懸浮液浸漬法是制備纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的一種相對新的工藝方法。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)纖維預浸帶或短切纖維復合材料粒料。另一種是由熱塑性樹脂粉末、短切增強纖維、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)有的造紙設備生產(chǎn)增強熱塑性片狀模塑料，進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，使附近的空氣電離，形成電離區(qū)，靜電電壓強度越大，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)化床工藝的基礎上，增加了靜電場的作用，使樹脂粉末帶電，從而大大增加了樹脂在增強體上的沉積和對增強體的附著作用。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)過擴散器被空氣吹松散后進入流化床，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。粉末浸漬技術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，同時使樹脂熔融浸漬纖維，從而得到需要的預浸帶。
　　（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纖維和樹脂纖維束緊密地合并成混合紗，再通過一個高溫密封浸漬區(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的大優(yōu)點是具有良好的加工性能，可以編織成各種復雜形狀，包括三維結構，也可以直接纏繞，制得性能優(yōu)良的復合材料制品。但由于制取極細的熱塑性樹脂纖維（＜10μm）非常困難，同時編織過程中易造成纖維損傷，限制了這一技術的應用。
　�。�7）纖維混編法
　　根據(jù)未經(jīng)任何化學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。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，以此代替增強纖維浸漬樹脂這一工序，此后再進入下一道加工工序的生產(chǎn)預浸漬材料的方法。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合材料。這種方法的優(yōu)點：一是可適應各種編織形式，為熱塑性樹脂基復合材料的設計提供了較大的自由度；二是自動化程度高；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，大大擴大了熱塑性樹脂基復合材料的范圍。
　　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纖維的一種方法；共編織法是用連續(xù)增強纖維和熱塑性樹脂纖維共同編織制成的共編織物。目前，復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纖維上。二維織物的制備主要通過將混雜后的復合紗或未經(jīng)混雜的樹脂纖維、增強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，將增強纖維與熱塑性樹脂短切纖維機械地結合起來而獲得的。在此類預浸漬材料中，增強纖維作為芯紗，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械的方式相互糾纏，形成覆蓋層，將增強纖維裹在中央，形成了具有包纏結構的線狀預浸漬材料（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。在此基礎上，將其進行纏繞或其他的紡織加工，可制得二維或三維形式的預浸漬材料，例如可編織成具有不同截面形狀的預成形件。包纏紗的結構良好的編織性能，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，即可制得復合材料構件，也可用于拉擠和纏繞。
　　（9）薄膜層疊法和鑲嵌法
　　該法實際上是纖維浸漬與復合材料成形同時完成。先將熱塑性樹脂熱熔制成襯有脫模紙的薄膜，鋪層時撕去脫模紙與織物或增強纖維交替鋪置，然后加熱加壓將樹脂壓入纖維區(qū)制成復合材料。該方法比較簡單，但用這種工藝制成的復合材料，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合材料很困難，且僅能用于模壓制品的加工。也有人認為，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)量的復合材料。例如，A10攻擊機的內(nèi)側(cè)襟翼的加強筋和蒙皮就是GF/PPS薄膜層疊預浸漬料預壓制的。
　�。�10）Atochem法
　　這個方法將黏附有熱塑性樹脂粉的增強纖維進一步密封包在同種樹脂或低熔點樹脂的套子里，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。這個方法稱作Atochem法。該方法的缺點是由密封纖維束制成的復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，由于不同的應用領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)纖維復合材料制造技術
　　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)量必須過某個臨界值時才能顯示一定的力學性能，因此具有商業(yè)價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，高熔體黏度導致纖維取向難于控制、無纖維填充空區(qū)以及高能源消耗。對于非連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料來說，這些問題非常值得關注。下面對一些經(jīng)常使用的非連續(xù)（短纖維和長纖維）纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的成形技術進行一些介紹。
　　1.注射成形技術
　　注射成形工藝是熱塑性樹脂基復合材料的主要加工方法之一，歷史悠久，應用廣。其優(yōu)點是成形周期短，能耗低，產(chǎn)品精度高，一次可成形復雜及帶有嵌件的制品，一模能生產(chǎn)幾個制品，生產(chǎn)效率高。缺點是不能生產(chǎn)高性能連續(xù)纖維增強復合材料制品以及對模具質(zhì)量要求較高。這種技術主要用來生產(chǎn)各種機械零件、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)特殊需求可以設計出各種模具構造，從而模具的設計和生產(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、排氣口和模具強度。下面將分別介紹注射成形加工工藝過程和相關模具部件。
　�。�1）注射成形過程
　　通過混合技術（如擠出混合技術）使纖維和基體達到均勻混合，得到固化后的均勻混合料后切成細粒并用于注射成形。在非連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料注射成形過程中，首先將粒料通過喂料口加進已加熱的注塑機料筒；在注塑機的料筒里，粒料中的基體被加熱到過其熔點（半晶態(tài)基體）或軟化點（無定形樹脂基體）的某一溫度；這個過程產(chǎn)生一個由軟化后的聚合物和增強纖維混合組成具有流動性的熔體；之后，這個熔體經(jīng)注射機螺桿轉(zhuǎn)動往前推進并繼續(xù)混合；后，這個熔體抵達料筒末端并在高壓下通過一個小小的噴嘴注塑到金屬模具中。這個模具在低于固化點的溫度下維持一定時間，當復合材料部件固化后，將模具打開并取出部件。這樣就完成了一個注射成形過程。然后，模具關閉準備下一個注塑循環(huán)。這個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
　　注射成形技術生產(chǎn)效率高，常用于大批量小型部件的生產(chǎn)。因為模具通常非常昂貴，生產(chǎn)要求高質(zhì)量的部件非常值得利用這項技術。這種成形技術已廣泛用于非連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料試樣和制品。注射成形工藝制備非連續(xù)纖維增強耐高溫熱塑性樹脂基復合材料的工藝參數(shù)如表5-20所示。一般來說，復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)纖維增強耐高溫熱塑性樹脂基復合材料注射成形工藝參數(shù)①
　　工藝參數(shù)機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)值往復式螺桿310～420℃適中適中345Pa 1～3 0.05～0.5
　�、俦颈韰�數(shù)是針對耐高溫熱塑性樹脂復合材料來說的，如PPS、PEEK、PEI、PAI和PES等。對于其他塑料如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，溫度太高會使塑料材料退化，溫度太低則加工成形困難。
　�。�2）半模
　　每個模具由兩個半模組成，它們夾在一起就構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，從一開始就應該考慮好制品需要的尺寸變化。在設計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，一個空的（或凹型的）半�？梢孕纬刹考�的外部形狀，所以叫做型腔。和它對應的半模是凸形的，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”有時可能產(chǎn)生誤導。例如，當我們說到磁盤或塑料刀的模具時，模具的兩個半模是相同的，都是凹型的。
　　型腔通常被認為是把樹脂注射進入模具的一端，所以也被叫做“熱端”。有時我們把它叫做“固定端”，因為它經(jīng)常被固定在注射機的定壓板上。通常型腔是由整塊材料構成的，其中包括許多鑲件。型腔里應該避免隆起的截槽，因為它們會在打開模具時阻止產(chǎn)品的彈出。如果產(chǎn)品設計需要這些截槽，型腔必須有拼塊允許產(chǎn)品的彈出。在打開模具的時候，我們可以用凸輪、桿或角度針來固定住拼塊。偶爾會使用兩個以上的拼塊，但由于模具構造復雜，這樣的情形很少。很重要的一點是樹脂的注入壓強在模腔中產(chǎn)生的力會有讓腔體打開的趨勢。在整塊材料構造條件下，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施來承擔，如當關閉模具的時候，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合材料的制備，但也是制備熱塑性樹脂基復合材料的制造技術之一。對于非連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復合材料，將復合材料原料（通常是粒料或切成的短棒）放進一個已加熱的模腔里，在壓力和溫度的作用下復合材料填充到模具的模腔中。這個工藝一般用于小規(guī)模制備熱塑性復合材料產(chǎn)品，而且較為特殊。模壓成形工藝如圖5-32所示。