熱塑性複合材料成型工藝

熱塑性複合材料是以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強各種熱塑性樹脂的總稱，國外稱FRTP（Fiber Rinforced Thermo Plastics）。由於熱塑性樹脂和增強材料種類不同，其生產工藝和製成的複合材料性能差別很大。

從生產工藝角度分析，塑性複合材料分為短纖維增強複合材料和連續纖維增強複合材料兩大類：

（1）短纖維增強複合材料 ①注射成型工藝；②擠出成型工藝；③離心成型工藝。

（2）連續纖維增強及長纖維增強複合材料 ①預浸料模壓成型；②片狀模塑料衝壓成型；③片狀模塑料真空成型；④預浸紗纏繞成型；⑤拉擠成型。

熱塑性複合材料的特殊性能如下：

（1）密度小、強度高

熱塑性複合材料的密度為1.1～1.6g/cm3，僅為鋼材的1/5～1/7，比熱固性玻璃鋼輕1/3～1/4。它能夠以較小的單位質量獲得更高的機械強度。一般來講，不論是通用塑料還是工程塑料，用玻璃纖維增強後，都會獲得較高的增強效果，提高強度應用檔次。

（2）性能可設計性的自由度大

熱塑性複合材料的物理性能、化學性能、力學性能，都是通過合理選擇原材料種類、配比、加工方法、纖維含量和鋪層方式進行設計。由於熱塑性複合材料的基體材料種類比熱固性複合材料多很多，因此，其選材設計的自由度也就大得多。

（3）熱性能，一般塑料的使用溫度為50～100℃，用玻璃纖維增強後，可提高到100℃以上。尼龍6的熱變形溫度為65℃，用30%玻纖增強後，熱形溫度可提高到190℃。聚醚醚酮樹脂的耐熱性達220℃，用30%玻纖增強後，使用溫度可提高到310℃，這樣高的耐熱性，熱固性複合材料是達不到的。熱塑性複合材料的線膨脹係數比未增強的塑料低1/4～1/2，能夠降低製品成型過程中的收縮率，提高製品尺寸精度。其導熱係數為0.3～0.36W(㎡·K)，與熱固性複合材料相似。

（4）耐化學腐蝕性，複合材料的耐化學腐蝕性，主要由基體材料的性能決定，熱塑性樹脂的種類很多，每種樹脂都有自己的防腐特點，因此，可以根據複合材料的使用環境和介質條件，對基體樹脂進行優選，一般都能滿足使用要求。熱塑性複合材料的耐水性優於熱固性複合材料。

（5）電性能，一般熱塑性複合材料都具有良好的介電性能，不反射無線電電波，透過微波性能良好等。由於熱塑性複合材料的吸水率比熱固性玻璃鋼小，故其電性能優於後者。在熱塑性複合材料中加入導電材料後，可改善其導電性能，防止產生靜電。

（6）廢料能回收利用，熱塑性複合材料可重複加工成型，廢品和邊角余料能回收利用，不會造成環境污染。

由於熱塑性複合材料有很多優於熱固性玻璃鋼的特殊性能，應用領域十分廣泛，從國外的應用情況分析，熱塑性複合材料主要用於車輛製造工業、機電工業、化工防腐及建築工程等方面。

1、注射成型工藝

注射成型是熱塑性複合材料的主要生產方法，歷史悠久，應用最廣。其優點是：成型周期短，能耗最小，產品精度高，一次可成型開關複雜及帶有嵌件的製品，一模能生產幾個製品，生產效率高。缺點是不能生產纖維增強複合材料製品和對模具質量要求較高。根據目前的技術發展水平，注射成型的最大產品為5kg，最小到1g，這種方法主要用來生產各種機械零件，建築製品，家電殼體，電器材料，車輛配件等。

2、擠出成型工藝

擠出成型是熱塑性複合材料製品生產中應用較廣的工藝之一。其主要特點是生產過程連續，生產效率高，設備簡單，技術容易掌握等。擠出成型工藝主要用於生產管、棒、板及異型斷面型等產品。增強塑料管玻纖增強門窗異型斷面型材，在我國有很大市場。

3、纏繞成型工藝

熱塑性複合材料的纏繞成型工藝原理和纏繞機設備與熱固性玻璃的一樣，不同的是熱塑性複合材料纏繞製品的增強材料不是玻纖粗紗，而是經過浸膠（熱塑性樹脂）的預浸紗。因此，需要在纏繞機上增加預浸紗預熱裝置和加熱加壓輥。纏繞成型時，先將預浸紗加熱到軟化點，再與芯模的接觸點加熱，並加壓輥加壓，使其熔接成一個整體。

4、熱塑性複合材料拉擠成型

熱塑性複合材料的拉擠成型工藝與熱固性玻璃鋼的基本相似。只要把進入模具前的浸膠方法加以改造，生產熱固性玻璃鋼的設備便可使用。生產熱塑性複合材料拉擠產品的增強材料有兩種：一種是經過浸膠的預浸紗或預浸帶，另一種是未浸膠的纖維或纖維帶。

5、焊接層合法

此法系利用熱塑性複合材料的可焊性，生產複合材料板材。其方法如下：先在工作台上壓鋪一層預浸料（一般寬500mm），鋪第二層浸料時，開動壓輥的焊接器，使預浸料進入壓輥下，焊接器使上下兩層預浸料在幾秒鐘內同時受熱熔化，當機器向前移動時，預浸料在壓輥的壓力（0.3MPa）作用下粘合成一體。如此重複，可生產任意厚度的板材。

6、熱塑性片狀模塑料製品衝壓成型工藝

熱塑性片狀模塑製品衝壓成型與熱固性SMC壓製成型不同，它要先將坯料預熱，然後再放放模具加壓成型。

7、熱塑性複合材料的連接技術

熱塑性複合材料的連接方法很多，舉例如下：

①鉚接 用於熱塑性複合材料鉚接用的鉚釘，一般都是用連續纖維增強熱塑性塑料製造，最好是用拉擠棒材製造。施工時，鉚釘預熱到可以加壓塑變的溫度，鉚釘與孔徑應能嚴密配合，不能大，也不能小。也可以用金屬螺栓。鉚接的優點是耐衝擊性好，無電化學腐蝕，價格便宜。

②焊接 熱塑性複合材料的焊接處理，是將被連接材料的焊接表面加熱到熔化狀態，然後搭接加壓，使之接成一體。複合材料焊接原理與塑料焊接相似，但必須注意焊接處的纖維增強效果不能降低很多。

③管件對接焊 熱塑性複合材料管的對接焊方法有直接對接和補強對接焊兩種。這種連接方法的優點是工藝簡單，可在現場施工，不需對管子進行機械加工，連接強度高，不易斷裂。缺點是成本高，工藝要求嚴格，要保證尺寸緊密配合。

④纏繞焊接 用預浸帶沿焊縫手工或機械纏繞，同是用火焰噴槍對接觸點加熱熔融，使之與被連接件粘牢。選擇預浸帶時，要注意纖維的方向和含量。此法較實用，被連接材料能保留較好的性能，但易出現加熱不均的現象。