预浸料成型工艺

预浸料成型工艺在复合材料产业中的应用

预浸料简介

预浸料是树脂基体在严格控制条件下浸渍连续纤维或者纤维织物，制备成树脂基体与增强体的一种组合物，是制造复合材料的中间材料。

预浸料按物理状态，化学性能有很多种分类方法：按物理状态分类，预浸料分成单向预浸料、单向织物预浸料、织物预浸料；按树脂基体不同，预浸料分成热固性树脂预浸料和热塑性树脂预浸料；按增强材料不同，分成碳纤维(织物)预浸料、玻璃纤维(织物)预浸料、芳纶(织物)预浸料；根据纤维长度不同，分成短纤维预浸料、预浸料和连续纤维预浸料；按固化温度不同，分成中温固化(120℃)预浸料、高温固化(180℃)预浸料以及固化温度超过200℃的预浸料等。我司事业部在预浸料方面应用也很广泛，根据不同的产品以及性能应用不同种类的材料，常用的预浸料有单向碳纤预浸料，玻纤织物预浸料，碳纤织物预浸料，酚醛玻纤织物预浸料等等。

预浸料制备

预浸料的制备方法有干法和湿法两种。

干法有粉末法和热溶法之分。粉末预浸料是指树脂粉末附着于纤维，经过部分融化，形成树脂不连续，纤维未被树脂充分浸透的一种复合物。热溶法预浸料将树脂体系加热熔融成为流动状态,用其浸渍纤维或织物而制备的预浸料。

图1 干法制备预浸料示意图

湿法预浸料是通过树脂溶液浸渍纤维束或者织物制备的预浸料。

比较由干法预浸料和湿法预浸料制成的复合材料，一般前者外观更好，材料内树脂含量的控制精度更高。就目前航空用先进复合材料而言，常表现出热溶法复合材料的湿热稳定性优于溶液法复合材料：同在沸水中煮48h,前者的力学性能（如弯曲模量与强度、层间剪切强度等）保持率，特别是高温力学性能的保持率，明显高于后者。

图2 湿法制备预浸料示意图

预浸料的成型工艺

预浸料可用不同的成型方法，根据不同应用选择较为合适的成型方案。目前我们先进复合材料事业部使用预浸料成型工艺主要有真空袋压工艺、热压罐工艺、缠绕成型工艺、模压工艺。

其中真空袋工艺主要应用在车辆，船舶，高铁等内饰件，热压罐工艺主要应用在航天、军工等高质量复合材料，模压工艺主要应用在平板，管件等高质量，高精度的军工产品。

一、真空袋工艺

真空袋成型工艺就是将产品密封在模具和真空袋之间，通过抽真空对产品进行加压，加热，使产品更加密实、力学性能更好的成型工艺。目前应用的预浸料主要有环氧玻纤（碳纤）预浸料、酚醛玻纤预浸料、改性树脂预浸料、短纤维预混料

优点：

均匀加压，产品性能均匀

有效控制产品厚度和含胶量

减少产品中的气泡

可以成型复杂、大型制件

减少挥发对人员的损伤

缺点：

压力小，产品密实度差

只能一面光滑，且光滑面沙眼较多

力学性能相对较差

对劳动者操作技能要求高

下为真空袋工艺流程图：

剪裁 清理模具

产品积层

铺脱模布

铺隔离膜 原材料采购

铺通气毡

粘贴密封胶条

封真空袋膜

出厂检验

抽真空 检验真空度 安装真空阀、真空管

升温固化

产品脱模

产品精修

检验出厂

二、热压罐成型工艺

热压罐成型工艺与真空袋工艺相似，但由于热压罐内压力以及空气温度均匀，可生产高精度，高质量的产品。

优点：适用范围广泛，可成型各种复杂构建

罐内压力均匀，产品密实度高，力学性能较好

热压罐成型压力和温度均匀，孔隙率低，树脂含量均匀

缺点：热压罐成本较高，辅料的耗费较大

产品大小要基于热压罐的容积，一般不能制作大型产品

图3 世界上最大的热压罐

图4 热压罐内部运行系统

热压罐工艺流程图

三、模压工艺

模压成型（又称压制成型或压缩成型）是先将一定量的纤维预浸料放入金属对模中，在一定温度和压力作用下，固化成型制品的方法。

其基本原理是：热固性树脂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。 装模 积层

封真空袋

连接真空系统

保压固化

降至室温

打磨毛刺及加工 出厂检验 后处理 成品 升温加压

脱模 剪裁预浸料 清理模具 模压成型工艺的优点：

1、所得制品的内应力小，不易变形，稳定性较好；

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、模腔的磨损很小，模具的维护费用较低；

模压工艺的缺点：

1、前期投入成本较高，（金属模具、热压机、烘箱）

2、模具的升温及降温时间较长

3、对劳动者操作技能要求高

模压工艺的应用非常广泛：广泛应用于工业、农业、交通运输、电气、化工、建筑、机械等领域。由于模压制品质量可靠，在兵器、飞机、导弹、卫星上也都得到了应用。

在经济高速发展的今天，预浸料工艺在复合材料市场上扮演着越来越重要的角色，在复合材料的成型，尤其在一些高端的产品方面方面也占了越来越大的比重。我们也应该紧跟市场潮流，既要弘扬传统工艺，也要接触并发展新工艺，为我们双一大家庭创造更美好的明天而努力。