常用的复合成型工艺方法

一、手糊成型工艺

手糊（也称裱糊、层糊）成型是以手工作业为主成型复合材料制作的方法，是指手工将纤维与树脂交互地铺层在模具上，黏结在一起然后固化成型的工艺。手糊成型的最大特色是以手工操作为主，适于多品种、小批量生产，且不受制品尺寸和形状的限制。但生产效率低，劳动条件差，且劳动强度大；制品质量不易控制，性能稳定性差，制品强度较其他方法低。

手糊成型分湿法与干法两种。湿法是将增强材料（布、带、毡）用含或不含溶剂胶液直接裱糊，其浸渍和预成型过程同时完成；干法手糊成型则是采用预浸料按铺层序列层贴预成型，将浸渍和预成型过程分开，获预成型毛坯后，再用模压或真空袋—热压罐的成型方法固化成型。

湿法手糊成型的具体工艺过程是：先在模具上涂一层脱模剂，然后将加入固化剂的树脂混合料均匀涂刷一层，再将纤维增强织物（先按形状尺寸等要求裁剪好）直接铺设在胶层上，用刮刀、毛刷或压辊迫使树脂胶液均匀地浸入织物，并排除气泡，待增强材料被树脂胶液完全浸透之后，涂刷树脂混合液，再铺贴纤维织物，重复以上步骤直至完成制作糊制，然后固化、脱模、修边。目前约50%的玻璃钢（FRP）制品是采用湿法手糊工艺制造的。

（一）原材料

1.增强材料　手糊成型的增强材料要求易被树脂浸润，并有一定的可变形性。一般用于手糊成型的增强材料主要有玻璃纤维方格布、布带、单向布、短切纤维毡、表面毡。其他种类的纤维根据需要也可作为手糊成型的增强材料。手糊成型用增强材料在工艺上的特殊要求是适型性好，在一些曲面上铺放应产生褶皱。

无捻粗纱布即方格布是手糊成型的主要增强材料。它变形性好，易被树脂浸透，增厚效率高，能提高玻璃钢的抗冲击能力，易排除气泡，厂家多，货源足，规格品种齐全，厚度0.1～0.8mm，价格低。短切纤维毡对树脂浸透性好，气泡容易排除，变形性好，施工方便，制品的含胶量高（60%～80%），所以防渗效果好，在防水制品、耐腐蚀制品中作为防渗透层被大量采用。表面毡用于玻璃钢制品的最外表层，浸透性好，含胶量可高达90%以上，适型性好，主要起到美化表面、提高表面耐腐蚀耐老化的作用。单向布和玻璃布带主要用于加强型材料和特殊部位。短切纤维和纤维粗纱多用于填充死角。

一般小型和复杂的制品应预先裁剪，以提高工作效率和节约用布。简单形状可按尺寸大小剪裁，复杂形状则可利用厚纸板或明胶片做成样板，然后按照样板裁剪。

2.树脂　手糊成型用的树脂必须与纤维有良好的浸润性，黏度适宜（0.2～0.8Pa·s），能在室温下适时凝胶（30min），常温常压固化，固化过程无低分子物放出，无需加压；无毒或低毒，使用期符合要求且价格优廉。

用于手糊成型的树脂体系有聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂等。最常用的是不饱和聚酯树脂，环氧树脂次之，酚醛树脂较少使用。聚酯树脂是手糊成型工艺中性能较合适，用量最大的树脂。它无色透明，可配成各种颜色，价格便宜，种类繁多。呋喃树脂毒性大，工艺性不好，只是对制品有特殊的耐温、耐腐要求时方被选用。

手糊成型工艺用的树脂还有胶衣树脂，胶衣树脂是用在制品表面，使制品的外观美化，且具有较好的硬度、耐腐蚀性能和耐老化性能。

3.其他辅助材料　手糊成型用辅助材料主要有与树脂一起构成固化体系的反应型材料以及与树脂体系一起构成功能性体系的添加型材料。构成固化体系的有固化剂、催化剂、促进剂和引发剂等，构成功能体系的有增韧剂、稀释剂、消泡剂、着色剂、脱模剂和填料等。

4.模具　模具是手糊成型中的主要工具，合理地选择模具材料和合理地进行模具的构造设计是保证产品质量、降低成本、提高效率的重要环节。手糊成型制品的外观很大程度上取决于模具表面的好坏，模具必须要符合制品设计的精度要求以及有足够的刚度和强度，要容易脱模，造价要便宜。

目前已用于模具制造的材料有木材、石蜡、水泥、金属、石膏、玻璃钢和陶土。玻璃钢模具是中小型批量玻璃钢产品最常用的模具材料，它可以由木模或石膏模翻制而成，优点是质轻、耐久和制造简便，适用于表面质量要求较高、形状复杂的中、小型纤维增强复合材料的生产。金属模具主要用钢材制造，有较高的强度、硬度和刚度，适用于制造批量大、尺寸精度要求高、表面粗糙度小的制品，但金属模加工成本高、重量大、制造周期长。

（二）手糊成型过程

手糊成型工艺流程如图6-3所示。

图6-3　手糊成型工艺流程图

手糊成型过程如下。

（1）增强材料剪裁，胶液配置。

（2）模具的清理。

（3）脱模剂涂刷。手糊成型工艺常用的脱模剂分为三类：第一类为聚乙烯醇类（PVA）脱模剂——5%PVA的水、乙醇溶液；第二类为蜡类脱模剂——目前多为进口的专用脱模蜡；第三类为新型液体脱模剂——为不含蜡的高聚物溶液。对于金属模还可用硅脂、甲基硅油等，木模可用聚醋酸纤维素等。

（4）胶衣层制作。为了解决纤维增强材料表面质量差（因UP固化收缩导致玻璃布纹凸出来），通常制作表面特制的面层，称表面层。表面层可采用玻璃纤维表面毡或加颜料的胶衣树脂（称胶衣层）制备。表面层树脂含量高，故也称为富树脂层。表面层不仅可美化制品外观质量，而且可保护制品不受周围环境、介质的侵蚀，提高其耐候、耐水、耐化学介质性和耐磨性能等，具有延长制品使用寿命的功能。胶衣层的好坏直接影响产品的外观质量和表面性能，选择高质量的胶衣树脂和颜料糊以及正确的涂刷方法非常关键。胶衣层不宜太厚或太薄。太薄起不到保护制品作用，太厚容易引起胶衣层龟裂。胶衣层的厚度控制在0.25～0.5mm，或者用单位面积用胶量控制，即为300～500g/m2。

胶衣层通常采用涂刷或喷涂两种方法。第一种方法，涂刷胶衣一般为两遍，必须待第一遍胶衣基本固化后，方能刷第二遍，两遍涂刷方向垂直为宜。待胶衣树脂开始凝胶时，应立即铺放一层较柔软的增强材料如表面毡，这样既能增强胶衣层（防止龟裂），又有利于胶衣层与结构层的黏合。涂刷胶衣的工具是专用毛刷（毛短，质地柔软，不掉毛）。注意涂刷均匀，防止漏刷或裹入空气。第二种方法，喷涂可使胶衣厚度均匀，遮盖率好，色泽均匀，产品表面质量高。采用胶衣机或胶衣喷壶喷涂。胶衣机可将胶衣或固化剂通过泵连续打入枪头混合后均匀地喷涂在模具表面，生产效率高，适合大批量生产。

UP胶衣树脂有许多专用品种，以适应不同的用途。常用的胶衣配方为：透明胶衣树脂为100份；过氧化甲乙酮为2份（引发剂）；萘酸钴为1～4份（促进剂）；颜料糊为8～10份（涂刷）或4～6份（喷涂）；稀释剂为2～8份（喷涂）。

（5）铺层糊制。成型操作包括铺层糊制（表面层制作、增强层制作、加固件制作）和固化。

表面层用表面毡铺层制作。表面层可防止胶衣显露布纹，使表面形成富树脂层，从而提高制品的耐渗透和耐腐蚀性。将玻璃纤维为30g/m2或50g/m2的表面毡按模具表面大小剪裁，铺在胶衣上，用毛辊上胶，然后用脱泡辊脱泡，要严格不含气泡。表面层的含胶量控制在90%。

增强层的制作。增强层是玻璃钢的承载层，增强材料为玻璃布或短切毡。先对玻璃布进行剪裁和编号，按一次糊制用量配胶后，转入铺层糊制工序。

糊制工具有玻璃钢专用毛刷、专用毛辊、脱泡辊和刮胶板等；糊制过程是先在模具表面上刷胶（或胶辊上胶），然后用手工将布层（或毡）平铺在表面，抹平后再用毛刷上胶（或胶辊上胶，来回碾压，使胶液浸入毡内），然后用刮胶板刮平，脱泡（或用脱泡辊将毡内胶液挤出表面，并排除气泡），再铺第二层，依次铺一层布（或毡），上一层胶液，重复直到所需厚度。遇到弯角或凹凸块时，可用剪刀将布剪口（或手工撕开毡），然后压平。糊制过程尽可能排除气泡，控制含胶量及含胶均匀性；搭缝尽量错开，搭接长度50mm；注意铺层方向与铺层序列。

（6）固化。纤维增强产品一般要求在室温15～30℃下固化8～24h，8h后即可脱模。如需提高生产效率，在60～80℃下固化1～2h后脱模。产品脱模后进行后处理，在60～80℃加热1～2h，可提高产品的固化度。

（7）脱模。脱模也是手糊玻璃钢工艺中关键的一道工序。脱模的好坏直接关系产品的质量和模具的有效利用。当然，脱模的好坏还取决于模具的设计、模具的表面光洁度、脱模剂和涂刷效果。手糊产品一般采用气脱、顶脱、水脱等方法脱模。

（8）切边加工。

（9）验收。

（三）手糊成型工艺的特点

1.手糊成型工艺优点

（1）无需复杂设备，只需简单的模具、工具，投资少，见效快，适合乡镇企业。

（2）生产技术易掌握，只需经过短期培训即可进行生产。

（3）所制作的纤维增强产品不受尺寸、形状的限制。

（4）可与其他材料（如金属、木材、泡沫）同时复合制成一体。

（5）可现场制作一些不宜运输的大型制品，如大罐、大型屋面。

2.手糊成型工艺缺点

（1）生产效率低，速度慢，周期长，对于批量大的产品不太合适。

（2）产品质量稳定性差，受操作人员技能水平及制作环境条件影响。

（3）生产环境差，气味大，粉尘大，需要从劳动保护上加以解决。

（4）手糊成型工艺特别适用量少、品种多、大型或较复杂制品。

（四）手糊成型工艺的应用

由于手糊成型工艺设计自由，不受制品尺寸和形状的限制，因此，可根据制品的技术要求等设计出理想的外观、造型以及多种多样的复合材料制品。手糊成型工艺制备得到的复合材料用途非常广泛，主要有以下几个方面。

（1）建筑制品。包括波形瓦、采光罩（屋顶）、风机、风道、浴盆、组合式卫生间、化粪槽、冷却塔、活动房屋、售货亭、装饰制品、座椅、门、窗、建筑雕塑、玻璃钢大篷等。

（2）船舶业。包括渔船、游艇、交通艇、救生艇、海底探测船、军用折叠船、巡逻艇、养殖船、水中浮标、灯塔、气垫船等。

（3）轨道交通。包括汽车车壳、火车门窗、火车卫生间、地铁车厢、电动车壳、机器杠、保险杠、冷藏车、工程车、消防车、高尔夫球车等。

（4）防腐产品。包括各种油罐、酸罐、水泥槽内防腐衬层、钢罐内防腐层、管道、管件等。

（5）机械电器设备。包括机器罩、配电箱、医疗器械外罩、电池箱、开关盒等。

（6）体育娱乐设备。包括赛艇、滑板、各种球杆、人造攀岩墙、冰车、风帆车、游乐车、碰碰车、碰碰船、水滑梯、海底游乐设备等。

二、树脂传递模塑（RTM）成型

RTM是Resin transfer molding首字缩写，称为树脂传递模塑过程，是将树脂注入闭合模具中浸润增强材料并固化成型的工艺方法，是从湿法铺层和注塑工艺中演变而来的一种新的复合材料成型工艺。它是一种适宜多品种、中批量、高质量复合材料制品的低成本技术。

（一）原料与设备

1.增强材料预制件　预制件是利用不同纤维或各种形式的纺织物，按照一定要求组合，形成接近成型净尺寸的增强材料型体。不同形态结构的预制件不仅决定产品的力学性能，也决定其成型加工性能。预制件材料的选择和结构设计要在力学性能和工艺性能之间寻找适当的平衡，因此，正确地设计、选择和织造增强纤维预制件是应用RTM技术关键的一步。RTM工艺对增强材料的要求如下。

（1）铺覆性好，适用性强，容易形成与制品相同的形状。

（2）质量均匀。

（3）耐冲刷性好，在树脂注入过程中保持铺覆原位，即增强材料铺好后，位置和状态应固定不动，不因合模和注入树脂而变动。

（4）对树脂的阻力小，易被树脂浸透。

（5）机械强度高。

（6）铺覆时间短，效率高。

一般的RTM增强材料的种类有玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维和芳纶等，纤维体积含量可达到25%～60%（质量比）。在RTM工艺中，纤维要经受带压树脂的冲刷，为保证制品质量，宜采用长纤维或连续纤维制作增强材料。这些纤维通过织造技术制作成片状或近产品形态的预制件，其中三维织物（编织）可以非常精确地设计纤维的分布，使增强效果达到最优。预制件的使用大大提高了增强材料的铺模速度，因此，预制件的加工是一个关键步骤，它的进步是RTM技术得以迅猛发展和广泛应用的一个重要原因。

2.树脂体系　RTM树脂选择的首要依据是制品性能，其次是该树脂的工艺性。一般RTM成型工艺对树脂体系工艺性的要求可概括为以下几点。

（1）室温或较低温度下具有低黏度（0.1～1Pa·s）及一定的适用期（如48h）。适用期长可保证在树脂固化前完全通过模具并浸润增强材料，黏度低可以使树脂以较小的流动阻力快速充满模具空间，还有利于树脂对增强材料的润湿。

（2）树脂对增强材料具有良好的浸润性、匹配性、黏附性。

（3）具有良好的固化反应性，树脂不含溶剂或挥发物，固化无小分子物放出，且后处理温度不应过高。

（4）固化收缩率小，保证制品尺寸的精度。

（5）为缩短成型周期，常选用在固化温度下固化速度快的树脂。

（6）高性能复合材料还要求树脂具有高耐热性、耐湿性、高强度、高模量和高韧性。

（7）在一些特殊场合，还应有低介电损耗、高电导、优良的阻燃性等功能。

目前可用于RTM工艺的高性能树脂有乙烯基树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂（BMI）和热塑性树脂。其中常用的环氧树脂体系为双酚A型环氧/胺类固化剂。乙烯基树脂具有较低的黏度、良好的黏结力、良好的耐腐蚀和老化性能。BMI树脂既有聚酰亚胺的耐高温、耐辐射、耐湿热等多种优良特性，又有类似于环氧树脂的易加工性，是发展RTM新的基体树脂的首选目标。

3.辅助材料　辅助材料主要包括脱模剂、填料、促进剂和引发剂。RTM工艺对脱模剂有较高的要求，要求脱模容易，脱模剂主要有蜡、硅油及聚乙烯醇等。在树脂中加入填料不仅可降低成本，增加刚度，还可减少收缩。填料加入后对树脂黏度会产生很大影响，当填料含量较高时可加入触变剂以改善树脂体系的流变性能。目前，常用的填料有碳酸钙、氢氧化铝、滑石粉、玻璃微珠等。促进剂和引发剂的加入有助于树脂的固化成型。

4.模具　在RTM工艺中，模具设计与制作的质量直接关系制品质量、生产效率和模具寿命等。RTM工艺对模具的要求可以归纳如下。

（1）使制品的形状、尺寸、上下模配合精度，满足制品表面精度的要求。

（2）具有可靠的夹紧和顶开上、下模和制品脱模装置。

（3）足够的刚度和强度，保证在合模、开模和在注射压力下不出现破坏和尽可能小的变形。

（4）可通电加热，在使用过程中不发生开裂和变形，有一定的使用寿命。

（5）有合理的压注口、流道、排气口等，保证树脂充满模腔，并排除制品中的气体。

（6）具有合理的模腔厚度，使模具对预制件具有合适的压缩量。

（7）上下模具的密封性要好，保证不漏气，以免气体进入模腔。

（8）以合适的材料和制造成本，满足成型制品数量和模具寿命的要求。

鉴于上述要求，模具结构多采用组合形式，有锁紧、开模和脱模装置，模具上设有注射口和排气口。注射口一般位于上模最低点，放在不醒目的位置以免影响制品外观质量。注射口还需垂直于模具，注射时务必使树脂垂直注入型腔中，否则会使树脂碰到注射口而反射到型腔中，破坏树脂在型腔内的流动规律，造成型腔内大量气泡的聚集，导致注射失败。排气口位于树脂流动方向的最高点以及其他树脂较难达到的地方，以保证树脂能充满整个模具型腔，并尽量排尽空气。密封材料一般为橡胶、改性橡胶或硅橡胶。密封位置在模具边缘，模具材料为金属或玻璃钢复合材料。金属模具的热传导性优越，可采用传统的电热板或加热管接触式加热，或者用电烘箱进行热气外部加热。由于玻璃钢导热性差，所以玻璃钢模具通常利用在制造模具时预埋在距模具型腔表面2～3mm处的电热丝进行加热，或者利用微波和感应加热。

（二）RTM成型过程

1.RTM成型工艺过程　树脂传递模塑成型属于复合材料的液体成型工艺，其基本原理是在设计好的模具中放置经合理设计和制备的预成型增强体，闭合模具后，将所需的树脂注入模具内。当树脂充分浸润纤维增强材料后固化成型，最后脱模获得产品。RTM成型工艺过程示意如图6-4所示。

图6-4　RTM成型工艺过程示意图

（1）预成件制造。将增强纤维按要求制成一定形状，然后放入模具中。预制件的尺寸不应超过模具密封区域以便模具闭合和密封。增强纤维在模腔内的密度须均匀一致，一般是整体织物结构或三维的编织结构以及毡子堆积体和组合缝纫件等。

（2）充模。在模具闭合锁紧后，在一定条件下将树脂注入模具，树脂在浸渍纤维增强体的同时将空气赶出。当多余的树脂从模具溢胶口开始流出时，停止树脂注入。注胶过程可对树脂罐施加压缩空气，对模具抽真空以排尽制件内的气泡。注胶时通常模具是预热的或对模具稍加热以保持树脂一定的黏度。

（3）固化。在模具充满后，通过加热使树脂发生反应，交联固化。如果树脂开始固化得过早，将会阻碍树脂对纤维的完全浸润，导致最终制件中存在空隙，降低制件性能。理想的固化反应开始时间是在模具刚刚充满时。固化应在一定的压力下进行，可一次在模腔内固化，可分为两个阶段固化，第二阶段可将制件从模具内取出，在固化炉内固化。

（4）开模。当固化反应进行完全后，打开模具取出制件，为使制件固化完全可进行后处理。

2.RTM成型工艺参数　RTM成型控制的主要工艺参数有注胶压力、注胶速率和注胶温度等。

（1）注胶压力。注胶压力是影响RTM工艺过程的主要参数之一。注胶压力的高低取决于模具的材料要求和结构设计。高的注胶压力需要高强度、高刚度的模具和大的合模力。RTM工艺希望在较低注胶压力下完成树脂压注。为降低注胶压力，可采取以下措施：降低树脂黏度；采用适当的模具注胶口和排气口设计；采用适当的纤维排布设计，降低注胶速率。

（2）注胶速率。注胶速率取决于树脂对纤维的润湿性和树脂的表面张力及黏度，受树脂的活性期、压注设备的能力、模具刚度、制件的尺寸和纤维含量的制约。提高注胶速率，可提高生产效率。从气泡排出的角度，也希望提高树脂的流动速率，但不希望速率的提高会伴随压力的升高。充模的快慢还影响树脂和纤维结合的紧密性，可用充模时的宏观流动来预测充模时产生夹杂气泡、熔接痕甚至充不满模等缺陷，用微观流动来估计树脂与纤维之间的浸渍和存在于微观纤维之间的微量气体的排除量。由于树脂对纤维的完全浸渍需要一定的时间和压力，较慢的充模压力和一定的充模反压有助于改善RTM的微观流动状况。但是，充模时间增加降低了RTM的效率。

（3）注胶温度。注胶温度取决于树脂体系的活性期和最小黏度的温度。在不大大降低树脂凝胶时间的前提下，为了使树脂在最小的压力下能使纤维获得充足的浸润，注胶温度应尽量接近最小树脂黏度的温度。过高的温度会缩短树脂的工作期；过低的温度会使树脂黏度增大，而使压力升高，也阻碍了树脂正常渗入纤维的能力。较高的温度会使树脂表面张力降低，使纤维床中的空气受热上升，因而有利于气泡的排出。

（三）RTM成型的特点

相对于其他成型技术，RTM成型工艺具有以下优点。

（1）充分发挥了复合材料的可设计性，RTM成型工艺将树脂浸润、固化成型过程和增强纤维结构设计与制造分开。

（2）增强材料预制件可以是短切毡、连续纤维毡、纤维布、无褶皱织物、三维针织物以及三维编织物，并可根据性能要求进行择向增强、局部增强、混杂增强以及采用预埋和夹芯结构。

（3）高的纤维体积含量，可达60%～65%。

（4）闭模操作工艺，工作环境清洁，减少树脂有害成分对人体和环境的伤害。

（5）低压注射，可采用玻璃钢模具、铝模具等，模具设计自由度高，模具成本低。

RTM也有一些不足之处，如加工双面模具最初费用高，增强材料预制件的投资大，对模具中的设置要求严格，模具设计复杂，制造复杂部件需要大量的实验。

（四）RTM成型工艺的应用

RTM技术是一种应用面很广的复合材料成型技术，它既可用于大批量工业制品的生产，又可用于航空航天领域的高性能复合材料构件，恰当的设计（包括结构设计和工艺设计）和应用可同时实现制品性能的提高和制造成本的降低。目前这项技术主要应用于以下几个方面。

（1）航空航天和武器领域。包括口盖和舱门、直升机传动轴、发射管、导弹弹体、引擎罩梁、推进器、鱼雷壳、转子叶片、空间站支撑组件等。

（2）汽车行业。包括车身板和壳、保险杠、车体构架、离合器和齿轮箱壳体、底盘横梁构件、前底盘和后底盘部分、减振弹簧等。

（3）建筑行业。包括商用建筑的门和框架、现场增强柱、配电间和门、门面装饰等。

（4）工业和商业领域。包括压缩机盖、地板、飞轮及其组件齿轮箱、保护头盔、冷却塔风扇叶片、传动轴静电过滤器、耐腐蚀设备、工具杆等。

（5）船舶领域。包括船体、舱盖及其组件、甲板、紧急逃生设备和舱室等。

（6）体育用品。包括娱乐车辆、滑雪板、帆船船体、冲浪板、游泳池等。

（7）交通运输等。包括轻轨车门、挂车、整流板、卡车厢组件（保险杠、挡板、地板等）。

三、纤维缠绕成型

纤维缠绕成型是在控制纤维张力和预定线型的条件下，将连续的纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液后连续地缠绕在相应于制品内腔尺寸的芯模或内衬上，然后在加热或常温下固化成制品的方法，其成型示意图如图6-5所示。

1.缠绕工艺分类　根据缠绕时树脂基体所处的化学物理状态不同、缠绕工艺可分为干法、湿法及半干法三种。

图6-5　纤维缠绕成型示意图

1—连续纤维　2—树脂槽　3—纤维输送架　4—输送架驱动器　5—芯模驱动器　6—芯模

（1）干法缠绕。采用预浸纱（带），缠绕时，在缠绕机上对预浸纱（带）加热软化再缠绕在芯模上，干法缠绕的生产效率较高，缠绕速率可达100～200m/min，工作环境也较清洁，但是干法缠绕设备比较复杂，造价高，缠绕制品的层间剪切强度也较低。(www.xing528.com)

（2）湿法缠绕。采用液态树脂体系，将纤维经集束、浸胶后，在张力控制下直接缠绕在芯模上，然后再固化成型，湿法缠绕的设备比较简单，但由于纱（带）浸胶后立即缠绕，在缠绕过程中对制品含胶量不易控制和检验，同时胶液中的溶剂易残留在制品中形成气泡、空隙等缺陷，缠绕时纤维张力也不易控制，劳动条件差，劳动强度大，不易实现自动化。

（3）半干法。半干法是在纤维浸胶到缠绕至芯模的途中增加一套烘干设备，将纱带胶液中的溶剂基本清除掉，半干法制品的含胶量与湿法一样不易精确控制，但制品中的气泡、空隙等缺陷大为降低。

近年来，对于热塑性树脂还发展了采用热塑性树脂粉末的形式。首先利用静电粉末法将热塑性树脂粉末均匀地涂覆到增强粗纱形成预浸纤维束，然后热塑性预浸纤维束通过绕丝嘴被加热软化缠绕在芯模上，最后再硬化获得制件。

2.缠绕规律　缠绕制品规格、形式种类繁多，缠绕形式千变万化，但根据缠绕规律可归结为环向缠绕、纵向缠绕和螺旋缠绕。缠绕规律指的是绕丝头与芯模之间相对运动的规律，以满足纤维均匀、稳定、规律地缠绕到芯模上。

（1）环向缠绕（Hoop winding）。是指沿容器圆周方向进行的缠绕。缠绕时，芯模绕自身轴线做匀速转动，丝束（丝嘴或导丝头）在平行于芯模轴线方向的筒身区间均匀缓慢地移动。芯模每转一周，丝束沿芯模轴向移动一个纱片宽度。如此循环下去，直至纱片均匀布满芯模圆筒段表面为止。环向缠绕的特点是：缠绕只能在筒身段进行，不能缠绕到封头去。邻近纱片间相接而不重叠，纤维丝束与芯模轴线之间的夹角（即缠绕角）通常为85°～90°。环向缠绕层能很好地利用纤维的单向强度，可用来承受径向载荷，一般环向缠绕经常和其他角度的缠绕结合使用。

（2）纵向缠绕（Polar winding）。又称平面缠绕，缠绕时导丝头在固定平面内做匀速圆周运动，芯模绕自己轴线慢速间歇转动，最终一个复式纤维层以±β在芯模两端或极点交叠。导丝头每转一周，芯模转过一个微小角度，反映到芯模表面上对应一个纱片宽度。每转一周的纤维在同一平面上，纵向缠绕的纤维与芯模纵轴成0°～25°的夹角，并与两端极孔相切，依次连续缠绕到芯模上去。纱片排布彼此不发生纤维交叉，纤维缠绕轨迹是一条单圆平面封闭曲线。纵向缠绕层用来承受纵向载荷。

（3）螺旋缠绕（Helical winding）。也称测地线缠绕，缠绕时芯模绕自身轴线匀速转动，导丝头按一定运动速度沿芯模轴线方向往返运动。这样就在芯模的筒身和封头上实现了螺旋缠绕，缠绕角为12°～70°。芯模旋转速率与导丝头运动速率成一定比例（这里速比为单位时间内芯模主轴转数与导丝头往返次数之比），速比不同，缠绕的花样（线形）不同。

在螺旋缠绕中，纤维缠绕不仅在圆筒段进行，而且在封头上也进行。其缠绕过程为：纤维从容器一端的极孔圆周上某一点出发，沿着封头曲面上与极孔圆相切的曲线绕过封头，并按螺旋线轨迹绕过圆筒段，进入另一端封头，然后再返回到圆筒段，最后绕到开始缠绕的封头，如此循环下去，直至芯模表面均匀布满纤维为止。由此可见，螺旋缠绕的轨迹是由圆筒段的螺旋线和封头上与极孔相切的空间曲线所组成，即在缠绕过程中，纱片若以右旋螺纹缠绕到芯模上，返回时，则以左旋螺纹缠到芯模上。

螺旋缠绕的特点是：每束纤维都对应极孔圆周的一个切点；相同方向邻近纱片之间相接而不相交，不同方向的纤维则相交。这样，当纤维均匀缠满芯模表面时，就构成了双层纤维层。

（一）原材料

1.增强材料　纤维缠绕成型工艺对增强材料的要求是：具有高强度和高弹性模量；容易被胶液浸润；有良好的工艺性，在缠绕过程中不起毛、不断头；良好的耐环境性能（湿度、温度）；同一束纤维中各股之间的张紧程度应该均匀，不应有松有紧；性价比高，有良好的储存稳定性。

目前可用于缠绕成型的连续纤维主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维和金属纤维等，国内目前使用最多的是玻璃纤维。缠绕用玻璃纤维一般是单束或多束粗纱。单束玻璃纤维粗纱是许多玻璃纤维单丝在喷丝过程中并丝而成的，其常用规格有2400tex、4800tex。目前最常用的剥离纤维是E-玻璃纤维或S-玻璃纤维，都是经硅烷偶联剂处理过后的，其状态一般分为有捻纤维和无捻纤维。有捻纤维工艺性好，使用过程中不起毛和断头，但由于加工工序较多，强度损失较大；无捻纤维工艺性较差，使用时容易发生松散、起毛、断头率高，但成本低、强度损失小。碳纤维是脆性纤维，容易磨损和折断。湿法缠绕比干法缠绕好，因为湿法缠绕可以避免预浸过程中的单丝折断和附加收卷，同时，在碳纤维缠绕过程中还应使用一个封闭式纱架以及尽早地使纤维浸渍上树脂，尽可能避免碳纤维短纤到处飞扬造成附近电器短路。

2.树脂体系　纤维缠绕成型工艺对树脂基体的要求是：对增强纤维有良好的粘接力和浸润性；树脂固化后有较高的强度和与纤维相适应的伸长率；具有较低的起始黏度和较长的使用期；不应含有难以去除的溶剂或低分子物；具有低的固化收缩率；尽可能小的毒性，较好的耐环境性；来源广泛，价格低廉。

根据缠绕工艺，目前缠绕成型可以使用三种形态的树脂体系：液态树脂体系，纤维通过树脂槽时浸渍，适用于湿法缠绕；溶液树脂体系，纤维浸渍溶液后需制成预浸纤维束（带）；热塑性树脂粉末体系，在缠绕时利用静电粉末法使树脂浸渍纤维。

湿法缠绕用的树脂黏度一般为1～3Pa·s，湿法缠绕用树脂主要包括环氧树脂、乙烯基酯树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等，其中环氧、不饱和聚酯、酚醛树脂等用量较大，某些高性能缠绕制品通常采用环氧树脂为基体；军用耐热、耐烧蚀、耐高温气体冲刷的制品以酚醛树脂为基体；民用产品大都采用不饱和聚酯为基体；多数防腐产品用环氧树脂为基体。

缠绕用热塑性聚合物浸渍连续纤维，一般是将纤维与树脂制成预浸束或预浸带，然后在缠绕机上成型。成型过程中可采用激光、超声波或热气体对芯模与冷压辊之间的预浸料局部加热，制品成型在缠绕中完成。目前热塑性复合材料在纤维缠绕制品中的应用研究工作正在积极地进行中。缠绕时预浸带必须加热至树脂熔点以上，并借助张力和加热绕丝头，或其他装置给缠绕到芯模上的预浸带施加一定的压力。

对于热塑性树脂基复合材料，尤其是高性能热塑性树脂基复合材料，由于基体树脂的熔融黏度高，欲获得密实的低孔隙率缠绕结构，成型过程中通常需要施加较高的温度和压力。在缠绕过程中要同时实现高温和高压两个工艺条件十分困难，尤其是原位固结的高压工艺条件更难以实现。

3.辅助材料　在纤维缠绕用的树脂基体中常用的助剂有稀释剂、增韧剂和填料。前者是为满足改善湿法缠绕工艺性的要求，后两者则是改善缠绕制品性能的需要。

4.芯模　纤维缠绕制品在固化前是不定型的物体，只是将其附着于芯模上经过固化才能获得要求形状和性能的产品，芯模对于产品的生产是必不可少的，对产品的性能也有重要的影响。芯模可以是由单一材料制造，也可以由多种材料组合而成。可用于制造芯模的材料种类很多，根据产品结构和性能要求以及制造的难易、成本的高低、生产批量的大小决定材料的选择和芯模结构。可用于缠绕成型的芯模材料主要有金属（钢铁、铝合金、低熔点合金等）、石膏、砂、橡胶、玻璃钢、蜡模等材料。在芯模的设计方面，必须从强度要求、刚度要求、精度要求、脱模要求等方面综合考虑，典型的芯模结构有整体结构钢芯模、组合式金属芯模、大型骨架石膏芯模等。

5.缠绕设备　缠绕成型的主要设备为纤维缠绕机，缠绕成型的辅助设备有纱管和纱架、纤维浸胶（槽）及烘干设备、张力发生器和测量装置、加热固化装置和控制系统。纤维缠绕机按芯模主轴的位置分为卧式缠绕机、立式缠绕机、倾斜式缠绕机等。

基本型卧式（链条式）缠绕机主要由带动芯模旋转的主轴传动机构和带动导丝头平行于芯模轴线往复运动的环向缠绕机构和螺旋缠绕机构两个部分组成，从而实现芯模旋转和导丝头的相对运动。主轴传动机构中，主轴是由一个电动机，通过一个涡轮、齿轮减速机构转动的，芯模直接连接在主轴上。卧式缠绕机常用于湿法工艺，螺旋缠绕线形和环向缠绕机构包括一个与主轴平行的丝杠、一个位于丝杠上的滑块（在滑块上安装导丝头）和一个换向器。螺旋缠绕机构工作时，由电动机通过减速器使链条主动轮转动，然后链条主动轮带动链条做回转运动，并且通过固定在环形链条上的拔销带动一个四轮小车做平行于芯模的往返直线运动。导丝头安设在小车上。这种缠绕机进行螺旋缠绕时，是由芯模主轴的转动及导丝头（小车）由封闭链条带动做往返运动完成的；进行环向缠绕时，是由芯模主轴的转动及导丝头（小车）沿平行芯模轴线的丝杠带动完成的。为使纤维按一定线形均匀地布满芯模表面，链条的长度和布置、速比的调节和计算是设计及使用链条式缠绕机的关键。

浸胶槽是使纤维浸渍胶液的装置，是能控制纤维浸渍质量和含胶量的关键装置。胶槽具有可以通过调节温度来改善胶液黏度的功能，完成和改善浸胶的功能和有限地施加和调节纤维张力的功能。含胶量是在浸胶过程中进行控制的，缠绕工艺的浸胶通常采用浸渍法和胶辊接触法。浸渍法是通过胶辊压力大小来控制含胶量；胶辊接触法是通过调节刮刀与胶辊的距离，以改变胶辊表面胶层厚度来控制含胶量。对于不同的树脂体系，不同的物理、化学和工艺性能，必须将其与胶槽的功能结合起来综合考虑，才能获得优质缠绕制品。

纱架是缠绕纤维的存放供给装置，它还具有张力的施加和控制功能。大型工艺管道和储罐的缠绕成型，用的是粗的内抽头纱，在缠绕中虽也需要进行张力的施加与控制，但比较粗糙，实现也比较简单，即通过杆系摩擦来实现。而缠绕压力容器等高性能制品大多使用外抽头纱，对张力的控制非常精确，需要将纱团夹持在张力器上，在缠绕时张力器可以对旋转的纱团进行制动以使退绕的纤维产生张力。

（二）纤维缠绕成型过程

缠绕成型的工艺过程包括胶液配制、纤维的烘干及热处理、芯模或内衬制造、浸胶、缠绕、固化、检验、修整、成品。根据制品的技术要求、设备情况、原材料性能及生产批量等因素来综合确定采用干法、湿法或半干法的缠绕工艺。

应控制的主要工艺参数有纤维的烘干和热处理、纤维浸胶含量、缠绕张力、纱片宽度和缠绕位置、缠绕速率、固化制度和环境温度等。

1.纤维浸胶　含胶量高低直接关系制品的重量和厚度。胶量过高，制品的强度降低，成型和固化时流胶严重；含胶量过低，制品空隙率增加，气密性、耐老化性、剪切强度下降。

2.缠绕张力　张力的大小、各纤维束之间的张力均匀性以及各缠绕层之间纤维张力的均匀性，对制品的质量影响极大。合适的缠绕张力可以使树脂产生预应力，从而提高树脂抵抗开裂的能力。各纤维束之间如果张力不匀，当承受载荷时，纤维会被各个击破，使总体强度受影响。为使制品各缠绕层在张力作用下不出现内松外紧的现象，应使缠绕张力有规律的递减，以保证各层都有相同的起始应力，使内外层纤维的初始应力相同。容器充压后内、外层纤维能同时承受载荷。缠绕张力将直接影响制品的密实程度和空隙率，且对纤维浸渍质量和制品的含胶量影响很大。

3.缠绕速度　缠绕速度是指纱线速度应控制在一定的范围内。速度过慢，则生产效率低；速度过快，则树脂容易溅洒、胶液浸润不透或杂质容易吸入。

4.固化制度　固化制度是保证树脂充分固化的重要条件，直接影响制品的物理力学性能。固化制度包括加热的温度范围、升温速度、恒温温度及时间、降温冷却等。要根据制品的不同性能要求采用不同的固化制度，且不同的树脂体系其相应的固化制度也不同，一般要根据树脂的配方、制品的性能要求、制品的形状、尺寸及构造情况，通过实验来确定合理的固化制度。

（三）纤维缠绕成型的特点

1.纤维缠绕成型工艺的优点　相对于其他成型技术，纤维缠绕成型工艺具有以下优点。

（1）纤维能保持连续完整，制件线形可按制品受力情况设计（可按性能要求配置增强材料），结构效率高，制品强度高，可使产品实现等强度结构。

（2）可连续化、机械化生产，生产周期短，劳动强度小，降低成本。

（3）避免了布纹交织点与短切纤维末端的应力集中。

2.纤维缠绕成型工艺的缺点　纤维缠绕成型也存在以下缺点。

（1）在湿法缠绕中容易形成泡沫，造成制品内空隙过多，降低层间剪切强度、压缩强度和抗失稳能力。

（2）缠绕复合材料制品开孔周围应力集中程度高。为了连接配件而开口进行的切割、钻孔或开槽等都会降低缠绕结构的强度。

（3）缠绕过程中纤维的张力控制要适度。

（4）制品形状有一定的局限性，缠绕制品多为圆柱体、球体等，如管、罐和椭圆运输罐等。

（5）设备复杂，技术难度高，工艺质量不易控制。

（四）纤维缠绕成型的应用

由于缠绕制品强度高、质轻、耐腐蚀性好、耐久、方便，易于实现机械化和自动化，综合性能好，因此，纤维缠绕成型技术近年来得到飞速发展，在国防和国民经济各方面得到大量应用。缠绕工艺主要适合成型大型回转体制件，在化工、食品酿造、运输业及航空航天等领域中获得广泛的应用。缠绕成型还可制造异形截面型材和变截面制件等高性能、精确缠绕的结构，因此，在军工领域也有重要作用。纤维缠绕压力容器是纤维缠绕成型技术应用中最重要的产品之一。

（1）压力容器。承受内压和外压的压力容器（如气瓶、鱼雷壳体等）。

（2）化工管道。输送石油、水、天然气和其他流体介质等。

（3）储罐槽车。各种用以储运酸、碱、盐及油类介质的大型储罐和铁路罐车。

（4）军工制品。火箭发动机防热壳体、火箭发射管、燃料储箱及锥形雷达罩等军工产品。

四、拉挤成型

拉挤成型是一种连续生产固定截面的纤维增强树脂基复合材料的成型方法。它将有树脂的纤维连续通过一定截面形状的成型模具，并在模腔内固化成型或在模腔内凝胶，出模后进一步固化，在牵引装置拉力的作用下，形成连续不断的复合材料型材产品。这种工艺适用于成型制备各种不同截面形状的管、杆、棒、角形、工字形、槽型、板材等型材。

（一）原材料

1.增强材料　拉挤制品中应用最广的增强材料是玻璃纤维无捻粗纱、玻璃纤维连续毡及短切毡、玻璃纤维无捻粗纱布及布带等。其次应用较多的是聚酯纤维及其织物。芳纶、碳纤维等高性能纤维则较多应用于航空航天工业及汽车工业等领域。

2.树脂体系　拉挤工艺是一种连续成型工艺，其成型速度在300～1000mm/min，要求树脂体系在1min左右就固化完全。因此，要求树脂体系在常温下要有较长的适用期，在高温（固化温度）下又有较快的反应速度。在拉挤工艺中使用的树脂应同时满足以下要求：黏度较低（一般在0.2Pa·s以下），具有良好的流动性和对纤维增强材料的浸润性；较低的固化收缩率；具有较长的工艺适用期和较短的固化时间；有较好的黏结性与韧性。

拉挤成型工艺常用的热固性树脂主要有不饱和树脂、环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂以及聚氨酯树脂等。其中不饱和聚酯树脂体系对温度敏感、固化速度快，易于用无机矿物颜料着色，易于纤维增强，来源广泛，价格便宜，不饱和树脂占了拉挤树脂总量的90%左右。用于拉挤成型的不饱和树脂主要是间苯型不饱和聚酯树脂和邻苯型不饱和聚酯树脂。乙烯基酯树脂具有比不饱和聚酯树脂更高的延伸率，收缩率低，力学性能更接近环氧树脂，黏结性好，工艺性又与聚酯树脂类似，固化温度低，固化反应速度快。但其价格比聚酯树脂贵，因此，选用时应综合考虑成本、工艺性和使用性等方面的因素确定。

拉挤成型工艺常用的热塑性树脂主要有聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酰亚胺（PEI）、聚芳硫醚（PAS）、聚苯硫醚（PPS）等。其拉挤成型的关键在于纤维增强材料的浸渍，目前常用的方法有热熔涂覆法和混编法。热熔涂覆法是使增强材料通过熔融树脂槽，浸渍树脂后在成型模中冷却定型；混编法是按一定比例将热塑性聚合物纤维与增强材料混编织成带状、空芯状等几何形状的织物，通过热模时基体纤维熔化并浸渍增强材料，冷却定型后成为产品。

3.辅助材料　拉挤制品中还有一些添加的辅助材料，其功能或作用主要是为了增加材料功能，如增加产品的硬度、阻燃和低收缩等。比如通过添加低收缩添加剂于树脂体系中来降低固化收缩，添加氢氧化铝填料提高其阻燃性。

4.成型设备　拉挤成型工艺设备有卧式和立式之分，目前一般以卧式为主。拉挤设备是非通用设备，因此，结构尺寸规格各式各样。一般的拉挤机是由增强材料供给单元、树脂供给单元、模具、牵引装置、同步切断装置以及其他辅助装置组成。

（二）拉挤成型过程

主要过程是连续的纤维增强材料或预制件由前方的牵引装置牵引，经过导向装置及装有固化剂、填料等的树脂体系的胶槽和通过具有一定型面的预成型模挤出多余树脂，再通过带有加热控温装置的模具，在牵引条件下进行定型固化，形成连续不断的复合材料型材产品。

拉挤成型机由纱架、集纱器、浸胶装置、成型模腔、牵引机构、切割机构和操作控制系统组成。典型的拉挤成型工艺由送纱、浸胶、预成型、固化成型、牵引和切割工序组成。连续纤维或织物浸树脂后，经牵引通过成型模腔，被挤压和加温固化形成型材，然后将型材按长度要求进行切割。拉挤成型生产系统示意图如图6-6所示。

图6-6　拉挤成型生产系统示意图

影响产品质量和生产效率的几个因素如下。

1.胶液黏度　胶液黏度过大，纤维浸渍不充分，产品横向强度差；胶液黏度太低，会使模腔压力低，产品密实度不足，产品表面凹凸不平。因此，拉挤树脂体系中加入辅助填料，不仅是解决阻燃等产品功能要求，也是工艺上的考虑。

2.树脂体系的反应活性　工艺上要求树脂体系应有较长的适用期，对温度有较强的敏感性，在树脂进入模腔后要有较高的反应活性，否则拉挤速度就变慢，降低生产效率。

3.模具长度　根据拉挤成型的工艺性，适当增加模具长度可以提高拉挤速度。但是模具过长给加工精度带来困难，特别是薄壁型材，产品在模腔中所受的摩擦阻力也随之加大，这样的结果不仅容易损伤产品表面，也可能使产品拉断，降低生产效率。因此，要根据产品的结构、精度等要求，结合现实工艺，适度地增加模具长度。

4.加热区域的控制　加热区域一般分为三个加热区，而在模具入口要有冷却水降温，以保证入口的温度在常温范围内，否则树脂将在入口处固化，从而将使模具堵塞，降低生产效率。加热区域的温度一般都相同。但是若综合考虑树脂反应的规律和物料在不停地移动，从入口起的第一个加热区温度要高一些，并增加一个后固化区的方案。由于产品的不同，生产企业可根据产品的性能要求，适当改进工艺。

（三）拉挤成型的特点

（1）连续成型，制品长度不受限制，力学性能尤其是纵向力学性能突出。

（2）制造成本低，自动化程度高，生产效率高。

（3）原材料利用率高，制品中纤维体积含量一般为40%～80%，结构效率高，制品性能稳定。

（4）生产过程中树脂损耗少。

（5）其长度可根据需要定长切割。

（6）生产设备造价低。

（四）拉挤成型的应用

拉挤成型是制造高纤维体积含量、高性能低成本复合材料的一种重要方法。拉挤复合材料制品具有高强度、低密度（约为钢的20%，铝的60%）、便于维修、耐腐蚀、绝缘性好、尺寸精度高、可机械连接等优点。随着拉挤技术的发展，拉挤型材的质量性能有了极大的提高，更大的尺寸结构、更复杂形状的型材都可以被开发出来。因此，拉挤复合材料可以取代金属、塑料、木材、陶瓷等材料，从而在电气绝缘行业、建筑行业、化工防腐行业、交通运输行业、体育用品领域、航空航天等工业领域得到广泛应用。

（1）电气绝缘行业。包括高压绝缘的抗拉芯杆、电缆架、光缆加强芯、灯珠、变压器等。

（2）建筑行业。包括门窗结构用型材、桥梁、栏杆、支架、天花板吊架等。

（3）化工防腐行业。包括工业废水处理设备、化工挡板、格栅踏板、冷却塔的内外支撑结构等。

（4）交通运输行业。包括机场的着陆指示灯支架、汽车笼板、刹车片、行李架、地铁保护罩等。

（5）体育用品领域。包括滑雪板、撑杆跳杆、曲辊球杆、钓鱼竿、弓箭杆等。

（6）航空航天领域。包括飞机的次结构架、飞船用电机零部件、飞船天线绝缘管等。

目前，随着科学与技术的不断发展，正向着提高生产速度、热塑性和热固性树脂同时使用的复合结构材料方向发展。生产大型制品、改进产品外观质量和提高产品的横向强度都将是拉挤成型工艺今后的发展方向。

五、其他成型工艺

（一）喷射成型工艺

喷射成型（Spray-up）是通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时喷射到开模表面，经辊压、固化制取复合材料制件的方法。其模具的准备与材料准备等与手糊成型基本相同，主要改革是使用一台喷射设备，将手工裱糊与叠层工序变成了喷枪的机械连续作业。

喷射成型一般将分装在两个罐中的混有引发剂的树脂和促进剂的树脂，由液压泵或压缩空气按比例输送从喷枪两侧（或在喷枪内混合）雾化喷出，同时将玻璃纤维无捻粗纱用切割机切断并由喷枪中心喷出，与树脂一起均匀沉积到模具上。待沉积到一定厚度，用手辊滚压，使纤维浸透树脂，压实并除去气泡，再继续喷射，直到完成坯件制作，最后固化成型。

喷射成型对原材料有一定的要求。例如，树脂体系的黏度应适中（0.3～0.8Pa.s），容易喷射雾化、脱除气泡、润湿纤维而又不易流失以及不带静电等。最常用的树脂是不需加压、在室温或稍高温度下即可固化的不饱和聚酯树脂等，含胶量约为60%。纤维选用经前处理的专用无捻粗纱，制品纤维含量控制在28%～33%。纤维长度在25～50mm。

喷射成型的优点是：生产效率比手糊成型提高2～4倍，劳动强度低；可用较少设备投资实现中批量生产；用玻璃纤维无捻粗纱代替织物，材料成本低，制品整体性好，无搭接缝；制件的形状和尺寸不受限制；可自由调节产品壁厚、纤维与树脂比例。主要缺点是现场污染大，树脂含量高，制件的承载能力低。适于制造船体、浴盆、汽车壳体、容器、板材等大型部件。

（二）短纤维沉积预成型法

短纤维沉积预成型法是将短切纤维预先制成与制品形状相似的疏松毡状毛坯，然后再浸渍胶液，经压紧、固化而得到复合材料制品。通常有纤维吸积法和纤维喷积法两种方法。

1.吸积法　纤维吸积法是使短切纤维在吸风装置的作用下，均匀地层积在模型上，并脱模之前，在毛坯上轻轻喷上微量的树脂，于100～120℃下进行烘干，得到预成型的毡状毛坯。吸积法预成型的优点是机械化程度高，质量比较均匀。吸积法也有在液体（如水）介质中进行的，此时短切纤维分散在液体里用搅拌器使之均匀，同时用泵使液体形成循环，利用网模得到顶成型毛坯，再进行干燥备用。此法可制出比空气为介质时更厚、更重的毛坯，并且生产效率高，约150 kg/h。

2.喷积法　纤维喷积法是利用压缩空气流把短切玻璃纤维或事先混合的短切纤维喷射到模型上制成毛坯。纤维喷积法与纤维吸积法相同，截切机构把从纱筒上来的连续长粗纱切断成一定长的短纱。当短纱落至截切机构下面时，空气涡流将它分散成单根纤维并使之悬浮于空气中。通过软管将短切纤维喷向网模。在喷积纤维的同时，常常用喷枪喷出树脂胶液，与纤维混合后一起落到网模上，即前述的喷射成型工艺，它将纤维喷积预成型，树脂喷胶和浸渍在一个过程中同时完成。

用吸积法或喷积法预成型的短纤维毛坯，经进一步浸渍树脂胶液后，便可进行加压、加热固化。浸胶的方法可采用真空吸胶法或RTM法和喷胶法（纤维和胶液可在枪内混合或枪外混合）完成。对于较大尺寸的制品，可采用真空袋、压力袋、热压罐法加压；尺寸较小的制品，可采用热压机加压固化。

（三）模压成型

模压成型是将一定量模压料放入金属对模中，在一定温度和压力作用下固化成制品的一种方法。在模压成型过程中需加热和加压，使模压料（叠层毛坯或模塑料）在模腔内受热塑化、受压流动充满模腔，并使树脂发生固化反应，从而获得制品。

模压成型工艺具有重现性好、操作处理方便、操作环境清洁、生产效率高等优点，与热压罐成型的不同之处是成型过程不像热压罐中毛坯被置于一个似黑匣子的罐子里。它具有良好的可观察性，并且压力调节范围大，结构内部质量易于保证，有精确的几何外形，因而广泛用于形面复杂结构件的制造，如航空发动机的叶片。由该法制成的零件厚度公差可控制在±3%～±5%，挠曲在1mm（1m长度计）之内。模压成型的不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，最适合于大批量生产中小型复合材料制品。换言之，该成型方法的难点在于它的模具结构形式的选择、模具各模块协调配合以及零件的脱模取出技巧，因为纤维复合材料的层间剪切强度较低、易于分层。SMC等短纤维热固性模塑料以及GMT大多采用金属对模的模压成型法制造各种复合材料零件。

（四）层压成型

层压成型是将玻璃纤维布等增强材料经浸胶机浸渍树脂后，烘干制成预浸料（常称为半固化片、预浸胶布或漆布），然后预浸料经裁切、叠合在一起，经专用多层（真空）平压板机施加一定的压力、温度，保持适宜的时间，层压制成层压制品的成型工艺，这是一种平板模的模压成型。采用这种工艺可高效率地生产各种复合材料层压板、绝缘板、波形板和覆铜（箔层压）板等。

（五）注射成型工艺

注射成型是将颗粒状树脂、短纤维从料斗加入注射成型机的料筒受热熔化至流动状态并混合均匀，然后以很高的挤出压力和较快的速率注射到温度较低的密闭模具内，在模具内冷却固化定型，开模即得制品。整个过程包括加热、熔化、混合、注射、冷却硬化和脱模等步骤。该工艺主要是热塑性塑料的注塑成型。近来又发展了适合热固性树脂的注射工艺，主要有反应注射成型和增强反应注射成型。加工热固性树脂时，为了防止物料在进入模具之前发生固化，一般是将温度较低的树脂体系与短纤维混合均匀后注射到模具，然后再加热模具使其固化成型。

在注射成型过程中，较高的挤出压力、较快的注射速率都会使纤维在树脂基体中在一定范围内呈各向异性。如果制品形状比较复杂，则容易出现局部纤维分布不均匀或大量树脂富集区，从而影响复合材料的性能。因此，注射成型工艺要求树脂与短纤维混合均匀，混合体系有良好的流动性，而纤维体积含量不宜过高，一般在30%～40%。注射成型用的增强材料主要有短切纤维与磨碎纤维，其中短切纤维的长度一般为1.5～3mm，增强效果比磨碎纤维好。

（六）真空袋成型

真空袋成型是在固化时利用抽真空产生的大气负压对制品施加压力的成型方法。其工艺过程为：将铺叠好的制件毛坯密闭在真空袋与模具之间，然后抽真空形成负压，大气压通过真空袋对毛坯加压。真空袋应具有延展性，由高强度的锦纶薄膜等材料制成，用黏性的密封胶条与模具黏结在一起，在真空袋内通常要放有透气毡以使真空通路通畅，固化完全后脱模取出制件。

该法工艺简单，不需要专用设备，常用来制造室温固化的制件，也可在固化炉内成型高温、中温固化的制件。该方法适用于大尺寸产品的成型，如船体、浴缸及小型的飞机部件。由于真空袋法产生的压力最多是0.1MPa，故该法只适用于厚度为1.5mm以下的复合板材以及蜂窝夹层结构的成型，前者要求其基体树脂能在较低压力下固化，后者由于蜂窝夹层结构的自身特点，为了防止蜂窝芯子压塌而只能在低压下成型。

在低成本计划规划下，降低材料成本已受到人们的重视，为此，低成本的树脂基体材料也应运而生。低成本树脂基体材料是指能在130～150℃下固化，特别是能在0.1MPa，即真空压力下固化。这种树脂基体料无疑能大幅度地降低制造成本。由英国ACG公司研制的LTM树脂就是其中的一例，现已用它制造出大型的结构件，如X机翼、DG-10方向舵都是采用真空袋法制造的。

（七）压力袋成型

压力袋成型是在真空袋基础上发展起来的，为的是成型一些需要压力大于0.1MPa，而压力又不必太大的结构件。薄蒙皮的成型和蜂窝夹层结构的成型是该法的主要使用对象。压力袋固化成型是借助于橡皮囊构成的气压室（压力袋），通过向气压室通入压缩空气实现毛坯加压，所以也称气压室成型。压力可达0.25～0.5MPa，由于压力较高，对模具强度和刚度的要求也较高，还需考虑热效率，故一般采用轻金属模具，加热方式通常用模具内加热。该法与真空袋法一样，具有设备简单，投资较少，易于操作的优点。

（八）真空袋—热压罐成型

真空袋—热压罐成型是利用热压罐内部的程控温度的静态气体压力，使复合材料预浸料叠层坯料在一定的温度和压力下完成固化的成型方法。当前要求高承载的绝大多数复合材料结构件依然采用热压罐成型。这是因为由这种方法成型的零件、结构件具有均匀的树脂含量、致密的内部结构和良好的内部质量。由热固性树脂构成的复合材料，在固化过程中，作为增强剂的纤维是不会起化学反应的。而树脂却经历复杂的化学过程，经历了黏流态、高弹态和玻璃态等阶段。这些反应需要在一定的温度下进行，更需在一定的压力下完成。

热压罐由罐体、真空泵、压力机、储气罐、控制柜等组成。真空泵的作用是在制件毛坯封装后进行预压实吸胶时造成低压环境，压力机和储气罐为热压罐进行加压的充气系统。罐内的温度由罐内的电加热装置提供，压力由压力机通过储气罐进行气体充压，一般情况下使用空气。复合材料制件工艺过程为：首先按制件图纸对预浸料下料及铺叠，铺叠完毕后按样板作基准修切边缘轮廓，并标出纤维取向的坐标，然后进行封装。封装的目的是将铺叠好的毛坯形成真空系统，进而通过抽真空以排出制件内部的空气和挥发物，然后加热到一定温度再对制件施加压力进行预压实（又称预吸胶），最后进行固化。

热压罐成型的重要环节之一是需对叠层毛坯形成真空，并构成隔离、透胶、吸胶和透气系统，以决定叠层毛坯中的树脂流动及其去向、流出量及其控制、夹杂气体及其排除通路和外加压力的均匀分布，这也是热压罐的真空封装系统。这种真空系统有利于抽取预浸料中含有的低分子挥发物和夹杂在预浸料中的气体。高分子材料固化以获取均匀理想结构的先决条件是在一定阶段下对其施加压力，以获得致密的结构，然而压力必须在树脂发生相变时施加，即在由流动态向高弹态过渡的区间内施加。压力过早，会使大量树脂流失，压力过晚，树脂已进入高弹态。自由状态的高弹性会夹杂许多空隙与气泡，导致结构不致密。热压罐的均匀压力为获取良好的复合材料内部质量提供了保证。

热压罐法虽能源利用率较低，设备投入昂贵，又必须配有相辅的空压机和压缩空气储气罐及热压罐本身的安全保障系统。但由于其内部的均匀温度和均匀压力，模具相对简单，又适合于大面积复杂型面的蒙皮、壁板、壳体的制造，因此，航空复合材料结构件大多仍采用该法。但从降低制造成本角度应发展非热压罐成型法，如纤维缠绕法、拉挤成型法、RTM法等，尤其是缝编、树脂膜熔渗工艺，由于其成本低、适合大面积结构的成型而受到人们的普遍关注。

（九）树脂膜熔渗工艺

树脂膜熔渗（RFI）工艺是将树脂膜熔渗与纤维预制体相结合的一种树脂浸渍技术。它与树脂模塑传递（RTM）工艺一样，属液体模塑工艺，也是一种不采用预浸料制造先进复合材料结构件的低成本技术。其成型过程是将树脂制成树脂膜或稠状树脂块安放于模具的底部，其上层覆以缝合或三维编织等方法制成的纤维预制体，依据真空成型工艺的要点将模腔封装，随着温度的升高，并在一定的压力（真空或压力）下，树脂软化（熔融）并由下向上爬升（流动），浸渍预成型件，并填满整个预制体的每一个空间，达到树脂均匀分布，最后按固化工艺固化成型。

RFI技术是由RTM技术发展而来的，但它与RTM技术有较大的差别。RFI与RTM技术比较，RTM可在无压力下固化成型，而RFI通常需要在能产生自下而上的压力环境下完成。与RTM技术比较，RFI技术具有许多优点：RFI技术不需要像RTM工艺那样的专用设备；RFI工艺所用的模具不必像RTM模具那么复杂，可以使用热压罐成型所用的模具；RFI将RTM的树脂的横向流动变成了纵向（厚度方向）的流动，缩短了树脂流动浸渍纤维的路径，使纤维更容易被树脂浸润，RFI工艺不要求树脂有足够低的黏度，RFI树脂可以是高黏度树脂，半固体、固体或粉末树脂，只要在一定温度下能流动浸润纤维即可，因此，普通预浸料的树脂即可满足RFI工艺的要求。与热压罐技术相比，RFI技术不需要制备预浸料，缩短了工艺流程，并提高了原材料的利用率，从而降低了复合材料的成本。但是，对于同一个树脂体系，RFI技术需要比热压罐成型更高的成型压力。

RFI技术通常与缝合技术或三维编织技术结合在一起。在应用RFI技术制造复合材料制件时。首先采用织物缝合技术将增强材料按设计要求缝合成预成型体，或者利用三维编织技术直接编织成制件形状的预成型体。在RFI工艺过程中，首先将树脂膜或树脂片铺放在涂有脱模剂的底模上，然后依次铺放预成型体、带孔模板、有孔隔离膜、吸胶材料、透气材料等。最后封装真空袋并在热压罐中固化成型。

RFI成型技术除了能缩短复合材料的成型周期，也能大大提高复合材料的抗损伤能力，如缝合RFI复合材料与层合复合材料相比，其拉伸强度下降约8%，拉伸模量下降约5%，压缩强度降低约2%，压缩模量降低约3%，但是它们的I型层间断裂韧性GIC提高了10倍以上，Ⅱ型层间断裂韧性GIIC提高了25%，冲击后压缩强度CAI约为原来的2倍。