淺談樹脂基復(fù)合材料的成型工藝

陳　婷（陜西省理工學(xué)校,西安　710054）

淺談樹脂基復(fù)合材料的成型工藝

陳婷
（陜西省理工學(xué)校,西安710054）

摘要：樹脂基復(fù)合材料作為新型復(fù)合材料得到了廣泛的應(yīng)用，在許多行業(yè)都發(fā)揮了重要的作用。樹脂基復(fù)合材料的成型工藝日趨完善，各種新的成型方法不斷出現(xiàn)，為樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。本文對(duì)樹脂基復(fù)合材料的成型工藝做了簡(jiǎn)單介紹，分別探討了幾種成型工藝，并分析了聚氨酯樹脂基成型工藝的影響因素，以供大家參考。

關(guān)鍵詞：樹脂基復(fù)合材料；成型工藝；聚氨酯樹脂基

材料是社會(huì)發(fā)展人類進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料的革新將會(huì)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，從而帶動(dòng)人類生活不斷提高。由于具有比強(qiáng)度、耐疲勞、各向異性和可設(shè)計(jì)性等諸多優(yōu)點(diǎn)，樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用與多個(gè)行業(yè)，并成為衡量某些行業(yè)發(fā)展水平的指標(biāo)之一。

1　樹脂基復(fù)合材料成型工藝簡(jiǎn)要分析

樹脂基復(fù)合材料成型工藝就是將增強(qiáng)材料在預(yù)定的方向上進(jìn)行均與鋪設(shè)，使其能夠符合制品的表面質(zhì)量、外部形狀以及尺寸。同時(shí)還應(yīng)盡量降低孔隙率，將制品中的氣體徹底排凈，確保制品性能不會(huì)受到較大影響。與此同時(shí)，在進(jìn)行相關(guān)操作時(shí)，還應(yīng)選擇與制品生產(chǎn)相符合的制造工藝和生產(chǎn)設(shè)備，降低單件生產(chǎn)制品的生產(chǎn)成本，提高相關(guān)人員的操作便捷性以及身體健康。總的來說，樹脂基復(fù)合材料的成型工藝可以分為三個(gè)階段，第一個(gè)階段就是原材料準(zhǔn)備階段，包括了樹脂基材料、增強(qiáng)材料和成型模具；第二個(gè)階段是準(zhǔn)備階段，包括了膠液配制、增強(qiáng)材料處理和模具準(zhǔn)備；第三個(gè)階段是成型工序階段，包括了成型作業(yè)、固話和脫模三個(gè)步驟。

2　幾種樹脂基復(fù)合材料成型工藝分析

2.1拉擠成型工藝分析

復(fù)合材料拉擠成型工藝的研究開始于上世紀(jì)五十年代，到了六十年代中期，在實(shí)際生產(chǎn)中逐漸運(yùn)用了拉擠成型工藝。經(jīng)過將近十年的發(fā)展，拉擠技術(shù)又取得了重大研究進(jìn)展，樹脂膠液連續(xù)纖維束在濕潤化狀態(tài)下，通過牽引結(jié)構(gòu)拉力，在成型模中成型，最后在固化設(shè)備中進(jìn)行固化，常用的固化設(shè)備有固化模和固化爐。拉擠成型工藝的制品質(zhì)量十分穩(wěn)定，制造成本也很低；生產(chǎn)效率也很高能夠進(jìn)行批量化的生產(chǎn)。

2.2模壓成型工藝分析

模壓成型工藝是一種較為老舊的工藝，但是又充滿不斷創(chuàng)新的可能，具有良好的未來發(fā)展?jié)摿?。該種成型工藝主要是在金屬模內(nèi)加入預(yù)混料，再對(duì)金屬模進(jìn)行加熱，同時(shí)對(duì)金屬模進(jìn)行加壓，從而使金屬模內(nèi)的混合料成型。模壓成型可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，能夠有效控制制品尺寸和精度，大幅降低生產(chǎn)成本。此外，模壓成型的制品不需二次處理，表面十分光潔；生產(chǎn)效率很高，還可以用于成型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的制品。不僅如此，模壓成型工藝能夠有效避免基體試件分子取向，客觀反映非晶態(tài)高聚物的性能。

2.3鋪放成型工藝分析

自動(dòng)窄帶鋪放成型技術(shù)和自動(dòng)鋪絲束成型技術(shù)統(tǒng)稱為纖維鋪放成型技術(shù)，是一種全新的自動(dòng)化制造技術(shù)。鋪放成型工藝的基礎(chǔ)是纏繞和自動(dòng)鋪放技術(shù)。一般情況下，纖維鋪放成型工藝是在帶頭鋪設(shè)后按照預(yù)定的形狀和位置對(duì)帶有隔離襯紙的預(yù)浸帶進(jìn)行切割，之后再進(jìn)行加熱并按照設(shè)計(jì)方向進(jìn)行壓輥，對(duì)應(yīng)的模具曲率半徑變化率較小，曲率半徑較大。通常情況下，鋪帶機(jī)的核心零部件就是鋪帶頭，主要作用就是襯紙剝離、張力控制等。鋪絲技術(shù)適用于曲率半徑較小的制品生產(chǎn)，鋪設(shè)時(shí)沒有褶皺，不需額外處理操作。鋪絲相對(duì)于鋪帶來說，成本較高，效率較低，在選用時(shí)需結(jié)合實(shí)際情況決定。

2.4RTM成型工藝分析

ResinTrаnsferMolding的簡(jiǎn)稱就是RTM成型工藝技術(shù)，也就是通常所說的樹脂基傳遞模塑技術(shù)，是一種不同于傳統(tǒng)成型工藝的模壓成型技術(shù)。該技術(shù)最初用于飛機(jī)雷達(dá)罩成型，經(jīng)過多年發(fā)展，已經(jīng)成功地用于生產(chǎn)制造各種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。在歐美地區(qū)，RTM復(fù)合材料成型工藝使用較為廣泛，是一種較為熱門的樹脂基復(fù)合材料成型技術(shù)，也是具有未來發(fā)展?jié)摿Φ囊环N成型工藝。RTM成型工藝主要是在閉合模具中注入樹脂，再通過固化增強(qiáng)材料進(jìn)而成型的一種工藝。一般來說，RTM技術(shù)主要具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：可以為構(gòu)件雙面提供十分光法的表面屬性；可以制造出表面品質(zhì)精良的復(fù)雜構(gòu)件；便于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；成型效率很高適合中等復(fù)合材料制品生產(chǎn)。

3　聚氨酯樹脂基復(fù)合材料成型工藝影響因素分析

3.1材料拉伸強(qiáng)度受模壓溫度的影響

制品的力學(xué)性能受到模壓溫度的影響很大，在預(yù)成型完成后，基體樹脂中包含的分子主要是聚氨基甲酸酯線型分子。在140攝氏度以下進(jìn)行模壓成型時(shí)，將會(huì)發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)，在基體樹脂基中會(huì)產(chǎn)生氨基甲酸酯。在模壓溫度不斷升高的情況下，氨基甲酸酯會(huì)和異腈酸酯基團(tuán)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)脲基甲酸酯，對(duì)材料性能造成較大的影響。

3.2材料力學(xué)性能受模壓壓強(qiáng)的影響

制品的外觀整體性會(huì)受到模壓壓強(qiáng)的影響，不同壓強(qiáng)產(chǎn)生的影響結(jié)果存在較大差異。壓強(qiáng)過低時(shí)，樹脂流動(dòng)會(huì)出現(xiàn)不均衡，氣泡不能完全從樹脂中排除。從而引起制品拉伸性能降低以及表面品質(zhì)差等問題。如果壓強(qiáng)過高，則可能出現(xiàn)脫模困難，在脫模過程中致使制品出現(xiàn)損傷。

3.3拉伸強(qiáng)度受模壓時(shí)間和纖維含量的影響

材料力學(xué)性能還會(huì)和受到時(shí)間的影響，模壓時(shí)間過長，會(huì)導(dǎo)致制品樣片的規(guī)整度降低；如果模壓時(shí)間不夠，又會(huì)引起成型過程不到位，材料的力學(xué)性能不能達(dá)到要求。另一個(gè)方面，通過纖維含量實(shí)驗(yàn)得知：拉伸強(qiáng)度在纖維含量較低的時(shí)候，會(huì)隨著纖維含量增加而降低；拉伸強(qiáng)度在纖維含量超過5%時(shí)，隨著纖維含量增加而升高。

4　結(jié)束語

樹脂基復(fù)合材料的成型工藝種類很多，不同工藝之間各有長短，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況選擇經(jīng)濟(jì)合理的成型工藝。模壓時(shí)間、壓強(qiáng)、溫度以及纖維含量等都會(huì)對(duì)樹脂基復(fù)合材料的性能產(chǎn)生明顯的影響，在實(shí)際工藝流程中需要進(jìn)行嚴(yán)格控制。

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作者簡(jiǎn)介：陳婷（1980-），女，陜西西安人，本科，講師。主要研究方向：材料科學(xué)工程。