【塑料干货】碳纤维增强热塑性塑料成型工艺简介

热压罐成型是目前应用最为广泛的树脂基复合材料整体化成型工艺，其成型原理是利用热压罐内的高温压缩气体对铺放好的预浸料进行加热、加压处理，使材料固化成型。

尽管热压罐成型的应用范围较广、成型制品质量稳定，但是由于投资巨大、成本过高，不符合复合材料的快速、低沉本、低污染制造的发展理念。

拉挤成型是一种连续制造复合材料构件的工艺方法，可用来制造恒定截面的构件。其工艺流程是先将碳纤维在树脂中浸润，然后使其在牵引设备的作用下通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的复合材料。

拉挤成型工艺具有自动化程度高、 能耗损失较少、 制品质量稳定、 原料耗费低以及制品中纤维含量较高等优点。 然而， 拉挤成型工艺最大的缺点是产品形状单调， 只能生产线形型材， 无法构造复杂形状的结构件， 而且产品的性能具有各向异性， 材料垂直于纤维的横向强度不高， 这极大限制了材料的应用范围。

缠绕成型是先将浸渍树脂的连续纤维预热， 并缠绕到芯模上， 在缠绕的过程中持续加热， 再通过施加压力使预浸料熔接为一体， 逐层粘合，冷却后得到相应构件制品。

缠绕成型工艺的优点在于可以通过改变缠绕规律来发挥碳纤维的强度优势， 且易于实现机械化生产， 其不足之处在于纤维在缠绕过程中不能紧贴芯模表面， 因此制备具有凹面的零部件较为困难，并且缠绕机的成本较高。

自动纤维铺放是一种从缠绕成型发展而来的先进快速成型技术，可分为自动纤维丝铺放(AFP)技术和自动纤维带铺放(ATL)技术，多用于航空航天领域。自动纤维铺放技术具有生产效率高、 自动化程度高、 易于数字化设计的优点。

超声波快速固结成型是一种先进的复合材料成型技术， 其常与AFP和ATL技术共用， 用来替代传统热源， 其超声波的频率一般在20～120kHz。

超声波固结类似于利用超声波在两层或多层材料间进行焊接， 其原理是超声波在层间界面之间的传递， 由于界面焊区声阻较大， 局部区域温度上升， 而树脂的导热性差， 热量会逐渐在焊区聚集， 两层树脂的接触面迅速熔融， 并在压力下融成一体， 待超声波停止作用后， 保持压力使界面凝固成型。

超声波快速固结成型技术具有能耗较低、 成本少、 效率高及自动化的特点， 适用于大批量生产经超声波固结加工的材料。

激光固结成型技术常与AFP，ATL技术联用， 用激光来代替高温气体热源， 能够减少能耗、 降低污染、 节约物料， 并且可以加快复合材料的铺层速率， 提高自动化生产效率， 特别是在飞机的尾翼、 机身等材料的制备上都已经得到广泛应用。

电子束固结成型技术是一种无需热压的新型固结成型技术， 高能电子束通过与介质的碰撞将能量在短时间内传递给介质分子， 从而产生物理化学变化， 引发聚合物分子交联，从而使材料固化。

电子束固结技术可以与缠绕成型、纤维自动铺放成型、 树脂传递模塑(RTM)等多种工艺相结合， 实现自动化生产。 电子束固结可以在室温下进行， 这能够消除了复合材料成型中的热应力， 并且这种技术还具有成本小、污染低、效率高的优点。

真空辅助成型是从RTM工艺发展而来的新型大型复合材料结构件制造技术， 具有低成本、 高性能、高效率等特点。 真空辅助成型的主要原理是利用真空负压排出纤维中的气体， 实现树脂的流动与渗透来浸渍碳纤维， 在真空下固化成复合材料构件，是一种新型的大型复合材料制件的低成本液体模塑成型技术。

3D打印技术是一种通过数字化控制系统，采用逐层打印的方式来构造三维材料实体的增材制造技术，具有自动化、智能化、精确化以及高  效化的特点。近年来，随着3D打印技术的蓬勃发展，利用3D打印技术制备碳纤维增强热塑性复合材料已经成为学术界研究的热点，其中选择性激光烧结(SLS)和熔融沉积 成型(FDM)是目前应用最为广泛的技术。

近年来，4D打印技术也开始崭露头角，4D打印是指通过3D打印制备的结构在特定的外界条件(温度、 湿度等)刺激下， 按照预先设计自组装与变形， 无需人为干涉， 即通过3D打印制造随时间产生变化的物质。