碳纤维增强复合材料的研制

碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的特种纤维。碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90%以上，成为最主要的品种。

 

1.1聚丙烯腈基碳纤维的制备

 

聚丙烯基碳纤维是继粘胶基碳纤维后第二个开发成功的碳纤维。它是目前各种碳纤维中产量最高品种最多发展最快技术最成熟的一种碳纤维。

 

聚丙烯腈（PAN）是由（AN）聚合而成的链状高分子。

 

由于PAN在它的熔点317℃以前就开始热分解，因此不能采用熔融纺丝而只能通过溶剂进行湿法或干法纺丝。

 

聚丙烯腈碳纤维的生产过程分三步：(1)预氧化；(2)高温碳化处理；（3）高温石墨化处理。

 

(1)  聚丙烯腈原丝的预氧化

 

预氧化的目的就是为了防止原丝在碳化时熔融，通过氧化反应使得纤维分子中含有羟基，羰基，这样可在分子间和分子内形成氢键，从而提高纤维的热稳定性。在聚丙烯腈纤维预氧化过程中可能发生的主要化学反应和氧化脱氢反应。

 

分析结果表明在大约200℃左右约有75％氰基发生了化学反应。未环化的杂化发生氧化脱氢反应，使纤维中结合一部分氧。一般认为，在制造聚丙烯腈碳纤维时，纤维仅需要部分氧化，含氧量在5％~10％较好。预氧化采用的方法有两种：空气氧化法和催化法。

 

原丝在200~300℃空气中预氧化时，其颜色从白→黄→棕→黑，说明聚合物发生了一系列的化学变化，并开始形成石墨微晶结构。催化环化是将聚丙烯腈原丝在225℃的SnCl4二苯醚溶液中催化成环。催化法有可能使部分氰基未被氧化，造成结构缺陷。目前工业生产上普遍采用的是空气预氧化法。

 

同时为了提高碳纤维的力学性能，在原丝预氧化时同时采用引力牵伸。

 

(2)预氧化的碳化

 

预氧化的碳化一般是在惰性气氛中，将预氧丝加热至1000~1800℃，从而除去纤维中的非碳原子(如H，O，N等) 。生成的碳纤维的含碳量约为95％。碳化过程中，未反应的聚丙烯腈进一步环化，分子链间脱水，脱氢交联，末端芳构化成氨。随着温度的进一步升高，分子链间的交联和石墨晶体进一步增大。碳化温度对碳纤维的力学性能有很大的影响。在碳化过程中，拉伸强度和弹性模量随温度的升高而升高。但在拉伸强度在1400℃左右达到最大值。这是由于随温度的提高，碳纤维中的石墨晶体增大，定向程度提高，因而拉伸模量升高而拉伸强度趋于下降。

 

(3)PAN的石墨化                                                                  石墨化过程是在高纯度惰性气体保护下于2000~3000℃温度下对碳纤维进行热处理。碳纤维经石墨化温度处理后，纤维中残留的氮，氢等元素进一步脱除，六角碳网平面环数增加，并转化为类石墨结构。                                                          在PAN石墨纤维的制备中，牵伸贯穿生产全过程。不仅在生产PAN原丝时需要多次牵伸。牵伸使微晶沿纤维轴向择优取向，微晶之间堆积更加紧密，从而使密度和模量提高。

 

1.2聚丙烯腈基碳纤维的结构

 

碳纤维是由片状石墨微晶沿纤维轴向方向堆砌而成的所谓“乱层”结构，通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大[7]。碳纤维各层面间的间距约为3.39～3.42.，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。

 

 1.3聚丙烯腈基碳纤维性能特征

 

   碳纤维的化学性能与碳十分相似，在空气中当温度高于400℃时即发生明显的氧化，氧化产物CO2、CO在纤维表面散失，所以其在空气中的使用温度不能太高，一般在360℃以下。但在隔绝氧的情况下，使用温度可大大提高到1500℃～2000℃，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度，因而碳纤维忌径向强力（即不能打结）。碳纤维有通用型（GP）、高强型（HT）、高模型（HM）、高强高模（HP）等多种规格，其性能指标见表3。

 

   碳纤维有如下的优良特性：① 比重轻、密度小；②超高强力与模量；③ 纤维细而柔软；④ 耐磨、耐疲劳、减震吸能等物理机械性能优异；⑤ 耐酸、碱和盐腐蚀可形成多孔、表面活性、吸附性强的活性炭纤维；⑥ 热膨胀系数小，导热率高，不出现蓄能和过热；高温下尺寸稳定性好，不燃，热分解温度800℃，极限氧指数55；⑦导电性、X射线透过性及电磁波遮蔽性良好；⑧ 具有润滑性，不沾润在熔融金属中，可使其复合材料磨损率降低；⑨ 生物相容性好，生理适应性强。碳纤维力学性能主要是抗张强度、弹性模量和断裂伸长等3个参数，变异系数即CV值= 标准偏差/平均值×100(%) ，碳纤维的 CV值是设计构建的一项重要指标，如果碳纤维的CV值较小，涉及碳纤维拉伸强度等利用率高，可充分发挥其增强效果。在使用碳纤维时，大多制造成复合材料的结构件。对于同一性能的结构件，碳纤维的CV值越小，用量少，增强效果好；如果CV值较大，用量较多，构件笨重，增强效果差。表4为民用碳纤维的力学性能[9]。

 

1.4聚丙烯腈基碳纤维的相关标准

 

  目前，我国针对碳纤维的性能及其在复合材料中的应用，制定了相关标准，现行碳纤维相关标准有：GB/T 3362—2005碳纤维复丝拉伸性能试验方法，适用于1K～12K碳纤维复丝浸胶后测定其拉伸强度、拉伸弹性模量和断裂伸长率。GB 3362—1982碳纤维复丝纤维根数检验方法（显微镜法），是适用于测定碳纤维复丝中的纤维根数。GB 3364—1982碳纤维直径和当量直径检验方法（显微镜法），适用于测定圆形截面碳纤维的直径和异形截面碳纤维的当量直径。GB 3365—1982碳纤维增强塑料孔隙含量检验方法（显微镜法）用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的孔隙含量。GB/T 3355—2005碳纤维增强塑料树脂含量试验方法，适用于硫酸在一定条件下能使树脂基体完全分解又过分地腐蚀纤维的碳纤维增强塑料GB 3366—1996碳纤维增强塑料纤维体积含量试验方法，适用于测定单向、正交及多向铺层的碳纤维增强塑料的纤维体积含量。QJ 3074—1998碳纤维及其复合材料电阻率测试方法，适用于航天产品用碳纤维及碳纤维复合材料电阻率的测试目前，碳纤维产业正处于上升期，随着碳纤维工业的发展和技术的进步，我国碳纤维的产量会增加，质量会提高，品种也会有所增多，碳纤维性能也必将进一步提高，工业要求也将越来越高，为确保材料、产品、过程能够符合需要，也必须制定更新、更跟得上时代要求的标准。

 

2． 热固性酚醛树脂

 

2.1合成原理

 

  在NH4OH、NaOH或NaCO3等碱性物质的催化下，过量的甲醛与苯酚（其摩尔比大于1）反应生成热固性酚醛树脂。其反应过程如下：在碱性催化剂存在下使反应介质PH大于7，苯酚和甲醛首先发生加成反应生成一羟甲基苯酚：

 

  室温下，在碱性介质中的酚醇是稳定的，一羟甲基苯酚中的羟甲基与苯酚上的氢的反应速度比甲醛与苯酚的邻位和对位上的氢的反应速度小，因此一羟甲基苯酚不容易进一步缩聚，只能生成二羟甲基苯酚和三羟甲基苯酚：

 

  当以上反应生成的羟甲基苯酚受热后，又可发生羟甲基苯酚上的羟甲基与苯酚上的氢的缩合反应生成次甲基桥，或发生羟甲基与羟甲基之间的缩合反应形成醚键连接，以上产物继续受热会进一步缩合。　如果反应更深入，则会发生交联，最终形成体型结构的大分子，这在树脂生产阶段是应当避免的。所以应严格控制得到具有类似下列结构的产物：其中n=4—10，m=2——5。

　　这是含有羟甲基的线型或支链型酚醛树脂，由于分子中含有羟甲基，它们在受热情况下会进一步相互缩合形成高度交联的体型结构产物，因此，这些含有羟甲基的酚醛树脂是热固性树脂。

 

2.2热固性酚醛树脂的性能及生产特点

 

   热固性酚醛树脂具有良好的综合性能，用途广泛，在防腐工程中以涂料、胶泥、塑料和玻璃钢等多种形式应用。

 

2.2.1热固性酚醛树脂的性能

   （一）良好的工艺性能

　　根据需要可以制成具有各种不同粘度的酚醛树脂以适应各种不同的应用场合，一般分为高粘度、中粘度和低粘度三种。高粘度树脂适用于制备挤压石墨制品，其中较低粘度的树脂适用于制造石棉酚醛塑料和酚醛清漆。中粘度树脂适用于制作酚醛胶泥和酚醛玻璃钢。低粘度树脂适用于浸渍石墨，也可以用来制作玻璃钢。

　　在热固性酚醛树脂中，由于其大分子中存在的羟甲基的缩合作用而使树脂的粘度增长较快，最终形成体型结构产物。在热固性酚醛树脂中加入苯甲醇可以相对地减少树脂分子中羟甲基的缩合反应；从而延长树脂的贮存期，一般苯甲醇的用量为树脂量的10%。

　　（二）良好的耐蚀性能

　　固化后的酚醛树脂的结构主要是苯酚基通过次甲基桥连接的网状结构，是一种较为稳定的化学结构。然而，由于结构中存在大量苯环，在苯环上能发生硝化反应和磺化反应，因此它不能耐浓硫酸和硝酸等强氧化性介质。强氧化性酸之外，酚醛树脂几乎能耐一切酸，如任何浓度的盐酸、稀硫酸、大部分的有机酸以及酸性气体和PH<7,的酸性盐溶液等。

　　酚醛树脂的耐碱性差，即使在室温，稀碱就能将它破坏。这是因为酚醛树脂的结构中含有许多酚基，这些苯环上的羟基具有弱酸性，羟基上的氢能被钠所取代生成水溶性的酚钠产物，为提高酚醛树脂的耐碱性，可使二氯丙醇与酚醛树脂进行醚化反应，消耗一部分羟基，　　据报导，用20%的二氯丙醇醚化后的酚醛树脂固化后可在100℃下耐浓度为30%的NaOH水溶液。此外，在酚醛树脂中添加环氧树脂改性，也可提高其耐碱性，同时还可提高它的粘结性和降低收缩率。

 

（三）其它性能

　　固化后的酚醛树脂一般可在120℃下长期使用，具有良好的耐热性能。其耐热性优于环氧树脂和不饱和聚酯树脂。

酚醛树脂的某些性能很不理想，例如：树脂固化时的体积收缩率较大，树脂与玻璃纤维的粘结性较差，固化后产物较脆，延伸率低等。

　　这些问题可以通过一系列的改性措施来解决。

 

2.2.2热固性酚醛树脂的生产特点

    热固性酚醛树脂产品可以是固体状、乳液状，或酒精与水的溶液，根据其工业用途而定。热固性树脂的性能与酚与醛的配比、催化剂的种类及制造方法有关。

 

 

    制造铸型树脂或木材黏结剂时，常按1mol苯酚与1.5～2mol甲醛配比，采用氢氧化钠、氢氧化钾等催化剂。用于制造各种层压制品的热固性酚醛树脂所用配比为6mol酚类与7mol甲醛，并以氨水为催化剂，酚类可用苯酚、甲酚等。制造模塑粉及其他常用的Resole型树脂的配方、特点及应用见表3-3。

 

 

    催化剂对结构、相对分子质量分布均有影响，常用催化剂有氢氧化钠、碳酸钠、碱土金属氧化物和氢氧化物、氨水、六亚甲基四胺和叔胺。有时使用的催化剂要在反应结束后除去，尤其在对电性能、耐老化和耐湿性要求高时。一般，氢氧化钠、碳酸钠常保留在树脂溶液中；应用钙、钡氧化物和氢氧化物时，常在反应后加硫酸或通CO2，使其沉淀除去；叔胺可蒸馏除去。

    生产模塑粉用的热固性酚醛树脂有多种形态和原料,

    热固性酚醛树脂的生产工艺流程，基本上与热塑性酚醛树脂相同，但因这类树脂易反应过度转化为乙阶(B阶)，甚至丙阶(C阶)，而固化于反应釜内，所以在反应釜的容积上，一般不宜太大，多限于1～5m3以便于反应的控制。

 

生产固体Resole型树脂，其具体操作工艺亦大体与前述生产固体Novolak型树脂的一致。须特别注意的有：①缩聚反应温度要稍低，一般不超过93℃；②温度控制要更严格准确；③反应进程及终点控制要更及时；④脱水阶段的真空度要更高，时间要更短。其操作温度与时问关系的变化轨迹(操作曲线)见图中，将其与生产热塑性酚醛树脂的关系曲线图3—3进行对比，可以明显看出上述的一些特点。

 

当需生产热固性酚醛树脂溶液时，则在树脂脱水到达终点后，向反应釜夹套内通人冷却水使物料降至接近常温，再加入乙醇并不断搅拌使形成均匀溶液。此种溶液一般是配成50%左右的浓度。可用于制造酚醛层压塑料的浸渍树脂以及酚醛涂料和黏结剂的基料。

 

 

图制备热固性酚醛树脂的操作温度曲线

 

装料阶段；δB-将混合物料加热到沸腾阶段；Bτ-沸腾阶段；τg-在开始干燥时将树脂进行冷却阶段；ge-干燥阶段；e-树脂的卸出

    热固性酚醛树脂乳液的生产特点是缩聚控制在反应物系不完全分层的阶段，然后仅进行部分脱水。所得乳液态黏稠状树脂液主要用于浸渍纤维状及碎屑状填料。由于不需消耗溶剂，故生产成本较低，且更符合环保要求。其主要缺点是游离酚及低分子缩聚物含量高，存放期短，稳定性差。介绍一个生产实例如下。

 

配方(质量份)：苯酚100，甲醛(37 %)40.5，氢氧化钠1.0。

    其工艺过程为：先将苯酚、甲醛及氢氧化钠水溶液加入反应釜内，然后搅拌并加热到60℃，当反应液温度上升到96～98℃时，开始沸腾，沸腾持续时问lOOmin；当取样测定物料的黏度达到(1.50～2.50)×10-1Pa•s后，应在40kPa的真空下将物料冷却到70～80℃，并使缩聚反应停止，此时物料黏度达到0.8～1Pa•s。然后冷却，去掉真空，将物料放入澄清槽中，澄清时间不少于12h，分离出树脂上层水后即可用来浸渍填料，这种树脂的游离酚含量小于9%，在150℃时的聚合速度为75～95s。

 

 

 

2.3 酚醛树脂结构分析

 

　

合成的酚醛树脂在3360 cm( -OH)附近和1596cm 1(苯基)处均有强吸收峰在757cm -1处酚环以邻位2邻位方式结合有一强吸收峰[2] ,可以初步判断上述四种合成产物均为热固性酚醛树脂。

 

在1153cm -1处吸收峰很小,说明分子结构中几乎不存在醚键 -CH2 -O-CH2 -,3360 cm -1处苯环上-OH的伸缩振动吸收峰,1234 cm -1处酚羟基的P-Oh伸缩振动吸收峰表明合成过程中酚羟基不参与反应。产物的分子结构可以用式(1)表示

 

  由酚醛树脂红外光谱图上羟甲基的吸收带 (1015 cm 1)和苯基的吸收带(1596 cm 1)处的吸光强度 ,可以计算出酚醛树脂的羟甲基指数[3,4] :

 

GPC分析:采用Waters1515、2414型GPC分析仪对在不同中温反应时间下合成的树脂检测结果见 Fig. 2。由Fig. 2可知,随着合成过程中中温反应阶段,酚醛树脂预聚体的分子量增大, M. zPM w的比值加大,即结构式  (1)中的n值增大,树脂的反应活性降低。

 

 　聚速、黏度、固含量、游离醛、游离酚理化指标检测结果与分析:不同反应时间合成树脂的聚速、黏度、固含量、游离醛、游离酚理化指标检测结果及羟甲基指数、GPC 测试结果对比汇总于Tab. 2 。随着合成反应时间的延长,酚醛的黏度增大、游离醛和游离酚降低、残碳率略有增加、合成产物聚速减小,即树脂的反应活性降低,与2. 1. 1 节、2. 1. 2 节分析相对应。这些性能的改变,是由树脂的分子结构和分子量分布决定的。因此,对于具有高邻位结构的可发性热固性酚醛树脂,分子量、分子量分散系数的大小,可以作为其化学反应活性评判的依据,即.Mw < 400 、.Mz P.Mw < 1160为高活性,适用于高压喷涂; .Mw > 480 、.Mz P.Mw > 1180为低活性,适用于大块模发;介于两者之间为中活性, 适用于低压连续灌注成型泡沫塑料。

 

2.4影响热固性酚醛树脂反应的主要因素

 

 1.催化剂

    常用的催化剂有NaOH、Ba(OH)2、NH40H和碳酸钠等。NaOH是作用最强的催化剂，因此应用时采用较低的浓度(0.1%)，其特点是它对加成反应有很强的催化效应，初始缩聚物在反应介质中具有很强的溶解性。其缺点是NaOH催化的树脂中游离碱含量高，使树脂的色泽、耐水性、介电性能等较差。因而通常在脱水干燥过程中用弱有机酸(乳酸、苯甲酸、草酸等)来进行中和。

 

 

    Ba(OH)2•8H2O的碱性较弱，是较为缓和的催化剂，应用时采用较大的浓度(1%～5%)，也常与其他催化剂一起使用。缩聚结束后，一般用C02即可使之中和，在最终树脂产物中残存的不溶解的惰性钡盐不会影响树脂的介电性能和化学稳定性。

    NH4OH通常应用其25%的水溶液，在热固性酚醛树脂中应用最广，其量为苯酚的1.5%左右为宜。反应中它与甲醛缩合成乌洛托品(六亚甲基四胺，HMTA)，因此也可用HMTA代替NH4OH。NH4OH是弱碱，催化性能缓和，因此生产过程容易控制，同时残留的催化剂也容易除去，可提高树脂的介电性能。缺点是在热压时，在模压(或层压)制品中放出氨而发生膨胀现象。

 

 

    2.原料比的影响

    生产热固性酚醛树脂，原料酚和醛的理论用量接近摩尔比F：P=1.5：1，可得到理想的交联体，但实际上甲醛往往稍不足，以便于树脂的生产和加工。树脂性能将随配比的变化而变化，随着醛量的增加，可提高树脂的滴点、黏度、硬化速度以及树脂的收率，同时游离酚含量减少

    用作模塑粉和层压塑料用的热固性酚醛树脂，通常是采用等物质量的甲醛和苯酚或甲醛过量不多，例如为7：6条件下缩聚的。

 

3.原料化学结构的影响

    热固性酚醛树脂常用各种酚与甲醛合成，不同类型的酚与甲醛反应活性不同，酚类的性质对热固性酚醛树脂的缩聚反应速度和树脂的固化速度有很大的影响，在树脂形成阶段，缩聚反应速度不仅与原料酚的官能度有关，而且还与酚的结构有关，凡能对苯环上的羟基或对位的氢原子起活化作用的取代基都会使缩聚反应速度增大，取代酚的活性按下列顺序递减(以苯酚的反应速度为“1”计)。

 

 

       3，5-二甲酚>间甲酚>2，3，5-三甲酚>苯酚>3，4-二甲酚>邻甲酚>2，5-二甲酚>2，6-二甲酚

          (0.8)             (2.9)            (1.5)             (1.9)         (0.8)               (O.8)           (O.7)           (O.2)   

 

    若酚羟基的邻位或对位取代后，由于酚环的活性点减少，通常只能制得热塑性树脂，难于固化。在工业上常用来合成酚醛树脂的其他酚类有甲酚、对叔丁基酚和对苯基酚等，用对叔丁基酚和对苯基酚制备的热固性酚醛树脂，在干性油中有较好的溶解性能，常用来制备涂料。

 

     除甲醛外，还可用糠醛、乙醛等醛类化合物生产热固性酚醛树脂。相比之下，糠醛因结构中不仅有醛基还有双键，所以反应活性较大。乙醛的反应能力低于甲醛，生产过程较易控制。

 

3．聚丙烯腈基碳纤维增强热固性酚醛树脂

 

聚丙烯腈基碳纤维增强热固性树脂复合材料指的是由碳纤维作增强体，热固性树脂作为基质的一类复合材料，是目前使用最为广泛的树脂基复合材料。

 

3.1 聚丙烯腈基碳纤维增强热固性酚醛树脂原理

 

预浸料    在复合材料成形中，许多情况下都需要使用预浸料。通常预浸料指的是由纤维(连续单向纤维、织物等)浸渍树脂后得到的半干态，具有一定黏性的片状材料。预浸料按纤维物理形态不同，可分为单向纤维预浸料和织物预浸料。单向纤维预浸料可按使用要求对纤维增强复合材料进行铺层设计，调整预浸料纤维方向、单层厚度和层数，可优化复合材料性能。织物预浸料的优点是便于铺叠操作。根据浸渍树脂的形式，预浸料的制备可分为湿法和干法。干法生产的预浸料挥发分含量低，用它制备的纤维增强复合材料孔隙少，力学性能好。

 

由于采用预浸料在工艺和力学性能方面均有许多优点，所以用预浸料制造的纤维增强复合材料制件越来越多，80％以上的炭纤维增强复合材料都是采用预浸料制造的。

 

多向编织技术    利用多向编织技术可实现的纤维编织物包括：各种截面的型材，不同形式的板材以及复杂几何形状的纤维编织物。多向编织技术甚至可按实际零件的复杂形状制成整体织物和在不同方向加筋形式的三向四向……七向织物。多向纤维编织物可利用不同成形技术成形最终制件。多向编织复合材料的最大特点是具有高度的整体性和力学结构合理性等(见碳纤维多向编织物)。

 

热固性酚醛树脂复合材料成型工艺    碳纤维增强热固性树脂复合材料的成型工艺包括：袋压成型、模压成型、纤维缠绕成型、拉挤成型、树脂传递成型以及膨胀弹性模成型。

 

袋压成型    包括压力袋、真空袋和真空袋一热压罐成型法。最大优点是仅用一个模具就可得到形状复杂、尺寸较大、质量较好的制件。真空袋一热压罐法是生产高质量纤维增强复合材料制件的主要方法。基本工艺过程是将预浸料按尺寸裁剪、铺贴，然后将预浸料叠层和其他工艺辅助材料组合在一起，构成一个真空袋组合系统，在热压罐中于一定压力和温度下固化成型成最终制件。由于袋内抽真空，所以能排除物料内的空气及挥发物，从而获得低孔隙含量的高性能复合材料制件。

 

模压成型    适用于生产量大，尺寸要求精确的制品。模压成型的模具由阴、阳模两部分组成，两者匹配形成一个制品成型腔。在模压成型复合材料中，增强材料一般为短切纤维毡、连续纤维毡和织物。

 

纤维缠绕成型    这一技术主要用于生产各种旋转截面制件，如筒、罐、管、球、锥等。另外，飞机机翼及翼梁、机身等非圆形件也可用缠绕法生产。缠绕成型包括纤维缠绕成型和预浸带缠绕成型。前者是纤维在缠绕到模芯前通过一个树脂槽浸胶。模芯不断地转动，纤维经过喂纱嘴以不同速度上下移动以使纤维能缠绕在模芯的适当位置。缠绕产品的一个典型例子是火箭发动机，它的基本要求是：内表面尺寸精度要高、质量轻、结构整体性好以及成本低。预浸带缠绕成型使用预浸带代替纤维，由于使用了预浸带从而可更有效地控制制件中树脂分布和纤维体积含量，也使整个制造过程更清洁。

 

缠绕工艺的几个重要工艺参数是缠绕张力、缠绕角、缠绕速度及树脂固化条件等。

 

拉挤成型    用于连续生产纤维复合材料型材。主要过程是依靠牵引将原材料通过一定型面的加热模，完全复合、成型和固化。拉挤成型工艺简单、效率高。拉挤法制备制件时，增强纤维沿轴向平行排列，能有效地利用其强度，采用纤维毡增强材料可制备各向同性制件，采用编织带可提高制件的横向强度。拉挤成型的关键是固化的控制。固化反应放热峰出现太早制件易开裂、翘曲；出现太迟，制件固化不完全，易分层。这取决于型材形状和加热方式，拉挤速度在1.5～60m/h。

 

树脂传递成型    包括压力传递、真空传递以及压力真空传递成型。主要是通过真空或(和)外压使树脂进入密封模具浸渍纤维，固化获得制件。树脂传递成型中采用的增强体一般为纤维织物或纤维毡。树脂主要为聚酯和环氧，工艺黏度应控制在300～600Pa•s。

 

树脂传递的优点是制件表面很光滑，尺寸精度高和重复性好以及可精确地控制增强材料含量。

 

膨胀弹性模成型特别适用于复杂结构的纤维增强复合材料制件的整体成型。它是靠弹性模的热膨胀产生和传递压力。可分为闭模法和半闭模法。膨胀弹性模具主要由刚性外模和弹性芯模组成。外模常为金属模，芯模常采用膨胀硅橡胶。

 

热固性复合材料的特性    包括以下方面的特性。

 

力学性能碳纤维增强热固性酚醛树脂树脂复合材料是复合材料中发展最迅速、应用最广泛的一类复合材料。它的突出优点是比强度及比模量高。因此炭纤维增强热固性树脂复合材料制件在强度和刚度相同的情况下，结构重量可以减轻，尺寸比金属件小。复合材料力学性能依据增强材料的形式、数量等的变化而变化。表2给出了几种单向炭纤维和织物增强复合材料的力学性能。