第六章复合材料夹层结构制品的成型工艺详解

树脂基复合材料成型工艺介绍（1）：模压成型工艺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。

复合材料成型工艺夹层结构制造技术夹层结构一般是由三层材料制成的复合材料。

夹层复合材料的上下面层是高强度、高模量材料，中间层是较厚的轻质材料，玻璃钢夹层结构实际上是复合材料与其它轻质材料的再复合。

采用夹层结构方式是为了提高材料的有效利用率和减轻结构重量，以梁板构件为例，在使用过程中，一要满足强度要求，二要满足刚度的需要，玻璃钢材料的特点是强度高，模量低。

因此，用单一的玻璃钢材料制造梁板，满足强度要求时，挠度往往很大，如果按允许挠度进行设计，则强度大大超过，造成浪费。

只有采用夹层结构形式进行设计，才能合理的解决这一矛盾。

这也是夹层结构得以发展的主要原因。

由于玻璃钢夹层结构的强度高，重量轻，刚度大，耐腐蚀，电绝缘及透微波等，目前已广泛用于航空工业和宇航工业的飞机、导弹、飞船及样板、屋面板，能大幅度的减轻建筑物的重量和改善使用功能。

透明玻璃钢夹层结构板，已广泛用于寒冷地区的工业厂房、大型公用建筑及温室的采光屋顶。

在造船和交通领域，玻璃钢夹层结构广泛用于玻璃钢潜艇、扫雷艇、游艇中的许多构件。

我国设计制造的玻璃钢过街人行桥、公路桥、汽车和火车保温泠藏车等，均采用了玻璃钢夹层结构，满足了重量轻、强度高、刚度大、隔热、保温等多性能要求。

在要求透微波的雷过罩中，玻璃钢夹层结构已成为其它材料不能与之相比的专用材料。

1、玻璃钢夹层结构的种类与特点根据夹层结构所用的芯材种类和形式不同，玻璃钢夹层结构分为：泡沫夹层结构，蜂窝夹层结构，梯形板夹层结构，矩形夹层结构和圆形夹层结构。

（1）泡沫塑料夹层结构泡沫塑料夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮（面板），泡沫塑料做夹芯层，泡沫塑料夹层结构的最大特点是蒙皮和泡沫塑料夹芯层粘接牢固、受力不大和保温隔热性能要求高的部件，如飞机尾翼、保温通风管道及样板等。

（2）蜂窝夹层结构蜂窝夹层结构是采用玻璃钢薄板作蒙皮，蜂窝材料（玻璃布蜂窝、纸蜂窝或其它棉布及铝蜂窝等）做夹芯层。

蜂窝夹层结构的重量轻，强度高，刚度大，多用作结构尺寸大、强度要求高的结构件，如玻璃钢桥的承重板、球形屋顶结构、雷达罩、反射面、冷藏车地板及箱体结构等。

蜂窝夹层结构复合材料的共固化成型工艺作者：王德龙来源：《环球市场信息导报》2017年第14期为了满足上述要求，蜂窝夹层结构复合材料被广泛应用于航空航天领域，对夹层结构提出的要求越来越多，使其不仅可以承受结构载荷，同时要求其不断的变换形状，以适应不同航空航天器的需求。

蜂窝夹层结构的特点及应用观察夹层结构就可以发现，其最初的设计来源于昆虫的仿生学，根据航空航天事业对板材的特殊要求发展起来的。

夹层结构顾名思义，就是由以面板材料为上下框架，之间填充夹层（夹芯）材料为主，二者一起构成了夹层机构主要部分（图1）。

目前来看，夹层材料的选用多为轻质木材、塑料泡沫及蜂窝三种。

在飞机的夹层结构中，以板铝蜂窝夹层结构复合材料最为常见，同时，这种铝质蜂窝结构内部的夹芯材料的形状多种多样，常见的有六方柱体、菱柱、长方体及圆柱体等几种。

六方柱体是其中最为常见的结构形态，其具有美观的外表，也可以最大程度节省材料，结构型式简单且高效，特别是其可以抵抗高强度的压力和拉力，因此被广泛使用。

共固化工艺及选用材料作为复合材料的关键构成部分，基体发挥着举足轻重的作用，因为它把增强材料结合成为一个整体，通过传递载体，均布载荷从而决定了复合材料的诸多重要性能。

固化材料通常指含有两个或两个以上的环氧基，并且它的骨架以脂环族或芳香族等有机化合物为主，通过环氧基反应来形成热固性产物的高分子低聚体的叫做环氧树脂。

它的特点在于从液态到勃稠态再到固态，一种具有多种形态的物质，加热时呈塑性，熔点不明显，受热软化并逐渐熔化而发勃，遇水不相溶。

因为它本身不会硬化，所以单独使用它时没有什么价值，只有通过和固化剂发生反应并生成三维网状结构的固态聚合物时，它的使用价值才回显现出来。

因此，环氧树脂应归为热固性树脂，网状聚合物的范围内。

在常用的环氧树脂中，有双酚A型环氧树脂（E型）、酚醛环氧树脂（F型）和双酚F型环氧树脂这三种，其中双酚A型环氧树脂是最主要的，在环氧树脂的总产量中其比例高达90%。

复合材料成型工艺培训复合材料是由两种或更多种不同性能的材料组成，结合其各自的优点，形成一种具有特殊性能的新材料。

复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程、电子产品等领域，其成型工艺对于保证产品质量和性能至关重要。

复合材料成型工艺包括预浸料制备、层叠、压制和固化等多个环节。

首先是预浸料制备。

预浸料是由纤维材料（如碳纤维、玻璃纤维）和树脂基体组成的。

预浸料制备工艺包括纤维裁剪、纤维预浸渗透和树脂固化等步骤。

纤维材料根据设计要求进行裁剪，然后将树脂基体与纤维材料进行混合，并通过渗透作用将树脂基体浸润到纤维之间，最后通过适当的温度和压力条件进行固化。

其次是层叠。

在复合材料制造中，需要按照设计要求将预浸料层叠在一起。

层叠是将预浸料按照一定的顺序和布局进行叠放，以确保最终构件获得所需的力学性能和外观质量。

在层叠过程中需要注意纤维的走向和厚度分布，以及纤维之间的粘结问题。

接下来是压制。

在层叠完成后，将其放置在压机中进行压制。

通过施加一定的压力和控制温度，在压制过程中使树脂基体与纤维紧密结合，排除气泡和空隙，提高复合材料的密实度和强度。

最后是固化。

通过对成型后的复合材料进行固化处理，使树脂基体发生化学反应，形成交联网络结构，并与纤维材料紧密结合。

固化过程中需要控制温度、时间和压力等参数，以保证复合材料的固化效果和性能。

以上是复合材料成型工艺的基本流程，不同的复合材料类型和产品要求可能会有所差异。

为了保证复合材料成型的质量，操作人员不仅需要具备相关的材料知识和工艺技能，还需要遵循操作规范和严格执行各个环节的工艺要求，确保每一道工序都符合设计要求和标准。

在复合材料成型工艺的培训中，应该注重理论学习和实践操作的结合，培养学员的分析和解决问题的能力。

通过实际操作练习，学员可以更好地掌握工艺流程和技术要点，熟悉各种设备的操作和调节，提高工作效率和产品质量。

另外，培训还应重点强调质量控制和安全意识。

复合材料成型工艺中存在一定的工作风险和危险因素，如化学物品的使用和处理、设备操作的安全等。

蜂窝夹层结构复合材料应用及成型工艺分析摘要：复合材料因其本身的优异性能而备受关注，其中蜂窝夹层结构是一种较为特殊的复合材料，其一般是通过2层及以上蒙皮、蜂窝夹芯再以胶黏剂来固结的形式制备而成，已经广泛用于航空、航天、轨道交通、舰船、医疗、建筑等领域。

文章就蜂窝夹层结构复合材料的应用、成型工艺、工艺要点进行了论述与分析。

关键词：蜂窝夹层结构；复合材料应用；成型工艺引言讨论并分析蜂窝夹层结构复合材料应用及成型工艺，需明确该种复合材料的基本制备流程，判定并总结其制备过程的影响因素，因此来实现对成型工艺的有效控制，使其达到更好的制备效果，满足各个方面的应用需求。

1 蜂窝夹层结构复合材料应用1.1 航空应用（1）蜂窝夹层复合材料因其质量轻、抗剪切失稳能力强、弯曲强度大等因素而广泛地应用在各种航天结构中，尤其是该种材料的减重效果，在舵面、副翼、舱门、雷达罩等结构上有着极好的应用效果；蜂窝夹层结构复合材料最早出现在美国F15战斗机系列的平尾、垂尾、机翼前缘等位置；其后用于F／A18飞机上的飞行控制面；后续在F35飞机上的方向舵、垂尾前缘、襟副翼等位置皆有应用。

而在民用飞机上，该种复合材料也具备着一定的优势，B787、A380、A340、A320等飞机上皆有含该项材料的结构件，比如方向舵等。

（2）因蜂窝夹层结构材料耐腐蚀、减震、力学性能优良，亦会较多应用在各种航空航天功能件制造上，比如天线罩、整流罩等结构功能件；借助适宜的外形设计，不但可满足飞行器整体的气动外形标准要求，还可借助结构设计与模拟计算，通过设定相应的结构形式来满足飞行装置透波等性能要求；此外，在各种飞机饰件选择与装饰时亦会应用到该项材料，比如飞机内饰板壁、底板等结构。

而在蜂窝夹层结构工艺迅速发展的背景下，行业内的专业研究学者亦开始探索“绿色蜂窝+改性酚醛预浸料”、“绿色蜂窝+改性酚醛预浸料”等绿色蜂窝夹层结构在飞机侧壁板等结构上应用的可能性，并取得了较好的研究成果[1]。

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。

复合材料(fù hé cái liào)工艺详解——热固与热塑树脂(shùzhī)热固性树脂(shùzhī)成型工艺手糊成型(chéngxíng)工艺（手糊类）手糊成型：用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺覆成型，室温（或加热）、无压（或低压）条件下固化，脱模制成品的工艺方法。

1.原料：①树脂：不饱和聚酯树脂，环氧树脂；②纤维增强材料：玻纤制品（无捻粗纱、短切纤维毡、无捻粗纱布、玻纤细布、单向织物），碳纤维，Kevlar纤维；③辅助材料：稀释剂，填料，色料。

2.工艺过程：2.1 原材料准备2.1.1胶液准备胶液的工艺性主要指胶液粘度和凝胶时间。

①手糊成型的胶液粘度控制在0.2Pa·s～0.8Pa·s之间为宜。

环氧树脂可加入5%～15%（质量比）的邻苯二甲酸二丁酯或环氧丙烷丁基醚等稀释剂进行调控。

②凝胶时间：在一定温度条件下，树脂中加入定量的引发剂、促进剂或固化剂，从粘流态到失去流动性，变成软胶状态的凝胶所需的时间。

手糊作业前必须做凝胶试验。

但是胶液的凝胶时间不等于制品的凝胶时间，制品的凝胶时间不仅与引发剂、促进剂或固化剂有关，还与胶液体积、环境温度与湿度、制品厚度与表面积大小、交联剂蒸发损失、胶液中杂质的混入、填料加入量等有关。

2.1.2增强材料的准备手糊成型所适用增强材料主要是布和毡。

需要注意布的排向，同一铺层的拼接，布的剪裁。

2.1.3胶衣糊准备胶衣树脂的性能指标：外观：颜色均匀，无杂质，粘稠状流体；酸值：10mgKOH/g～15mgKOH/g（树脂）；凝胶时间：10min ～15min；触变指数(zhǐshù)：5.5～6.5；贮存(zhùcún)时间：25℃ 6个月2.1.4手糊制品厚度(hòudù)与层数计算①手糊制品(zhìpǐn)厚度t:制品（铺层）的厚度；m：材料质量，Kg/m2；k：厚度常数，mm/(Kg·m-2)材料厚度常数k表材料性能玻璃纤维E型 S型 C型聚酯树脂环氧树脂填料-碳酸钙密度（Kg/m3）2.56；2.49；2.45 1.1；1.2；1.3；1.4 1.1；1.3 2.3；2.5；2.9k[mm/(Kg·m-2)]0.391；0.402；0.408 0.909；0.837；0.769；0.714 0.909；0.769 0.435；0.400；0.345②铺层层数计算A：手糊制品总厚度，mm；m f：增强纤维单位面积质量，Kg/m2；kf：增强纤维的厚度常数，mm/(Kg·m-2)；kr：树脂基体的厚度常数，mm/(Kg·m-2)；c：树脂与增强材料的质量比；n：增强材料铺层层数。