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1、 噴涂工藝（Spray Lay-up）

1.1、工藝概念

將纖維在手持式槍中切碎，然后送入對(duì)準(zhǔn)模具的催化樹脂噴霧中，沉積材料在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下固化（如圖1所示）。

圖1 噴涂工藝示意圖

1.2、主要材料

樹脂基體以聚酯樹脂為主，而纖維材料僅限玻璃纖維粗紗。

1.3 、主要優(yōu)勢(shì)

i） 廣泛使用多年。

ii）快速沉積纖維和樹脂的方法。

iii）低成本。

1.4、主要缺點(diǎn)

i） 層壓板往往富含樹脂，因此重量過大。

ii）僅包含短纖維，嚴(yán)重限制層壓板的機(jī)械性能。

iii）樹脂需要低粘度才能噴涂，這通常會(huì)損害它們的機(jī)械/熱性能。

iv）噴涂樹脂中苯乙烯含量高通常意味著它們具有更大的危害性，其較低的粘度意味著它們有更大的穿透衣物等的傾向。

v） 將空氣中苯乙烯的濃度限制在法定水平越來越困難。

1.5、典型應(yīng)用

簡(jiǎn)單的外殼、輕載結(jié)構(gòu)面板，例如大篷車車身、卡車整流罩、浴缸、淋浴盤、一些小艇。

 

2、 長(zhǎng)絲纏繞工藝（Filament Winding）

2.1 工藝概念

該工藝主要用于空心，通常為圓形或橢圓形的部件，如管道和儲(chǔ)罐。纖維束在纏繞到芯軸上之前要經(jīng)過樹脂浴，芯軸的旋轉(zhuǎn)速度由纖維輸送機(jī)構(gòu)和芯軸方向控制（圖2）。

圖2 長(zhǎng)絲纏繞工藝示意圖

 

2.2 主要材料

樹脂基體可以選擇環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛樹脂等任何一種，而纖維類型也沒有限制，但纖維可直接從筒子架上取下，沒有織成織物。

2.3 主要優(yōu)點(diǎn)

i）這是一種非常快速且經(jīng)濟(jì)的鋪設(shè)材料的方法。

ii）樹脂含量可以通過測(cè)量每個(gè)纖維束上的樹脂通過夾頭或模具來控制。

iii）由于沒有在使用前將纖維轉(zhuǎn)變?yōu)榭椢锏牡诙拦ば颍虼死w維成本得以最小化。

iv）層壓板的結(jié)構(gòu)性質(zhì)可以非常好，因?yàn)橹崩w維可以以復(fù)雜的模式鋪設(shè)，以匹配施加的荷載。

2.4 主要缺點(diǎn)

i）該過程僅限于凸形部件。

ii）纖維不能輕易地沿著組件的長(zhǎng)度鋪設(shè)。

iii）大型組件成本可能很高。

iv）組件的外表面未模制，因此在外觀上不美觀。

v）通常需要使用低粘度樹脂，因?yàn)樗鼈兙哂休^低的機(jī)械和安全性能。

2.5 典型應(yīng)用

化學(xué)品儲(chǔ)罐和管道、氣瓶、消防員呼吸罐

 

3、 濕鋪工藝（Wet Lay-up）

3.1、工藝概念

用手將樹脂浸漬到呈編織、針織、縫合或粘合織物形式的纖維中。這通常是通過滾筒或刷子完成的，越來越多地使用壓輥式浸漬劑，通過旋轉(zhuǎn)滾筒和樹脂浴將樹脂壓入織物，層壓板在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下固化（如圖3所示）。

圖3 濕鋪工藝示意圖

3.2、主要材料

樹脂基體可以選擇環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛樹脂等任何一種，而纖維類型也沒有限制。

3.3 、主要優(yōu)勢(shì)

i） 廣泛使用多年。

ii）如果使用室溫固化樹脂，則成本較低。

iii）供應(yīng)商和材料類型的選擇范圍很廣。

iv）纖維含量更高，纖維長(zhǎng)度也更長(zhǎng)。

3.4、主要缺點(diǎn)

i） 樹脂的混合、層壓板的樹脂含量和層壓板的質(zhì)量在很大程度上取決于層壓機(jī)的技術(shù)。如果不引入過多的空隙，通常就無法獲得低樹脂含量的層壓板。

ii）樹脂的健康和安全考慮。手工鋪層樹脂的較低分子量通常意味著它們比較高分子量的產(chǎn)品具有更大的危害性。較低粘度的樹脂也意味著它們有滲透服裝等趨勢(shì)。

iii）如果沒有昂貴的萃取系統(tǒng)，將聚酯和乙烯基酯中空氣中苯乙烯的濃度限制在法定濃度越來越難。

iv）樹脂需要低粘度才能手動(dòng)操作。由于需要高濃度的稀釋劑/苯乙烯，這通常會(huì)損害它們的機(jī)械/熱性能。

3.5、典型應(yīng)用

標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、生產(chǎn)船、建筑裝飾條等。

 

4、 真空袋工藝（Vacuum Bagging）

4.1 工藝概念

該工藝基本上是上述濕鋪工藝的延伸，其中一旦層壓后就對(duì)層壓材料施加壓力以改善其固結(jié)性。這是通過在濕鋪層壓板上和工具上密封塑料膜來實(shí)現(xiàn)的。袋子下面的空氣被真空泵抽走，因此可以在層壓板上施加高達(dá)一個(gè)大氣壓的壓力以使其固化（圖4）。

圖4 真空袋工藝示意圖

4.2 主要材料

樹脂主要是以環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂為主，而聚酯和乙烯酯可能存在一定問題，因?yàn)檎婵毡脧臉渲羞^度萃取苯乙烯。對(duì)于增強(qiáng)纖維而言，由于存在一定的固結(jié)壓力意味著各種厚重的織物可能會(huì)被弄濕。

4.3 主要優(yōu)點(diǎn)

i） 與標(biāo)準(zhǔn)濕鋪技術(shù)相比，通常可以獲得更高的纖維含量層壓板。

ii）與濕鋪相比，空隙率更低。

iii）由于壓力和樹脂在結(jié)構(gòu)纖維中流動(dòng)，使纖維更好地濕潤(rùn)，多余的纖維進(jìn)入袋裝材料。

iv）健康與安全：真空袋減少了固化過程中釋放的揮發(fā)物量。

4.4 主要缺點(diǎn)

i） 額外的工藝增加了勞動(dòng)力和一次性包裝材料的成本

ii）操作人員需要更高的技術(shù)水平

iii）樹脂含量的混合和控制仍主要取決于操作員的技能

iv）盡管真空袋可以減少揮發(fā)物，但暴露量仍然高于預(yù)浸料處理技術(shù)等

4.5 典型應(yīng)用

大型一次性巡航船、賽車部件、生產(chǎn)船中的核心粘接裝置。

 

5、 拉擠成型（Pultrusion）

5.1、工藝概念

將纖維從筒子架中拉出通過樹脂浴，然后通過加熱的模具。模具完成纖維的浸漬，控制樹脂含量，并在材料通過模具時(shí)將其固化成最終形狀。然后，該固化型材自動(dòng)切割成一定長(zhǎng)度。也可將織物引入模具，以提供除0°以外的纖維方向。盡管拉擠成型是一個(gè)連續(xù)的過程，會(huì)產(chǎn)生恒定橫截面的輪廓，但允許將一些變化引入橫截面中。這個(gè)過程將材料拉過模具進(jìn)行浸漬，然后夾在模具中進(jìn)行固化。這使得該過程不連續(xù)，但可以適應(yīng)橫截面的微小變化（如圖5所示）。

圖5 拉擠成型工藝示意圖

5.2、主要材料

樹脂基體一般為環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯酯和酚醛樹脂，而纖維類型沒有限制。

5.3 、主要優(yōu)勢(shì)

i） 這是一種非常快速、經(jīng)濟(jì)的材料浸漬和固化的方法。

ii）樹脂含量可精確控制。

iii）纖維成本最小化，因?yàn)榇蟛糠謥碜酝沧蛹堋?/span>

iv）層壓板的結(jié)構(gòu)性能非常好，因?yàn)樾筒闹欣w維順直，并且可以獲得高纖維體積分?jǐn)?shù)。

v） 樹脂浸漬區(qū)可以封閉，從而限制揮發(fā)物排放。

5.4、主要缺點(diǎn)

i） 僅限于恒定截面或接近恒定的截面構(gòu)件

ii）加熱模具的成本可能很高。

5.5、典型應(yīng)用

用于屋頂結(jié)構(gòu)、橋梁、梯子、框架的梁和大梁。

 

6、 樹脂傳遞模塑（Resin Transfer Moulding，RTM）

6.1 工藝概念

織物作為干燥的材料堆放，這些織物有時(shí)被預(yù)壓成模具形狀，并由粘合劑粘合在一起，然后將這些“瓶坯”更輕松地放入模具中。隨后將第二模具夾持在第一模具上，并將樹脂注入型腔。也可以將真空施加到模腔上，以幫助樹脂被吸入織物中。這被稱為真空輔助樹脂注射（ Vacuum Assisted Resin Injection，VARI）。一旦所有的織物都被潤(rùn)濕，樹脂入口就會(huì)關(guān)閉，層壓板就可以固化。注射和固化都可以在環(huán)境溫度或高溫下進(jìn)行（如圖6所示）。

圖6 RTM工藝示意圖

6.2 主要材料

樹脂通常可以采用環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、乙烯基酯和酚醛樹脂，但雙馬來酰亞胺等高溫樹脂也可在較高的工藝溫度下使用。纖維類型不限，縫制的材料在此過程中效果很好，因?yàn)殚g隙允許快速進(jìn)行樹脂運(yùn)輸。一些特別開發(fā)的織物可以幫助樹脂流動(dòng)。

6.3 主要優(yōu)點(diǎn)

i） 可以非常低的空隙率獲得高纖維體積的層壓板。

ii）由于封裝了樹脂，因此具有良好的健康和安全性以及對(duì)環(huán)境的控制。

iii）可能減少勞動(dòng)力。

iv）組件的兩側(cè)都有一個(gè)模制表面。

6.4 主要缺點(diǎn)

i） 配套的模具價(jià)格昂貴，而且為了承受壓力而很重。

ii）一般僅限于較小的部件。

iii）可能會(huì)出現(xiàn)未浸漬的區(qū)域，從而導(dǎo)致非常昂貴的報(bào)廢零件。

6.5 典型應(yīng)用

小型復(fù)雜飛機(jī)及汽車零部件、火車座椅。

 

7 、其他注塑工藝（SCRIMP, RIFT, VARTM等）

7.1 工藝概念

與RTM工藝類似，織物作為干燥的材料疊堆放置，然后用剝離層和編織型非結(jié)構(gòu)織物覆蓋纖維堆，隨后對(duì)整個(gè)干堆進(jìn)行真空袋裝，一旦袋裝泄漏消除，樹脂就可以流入層壓板。樹脂容易在非結(jié)構(gòu)性織物中流動(dòng)并從上方潤(rùn)濕織物，從而有助于樹脂在整個(gè)層壓板上的分布（如圖7所示）。

圖7 其他注塑工藝示意圖

7.2 主要材料

樹脂一般為環(huán)氧樹脂、聚酯和乙烯基酯。增強(qiáng)纖維為任何常規(guī)織物，縫制的材料在此過程中效果很好，因?yàn)殚g隙允許快速進(jìn)行樹脂運(yùn)輸。

7.3 主要優(yōu)點(diǎn)

i） 與上述RTM一樣，但只有部件的一側(cè)有模制飾面。

ii）由于一半的工具是真空袋，且主工具所需的強(qiáng)度較低，因此工具成本較低。

iii）可以制造高纖維體積分?jǐn)?shù)和低空隙率的非常大結(jié)構(gòu)件。

iv）標(biāo)準(zhǔn)濕鋪工具可在此過程中進(jìn)行修改。

v）一次操作即可生產(chǎn)帶芯結(jié)構(gòu)。

7.4 主要缺點(diǎn)

i）相對(duì)復(fù)雜的過程，能夠在不需要修理的情況下，在大型結(jié)構(gòu)上持續(xù)良好地運(yùn)行。

ii）樹脂的粘度必須非常低，因此必須具有機(jī)械性能。

iii）可能會(huì)出現(xiàn)未浸漬的區(qū)域，從而導(dǎo)致非常昂貴的報(bào)廢零件。

7.5 典型應(yīng)用

小型游艇、火車和卡車車身面板、風(fēng)能葉片。

 

8、 高壓釜預(yù)浸料（Prepreg - Autoclave）

8.1、工藝概念

織物和纖維由材料制造商在加熱和加壓條件下或在溶劑中用樹脂預(yù)浸漬。催化劑在環(huán)境溫度下具有很大的潛伏性，使材料解凍后有數(shù)周或數(shù)月的使用壽命。但是為了延長(zhǎng)儲(chǔ)存壽命，這些材料必須是冷凍儲(chǔ)存的。用手或機(jī)器將預(yù)浸料放置在模具表面，真空包裝，然后加熱到120-180°C，樹脂開始回流并最終固化。成型所需的額外壓力通常由高壓釜（實(shí)際上是加壓烘箱）提供，該高壓釜最多可向?qū)訅喊迨┘?個(gè)大氣壓，如圖8所示。

圖8 高壓釜預(yù)浸料工藝示意圖

8.2、主要材料

樹脂基體一般為環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂和高溫樹脂，如聚酰亞胺、氰酸酯和雙馬來酰亞胺。纖維種類不限，可直接從筒子架上取下或用作任何類型的織物。

8.3 、主要優(yōu)勢(shì)

i）樹脂/催化劑和纖維中的樹脂含量可精確設(shè)置，并可以實(shí)現(xiàn)高纖維含量和低空隙率。

ii）具有出色的健康和安全特性，可以清潔工作。

iii）由于沒有在使用前將纖維轉(zhuǎn)變?yōu)榭椢锏牡诙拦ば颍瑔蜗蚰z帶的纖維成本已降至最低。

iv）可以針對(duì)機(jī)械性能和熱性能優(yōu)化樹脂化學(xué)性質(zhì)，高粘度樹脂由于制造工藝而不易溶解。

v）延長(zhǎng)的工作時(shí)間（在室溫下長(zhǎng)達(dá)數(shù)月）意味著可以輕松實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，復(fù)雜的疊層。

vi）自動(dòng)化，并可節(jié)省勞動(dòng)力。

8.4、主要缺點(diǎn)

i） 預(yù)浸織物的材料成本較高，對(duì)于這些應(yīng)用，通常也需要昂貴的高級(jí)樹脂。

ii）通常需要高壓釜來固化組件，設(shè)備昂貴，操作緩慢且尺寸受限。

iii）模具必須能夠承受所涉及的過程溫度，而芯材必須能夠承受過程溫度和壓力。

iv）對(duì)于較厚的層壓板，預(yù)浸料層需要在鋪層過程中進(jìn)行熱“疏解”，以確保層間空氣的去除。

8.5、典型應(yīng)用

飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件（例如機(jī)翼和機(jī)尾部分）、F1賽車

 

9、 非熱壓罐預(yù)浸料（Prepreg - Out of Autoclave）

9.1 工藝概念

低溫固化預(yù)浸料與傳統(tǒng)高壓釜預(yù)浸料完全相同，但其樹脂具有可在60-120°C的溫度下完成固化的化學(xué)性質(zhì)。對(duì)于低溫固化（60°C），材料的使用壽命可限制在一周以內(nèi)，但對(duì)于更高溫度的催化作用（>80°C），工作時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)月。樹脂系統(tǒng)的流動(dòng)曲線允許單獨(dú)使用真空袋壓力，從而無需高壓釜（如圖9所示）。

圖9 非熱壓罐預(yù)浸料工藝示意圖

9.2 主要材料

樹脂通常只采用環(huán)氧樹脂。纖維類型不限，常規(guī)預(yù)浸料。

9.3 主要優(yōu)點(diǎn)

i）所有與使用上述傳統(tǒng)預(yù)浸料相關(guān)的優(yōu)點(diǎn)（（i）-（iv））都包含在低溫固化預(yù)浸料中。

ii）由于固化溫度較低，因此可以使用較便宜的工具材料，例如木材。

iii）由于只需要真空袋壓力，因此可以容易地制造大型結(jié)構(gòu)，并且可以通過簡(jiǎn)單的熱風(fēng)循環(huán)烘箱（通常在部件上原位建造）將溫度加熱到這些較低的溫度。

iv）如果遵循某些程序，則可以使用常規(guī)的泡沫芯材。

v） 比高壓釜工藝能耗低。

vi）提供高水平尺寸公差和可重復(fù)性。

9.4 主要缺點(diǎn)

i）盡管樹脂成本低于航空應(yīng)用所需的材料，但材料成本仍然高于非預(yù)浸織物。

ii）工具必須能夠承受比注入工藝更高的溫度（通常為80-140°C）。

9.5 典型應(yīng)用

高性能風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、大型競(jìng)速和巡航游艇、救援艇、列車部件。