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纤维增强复合材料的制造技术

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纤维增强复合材料FRP,尤其是热固性塑料FRP的制造技术,无论是手糊成型(HLU),还是采用机械方法的喷射成型、SMC+缠绕成型、拉挤成型、树脂传递模塑成型等,材料制造和制品成型是同时进行的。而在未形成立体网状结构前的预成型材料并不具备材料的强度、耐热性等性能特征。

 

FRP的制造技术很多,本文仅讨论汽车工业较普遍采用、具有一定批量生产能力、性能较可靠的几种生产技术

 

(1)片状模塑料 片状模塑料(sheet molding compound),简称SMC,是将低黏度的树脂浸渍到玻璃纤维中,制成连续片状的预成型材料,然后在模具中模压成型。与手糊成型法不同,其纤维没有受到损害,强度较高,采用模压成型,生产效率高,制品性能较易保证,且表面粗糙度较低、尺寸稳定性好。但强度不如长纤维增强的FRP。

 

(2)团状模塑料 团状模塑料(block molding compound),简称BMC,是将树脂、玻璃纤维、填充剂等各种成分混炼成团状,再经挤压成棒状或丸状,然后再注射成型或模塑成型。BMC解决了加入玻璃纤维影响流动性的问题;但在混炼中玻璃纤维被切断,使制品强度降低。

 

(3)单丝缠绕成型 单丝缠绕成型(FW法),是将浸渍过树脂的单丝缠绕在芯轴上,然后树脂固化成型脱模后即得制品。此法适于制造圆筒和球状制品。与其他FRP成型技术相比,制品再现性较好,性能较稳定。多采用不饱和聚酯、环氧树脂、乙烯基聚酯树脂做基体,玻璃纤维、碳纤维、高强度合成纤维做增强材料。芯轴材料一般为钢、铝合金。

 

(4)拉挤成型 拉挤成型是利用模具挤压作用在树脂浸渍纤维同时利用牵引机的引拔作用成型的一种FRP制造技术;常用于连续成型的中空、异型制品的生产。模具费用低、新产品试制成本低。但纤维呈单向排列,性能具各向异性。通常采用不饱和聚酯,特别是乙烯基聚酯树脂作为基体。常用增强材料为表面处理过的玻璃纤维,为增加异型材横向强度可采用玻璃布。有机过氧化物做固化剂,并加有着色剂、脱模剂等。

 

(5)树脂传递模塑 树脂传递模塑(RTM法)是在模型内先把增强材料预成型件及镶嵌件装好、夹紧后,通过适当位置的注入口,以一定温度和一定压力注入树脂,然后固化成型,开模即得制品。此法对设备、模具要求不高、投资少、生产成本低,可生产其他压力成型方法无法制造的大型制件(展开面积可大到7m2),适于制造质量15—25kg制品,每月生产量为数千件。

 

(6)冲压成型 冲压成型片材(stampablesheet)是指采用冲压成型的玻璃纤维增强的热塑性塑料片材。与前述几类FRP不同,其采用热塑性塑料,且材料的制造与制品成型分两个阶段,即先制造具有足够强度和耐热性能等的复合材料片材,经预热后按所需形状进行冲压成型即得制品。

 

(7)高强度纤维复合材料 高强度纤维指碳纤维(CF)、芳纶纤维(ArF)、硼纤维(BF)、超高强度PE纤维等,它们可以形成比强度大于4X10^6cm,比弹性模量大于4X10^8cm的高强度复合材料,有可能成为汽车受力结构件。


 

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