懸浮液浸漬法是制備纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的一種相對(duì)新的工藝方法。這種工藝是將樹脂粉末及其他添加劑配制成懸浮液，增強(qiáng)纖維長絲經(jīng)過浸液槽中，在其中經(jīng)懸浮液充分浸漬后，進(jìn)入加熱爐中熔融、烘干。也可通過噴涂、刷涂等方法使樹脂粉末均勻地分布于纖維增強(qiáng)體中。經(jīng)過加熱爐處理后的纖維／樹脂束可制成連續(xù)纖維預(yù)浸帶或短切纖維復(fù)合材料粒料。另一種是由熱塑性樹脂粉末、短切增強(qiáng)纖維、分散劑、表面活性劑、絮凝劑、黏合劑、抗泡劑等組分組成的穩(wěn)定懸浮體系，再用造紙法利用現(xiàn)有的造紙?jiān)O(shè)備生產(chǎn)增強(qiáng)熱塑性片狀模塑料，進(jìn)而可用于模壓或其他各種加熱成形方法。這種方法工藝簡單，生產(chǎn)效率高，成本低，具有廣泛的適用性，可應(yīng)用于各種熱塑性樹脂基體，可有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量，適于生產(chǎn)大型制品，是一種很有發(fā)展前途的工藝方法。
　�、诹鲬B(tài)化床浸漬工藝
　　流態(tài)化床浸漬工藝是使每束纖維或織物通過一個(gè)有樹脂粉末的流態(tài)化床，樹脂粉末懸浮于一股或多股氣流中，氣流在控制的壓力下穿過纖維，所帶的樹脂粉末沉積在纖維上，隨后經(jīng)過熔融爐使樹脂熔化并黏附在纖維上，再經(jīng)過冷卻成形階段，使其表面均勻、平整，冷卻后收卷。這種工藝設(shè)備簡單、投資少、操作容易掌握，可以連續(xù)生產(chǎn)，樹脂利用率高，預(yù)浸樹脂含量可多可少，也適用于熱塑性樹脂和熱固性樹脂。
　　高分子聚合物特別是新型熱塑性樹脂，多是電阻率很高的電介質(zhì)，只有處在一個(gè)特殊的帶電環(huán)境中，才能帶上電荷。采用靜電發(fā)生器產(chǎn)生的電場(chǎng)，使附近的空氣電離，形成電離區(qū)，靜電電壓強(qiáng)度越大，空氣的電離程度越厲害，使帶電的空氣與樹脂粉末接觸，粉末即可帶電。靜電流態(tài)化床工藝是在流態(tài)化床工藝的基礎(chǔ)上，增加了靜電場(chǎng)的作用，使樹脂粉末帶電，從而大大增加了樹脂在增強(qiáng)體上的沉積和對(duì)增強(qiáng)體的附著作用。帶靜電荷的干燥樹脂粉末在氣流作用下翻騰，纖維事先經(jīng)過擴(kuò)散器被空氣吹松散后進(jìn)入流化床，帶靜電的粉末很快沉積于接地的纖維上（沉積量由流化床電壓和纖維通過的速率控制），再經(jīng)烘爐加熱熔化使粉末熔結(jié)在纖維的表面，后在成形過程中使纖維得以浸潤。
　　這種立藝能快速連續(xù)生產(chǎn)熱塑性浸漬帶，纖維損傷少，聚合物無降解，有成本低的潛在優(yōu)勢(shì)。粉末浸漬技術(shù)的不足之處是浸潤僅在成形加工過程中才能完成，且浸潤所需的時(shí)間、溫度、壓力均依賴于粉末直徑的大小及其分布狀況。
　�。�5）懸浮熔融法
　　根據(jù)樹脂情況選定合適的懸浮劑，配成懸浮液，讓纖維通過懸浮液，使樹脂粒子均勻地分布在纖維上，然后加熱烘干懸浮劑，同時(shí)使樹脂熔融浸漬纖維，從而得到需要的預(yù)浸帶。
　�。�6）混合紗法
　　混合紗法是將熱塑性樹脂紡成纖維或薄膜帶，然后根據(jù)含膠量的多少將一定比例的增強(qiáng)纖維和樹脂纖維束緊密地合并成混合紗，再通過一個(gè)高溫密封浸漬區(qū)，將樹脂纖維熔成連續(xù)的基體，該法的優(yōu)點(diǎn)是樹脂含量易于控制，纖維能得到充分的浸潤，因此，可以直接纏繞成形得到制件，是一種很有前途的方法�；旌霞喖夹g(shù)的大優(yōu)點(diǎn)是具有良好的加工性能，可以編織成各種復(fù)雜形狀，包括三維結(jié)構(gòu)，也可以直接纏繞，制得性能優(yōu)良的復(fù)合材料制品。但由于制取極細(xì)的熱塑性樹脂纖維（＜10μm）非常困難，同時(shí)編織過程中易造成纖維損傷，限制了這一技術(shù)的應(yīng)用。
　　（7）纖維混編法
　　根據(jù)未經(jīng)任何化學(xué)處理的紡織品具有良好的柔軟性和懸垂性的特征，開發(fā)了纖維混編技術(shù)。纖維混編法即先將熱塑性樹脂加工成纖維，該纖維再與增強(qiáng)纖維混編，編成帶狀、空心狀、二維或三維等幾何形狀的織物，以此代替增強(qiáng)纖維浸漬樹脂這一工序，此后再進(jìn)入下一道加工工序的生產(chǎn)預(yù)浸漬材料的方法。制得的混編織物使用非常方便，質(zhì)地柔軟，具有良好的成形加工性能，可編織成所要求的產(chǎn)品界面形狀，也可以直接使用。只要按要求鋪制成規(guī)定的厚度，加溫加壓冷卻后，即可制得所要求的復(fù)合材料。這種方法的優(yōu)點(diǎn)：一是可適應(yīng)各種編織形式，為熱塑性樹脂基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提供了較大的自由度；二是自動(dòng)化程度高；三是材料選擇范圍廣泛，任何可編織的纖維和可紡絲的樹脂都可用于混編，大大擴(kuò)大了熱塑性樹脂基復(fù)合材料的范圍。
　　混雜方法有拼捻法、纏繞纏織法和共編織法三種。拼捻法是將增強(qiáng)纖維與熱塑性樹脂纖維以單絲互相緊密地混雜；纏繞法是用熱塑性樹脂纖維纏繞增強(qiáng)纖維的一種方法；共編織法是用連續(xù)增強(qiáng)纖維和熱塑性樹脂纖維共同編織制成的共編織物。目前，復(fù)合紗的制備主要有兩種方式，一種是將多種纖維均勻地相互夾雜，另一種是將樹脂纖維纏繞在增強(qiáng)纖維上。二維織物的制備主要通過將混雜后的復(fù)合紗或未經(jīng)混雜的樹脂纖維、增強(qiáng)纖維紡織成二維織物。前者稱混雜編織織物，后者稱共編織物。
　�。�8）包纏紗法
　　包纏紗法就是以纖維的形式，按照所要求的比例，將增強(qiáng)纖維與熱塑性樹脂短切纖維機(jī)械地結(jié)合起來而獲得的。在此類預(yù)浸漬材料中，增強(qiáng)纖維作為芯紗，處于伸直的狀態(tài)且纖維之間保持平行，外層包覆著非連續(xù)纖維形式的熱塑性樹脂。熱塑性樹脂纖維以機(jī)械的方式相互糾纏，形成覆蓋層，將增強(qiáng)纖維裹在中央，形成了具有包纏結(jié)構(gòu)的線狀預(yù)浸漬材料（簡稱包纏紗）。在加熱將熱塑性樹脂熔融前，包纏紗可始終保持良好的柔性。在此基礎(chǔ)上，將其進(jìn)行纏繞或其他的紡織加工，可制得二維或三維形式的預(yù)浸漬材料，例如可編織成具有不同截面形狀的預(yù)成形件。包纏紗的結(jié)構(gòu)良好的編織性能，可以編織成各種織物，并以織物的形式直接使用。只要按要求鋪制成規(guī)定的形狀和厚度，加溫和加壓冷卻后，即可制得復(fù)合材料構(gòu)件，也可用于拉擠和纏繞。
　�。�9）薄膜層疊法和鑲嵌法
　　該法實(shí)際上是纖維浸漬與復(fù)合材料成形同時(shí)完成。先將熱塑性樹脂熱熔制成襯有脫模紙的薄膜，鋪層時(shí)撕去脫模紙與織物或增強(qiáng)纖維交替鋪置，然后加熱加壓將樹脂壓入纖維區(qū)制成復(fù)合材料。該方法比較簡單，但用這種工藝制成的復(fù)合材料，由于熔體的黏度太高，不能很好地浸漬織物或紗，因而要加工低孔隙含量的復(fù)合材料很困難，且僅能用于模壓制品的加工。也有人認(rèn)為，如果合理地選取壓制參數(shù)，則可以利用這種方法生產(chǎn)出高質(zhì)量的復(fù)合材料。例如，A10攻擊機(jī)的內(nèi)側(cè)襟翼的加強(qiáng)筋和蒙皮就是GF/PPS薄膜層疊預(yù)浸漬料預(yù)壓制的。
　　（10）Atochem法
　　這個(gè)方法將黏附有熱塑性樹脂粉的增強(qiáng)纖維進(jìn)一步密封包在同種樹脂或低熔點(diǎn)樹脂的套子里，形成連續(xù)柔軟的紗束，可以紡織成各種形式的織物，然后直接輔層成形。這個(gè)方法稱作Atochem法。該方法的缺點(diǎn)是由密封纖維束制成的復(fù)合板層可能包含有過多的富樹脂區(qū)。
　　就目前的工藝狀態(tài)看，上述各種浸漬工藝，沒有一種是十分完善的，或者明顯優(yōu)于其他的浸漬工藝，由于不同的應(yīng)用領(lǐng)域要使用不同的材料，必須根據(jù)所用的材料選取的
　　工藝。
　　5.4.2非連續(xù)纖維復(fù)合材料制造技術(shù)
　　在過去幾十年里，熱塑性塑料材料得到迅速發(fā)展并逐步實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。由于高分子材料的分子質(zhì)量必須過某個(gè)臨界值時(shí)才能顯示一定的力學(xué)性能，因此具有商業(yè)價(jià)值的熱塑性塑料材料幾乎都具有較高的黏度。而熱塑性塑料的工藝性與其高熔體黏度密切相關(guān)，高熔體黏度導(dǎo)致纖維取向難于控制、無纖維填充空區(qū)以及高能源消耗。對(duì)于非連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料來說，這些問題非常值得關(guān)注。下面對(duì)一些經(jīng)常使用的非連續(xù)（短纖維和長纖維）纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料的成形技術(shù)進(jìn)行一些介紹。
　　1.注射成形技術(shù)
　　注射成形工藝是熱塑性樹脂基復(fù)合材料的主要加工方法之一，歷史悠久，應(yīng)用廣。其優(yōu)點(diǎn)是成形周期短，能耗低，產(chǎn)品精度高，一次可成形復(fù)雜及帶有嵌件的制品，一模能生產(chǎn)幾個(gè)制品，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)是不能生產(chǎn)高性能連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制品以及對(duì)模具質(zhì)量要求較高。這種技術(shù)主要用來生產(chǎn)各種機(jī)械零件、建筑制品、家電殼體、電器部件、車輛配件等。注射成形工藝的核心是模具。不同的產(chǎn)品可以有無限多的形狀，根據(jù)特殊需求可以設(shè)計(jì)出各種模具構(gòu)造，從而模具的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)也是多種多樣的。模具很多參數(shù)是共同和基本的：半模、澆口、熱交換系統(tǒng)、表面處理、排氣口和模具強(qiáng)度。下面將分別介紹注射成形加工工藝過程和相關(guān)模具部件。
　�。�1）注射成形過程
　　通過混合技術(shù)（如擠出混合技術(shù)）使纖維和基體達(dá)到均勻混合，得到固化后的均勻混合料后切成細(xì)粒并用于注射成形。在非連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料注射成形過程中，首先將粒料通過喂料口加進(jìn)已加熱的注塑機(jī)料筒；在注塑機(jī)的料筒里，粒料中的基體被加熱到過其熔點(diǎn)（半晶態(tài)基體）或軟化點(diǎn)（無定形樹脂基體）的某一溫度；這個(gè)過程產(chǎn)生一個(gè)由軟化后的聚合物和增強(qiáng)纖維混合組成具有流動(dòng)性的熔體；之后，這個(gè)熔體經(jīng)注射機(jī)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)往前推進(jìn)并繼續(xù)混合；后，這個(gè)熔體抵達(dá)料筒末端并在高壓下通過一個(gè)小小的噴嘴注塑到金屬模具中。這個(gè)模具在低于固化點(diǎn)的溫度下維持一定時(shí)間，當(dāng)復(fù)合材料部件固化后，將模具打開并取出部件。這樣就完成了一個(gè)注射成形過程。然后，模具關(guān)閉準(zhǔn)備下一個(gè)注塑循環(huán)。這個(gè)工藝過程的示意圖如圖5-31所示。
　　圖5-31注射成形工藝示意圖
　　注射成形技術(shù)生產(chǎn)效率高，常用于大批量小型部件的生產(chǎn)。因?yàn)槟＞咄ǔ７浅０嘿F，生產(chǎn)要求高質(zhì)量的部件非常值得利用這項(xiàng)技術(shù)。這種成形技術(shù)已廣泛用于非連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料試樣和制品。注射成形工藝制備非連續(xù)纖維增強(qiáng)耐高溫?zé)崴苄詷渲�基�?fù)合材料的工藝參數(shù)如表5-20所示。一般來說，復(fù)合材料由于纖維的存在成形溫度要高于基體本身的成形溫度，并隨纖維含量的增加成形溫度一般需要略有增加。
　　表5-20非連續(xù)纖維增強(qiáng)耐高溫?zé)崴苄詷渲�基�?fù)合材料注射成形工藝參數(shù)①
　　工藝參數(shù)機(jī)器類型加工溫度成型壓力螺桿速度后推壓力壓縮比收縮率/%
　　數(shù)值往復(fù)式螺桿310～420℃適中適中345Pa 1～3 0.05～0.5
　�、俦颈韰�數(shù)是針對(duì)耐高溫?zé)崴苄詷渲瑥?fù)合材料來說的，如PPS、PEEK、PEI、PAI和PES等。對(duì)于其他塑料如PP、PE和PA等，加工溫度要低得多，如尼龍的加工溫度在250℃左右，溫度太高會(huì)使塑料材料退化，溫度太低則加工成形困難。
　�。�2）半模
　　每個(gè)模具由兩個(gè)半模組成，它們夾在一起就構(gòu)成了模具的模腔空間。模具內(nèi)形貌與后成形的產(chǎn)品形貌正好相反。從模腔中間的隔層去掉一些材料可以很容易增大制品的尺寸。相反地，要給模腔中間隔層加一些材料來減小制品的尺寸卻是非常困難的。所以，從一開始就應(yīng)該考慮好制品需要的尺寸變化。在設(shè)計(jì)中我們可以一開始使用較小的模具空間，然后再逐步增大它。通常，一個(gè)空的（或凹型的）半模可以形成部件的外部形狀，所以叫做型腔。和它對(duì)應(yīng)的半模是凸形的，形成部件的內(nèi)部形狀，所以把它叫做型芯。然而，“型腔”和“型芯”有時(shí)可能產(chǎn)生誤導(dǎo)。例如，當(dāng)我們說到磁盤或塑料刀的模具時(shí)，模具的兩個(gè)半模是相同的，都是凹型的。
　　型腔通常被認(rèn)為是把樹脂注射進(jìn)入模具的一端，所以也被叫做“熱端”。有時(shí)我們把它叫做“固定端”，因?yàn)樗��?jīng)常被固定在注射機(jī)的定壓板上。通常型腔是由整塊材料構(gòu)成的，其中包括許多鑲件。型腔里應(yīng)該避免隆起的截槽，因?yàn)樗鼈儠?huì)在打開模具時(shí)阻止產(chǎn)品的彈出。如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)需要這些截槽，型腔必須有拼塊允許產(chǎn)品的彈出。在打開模具的時(shí)候，我們可以用凸輪、桿或角度針來固定住拼塊。偶爾會(huì)使用兩個(gè)以上的拼塊，但由于模具構(gòu)造復(fù)雜，這樣的情形很少。很重要的一點(diǎn)是樹脂的注入壓強(qiáng)在模腔中產(chǎn)生的力會(huì)有讓腔體打開的趨勢(shì)。在整塊材料構(gòu)造條件下，產(chǎn)生的力被腔體壁承受，在有拼塊的型腔中，力必須由型腔外部的一些輔助設(shè)施來承擔(dān)，如當(dāng)關(guān)閉模具的時(shí)候，固定在模具旁孔邊的楔子就可以鎖住半膜。
　　2.模壓成型
　　盡管模壓成形常用于熱固性樹脂基復(fù)合材料的制備，但也是制備熱塑性樹脂基復(fù)合材料的制造技術(shù)之一。對(duì)于非連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂基復(fù)合材料，將復(fù)合材料原料（通常是粒料或切成的短棒）放進(jìn)一個(gè)已加熱的模腔里，在壓力和溫度的作用下復(fù)合材料填充到模具的模腔中。這個(gè)工藝一般用于小規(guī)模制備熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品，而且較為特殊。模壓成形工藝如圖5-32所示。