復(fù)合材料由樹脂、纖維及芯材等多重原材料構(gòu)成，這些材料各自具備獨特的物理性能，如強度、剛度、韌性和熱穩(wěn)定性。同時，它們的成本和產(chǎn)量也各有差異。復(fù)合材料的最終性能不僅取決于這些原材料的固有屬性，還受到材料設(shè)計方法與制造工藝的深刻影響。本文將深入探討復(fù)合材料制造中的手糊、噴涂與纖維纏繞三種常用工藝。

一、手糊成型工藝

手糊成型涉及手動將樹脂浸潤纖維的過程，這些纖維可以通過機織、編織、縫合或粘結(jié)等方式增強。在操作中，通常使用滾輪或刷子來涂抹樹脂，并通過膠滾擠壓使其深入纖維。隨后，層合板在常壓環(huán)境下進行固化。

材料選擇：

• 樹脂：環(huán)氧、聚酯、聚乙烯基酯以及酚醛樹脂均可選用。

• 纖維：選擇相對靈活，但需注意，基重較大的芳綸纖維可能難以通過手糊方式完全浸潤。

• 芯材：無特別要求。

工藝特點：

• 手糊成型工藝簡單易學(xué)，且若采用室溫固化樹脂，模具成本將相對低廉。

• 提供了廣泛的材料和供應(yīng)商選擇空間，并且能夠獲得高纖維含量的層合板，所使用的纖維長度優(yōu)于噴涂工藝。

潛在問題：

• 樹脂混合和層合板品質(zhì)受操作人員熟練程度影響較大，難以獲得低樹脂含量且低孔隙率的層合板。

• 手糊樹脂的分子量越低，對操作人員的健康潛在威脅就越大，同時粘度越低越容易導(dǎo)致樹脂滲透工作服而直接接觸皮膚。

典型應(yīng)用領(lǐng)域：

• 標準風(fēng)電葉片的生產(chǎn)、批量制作的船艇以及建筑模型的制作等。

二、噴涂成型工藝

噴涂成型是將短切纖維增強材料與樹脂體系同時噴涂至模具內(nèi)，隨后在常壓環(huán)境下固化，從而制成熱固性復(fù)合材料制品的工藝。

材料選擇：

• 樹脂：主要選用聚酯類。

• 纖維：通常選擇粗玻璃纖維紗。

• 芯材：通常不單獨使用，而是與層合板結(jié)合。

工藝特點：

• 噴涂成型歷史悠久，成本低廉，且能夠迅速鋪覆纖維和樹脂，模具費用也相對較低。

潛在問題：

• 層合板容易形成樹脂富集區(qū)，導(dǎo)致重量偏高。

• 只能使用短切纖維，層合板的力學(xué)性能受到一定限制。

• 為便于噴涂，樹脂粘度需降低，進而可能影響復(fù)合材料的力學(xué)和熱學(xué)性能。

• 噴涂樹脂中的高苯乙烯含量可能對操作人員構(gòu)成潛在危害，而低粘度樹脂又易滲透工作服，直接接觸皮膚。空氣中揮發(fā)的苯乙烯濃度難以達到法律規(guī)定要求。

典型應(yīng)用領(lǐng)域：

• 簡易圍欄、低載荷結(jié)構(gòu)板，如敞篷車車身、卡車整流罩、浴缸以及小型船艇等。

三、纖維纏繞工藝

纖維纏繞工藝主要用于制造中空、圓形或橢圓形結(jié)構(gòu)件，例如管道和槽。在此工藝中，經(jīng)過樹脂浸潤的纖維束被沿著各種方向纏繞在芯軸上，整個過程由專業(yè)的纏繞機和芯軸轉(zhuǎn)速進行精準控制。

材料選擇：

• 樹脂：環(huán)氧、聚酯、聚乙烯基酯以及酚醛樹脂等均可使用。

• 纖維：通常直接使用線軸架上的纖維束，無需經(jīng)過機織或縫織成纖維布的步驟。

• 芯材：選擇較為寬松，但蒙皮通常采用單層復(fù)合材料。

工藝優(yōu)勢：

• 生產(chǎn)速度快，經(jīng)濟合理。

• 可以通過測定穿過樹脂槽的纖維束攜帶樹脂量來精確控制樹脂含量，同時纖維成本也被最小化，因為無需中間編織工藝。

• 由于直線纖維束可以沿各個承載方向鋪層，所以結(jié)構(gòu)性能也相當優(yōu)異。

潛在挑戰(zhàn)：

• 主要適用于圓形中空結(jié)構(gòu)，對于其他形狀的部件則可能不太適用。

• 纖維在部件軸向上的準確排布可能具有一定的挑戰(zhàn)性。

• 大型結(jié)構(gòu)件的芯軸陽模成本較高。

• 結(jié)構(gòu)外表面因非模具面而美觀性較差。

典型應(yīng)用場景：

• 化學(xué)品儲藏罐和輸送管、氣缸以及救火員呼吸罐等產(chǎn)品的制造。

手糊、噴涂與纖維纏繞工藝各自具有獨特的優(yōu)勢和局限性，選擇哪種工藝取決于具體的應(yīng)用需求和材料特性。隨著復(fù)合材料技術(shù)的不斷發(fā)展，這些工藝也在不斷改進和完善，以適應(yīng)更廣泛的應(yīng)用場景。