碳纖維濕法纏繞樹脂含量

『壹』 碳纖維復合材料成型工藝

        碳纖維復合材料雖然性能優異，但因為成本和批量化生產效率的問題，遲遲沒有大規模應用。如何高速、高效大批量生產高質量、低成本的碳纖維復合材料，並提高材料利用率，是業界人士的共同目標。

        碳纖維復合材料在發揮其輕質高強的基礎上，會根據應用對象的差異採用不同的成型工藝，從而盡可能地發揮出碳纖維所具有的特殊性能。 成型工藝改進、優化的目的主要是提高效率和製品質量，從而降低整體的加工成本。

（1）手糊成型工藝--濕法鋪層成型法；

（2）噴射成型工藝；

（3）樹脂傳遞模塑成型技術（RTM技術）；

（4）袋壓法（壓力袋法）成型；

（5）真空袋壓成型；

（6）熱壓罐成型技術；

（7）液壓釜法成型技術；

（8）熱膨脹模塑法成型技術；

（9）夾層結構成型技術；

（10）模壓料生產工藝；

（11）ZMC模壓料注射技術；

（12）模壓成型工藝；

（13）層合板生產技術；

（14）卷制管成型技術；

（15）纖維纏繞製品成型技術；

（16）連續制板生產工藝；

（17）澆鑄成型技術；

（18）拉擠成型工藝；

（19）連續纏繞制管工藝；

（20）編織復合材料製造技術；

（21）熱塑性片狀模塑料製造技術及冷模沖壓成型工藝；

（22）注射成型工藝；

（23）擠出成型工藝；

（24）離心澆鑄制管成型工藝；

（25）其它成型技術。

         隨著碳纖維復合材料應用的深入和發展，碳纖維復合材料的成型方式也在不斷地以新的形式出現，但是碳纖維復合材料的諸種成型工藝並非按照更新淘汰的方式存在的，在實際應用中，往往是多種工藝並存，實現不同條件、不同情況下的最好效應。相信在未來幾年碳纖維復合材料成型速度會不斷提高，或許一分鍾內成型將不會是空談。

        在模具工作面上塗敷脫模劑、膠衣，將剪裁好的碳纖維預浸布鋪設到模具工作面上，刷塗或噴塗樹脂體系膠液，達到需要的厚度後，成型固化、脫模。在制備技術高度發達的今天，手糊工藝仍以工藝簡便、投資低廉、適用面廣等優勢在石油化工容器、貯槽、汽車殼體等許多領域廣泛應用。其缺點是質地疏鬆、密度低，製品強度不高，而且主要依賴於人工，質量不穩定，生產效率很低。

         屬於手糊工藝低壓成型中的一類，使用短切纖維和樹脂經過噴槍混合後，壓縮空氣噴灑在模具上，達到預定厚度後，再手工用橡膠錕按壓，然後固化成型。為改進手糊成型而創造的一種半機械化成型工藝，在工作效率方面有一定程度的提高，但依然滿足不了大批量生產，用以製造汽車車身、船身、浴缸、儲罐的過渡層。

        將逐層鋪疊的預浸料放置於上下平板模之間加壓加溫固化，這種工藝可以直接繼承木膠合板的生產方法和設備，並根據樹脂的流變性能，進行改進與完善。層壓成型工藝主要用來生產各種規格、不同用途的復合材料板材。具有機械化和自動化程度高、產品質量穩定等特點，但是設備一次性投資大。

        將經過樹脂膠液浸漬的連續纖維或布帶按一定規律纏繞到芯模上，然後固化、脫模成為復合材料製品的工藝。碳纖維纏繞成型可充分發揮其高比強度、高比模量以及低密度的特點，製品結構單一，可用於製造圓柱體、球體及某些正曲率回轉體或筒形碳纖維製品。

        將浸漬樹脂膠液的連續碳纖維絲束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化，連續不斷地生產長度不限的型材。拉擠成型是復合材料成型工藝中的一種特殊工藝，其優點是生產過程可完全實現自動化控制，生產效率高。拉擠成型製品中纖維質量分數可高達80%，浸膠在張力下進行，能充分發揮增強材料的作用，產品強度高，其製成品縱、橫向強度可任意調整，可以滿足製品的不同力學性能要求。該工藝適合於生產各種截面形狀的型材，如工字型、角型、槽型、異型截面管材以及上述截面構成的組合截面型材，碳纖維復合芯導線主要採用這種成型工藝。

        將液態單體合成為高分子聚合物，再從聚合物固化反應為復合材料的過程改為直接在模具中同時一次完成，既減少了工藝過程中的能量消耗，又縮短了模塑周期（只需約2分鍾便可完成一件製品）。但這種工藝的應用，必須以精確的管道輸送和計量以及溫度壓力自動控制為基礎，屬於高分子材料和近代高新科學技術的交叉范疇，目前的應用還不是很廣。液態成型主要包括：RTM成型工藝、RFI成型、VARI成型。

         樹脂膜滲透(RFI)成型工藝示意圖如下。主要優點是模具比RTM工藝模具簡單，樹脂沿厚度方向流動，更容易浸潤纖維，沒有預浸料，成本較低。但所得製品尺寸精度和表面質量不如RTM工藝，空隙含量較高，效率也稍微低一些，適合生產大平面或簡單曲面的零件。

        真空輔助成型工藝(VARI)的示意圖如下，這種方法的優點是原材料利用率高，製件修整加工量少，不需要預浸料，成本較低，適用於常溫或溫度不高的大型壁板結構件生產。但缺點和RFI成型工藝相似。    

        將單層預浸料按預定方向鋪疊成的復合材料坯料放在熱壓罐內，在一定溫度和壓力下完成固化過程。熱壓罐是一種能承受和調控一定溫度、壓力范圍的專用壓力容器。坯料被鋪放在附有脫模劑的模具表面，然後依次用多孔防粘布(膜)、吸膠氈、透氣氈覆蓋，並密封於真空袋內，再放入熱壓罐中。加溫固化前先將袋抽真空，除去空氣和揮發物，然後按不同樹脂的固化制度升溫、加壓、固化。固化制度的制定與執行是保證熱壓罐成型製件質量的關鍵。該種成型工藝適用於製造飛機艙門、整流罩、機載雷達罩，支架、機翼、尾翼等產品。

這種方法使用較多，主要優點是：

（1）製品尺寸穩定，重復性好；

（2）纖維體積含量高（60%-65%）；

（3）力學性能可靠；

（4）幾乎可成型所有的材料；

（5）可固化不同厚度的層合版；

（6）可製造復雜曲面的零件。

但也存在以下不足：

（1）製件大小受熱壓罐尺寸限制；

（2）周期長、生產效率低；

（3）耗能高，運行成本高。

        簡稱VIP， 在模具上鋪「干」碳纖維復合材料，然後鋪真空袋，並抽出體系中的真空，在模具腔中形成一個負壓，利用真空產生的壓力把不飽和樹脂通過預鋪的管路壓入纖維層中，讓樹脂浸潤增強材料，最後充滿整個模具，製品固化後，揭去真空袋材料，從模具上得到所需的製品。該工藝在1950年就出現了專利記錄，但在近幾年才得到發展。在真空環境下樹脂浸潤碳纖，製品中產生的氣泡極少，製品的強度更高、質量更輕，產品質量比較穩定，而且降低了樹脂的損耗，僅用一面模具就可以得到兩面光滑平整的製品，能較好地控制產品厚度。一般應用於船艇工業中的方向舵、雷達屏蔽罩，風電能源中的葉片、機艙罩，汽車工業中的各類車頂、擋風板、車廂等。

        將碳纖維預浸料置於上下模之間，合模將模具置於液壓成型台上，經過一定時間的高溫高壓使樹脂固化後，取下碳纖維製品。這種成型技術具有高效、製件質量好、尺寸精度高、受環境影響小等優點，適用於批量化、強度高的復合材料製件的成型。但前期模具製造復雜，投入高，製件大小受壓機尺寸的限制。

預浸料基材的成型工藝

        另外片狀模塑料（Sheet Molding Compound，SMC）模壓成型工藝、長碳纖維增強熱塑性材料（Long Carbon Fiber Reinforced Thermolplastics，CF-LFT）注塑成型工藝也得到了廣泛應用。

        SMC由樹脂糊浸漬纖維或短切纖維氈，兩面覆蓋聚乙烯薄膜而製成的片狀模壓料，屬於預浸氈料范圍。SMC成型效 率高、產品的表面光潔度好、外形尺寸穩定性好，且成型周期短、成本低，適合大批量生產，適合生產截面變化不太大的薄壁製品，在GFRP汽車部件生產領域已得到廣泛應用。目前，在車用CFRP成型工藝方面，SMC主要用於片狀短切纖維復合材料的生產，由於纖維的非連續性，製品強度不高，且強度具有面內各向同性特點。而碳纖維在樹脂糊中的潤濕性是SMC工藝面臨的重要課題，通過對碳纖維進行必要的表面處理，並採用適當的潤濕分散劑能夠有效提高碳纖維在樹脂糊中的潤濕性和均勻性。碳纖維SMC也在汽車工業領域獲得了不少應用。

SMC的參考工藝流程

        模壓工藝在歐美雖然已經有相當長的應用歷史，但是在國內依然是應用性很強的一種碳纖維成型工藝，在工業的承力結構件製造方面有不可取代的地位，由於樹脂含量可控，纖維浸潤性好，成品碳纖維含量較高，因此強度表現優異，精準的製件尺寸，較短的成型周期，良好的生產環境，能滿足年產量5-8萬件的規模性生產。我國高鐵某車型應用的一款碳纖維結構件在無錫威盛新材量產，採用預埋加模壓的工藝，成型後不僅解決了金屬與碳纖維連接難的問題，而且確保了製件的機械強度，據高鐵製造商方面反饋，這種質輕、強度大、耐老化、使用壽命長的碳纖維結構件不僅達到了他們的預期效果，而且他們從應用結果推斷，使用模壓成型工藝的碳纖維還可以適用於更多的產品，例如高鐵車輛內部的裝飾件、扶手、車身附件等。

         一種將感應器集成在模具中的新型感應加熱工藝，可以在20℃-400℃的溫度下加工碳纖維，通過熱傳導利用集成在模具內部的感應器來加熱模具表面。這是由新興企業RocTool公司在Cage系統上推出的補充技術，採用電磁感應可以迅速加熱模具，並能很好地控制局部溫度。其優勢是顯著減少了周期時間和部件成本。但是目前該種技術尚不適合大型部件，而且相關的產量必須足夠大。

         樹脂轉移模塑成形（RTM：Resin Transfer Molding）技術是一種低成本復合材料的製造方法，最初主要用於飛機次承力結構件，如艙門和檢查口蓋。1996年，美國防務預研局開展了高強度主承力構件的低成本RTM 製造技術研究。RTM技術具有高效、低成本、製件質量好、尺寸精度高、受環境影響小等優點，可應用於體積大、結構復雜、強度高的復合材料製件的成型，已經成為近幾年航空航天材料加工領域研究最為活躍的方向之一。

原理簡介

        RTM工藝的主要原理是在模腔（模腔需要預先製作成特定尺寸）中鋪放按性能和結構要求設計的增強材料預成形體，在一定壓力范圍內，採用注射設備將專用樹脂體系注入閉合模腔，通過樹脂與增強體的浸潤固化成型。模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統，以保證樹脂流動順暢並排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤纖維；同時具有加熱系統，可加熱固化成形復合材料構件。它是一種不採用預浸料，也不採用熱壓罐的成形方法。

        目前主要的派生技術是真空導入模塑工藝(VIMP：Vacuum Infusion Molding Process)、柔性輔助RTM和共注射RTM。這些技術在保留了傳統的RTM工藝可浸漬成型帶有夾芯、加筋、預埋件的大型構件等優勢的基礎上，具有生產構件范圍廣、產品質量穩定、易與其他編織工藝相結合和低成本的製造優勢。此外高壓Resin transfer molding (HP-RTM)採用預成型件、鋼模、真空輔助排氣，高壓注射和高壓下完成高性能熱固性復合材料的浸漬和固化工藝，實現低成本、短周期（大批量）、高質量生產。

HP-RTM主要優點：

① 樹脂快速充滿模腔。②改善了樹脂浸漬增強材料的質量。③加速樹脂反應性系統可以獲得短的固化周期。④對空氣的排除和產品的孔隙減少具有重大意義。⑤產品具有卓越的表面性能和質量。⑥產品的厚度和三維形狀尺寸偏差低。⑦具有高的工藝穩定性和重復性。 ⑧使用內脫模劑和自清潔系統。

HP-RTM需要滿足以下要求：

① 很好的材料和很高的另件性能。②另件的表面質量要求非常高。③短的加工周期。④有條件有能力使用快速固化樹脂。⑤具備大規模化的工業生產能力。

雖然RTM成型工藝的優點很多，但也存在以下 不足： ①閉合磨具密封要求高，前期費用高；②樹脂和纖維直接有空隙，注入樹脂前需要加熱，預成型體在放入模具時位置要恰到好處。

        這是一種新型技術，伯樂CIML設備將傳統的「多步法」工藝集成為「一步法」，大大縮短了工藝流程，並且更好地保留了纖維長度，達到節能高效生產的目的。通過攻克材料-裝備-製造中的配方優化、混配系統、智能控制系統和成型工藝參數優化等一系列關鍵技術問題，完全滿足汽車輕量化對製品強度、成本、效率等方面的需求，堪稱為汽車輕量化量身打造的裝備利器。

參考資料：

[1] https://www.sohu.com/a/165244973_777213

[2] http://www.sohu.com/a/74530286_232483

[3] https://wenku..com/view/.html

『貳』 漁具魚竿主要用哪種規格的碳纖維預浸布樹脂含量多少

魚竿生產主要用碳纖維預浸料型號：15003、15000、12503等等。
樹脂含量在34%左右。

『叄』 碳纖維預浸布的主要分類

按碳纖維原絲
1、PAN基碳纖維布(市場上90%以上為該種碳纖維布)；
2、黏膠基碳纖維布；
3、瀝青基碳纖維布
按碳纖維規格分:
1、1K碳纖維布；
2、3K碳纖維布；
3、6K碳纖維布；
4、12K碳纖維布；
5、24K及以上大絲束碳纖維布
按碳纖維炭化分:
1、石墨化碳纖維布，可以耐2000--3000度高溫；
2、碳纖維布，可以耐1000度左右高溫；
3、預氧化碳纖維布，可以耐200--300度高溫
按織造方式分:
1.干法預浸布;
2.濕法預浸布;
3.單向預浸布:
4.預浸帶:
5.無托布；
6.有托布等.

『肆』 碳纖維預浸布的技術參數

碳纖維（carbon fiber），顧名思義，它不僅具有碳材料的固有本徵特性，又兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。與傳統的玻璃纖維(GF)相比，楊氏模量是其3 倍多；它與凱芙拉纖維(KF-49)相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、鹼中不溶不脹，耐蝕性出類拔萃。有學者在1981年將PAN基CF浸泡在強鹼NaOH 溶液中，時間已過去30多年，它至今仍保持纖維形態