工一个碳/环氧预浸料，将用于制造通用航空飞机部件。

资料来源：自由宇航公司在复合材料的加工成型过程中会使用一系列模具，用来给未成形的树脂及其纤维增强材料提供一个成型的平台。

手糊（hand layup）成型是热固性复合材料最基本的制备方法，即通过人工将干层或半固化片层铺设到模具上，形成一个积层。

铺层方式分为两种：一种称为干法铺层，是先铺层后将树脂浸润（例如，通过树脂渗透方式）到干铺层上的方式，另一种方式是湿法铺层，即先浸润树脂后铺层的顺序。

现在普遍使用的固化方式可以分为以下几种：最基本的是室温固化。

不过，如果提高固化温度的话，固化进程也会相应加快。

比如通过烤箱固化，或使用真空袋（vacuum ba g）通过高压釜固化。

如果采用高压釜固化的话，真空袋内通常会包含透气膜，被放置在经手糊的半成型制品上，再连接到高压釜上，等最终固化完成后再将真空袋撤去。

在固化过程中，真空袋的作用是将产品密封在模具和真空袋之间，通过抽真空对产品均匀加压，将产品中汇总的气体排出，从而使产品更加密实、力学性能更好。

图2：热压釜独有的高温和高压条件使其成为完成热固性树脂零部件的固化的重要工具。

控制软件的改进则能够帮助经营者提高35-40%的生产量。

同时，一些新的树脂配方正在开发当中，将通过低压固化处理。

图中是Helicomb国际公司（俄克拉荷马州塔尔萨）的一名操作人员正在使用高压釜进行固化处理。

来源：Helicomb国际公司许多高性能热固性零件都需要在高热高压的条件下完成固化。

但是高压釜（Autocl aves）的设备成本和操作成本都较昂贵。

采购高压釜设备的制造商通常会一次性固化一定数量的部件。

对于高压釜的温度，压力，真空和惰性气体（inert atmosphere）等一系列参数，计算机系统能帮助实现远程甚至无人监控和检测，并最大限度地提高该技术的利用效率。

无需模具的成形工艺无模具成形技术是一种将材料加工成特定形状的方法，不需要使用传统的模具来进行成型。

这种成形工艺具有诸多优点，如灵活性高、快速、成本低等，因此在各种领域都有广泛的应用。

以下是一些常见的无模具成形技术：1. 压缩成型：压缩成型是一种将粉末或颗粒材料置于两个模具之间，并通过施加压力使其成形的方法。

这种成形工艺可以用于制造陶瓷制品、金属制品、复合材料等。

压缩成型具有生产效率高、能耗低、成品质量好等优点。

2. 注塑成型：注塑成型是一种将熔化的塑料注入到模具中，在模具中冷却硬化后，取出成品的工艺。

传统的注塑成型需要使用模具，但无模具成形技术可以通过特殊的喷射造型机和材料，将熔化的塑料喷射到模具表面，从而实现无模具成型。

3. 三维打印：三维打印是一种通过逐层添加材料来制造物体的技术。

它可以直接将计算机设计的三维模型转化为实体，而无需传统模具。

三维打印工艺具有快速、精确、灵活性高的优点，被广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车制造等领域。

4. 化学成形：化学成形是一种通过在材料表面施加化学反应，使其发生体积变化来实现成形的方法。

这种成形工艺适用于聚合物材料、橡胶材料等。

通过控制反应速率和条件，可以精确控制材料的形状和尺寸。

5. 拉伸成形：拉伸成形是一种通过施加力将材料拉长或挤压来实现成形的技术。

这种成形工艺适用于金属材料的加工。

通过控制拉伸方向、速度和温度等参数，可以实现各种复杂形状的金属制品成形。

6. 微纳加工：微纳加工是一种利用微米或纳米级别的加工工艺来制造微观或纳米级别的结构和器件的技术。

这种加工技术可以通过光刻、电子束曝光、离子束雕刻、原子力显微镜等方式实现。

微纳加工可以制造出特殊的形状和结构，广泛应用于集成电路、纳米器件、微流体等领域。

无模具成形技术在产品设计、制造和研发中具有重要的意义。

它不仅可以缩短产品开发周期，降低制造成本，还可以促进创新和个性化定制。

随着材料科学、制造工艺和机械设备的不断发展，无模具成形技术将有更广阔的应用前景。

浅析树脂基复合材料成型工艺摘要：随着社会经济的发展，在工业领域中，复合材料也得到了广泛应用，无论是国家的科研技术，还是经济实力，都是衡量国家发展的标志。

先进复合材料不仅强度高，而且耐热性能和抗疲劳性能优良，在航空航天、交通运输、机械化工等领域得到广泛应用。

树脂基复合材料即以有机聚合物为基体的纤维增强材料，其纤维增强体通常选择玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等，现阶段在航空、汽车、海洋工业中得到较广泛的应用。

关键词：树脂基；复合材料；成型工艺复合材料是由有机高分子、无机非金属材料或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，至少包括两种以上的独立化学相，按性能要求人为设计和制造，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得各单一组元所没有的综合优良性能，可以通过材料设计使各组分的性能相互补充，并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材料的简单混合有本质区别。

按基体的性质，复合材料分为金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料。

因此复合材料在航天航空、交通运输和运动器材等多个领域广泛应用，复合材料制品种类繁多，复合材料工业得到迅速发镇，成型工艺和方法也不断完善。

一、复合材料树脂基现状树脂基纤维增强复合材料是根据树脂基化学特性，添加玻璃纤维、碳纤维等纤维增强相，经过一系列加工成形的一种现代工程材料，可分为热固性树脂基复合材料与热塑性树脂基复合材料。

复合材料阀门具有耐疲劳、成型密实、尺寸可控等优异的性能，可满足现代工业对阀门的各种要求，因此广泛应用于化工、航空、军工等行业。

热固性树脂基复合材料与热塑性树脂基复合材料相比，具有制品尺寸精准、强度高、机械性能强、工艺简单等优点，同时，热固性树脂基复合材料的材料成本更低。

热固性复合材料树脂基通常采用环氧、酚醛、不饱和聚酯等树脂。

1、不饱和聚酯树脂。

不饱和聚酯树脂 UPR通常由饱和二元酸与不饱多元醇，或不饱和二元酸与多元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的高分子聚合物。

非金属材料及复合材料成型方法简介第四章第二篇材料成形工艺基础西北工业大学电子教案成型方法⏹塑料件成型⏹陶瓷件成型⏹复合材料成型⏹成型、机械加工、修配和装配⏹挤出成型（挤塑）：利用挤出机将热塑性塑料加热、连续挤出成型为各种断面的制品。

应用：生产塑料板材、棒材、片材、异型材、电缆护层等⏹成型、机械加工、修配和装配⏹注射成型（注塑）：利用注塑机将熔化的塑料快速注入闭合模具型腔内固化成型。

应用：各种塑料制品（电器、设备、民用）⏹成型、机械加工、修配和装配⏹压延成型：使加热塑化的热塑性塑料通过两个以上的相对旋转的滚筒间隙而连续变形的成型方法。

应用：生产连续片状材料返回⏹配料、成型、烧结⏹干压成型：利用冲头对装入模具内的粉末施加压力而成型。

应用：生产形状简单、尺寸↓的制品⏹配料、成型、烧结⏹等静压成型：利用液体和橡胶等对陶瓷坯体施压（受等静压）而成型。

应用：生产性能要求高的电子元件和其他高性能塑料⏹配料、成型、烧结⏹注浆成型：将悬浮着陶瓷颗粒的液体注入多孔模具中，沥干液体后即成型为坯体。

应用：形状复杂、大型薄壁制品⏹配料、成型、烧结⏹热压成型：将具有流动性的料浆，在热压铸机中压缩空气的作用下注入金属模，冷却凝固后成型。

应用：成型复杂制品⏹配料、成型、烧结⏹注射成型：在注射成型机中将粒状粉料注射入金属模具中，冷却后将坯体脱脂后按常规烧结。

应用：复杂零件的大规模生产返回复合材料成型通用方法：颗粒、晶须、短纤维增强复合材料混合→制坯→ 成型纤维增强体增强复合材料增强体预成型→复合⏹金属基复合材料成型⏹树脂基复合材料成型⏹陶瓷基复合材料成型⏹C/C复合材料成型液态金属浸润法：金属基体呈熔融状态时与增强材料浸润结合，凝固成型。

常用方法：常压铸造、液体金属搅拌、真空压力浸渍法、挤压铸造、液态浸渗挤压等•扩散黏结法：在长时间高温和压力下，使固态金属与增强材料（预制坯）的接触面通过原子间相互扩散黏结而成。

粉末冶金法：根据要求将不同金属粉末与陶瓷颗粒、晶须或短纤维均匀混合，放入模具中高温、高压成型。

【收藏】13种最常⽤的塑料成型⼯艺流程塑料成型的⼯艺包括：注塑成型、挤出成型、模压成型、吹塑成型、压延成型、滚塑成型、真空成型（吸塑成型）、浇铸成型（铸塑成型）、搪塑成型、流延成型、发泡成型、传递模塑成型（压注成型）、缠绕成型等本⽂将简单介绍以上塑料成型⽅法的过程、优缺点，以及应⽤的领域。

增加⼤家对成型⼯艺的了解。

1.注塑成型注塑成型⼜称注射成型，是⼗分常⽤的塑料成型⼿法。

将融熔的塑料利⽤压⼒注进塑料制品模具中，随后冷却成型得到想要的部件。

过程：a.合模。

将模具闭合形成注塑的空间。

b.填充。

将融熔的塑料利⽤压⼒注⼊模具中，填充模具型腔的95%后停⽌。

c.保压。

持续施加压⼒，以压实熔体，使成型件结构紧密。

d.冷却。

使成型件冷却到可以脱模为⽌，这个过程占据整个流程70%的时间。

e.冷却脱模。

模具打开，⽤顶杆或脱模板将产品顶出。

卧式注塑机优点：⽣产效率⾼，全程由机器进⾏操作。

由于成型时会对熔体施加压⼒，因此可以⽣产形状复杂的塑件。

对原料的浪费少。

缺点：由于需要均匀冷却，因此限制了塑件的厚度。

模具和注塑机成本⾼，不适合⼩批量⽣产。

应⽤：2.挤出成型挤出成型是⼀种⾼效、连续、低成本的加⼯⽅法。

是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作⽤，边受热边塑化，边被螺杆向前推送。

主要⽤于加⼯各种管材、棒材、板材、单丝等。

过程：a.加料。

将塑料加热成粘流态，在加压的情况下通过螺杆向前推进。

b.挤出。

使塑料通过⼀定形状的料⼝c.冷却。

冷却成型，根据需要进⾏剪裁或切割单螺杆挤出机优点：加⼯⼯艺简单，成本低。

可以实现连续、⾃动化⽣产，效率⾼。

产品均匀，质量⾼。

对材料适应性⾼。

缺点：只能⽣产形状简单的管材、棒材等。

产品往往需要⼆次加⼯成合适的长度。

应⽤：3.模压成型模压成型⼜称为压缩成型。

是先将粉料、粒状塑料放⼊成型模具中。

同时加温，然后合模加压成型。

过程：a.预热预压。

将塑料粉料、颗粒、纤维进⾏预热处理，⼀是为了缩短成型周期。

⼆是⼲燥塑料中的⽔分。