先進複合材料熱壓罐成型工藝入門

1複合材料概述001
1.1複合材料定義和組分002
1.2複合材料分類003
1.3先進複合材料簡介004
1.3.1增強纖維004
1.3.2纖維織物005
1.3.3樹脂基體006
1.4先進複合材料的特點008
1.4.1先進複合材料的優點008
1.4.2先進複合材料的缺點009
1.5先進複合材料的應用010
1.5.1民用航空011
1.5.2軍用航空012
1.5.3其他應用領域014

2複合材料熱壓罐成型工藝概述019
2.1熱壓罐成型工藝簡介020
2.2熱壓罐成型工藝特點及流程020
2.2.1熱壓罐成型工藝特點021
2.2.2熱壓罐成型工藝流程022
2.3其他複合材料成型方法022
2.3.1手糊成型法023
2.3.2噴射成型法023
2.3.3壓制成型法024
2.3.4纏繞成型法024
2.3.5拉擠成型法025
2.3.6液體成型法025

3預浸料的準備029
3.1預浸料簡介030
3.2預浸料的品質控制030
3.2.1外觀要求031
3.2.2樹脂含量031
3.2.3揮發分含量031
3.2.4面密度032
3.2.5黏性032
3.2.6樹脂流動度032
3.2.7凝膠時間032
3.3預浸料準備工藝流程033
3.3.1操作前準備033
3.3.2預浸料的解凍033
3.3.3手工下料和自動下料035
3.3.4下料管理036
3.3.5預浸料的退庫037
3.3.6預浸料的轉運管理037
3.3.7預浸料的使用管理037


4模具準備039
4.1常見的模具類型040
4.2模具的基本要素041
4.2.1模具的材料041
4.2.2模具的組成041
4.2.3模具的特殊要求047
4.3模具使用前的準備049
4.3.1模具清理049
4.3.2粘貼脫模布049
4.3.3脫模劑施工050
4.3.4水基脫模劑051

5樣板、軟模製作057
5.1樣板製作058
5.2軟模製作059

6鋪疊組裝061
6.1鋪疊工藝062
6.2鋪層的特點062
6.3鋪疊前的準備工作063
6.4鋪疊064
6.4.1層為單向帶鋪疊064
6.4.2層為織物預浸料鋪疊064
6.4.3後續鋪層的鋪疊及拼接要求064
6.4.4自動鋪放技術066
6.4.5預壓實067
6.4.6修整鋪層邊緣067
6.4.7保護鋪疊坯料067
6.4.8鋪疊的品質控制067
6.4.9如何避免架橋068
6.5組裝封袋069
6.5.1組裝封袋典型圖069
6.5.2封裝真空袋注意事項070
6.5.3複合材料成型用輔助材料071
6.5.4組裝封袋具體步驟074
6.6如何防止真空袋洩漏075

7成型固化079
7.1預吸膠或熱封壓工藝080
7.2熱壓罐的結構和原理081
7.3固化曲線及固化參數083
7.4固化運行085
7.4.1模具的吊裝085
7.4.2模具的擺放085
7.4.3連接熱電偶085
7.4.4連接真空管路086
7.4.5真空檢漏086
7.4.6固化記錄087
7.4.7固化運行087
7.4.8零件出罐087
7.4.9固化曲線分析088

8脫模091
8.1基本要求092
8.2工藝流程圖092
8.3脫模要求092
8.3.1開工前準備092
8.3.2去除輔助材料093
8.3.3制孔093
8.3.4零件脫模094
8.3.5貼模度檢查094
8.3.6標記零件095
8.3.7模具清理095
8.3.8稱取重量095
8.3.9測量厚度095

9後加工097
9.1切割工具和設備098
9.1.1手工切割工具098
9.1.2高速帶鋸切割機098
9.1.3高壓水切割機099
9.1.4精密平面磨床099
9.1.5勞動保護用品100
9.2劃線100
9.3粗加工101
9.3.1金剛石砂輪片切割101
9.3.2高速帶鋸切割101
9.3.3高壓水切割102
9.3.4鑽孔102
9.3.5挖孔102
9.3.6倒圓角103
9.4精加工103
9.4.1金剛砂打磨片打磨103
9.4.2精密平面磨床機械磨削104
9.4.3複合材料專用機床數控銑削104
9.5切口封邊105

10檢測與交付107
10.1檢查項目108
10.1.1表面品質108
10.1.2品質與厚度108
10.1.3樹脂含量108
10.1.4無損檢測109
10.1.5力學性能測試110
10.2交付111
10.3碳纖維複合材料層壓製品的常見缺陷及原因111

11夾層結構與結構膠接115
11.1夾層結構的特點116
11.2夾層結構的材料117
11.2.1面板117
11.2.2芯子117
11.2.3膠接用膠黏劑118
11.3典型蜂窩夾層結構的成型119
11.3.1組件的準備119
11.3.2夾層結構的成型119
11.4複合材料結構膠接120
11.4.1結構上的優點120
11.4.2工藝上的特點121
11.4.3結構膠接的環境條件121
11.4.4結構膠接的工藝流程121
11.5複合材料膠接件常見缺陷及原因122
11.5.1翹曲或扭曲的原因分析122
11.5.2孔隙或分層的原因分析122
11.5.3板板或板芯脫粘的原因分析122

12複合材料的修補125
12.1塗膠修補法126
12.2灌注修補法127
12.3灌封修補法127
12.4貼片修補法129
12.4.1膠接共固化貼補修補129
12.4.2二次膠接貼補修補130
12.5挖補修補法130

13液體成型技術131
13.1樹脂轉移模塑成型技術（RTM）132
13.2真空輔助RTM成型技術（VARTM）135
13.3真空輔助成型技術（VARI）136
13.4高壓RTM成型技術（HP-RTM）136
13.5樹脂浸滲成型技術（SCRIMP）137

14熱塑性複合材料成型技術139
14.1熱塑性樹脂基複合材料簡介140
14.2熱塑性樹脂和纖維的複合方法141
14.2.1溶液浸漬法141
14.2.2熔融浸漬法142
14.2.3薄膜層壓法142
14.2.4粉末混合法142
14.2.5纖維混合法142
14.3熱塑性樹脂基碳纖維複合材料的基本成型技術142
14.3.1模壓成型工藝143
14.3.2熱壓罐成型工藝143
14.3.3纏繞成型工藝143
14.3.4拉擠成型工藝143

15安全衛生與勞動保護145
15.1作業場所的潛在危險146
15.2使用危險品時的注意事項146
15.3安全技術及勞動保護147
參考文獻148

隨著高端裝備的不斷發展，對材料減重、承載、耐候等性能要求越來越高，傳統材料越來越難以滿足多項要求，複合材料成為各類高端裝備發展的重要基礎，也正是在此時代背景下，先進複合材料應運而生。先進複合材料具有高比強度和高比模量等優點，尤其具有傳統材料所不能比擬的可設計性，為先進複合材料的發展提供了廣闊前景。先進複合材料的應用水準已成為衡量一個國家高端裝備發展先進性的標準之一。

作為複合材料從業者和教育培訓工作者，筆者深刻感覺到，近年來國內複合材料行業出現了前所未有的井噴態勢，特別在航空航太、軌道交通、新能源汽車和體育用品等行業，複合材料迎來了巨大的發展機遇。但是，無論是針對高校複合材料技術技能型人才的培養，還是針對複合材料企業技術工人的培訓，都迫切需要一本複合材料工藝技術的入門教材和操作指南。因此，本書面向職業院校相關專業學生和複合材料企業生產一線人員，採用圖文並茂的形式，介紹先進複合材料的基本知識和應用，重點結合編者30多年的從業經歷，著重梳理先進複合材料真空袋-熱壓罐成型技術的設備、原材料、工藝流程、技術要求和品質控制，以期讀者能在短時間內高效、準確地掌握操作技能及實操工況。同時，本書還涉及複合材料夾層結構與結構膠接，以及實際生產中的複合材料修補、安全生產與勞動保護。在本書後簡單介紹了近幾年複合材料液體成型技術和熱塑性複合材料的工藝技術。

本書由冷衛紅和羅大為編著。其中，冷衛紅編著第2、5、6、10、11、12、15章，羅大為編著第1、3、8、9、13、14章。第4、7章由冷衛紅和羅大為共同編著。全書由冷衛紅統一定稿。

限於筆者的水準,書中難免有不當之處,敬請讀者批評指正。

編著者
深圳職業技術學院
2021年9月19日