复合材料成型工艺的发展

复合材料成型工艺的发展

姜春艳

东北轻合金有限责任公司黑龙江省哈尔滨市150060

摘要：在本篇吝章中主要介绍了缠绕成型工艺、拉挤成型工艺和模压成型工艺这三种最近在国内外有广泛应用并且具有较大潜力的复合材料成型工艺．概括介绍了这些工艺的相关原理、生产、实际应用和现代发展情况，其中在介绍模压型工艺时以树脂传递模塑工艺为例进行较为详细的介绍。文章中简单介绍了固化工艺的历史发展，在最后结合现代工艺的发展现状对21世纪的复合材料成型工艺进行预估。

关键词：复合材料；成型工艺；发展

一、复合材料成型工艺的概述与特点

1.1复合材料的基本概念

根据复合材料的使用情况来看，质量较好的复合材料，性能、可设计性等都比较好，可以在医疗、化工等行业中得到合理应用。一般在进行复合材料的成型工艺生产时，需要对制品的尺寸、性质、表面质量等给予高度重视，才能确保材料可以按照预设好的要求进行合理设置，从而保证制品的整体性能。通过上述操作，结合面、增强材料能够很好的结合在一起，并将挥发出来的气体排出，最终有效降低制品的孔隙率。但是，受到操作技能、操作人员专业水平等多种因素的影响，复合材料成型工艺生产过程会出现很多问题，大大降低制品的质量、性能等。所以，根据制品的情况，做好生产前的准备工作，选择合适的工艺、设备等，才能真正降低生产陈本，最终满足各行业的发展需求。

1.2复合材料的主要特点

就性能来看，由于构成符合材料的成分不同而出现较大的性能差异。在这些差异中还存在明显的共性特点，例如：人工合成时所有复合材料配比的关键；普通材料的重组是复合材料性能实现的技术基础；产品生产过程中可一次成型，避免因形状差异造成工序复杂的劣势；设计和加工产品时可充分发挥复合材料的自身优势。

二、常见的几种复合材料成型工艺

目前，最常见的几种复合材料成型工艺有如下几种：

（一）模压成型工艺

1.模压成型工艺

模压成型工艺的生产过程就是将一些事先经过处理的模压料放到经过预先加热的模具内，然后对其施加相对比较高的压力使模压料能够充分的充满模具内腔，在温度条件下，使模压料逐渐的固化，然后从压模内取出固化后的制品．再对制品进行一些必要的辅助加工。在制品的生产过程中有很多影响制品质量的因素，其中最重要的是压制工艺。模压成型工艺的优秀特点是制品的尺寸准确、生产效率高、表面光洁、适合大批量的生产模压成型工艺的这些特点决定了它主要用于中小型的复杂制品的生产。但是相应的它也有一些缺点，主要是模具的设计和制造比较复杂．初次制造模具时投资比较高．而且容易受到设备限制，只能制作小型制品的模具。

2.树脂传递模塑工艺

（1）近些年，把长短纤维作为增强材料，以热固性、热塑性树脂作为基础性材料的各种类别复合材料模压成型工艺发展十分迅速．产品的性价比也比较高，且生产效率高，污染环境少适合航空航天、汽车灯工业的需求。这类新型技术中以树脂传递技术比较突出，树脂传递技术是模压成型技术中的一种，是为了适应飞机的雷达成型才发展起来的经过多年的发展，已经成功的在各种纤维增强材料中成功应用。1995—2000年之间．应用树脂传递技术生产出来的产品数量在欧洲的增长率超过了11％。（2）树脂传递技术的原理就是将已经催化好的树脂注入装有增强型材料的闭合模具里．使其固化成型因为我们采用的是闭模成型，所以有材料组分能够精确控制，吸水率小、能够一次性复合成型、制件的孔隙率较低且工艺过程简单等优点。

（二）挤压成型工艺

在实践应用中，复合材料的挤压成型工艺是指在牵引结构拉力的作用下，将浸泡过树脂胶液的、连续的纤维束制作成产品的过程，通常是在固化炉或模具中固化，以将复合材料连续引拔出来。通常情况下，这种挤压成型工艺有着产品稳定性强、工艺控制较容易、生产效率较高的特点，但是，制品的横向强度很弱，不能轻易中断生产过程，生产设备有着较强复杂性，生产型材是限定的。随着社会不断发展，复合材料的挤压成型工艺有着新的发展，其制品的性能得到了有效提高，不但具有一定可设计性，还能满足更多行业的发展需求。

（三）缠绕成型工艺

1.缠绕成型技术的简介

（1）在1946年的美国，第一个纤维缠绕技术注册了，此后，这项技术广泛的应用在压力容器、导弹头锥、发动机壳体等很多产品制造上。经过多年的发展．缠绕成型工艺经过多重的发展革新，现已成为聚合物基复合材料制造中的一个十分重要的手段。（2）缠绕成型工艺在理论上就是将浸胶的增强材料，按照一定的规律缠绕在芯模上，然后等其固化成型缠绕成型工艺制作的制品纤维伸直并且能够按照一定的规律排列整齐，制品也能够充分的发挥出纤维的强度，所以制品的比强度和比刚度都比较高（3）缠绕成型工艺选择的增强材料大多是布带和纤维。其中经常使用的纤维是玻璃纤维，除此之外，芳纶纤维和碳纤维的应用也十分的广泛

2.纤维自动铺放技术

因为自动控制技术的发展，纤维缠绕也发展成为纤维铺放在纤维铺放的过程中，我们需要把预先浸泡好的多团纱束集合起来形成一个直的带状纱布，把这个纱布铺放在模具或者是芯模的表面，这样做的制品形状并不一定是回转体也可以是一些形状曲率变化很大的制品，甚至是一些有凹形表面的制品。自动纤维铺放就是计算机在纤维缠绕上的实际应用成果，使纤维的力学设计得到了更多的自由度。

三、复合材料工艺方法的特性

3.1复合材料具有较强的可设计性

复合材料工艺最大的优势在于：可通过调整比例与铺层形式获得增强材料。这就满足了不同用户的材料技术要求。该工艺还可在成本控制于材料减重方面发挥作用。这样不仅满足了工艺要求，还更加合理的使用了各种资源。

3.2复合材料具有高强度

相对于传统材料，复合材料具有更高的比强度。特别是有机纤维与碳纤维复合材料更具比强优势。相对于航空领域对强度与精度的高要求，当比强越高时，其质量反而越轻。这也是复合材料最早应用于航天领域的主要原因。

3.3复合材料具有良好的安全性

由于使用了多种材料，复合过程也大幅提升了材料的整体安全性。例如：由于纤维复合材料基体中布满大量的独立纤维，当使用材料出现超负荷情况也仅造成极少数纤维出现断裂的情况，不会轻易影响到产品的整体寿命。因此，安全性的保障也使得该产品更具推广价值。

3.4提高了复合材料的电性能

实验证明，适当添加基体材料、辅助材料及增强体材料可提升电性能。这样可根据设计要求实现复合材料的导电或绝缘要求。这类材料多用于电气设备或化工冶炼行业。

四、复合材料成型工艺的发展趋势

复合材料经过几十年的发展已经广泛应用于众多领域，最具代表性的有能源、航空航天、电子等领域。在实际使用过程中，复合材料的优势逐渐体现出来，并成为国内外研究的热点。相比于欧美发达国家，我国的复合材料研究仍处于落后水平。但我国相关方面的研究已经获得了较大的突破，并在应用领域获得较大的发展。通过研究，我国在复合材料成型工艺上还需针对碳纤维、芳纶纤维等进行深入研究，最终完成高性能树脂基体的研究与应用。

结束语

综上所述，在社会、经济快速发展和不断变化的情况下，复合材料的成型工艺正在快速向着自动化、智能化、现代化方向前进，在一定程度上促进复合材料成型工艺不断创新。因此，复合材料构件生产自动化、快速固化技术等的推广，给复合材料成型工艺不断发展提供了重要支持，对于促进各行业更好发展有着极大作用。

参考文献：

[1]张小溪.复合材料成型工艺方法及优缺点分析[J].科技与企业，2014，18：165.

[2]徐梁.“复合材料成型工艺”课程教学改革探索与实践[J].青年与社会，2013（7）：331.

[3]李彩林，文友谊，窦作勇，等.复合材料成型工艺仿真技术[J].宇航材料工艺，2011（3）：22.