纤维增强环氧树脂复合材料成型工艺及应用

5、拉挤成型 (Pultrusion)

(1)概要

主要采用玻璃纤维无捻粗纱(使用前预先放置在纱架上)，它提供纵向(沿生产线方向)增强。
其它类型的增强有连续原丝毡、织物等，它们补充横向增强，表面毡则用于提高成品表面质量。树脂中可加入填料，改进型材料性能(如阻燃)，并降低成本。
拉挤成型的程序是
1)使玻璃纤维增强材料浸渍树脂；
2)玻璃纤维预成型后进入加热模具内，进一步浸渍(挤胶)、基本树脂固化、复合材料定型；
3)将型材按要求长度切断。
现在已有变截面的、长度方向呈弧型的拉挤制品成型技术。
拉挤成型将增强材料浸渍树脂有两种方式：
胶槽浸渍法：通常采用此法，即将增强材料通过树脂槽浸胶，然后进入模具。此法设备便宜作业性好，适于不饱和聚酯树脂，乙烯基酯树脂。
注入浸渍法(图6)：玻纤增强材料进入模具后，被注入模具内的树脂所浸渍。此法适于凝胶时间短、粘度高、生产附产物的树脂基体，如酚醛、环氧、双马来酰亚胺树脂。

图6注入浸渍法

(2)原材料

树脂：常用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂；
纤维：拉挤用玻璃纤维无捻粗纱、连续毡、缝编毡、缝编复合毡、织物、玻纤表面毡、聚酯纤维表面毡等；
芯材：一般不用，现有以PU发泡材料为芯材，外为连续拉挤框型型材，作为保温墙板的。

(3)优点

1)典型拉挤速度0.5-2m/min，效率较高，适于大批量生产，制造长尺寸制品；
2)树脂含量可精确控制；
3)由于纤维呈纵向，且体种比可较高(40%-80%)，因而型材轴向结构特性可非常好；
4)主要用无捻粗纱增强，原材料成本低，多种增强材料组合使用，可调节制品力学性能；
5)制品质量稳定，外观平滑。

(4)缺点

1)模具费用较高；
2)一般限于生产恒定横截面的制品。

(5)典型产品

建筑屋顶横梁、椽子、门窗框架型材、墙板、石油开采抽油杆、帐篷竿、梯子、桥梁、工具把、手机微波站罩壳、汽车板簧、传动轴、电缆管、光纤光缆芯、钓鱼竿、隔栅、汽车空调器罩、扩轨罩。

6、真空袋法法成型(Vacuum bag process)

图7真空袋法成示意图

(1)概要

此法是手糊法与喷射法的延伸。将手糊或喷射好的积层在树脂的A阶段与模具在一 起，在积层上覆以橡胶袋，周边密封，在后用真空泵抽真空，积层从而受到不大于1个气压的压力，而被压实、成型。

(2)原材料

树脂：主要采用环氧树脂、酚醛树脂。不饱和聚酯树脂与乙烯基酯树脂则因真空泵将树脂中的苯乙烯(交联剂)过度抽出，可能会造成问题，故一般不用；
纤维：同手糊法；
芯材：任意。

(3)优点

1)采用普通的湿法铺层技术，通常可获得高纤维含量的制品；
2)可制造大尺寸产品；
3)产品两面光；
4)较湿法铺层浸胶孔隙率低；
5)由于压力，树脂流经结构纤维，纤维得以较好地浸渍树脂；
6)有利于操作人员健康和安全；真空袋减少了固化时逸出的挥发性物质。

(4)缺点

1)额外的工艺过程增加了劳动力和袋材成本；
2)要求操作人员有较高的技术熟练水平；
3)树脂混合和含量控制基本上仍然取决于操作人员的技术；
4)生产效率不高。

(5)典型产品

艇、赛车、芯材粘结、飞机鼻锥雷达罩、机翼、方向舵。

7、树脂膜熔浸成型(RFI-Resin Film Infusion)

图8树脂膜熔浸成型示意图

(1)概 要

将干强物与树脂片(树脂片系放在一层脱模纸上提供)交替铺放在模具内。铺层被真空袋包覆，藉真空泵抽真空，将干织物内空气抽出。然后加热，令树脂熔化并流浸已抽出空气的织物，然后经过一事实上时间即固化。

(2)原材料

树脂：一般仅用环氧树脂；
纤维：任意；
芯材：许多种芯材都可以使用，由于工艺过程中温度高，对PVC泡沫需要专门处理，以免泡沫损坏。

(3)优点

1)空隙率低，可精确获得高的纤维含量；
2)铺层清洁，有利于健康和安全(似预浸)；
3)可较预浸法成本低，此为主要的优点；
4)由于树脂仅能过织物厚度方向传递，故树脂未浸到白斑区可较SCRIMP(西曼复合材料公司树脂参入成型法—Seeman Composite Resin Infusion Molding Process)少。

(4)缺点

1)目前仅用于宇航工业，还未推广；
2)虽然宇航工业用高压釜系统产非总是需要，但加热室和真空袋系统对于复合材料固化，总是不可少的；
3)模具要求能经受树脂膜片的工艺温度(低温固化即需60-100ºC)；
4)要求所用芯材能经受工艺温度和压力；

(5)典型产品

飞机雷达罩、舰艇声纳整流罩。