环向缠绕
纤维缠绕成型 (Filament winding)
应用领域
• 碳纤维缠绕成型
传动轴 自行车前叉
气瓶 火箭，导弹内各种罐体，结构件等
纤维缠绕成型 (Filament winding)
应用领域
• 玻璃纤维缠绕成型
各种化学品，油品，水的输送管道
拉挤成型 (Pultrusion)
纤维布架 拉挤模具和加热器
树脂浸润
纤维卷轴
缠绕成型是一种将浸渍了树脂的 纱或丝束缠绕在回转芯模上、常 压下在室温或较高温度下固化成 型的一种复合材料制造工艺
纤维缠绕成型 (Filament winding)
放卷
浸渍树脂
纤维牵伸
纤维缠绕于芯模上
固化
脱模
纤维缠绕成型 (Filament winding)
三种缠绕方式： 螺旋缠绕 极向缠绕
压力泵
混合注射枪
排气孔
固化剂
树脂
纤维预成型体 (Preform)
树脂传递模塑特点： • 连续纤维织物 • 要求树脂粘度低流动性好 • 要求纤维预成型体渗透性好 • 低压，常温或中温固化成型 • 纤维在模具内浸润树脂 • 复合材料制品质量稳定性较高 • 中低成本
模具 (注射前合模)
• 制品力学性能较高，适合生产中小型尺寸部件 • 制品表面两面光滑（上下合模） • 脱模后制品一般需要在烘箱内后固化处理 • 自动化程度较高，工艺效率较高（cycle time~30min） 可中批量生产 • 环境污染小（模具内固化）
预浸料热压罐成型(Prepregging, Autoclave)
第四步：热压罐内固化成型
热压罐固化工艺的设定 • 树脂粘度变化 • 温度，压力，时间，真空度，升温速率等参数 设定 • 不同树脂体系，固化工艺不同
预浸料热压罐成型(Prepregging, Autoclave)
应用领域
树脂传递模塑(RTM)
手糊成型 (Hand layup)
• 手糊成型特点:
－手工铺放纤维涂覆树脂辊压 －简便易行，成本低 －常压常温固化， －大型壳或板类部件， －开模成形 （制品单面光滑） － 采用纤维织物或者纤维毡 －劳动强度高，生产效率低，产量低 － 产品力学性能低，内部缺陷多 － 挥发份直接排放环境，污染大
喷射成型(Spray layup)
树脂传递模塑(RTM)
1. 预成型体铺放 4. 模具内固化
2. 合模
3. 树脂注入 5. 脱模
树脂传递模塑(RTM)
纤维织物的覆布性（Drapability）： • 覆布性好 制品表面无皱褶 • 平纹布 < 斜纹布 < 缎纹布
树脂传递模塑(RTM)
树脂
封闭织物
开放织物
纤维织物的渗透率（Permeability）：
预浸料热压罐成型(Prepregging, Autoclave)
第一步：预浸料制备（纤维浸润树脂）
预浸料分类 • 单向预浸料（纱线缠绕），织物预浸料 • 溶液预浸，热熔预浸 • 热固性预浸料，热塑性预浸料 不同分类预浸料 不同的预浸设备
预浸料热压罐成型(Prepregging, Autoclave)
纤维增强聚合物基复合材料制造工艺简介
基本原理
纤维
成型工艺
纤维预浸 压力下成形 固化
树脂
复合材料制件
纤维增强聚合物基复合材料制造工艺简介
工艺选择
• 小批量大尺寸部件：树脂真空注入成型 (Infusion) －真空袋闭模低压成型 • 中批量中等尺寸部件：树脂传递模塑成型 (RTM)－闭模低压成型 • 大批量小尺寸部件：片状模塑成型 （SMC）－闭模高压成型
• 喷射成型特点: －基本与手糊成型特点相同 －短切纤维 －生产效率高于手糊成型
预浸料热压罐成型(Prepregging, Autoclave)
半成品预浸料制备与铺放
热压罐中固化成型 (T, P)
• 预浸料热压罐成型特点: －一般采用连续纤维织物（单向布，编织布等） －高性能高质量复合材料制品（纤维体积含量可达70％[单向]，孔隙率小于1％） －工艺控制严格 （温度，压力，真空度，时间） －预浸料低温贮藏和运输 －复合材料产品成本高（多步工艺，低效率，高能耗，设备造价高，生产周期长）
第二步：预浸料剪裁铺放 自动化剪裁
人工铺放
自动化铺放
中科院宁波材料技术与工程研究所课件
预浸料热压罐成型(Prepregging, Autoclave)
第三步：预浸料于真空袋内铺层密封
抽真空 密封橡胶
真空袋 透气毡 有孔隔离膜1 吸胶毡 有孔隔离膜2 脱模布 预浸料 脱模布 脱模剂 模具
• 真空袋：提供真空环境 • 透气毡：保持真空袋内均一的真空压力（分压） • 有孔隔离膜1：防止树脂流动至透气毡，但是需要小分子气体能够通过至透气毡 • 吸胶毡：吸收被挤出而过剩的树脂 • 有孔隔离膜2：让树脂和小分子气体能够通过 • 脱模布：让复合材料制品表面具有布纹便于后续粘接或喷漆工序，同时脱模布应 能够从制件表面剥离 • 脱模剂：防止树脂粘住模具表面
加热过的热塑性玻璃毡传送至模具内
合模成型，冷却后脱模
GMT成型特点：
• 热塑性复合材料成型 • 衍生自热塑性片材热压成型工艺（Thermoforming） • 高压成型 • 树脂流动距离短 • 生产效率高，生产周期短，适合大批量生产 • 自动化程度高，生产成本低
Hale Waihona Puke 玻璃毡增强热塑性塑料GMT (Glass mat thermoplastic)
• 模具通常需要加热以固化树脂 • 生产周期较长 • 机械化，自动化程度低 • 制品力学性能较高，缺陷少 • 适合制造大型，超大型部件
真空树脂注入成型(Infusion)
• 真空袋：提供真空环境 • 导流网,管：提供树脂流动通道 • 隔离膜/脱模布：让复合材料制 品表面具有布纹便于后续粘接或 喷漆工序，同时应能够从制件表 面剥离 • 脱模剂：防止树脂粘住模具表面 • 密封胶带：防止空气进入 • 真空管路与接头
大型压机和模具
产品：各种薄壁壳类制件
其他几种主要成型工艺
• 团状模塑成型 BMC (Bulk moulding compound) - 衍生自SMC －采用团状混料，短纤维，含量低，树脂流动距离长 －可生产复杂形状制件
• 注射成型 (Injection moulding) - 衍生自塑料制品注射成型 －热塑性树脂 －短纤维，生产效率高，制件形状复杂
真空树脂注入成型(Infusion)
纵向流动
流动方式
横向流动（导流网）
横向流动（螺旋管）
树脂
真空
横向层间流动
• 纵向流动特点：低成本，要求树脂粘度很低(20—400 cps)，织物渗透率好 • 横向流动特点：成本高（需要辅助材料），纤维体积含量高于纵向流动，成品质量 好，隔离膜必须，树脂粘度可以略高，工艺重复性好，
真空树脂注入成型(Infusion)
应用领域
船体
容器壳体
风机叶片
大型，超大型壳类部件
片状模塑成型 SMC (Sheet moulding compoud)
树脂 添加剂 填料
压机
隔离膜 切碎
收卷
隔离膜
纤维
SMC片材制造
SMC片状模塑成型特点：
切割机
压机模压成型
• 短切纤维毡与树脂混合的片材 • 模具内高压成型 • 制件几何形状复杂，力学性能要求不高 • 生产周期短（<1min)生产效率高 • 成本较低，可大批量生产 • 自动化程度高
• 渗透率好坏直接影响工艺时间和浸润结果 • 封闭织物 <标准织物<开放织物
标准织物
树脂传递模塑(RTM)
应用领域
真空树脂注入成型(Infusion)
混合注射
真空袋
固化剂
树脂
模具
纤维预成型体 (Preform)
真空树脂注入成型特点：
压力泵
• 衍生自RTM工艺 • 基本特点与RTM相同 • 树脂流动由真空压力驱动(与RTM不同) • 仅需半面模具，另一面为真空袋 • 制品一面光滑 • 低成本工装设备
片状模塑成型 SMC
SMC片材制造
短切纤维+ 不饱和聚酯+ 填料
红色为PE或PP隔离膜
片状模塑成型 SMC
模压成型
片状模塑成型 SMC
应用领域
汽车后备箱盖
广泛应用于汽车工业
各种板类，框架类，支撑类零部件
纤维缠绕成型 (Filament winding)
横向车架 芯模
缠绕成型特点：
• 制品为圆柱，圆锥，或球形等回转体 • 在线浸渍树脂 • 生产周期长 • 成本较高 • 自动化程度高
纤维增强聚合物基复合材料制造工艺
• 复合材料制造工艺简介 • 手糊成型（Hand layup) • 喷射成型 (Spray layup) • 预浸料热压罐成型（Prepregging, Autoclave） • 树脂传递模塑成型RTM (Resin transfer moulding) • 真空树脂注入成型 (Vacuum Infusion 或 Infusion) • 片状模塑成型SMC (Sheet moulding compound) • 纤维缠绕成型 （Filament Winding) • 拉挤成型 （Pultrusion) • 玻璃毡增强热塑性塑料 GMT (Glass mat thermoplastic) • 其他几种主要成型工艺
• 胶膜渗透成型 RFI (Resin Film Infusion) - 衍生自真空袋热压罐成型工艺 －采用纤维织物与树脂胶膜交替叠放来取代预浸料
超声波检测
切割
纤维丝轴架
树脂浸渍
拉挤成型特点：
• 制品为型材，管材 • 在线浸渍树脂 • 不间断连续生产 • 成本较低 • 自动化程度高