
纖維增強複合材料(FRC)由兩種或以上組分構成:基體及增強材料。基體通常是聚合物、金屬或陶瓷,用於將增強材料粘結在一起,並保護其免受環境損害。增強材料通常是纖維——碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維——賦予複合材料強度及剛度。
FRC的製造工藝可分為四個主要步驟:纖維預處理、基體預處理、纖維浸漬及複合材料固結。
纖維預處理
此步驟涉及選定複合材料所用纖維的類型、形態及取向。纖維類型決定了複合材料的機械及熱性能——抗拉強度、模量、熱膨脹係數。纖維形態可以是連續的或非連續的,取決於複合材料所需的形狀及尺寸。纖維取向可以是單向、雙向或多向排列,取決於承載條件及設計需求。
基體預處理
此步驟涉及選定複合材料所用基體的類型及形態。基體類型影響化學及物理性能——耐腐蝕性、密度、熔點。基體形態可以是液態或固態,取決於加工方法及固化條件。液態基體通常是熱固性聚合物,需要通過加熱或化學試劑來固化及硬化;固態基體通常是熱塑性聚合物或金屬,需要通過加熱及加壓來熔化及流動成型。
纖維浸漬
此步驟將纖維與基體結合,形成預成型體或預浸料。預成型體是一種半成品,已具備最終複合材料的形狀及尺寸,但尚未固化或固結。預浸料則是一種預浸漬纖維,已部分固化或穩定化,可儲存以備後用。將纖維與基體浸漬結合的方法包括:手糊成型、噴塗成型、纏繞成型、拉擠成型、樹脂傳遞模塑、真空導入成型、熱壓罐成型、模壓成型、注塑成型及衝壓成型。
複合材料固結
最後一步是對預成型體或預浸料施加熱及壓力,使纖維與基體固化並粘結成堅固的複合材料。固化涉及化學反應,將基體的分子交聯成剛性網絡;粘結則涉及物理作用,使纖維與基體相互附著。這一固結過程決定了複合材料的品質及性能——包括孔隙含量、樹脂分佈、纖維體積分數、界面強度及殘餘應力。