纖維增強材料的材料特性，導致其常用的基本成型工藝有如下幾種：手糊成型工藝、拉擠成型工藝、纏繞成型工藝、模壓成型工藝。

（一）手糊成型工藝

1．手糊成型法原理

手糊成型工藝又稱接觸成型，是樹脂基復合材料生產中最早使用和應用最普遍的一種成型方法。手糊成型工藝是以加有固化劑的樹脂混合液為基體，以玻璃纖維及其織物為增強材料，在涂有脫模劑的模具上以手工鋪放結合，使二者粘接在一起，制造玻璃鋼制品的一種工藝方法。基體樹脂通常采用不飽和聚酯樹脂或環氧樹脂，增強材料通常采用無堿或中堿玻璃纖維及其織物。在手糊成型工藝中，機械設備使用較少，它適于多品種、小批量制品的生產，而且不受制品種類和形狀的限制。

2.成型工藝流程圖

手糊成型工藝的流程是：先在清理好或經過表面處理的模具成型面上涂抹脫模劑，待充分干燥好后，將加有固化劑（引發劑）、促進劑、顏料糊等助劑并攪拌均勻的膠衣或樹脂混和料，涂刷在模具成型面上，隨后在其上鋪放裁剪好的玻璃布（氈）等增強材料，并注意浸透樹脂、排除氣泡。重復上述鋪層操作，直到達到設計厚度，然后進行固化脫模、后

3.成型設備

手糊成型工藝所用的設備較少，制作模型的設備有木工車床、木工刨床、木工圓鋸；脫模一般會用到空氣壓縮機、吊裝設備等。

（二）模壓成型法

1．模壓成型法原理

熱固性模壓成型是將一定量的模壓料加入預熱的模具內，經加熱加壓固化成型塑料制品的方法。其基本過程是：將一定量經一定預處理的模壓料放入預熱的模具內，施加較高的壓力使模壓料填充模腔。在一定的壓力和溫度下使模壓料逐漸固化，然后將制品從模具內取出，再進行必要的輔助加工即得產品。

2.成型工藝流程圖

模壓成型工藝主要分為壓制前的準備和壓制兩個階段，其工藝流程見圖1. 2

3.成型設備

(1)浸膠機

制備膠布的主要設備是浸膠機，由送布架、熱處理爐、浸膠槽、烘干箱和牽引輥等幾部分組成。根據熱處理爐和烘干箱放置的位置，可以分為臥式浸膠機和立式浸膠機兩種。

(2)預浸料機組

這一方法所用設備有切割機、捏合機和撕松機。常用的切割機類型有沖床式、砂輪片式、三輥式和單旋轉刀輥式。捏合機的作用是將樹脂系統與纖維系統充分混合均勻。混合槳一般都采用Z槳式結構。在捏合過程中主要控制捏合時間和樹脂系統的粘度這兩個主要參數，有時在混料室結構中裝有加冷熱水的夾套，以實現混合溫度的控制。混合時間愈長，纖維強度損失愈大，在有些樹脂系統中，過長的捏合時間還會導致明顯的熱效應產生。混合時間過短，樹脂與纖維混合不均勻。樹脂粘度控制不當，也影響樹脂對纖維的均勻浸潤及滲透速度，而且也會對纖維強度帶來一定的影響。

撕松機的主要作用是將捏合后的團狀物料進行蓬松。撕松機主要由進料輥和一對撕松輥組成，通過撕松輥的反向運動將送入的料團撕松。

(3)片狀模塑料機組

一個完整的SMC機組，大體由機架、輸送系統、PE薄膜供給裝置、刮刀、玻璃纖維切割器、浸漬和壓實裝置、收卷裝置等7個主要部分和玻璃纖維紗架、樹脂糊的制備及喂入系統、靜電消除器等3個必備輔助系統組成。

(4)壓機

壓機是模壓成型的主要設備。壓機的作用是提供成型時所需要的壓力以及開模脫出制品時所需的脫模力，現大多采用液壓機。

（三）纏繞成型法

1．纏繞成型法原理

纖維纏繞工藝是樹脂基復合材料的主要制造工藝之一。是一種在控制張力和預定線型的條件下，應用專門的纏繞設備將連續纖維或布帶浸漬樹脂膠液后連續、均勻且有規律地纏繞在芯模或內襯上，然后在一定溫度環境下使之固化，成為一定形狀制品的復合材料成型方法。

2.成型工藝流程圖

纖維纏繞成型工藝示意圖如圖1. 4所示：

3.成型設備

纖維纏繞機是纖維纏繞技術的主要設備，纖維纏繞制品的設計和性能要通過纏繞機來實現。按控制形式纏繞機可分為機械式纏繞機、數字控制纏繞機、微機控制纏繞機及計算機數控纏繞機，這實際上也是纏繞機發展的四個階段。目前最常用的主要是機械式和計算機數控纏繞機。纖維纏繞機是纖維纏繞工藝的主要設備，通常由機身、傳動系統和控制系統等幾部分組成。輔助設備包括浸膠裝置、張力測控系統、紗架、芯模加熱器、預浸紗加熱器及固化設備等。

（四）拉擠成型工藝

1．拉擠成型原理

拉擠成型工藝是通過牽引裝置的連續牽引，使紗架上的無捻玻璃纖維粗紗、氈材等增強材料經膠液浸漬，通過具有固定截面形狀的加熱模具后，在模具中固化成型，并實現連續出模的一種自動化生產工藝。

對于固定截面尺寸的玻璃鋼制品而言，拉擠工藝具有明顯的優越性。首先，由于拉擠工藝是一種自動化連續生產工藝，與其它玻璃鋼生產工藝相比，拉擠工藝的生產效率最高；其次，拉擠制品的原材料利用率也是最高的，一般可在95％以上。另外，拉擠制品的成本較低、性能優良、質量穩定、外表美觀。由于拉擠工藝具有這些優點，其制品可取代金屬、塑料、木材、陶瓷等制品，廣泛地應用于化工、石油、建筑、電力、交通、市政工程等領域。

2.成型工藝流程圖

增強材料（玻璃纖維無捻粗紗、玻璃纖維連續氈及玻璃纖維表面氈等）在拉擠設備牽引力的作用下，在浸膠槽充分浸漬膠液后，由一系列預成型模板合理導向，得到初步的定型，最后進入被加熱了的金屬模具，模具高溫的作用下反應固化，從而可以得到連續的、表面光潔、尺寸穩定、強度極高的玻璃鋼型材。

3．成型設備

實現拉擠工藝的設備主要是拉擠機，拉擠機大體可分為臥式和立式兩類。一般情況下，臥式拉擠機結構比較簡單，操作方便，對生產車間結構沒有特殊的要求。而且臥式拉擠機可以采用各種固化成型方法（如熱模法、高頻加熱固化等），因此它在拉擠工業中應用較多。立式拉擠機的各工序沿垂直方向布置，主要用于制造空心型材，這是由于在生產空心型材時芯模只能一端支承，另一端為自由無支承端，因此立式拉擠機不會因為芯模懸臂下垂而造成拉擠制品壁厚不均勻；這種拉擠機由于局限性較大，生產的產品單一，己經不再使用。無論是臥式還是立式拉擠機，它們都主要由送紗裝置、浸漬裝置、成型模具與固化裝置、牽引裝置、切割裝置等五部分組成，它們對應的工藝過程分別是排紗、浸漬、入模與固化、牽引、切割。

FRP 模具制作工藝是以液態的環氧樹脂與有機或無機材料混合作為基體材料,并以原型為基準,手工逐層糊制模具的一種制模方法。手糊成型FRP 模具的具體工藝過程如下:

(1) 分型面的設計

分型面設計是否合理,對工藝操作難易程度、模具的糊制和制件質量都有很大的影響。一般情況下,根據原型特征,在確保原型能順利脫模及模具上、下兩部分安裝精度的前提下,分型面的位置及形狀應盡可能簡單。因此,要正確合理地選擇分型面和澆口的位置,嚴禁出現倒拔模斜度,以免無法脫模。沿分型面用光滑木板固定原型,以便進行上下模的分開糊制。在原型和分型面上涂刷脫模劑時,一定要涂均勻、周到,須涂刷2～3 遍,待前一遍涂刷的脫模劑干燥后,方可進行下一遍涂刷。

(2) 涂刷膠衣層

待脫模劑完全干燥后,將模具專用膠衣用毛刷分兩次涂刷,涂刷要均勻,待第一層初凝后再涂刷第二層。膠衣為黑色,膠衣層總厚度應控制在016mm 左右。在這里要注意膠衣不能涂太厚,以防止表面裂紋和起皺。

(3) 樹脂膠液配制

根據常溫樹脂的粘度,可對其進行適當的預熱。然后以100 份WSP6101 型環氧樹脂和8～10 份(質量比) 丙酮(或環氧丙烷丁基醚) 混合于干凈的容器中,攪拌均勻后,再加入20 份～25 份的固化劑(固化劑的加入量應根據現場溫度適當增減) ,迅速攪拌,進行真空脫泡1min～3min ,以除去樹脂膠液中的氣泡,即可使用。

(4) 玻璃纖維逐層糊制

待膠衣初凝,手感軟而不粘時,將調配好的環氧樹脂膠液涂刷到膠凝的膠衣上,隨即鋪一層短切氈,用毛刷將布層壓實,使含膠量均勻,排出氣泡。有些情況下,需要用尖狀物,將氣泡挑開。第二層短切氈的鋪設必須在第一層樹脂膠液凝結后進行。其后可采用一布一氈的形式進行逐層糊制,每次糊制2～3 層后,要待樹脂固化放熱高峰過了之后(即樹脂膠液較粘稠時,在20 ℃一般60min 左右) ,方可進行下一層的糊制,直到所需厚度。糊制時玻璃纖維布必須鋪覆平整,玻璃布之間的接縫應互相錯開,盡量不要在棱角處搭接。要嚴格控制每層樹脂膠液的用量,要既能充分浸潤纖維,又不能過多。含膠量高,氣泡不易排除,而且固化放熱大,收縮率大。含膠量低,容易分層。第一片模具固化后,切除多余飛邊,清理模具及另一半原型表面上的雜物,即可打脫模劑,制作膠衣層,放置注射孔與排氣孔,進行第二片模具的糊制。待第二片模具固化后,切除多余的飛邊。為保證模具有足夠的強度,避免模具變形。可適當地粘結一些支撐件、緊固件、定位銷等以完善模具結構。

(5) 脫模修整

在常溫(20 ℃左右) 下糊制好的模具,一般48h 基本固化定型,即能脫模。在脫模時,嚴禁用硬物敲打模具,盡可能使用壓縮空氣斷續吹氣,以使模具和母模逐漸分離。脫模后視模具的使用要求,可在模具上做些鉆孔等機械加工,尤其是在澆注或注塑時材料不易充滿的死角處,在無預留氣孔的情況下,一定要鉆些氣孔。然后進行模具后處理,一般用400 # ～1200 # 水砂紙依次打磨模具表面,使用拋光機對模具進行表面拋光。所有的工序完成之后模具即可交付使用。

需要注意的幾點，一，母模要光滑，第二，脫模劑要均勻，第三，做第一層的時候不能有氣泡，第四，要仔細打磨，當然中間還有很多細節的東西，不可能一一列舉

玻璃鋼層壓成型工藝

層壓成型是將預浸膠布按照產品形狀和尺寸進行剪裁、疊加后，放入兩個拋光的金屬模具之間，加溫加壓成型復合材料制品的生產工藝。它是復合材料成型工藝中發展較早、也較成熟的一種成型方法。該工藝主要用于生產電絕緣板和印刷電路板材。現在，印刷電路板材已廣泛應用于各類收音機、電視機、電話機和移動電話機、電腦產品、各類控制電路等所有需要平面集成電路的產品中。

層壓工藝主要用于生產各種規格的復合材料板材，具有機械化、自動化程度高、產品質量穩定等特點，但一次性投資較大，適用于批量生產，并且只能生產板材，且規格受到設備的限制。

層壓工藝過程大致包括：預浸膠布制備、膠布裁剪疊合、熱壓、冷卻、脫模、加工、后處理等工序

一種新型FRP制品能夠解決傳統層壓板或濕法手糊系統無法解決的許多結構修復和翻新工程方面的問題。QuakeWrap公司總裁Mo Ehsani教授討論了這種“超級層壓板”的優勢。

20世紀80年代晚期，亞利桑那大學的研究者們首次開始纖維增強復合材料（FRP）層壓板外部粘結加固的研究，并發表了第一篇論文。1989年Loma Prieta地震中，許多橋梁倒塌以后，加州交通部開始尋求橋墩的加固方案。于是，該研究小組第一次將他們的研究成果付諸實踐，即用FRP從外面包裹住這些橋墩。當初被許多人懷疑的這種不同尋常的方法，自那時起逐漸成為世界范圍內用于結構修復和翻新的主流技術。

針對FRP制品的全球性研究風潮和開發行動，引發了大量國際性研討會的召開，以及美國土木工程學會（ASCE）《復合材料建筑》（Journal of Composites for Construction）雜志在1997年的創刊。FRP制品的高拉伸強度、輕量、耐久性和多功能性使其成為許多翻新工程的首選材料。

全世界有大量的建筑、橋梁、管道采用FRP制品進行過修復。隨著設計規范的發表，FRP不再是一種實驗性產品，而是受到良好認可的建筑材料。目前采用的FRP制品形式可以分為兩類：

◆ 織物

◆ 預固化制品

織物在該領域內具有最廣泛的用途，主要采用濕法手糊工藝安裝。該方法需要由受過專門培訓的技術人員準備好樹脂，然后用樹脂浸漬織物，最后再將其鋪放到結構部件上。織物在固化前必須認真去除其中的所有氣泡。因此，手糊FRP制品的最終強度主要取決于安裝質量。

預固化制品是在工廠內制成的，質量可控且穩定。較高的纖維/樹脂比也為這些制品提供了高于手糊制品的強度和硬度。預固化制品有加強筋和單向層壓帶兩種類型。后者寬度通常在75-100毫米（3-4英寸）之間，厚度大約為1.3毫米（0.05英寸）（圖1）。在建筑修復領域，通常使用環氧膠將層壓帶粘結在結構部件的外表面上。

圖1 .從左至右：碳纖維和玻纖超級層壓板；碳纖維層壓帶

雖然層壓帶相對于手糊制品具有安裝簡便、強度高的優點，但其應用相對來說還是有限的，原因有兩個：

◆ 帶有單向增強材料的層壓帶只適用于梁和平板的彈性增強，以及某些梁的剪切增強；

◆ 層壓帶的硬度不允許它們卷成直徑小于750毫米（30英寸）的卷。（后面將談到，這是其無法涉足某些應用的主要限制。）

目前用于生產層壓帶的設備和技術不適合制造大型層壓板。因此，解決層壓帶的上述缺陷很有必要。

超級層壓板

20年來，建筑工程師一直在濕法手糊工藝中采用織物或直接使用層壓帶。這些材料本身就存在局限，從而限制了結構工程師為某些應用提出經濟高效的解決方案。

“超級層壓板”是新一代的FRP制品，由作者開發的這一材料克服了層壓帶的上述缺陷。下文將會講到，這些制品解決了多年來困擾工程師和建筑專家的問題。某些情況下，沒有超級層壓板就不可能有解決方案。

超級層壓板采用專門的設備制成。寬達1.5米（60英寸）的碳纖維板或玻纖織物由樹脂浸漬后，通過一個壓床時，在均勻的熱量和壓力下，形成層壓板。超級層壓板（圖1）相對于傳統層壓材料具有三大優勢。首先，單向或雙軸向織物使層壓板同時具有橫向和縱向的強度，這一巨大優勢使其進入許多新的應用領域。第二，它們比傳統層壓帶薄得多，基本厚度為0.66毫米（0.025英寸），可以很容易卷成直徑為300毫米（12英寸）甚至更小的卷。最后，鋪層的數量和模式可以調節，從而生產出完全定制的產品，節約大量的制造時間和成本（圖2）。

管道的增強

ASCE于2009發布的關于美國基礎設施的報告指出，管道的泄漏每天導致大約70億加侖（260億升）的清潔飲用水白白流失。此外，輸水管網和石油、化工、電力行業的許多管道都出現了老化，需要修復或增強。

這些管道通常承受著一定的壓力，鋼筋混凝土中增強材料的老化或厚度的減小，使得管道對內部環向應力的抵抗強度下降。如果不加留意，發生故障的后果是非常嚴重的，可能會使整個地區被水淹沒，或者導致工廠的緊急停機。

過去的管道增強方法是在管道內表面鋪設一層或多層碳纖維織物。這些織物可以在環向和縱向為管道提供足夠的強度。但是，濕法手糊工藝速度緩慢，工期長，這是該方法的主要缺陷，特別是在管道比較長的情況下。

超級層壓板相對于濕法手糊系統具有幾大優勢。首先，產品的機械性能可以在安裝到管道內之前進行獨立測試，以便剔除有瑕疵的產品。這一點手糊方法是做不到的。在后面介紹的案例中，樣品先在安裝現場制備好，幾天后才進行測試。如果有質量問題，就會浪費大量的時間和金錢。超級層壓板在生產工廠內就進行質量控制，能夠為工地直接供應成品。

第二，超級層壓板大大縮短了施工時間，因為最耗時的工作（即織物的浸漬和氣泡的消除）是在制造工廠內完成的，而不是在管道內。QuakeWrap公司銷售的層壓板商標為PipeMedictm，可以根據每個工程的需要提前生產，通過人工檢修口置入管道內。層壓板的彈性很好，可以卷成小卷穿過直徑為600毫米（24英寸）的人工檢修口。進入管道后，卷就會自動打開，超級層壓板的彈性效應使其緊貼管道內壁——就像一個受壓的彈簧。沒有氣泡需要去除。安裝現場也不需要大型樹脂設備。

第三，一種層壓板中可以采用多層織物，進一步縮短施工時間。例如，為防止鋼質管道發生電偶腐蝕而進行的加固，通常需要在管道內壁先鋪設一層玻纖織物，然后再鋪設碳纖織物。這種防護層可以在生產過程中直接置入超級層壓板中，從而避免在現場鋪設兩層織物的麻煩，只需要一層超級層壓板即可。在其他應用中，可能需要不止一層碳纖維織物進行加固，同樣，多層的織物也可以結合到一片層壓板中。

以上方法為極大地提高了管道翻新的效率，通常可以節約80%以上的施工時間。修復時間的顯著縮短，使大型翻新工程得以實施。例如，水務部門不可能承受傳統濕法手糊修復所需要的長時間的停機。

安裝時，首先在超級層壓板的反面涂覆一層環氧樹脂膠，然后將其粘貼到管道內壁（圖3）。由于超級層壓板是預固化的，因此省略了除泡過程。在不同直徑的管道內，卷起的超級層壓板可以很容易地緊貼在管壁上。超級層壓板可以一環一環地沿著管道鋪設，環的寬度最寬達1.5米（60英寸）。環的連續性依靠環向和縱向上充分的重合長度來實現。因此，管道內會很快形成一個在環向和縱向都具有足夠強度的壓力容器。這是窄的單向層壓帶迄今都無法實現的。

成卷的層壓板可以放入管道內，并粘貼在管壁上

如果管道直徑較小，人無法進入，可以采用“打包”方法來進行修復。將超級層壓板切割成合適的長度，涂上環氧樹脂膠，包覆在一個圓柱形的結構（其外側帶有一個密封的氣囊）上，然后用繩子系住。整個組合放入管道內后，借助閉路攝像機，將其拉到所需的位置。此時，氣囊就會膨脹，使超級層壓板粘附到管壁上。幾分鐘后，待氣囊內的氣體泄出，即可將圓柱結構移出管道。
超級層壓板對于管道直徑的適用性，即“一種尺寸行天下”，為承包商節約了大量的時間和成本。目前市場上銷售的大多數以內襯形式修復或加固管道的產品，具有統一的直徑，不能用于不同尺寸的管道內。

混凝土方柱的修復

在方形柱體外側包裹FRP（甚至鋼材）護套效果并不好。因為柱角可以很好地封閉起來，但側面的密封效果相對而言并不好。因此，主要的問題就是如何在方形柱子周圍制造一個圓柱形的FRP護套。

當然，可以使用一個臨時的框架在方柱周圍澆筑混凝土使其變成圓柱，移走框架后，再用FRP包裹住圓柱。但是這種方法非常耗時，成本又高。

混凝土方柱上包裹一層連續的超級層壓板，

形成一個圓柱結構的護套。

重疊相接部分通常是超級層壓板寬度的一半，在本案例中也就是300毫米（12英尺）。在護套背面涂上一層環氧樹脂膠，將其一圈圈卷至柱子頂端。為防止頂端在彈性效應下散開，可以用一根浸潤過樹脂的纖維帶在護套頂端纏繞幾圈。

這樣形成的堅固無縫的結構護套在橫向和縱向上都具有一定的強度和硬度。超級層壓板中的縱向纖維為柱子的側面（環向）提供保護；沿柱子軸向排列的橫向纖維有300毫米的重疊長度，為柱子提供連續的增強。螺旋升角導致的性能的輕微下降可以通過簡單的幾何學計算出來。護套和柱體之間的環形間隙可以用樹脂或水泥灰漿填充起來，如有需要，可以施加壓力，以進一步加固柱體。

實際上，這種方法也可用于腐蝕老化圓柱的加固。現在，腐蝕的鋼柱一旦修復，就要澆筑一層混凝土使其恢復原來的圓柱形狀，然后再使用FRP織物進行包覆。超級層壓板可以省略這一步驟，因為它可以直接包覆在表面不平整的柱體外側，形成一層光滑的圓柱形外殼。外殼與圓柱之間的空隙可以注入樹脂或填充灰漿。

鋼柱的修復

在腐蝕性工業環境中（例如采礦），鋼柱會由于腐蝕導致性能損失，令人擔憂。即使在未發生腐蝕時，彎曲載荷往往也限制了鋼柱的性能。據說，超級層壓板出現之前，還沒有使用FRP對其進行加固的先例。

與混凝土柱體的加固方法相同，鋼柱也可以采用連續護套來進行加固，環形空隙用灰漿來填充（圖5）。這樣形成的復合材料（混凝土+鋼）柱體具有較大的承載能力，而且抗壓性能和彎曲載荷都有提升。

鋼柱包裹在由超級層壓板制成的圓柱形無縫結構護套內

水下樁的修復

世界各地有各種橋梁、碼頭和海上平臺都是由樁支撐的。這些樁的浪濺帶要經受干濕循環腐蝕，很快就會發生老化。過去人們開發了許多商業化的修復系統。這些系統大多包括兩個半殼，通常采用玻纖增強材料制成，并定制成一定的尺寸。這些護套是預先制造的，由大型貨箱運到工地現場。在現場，護套放置在樁的周圍后，用鋼質螺栓或鋼帶固定在一起。最后，環形空隙之間用灰漿填充，外殼或者移走，或者留在原地。

這些系統有三大缺陷。第一，需要提前制定安裝日程，并定制符合特定樁尺寸的護套。第二，潛水員需要大量的時間來協助水下的安裝工作。第三，護套上存在縱向接縫，灰漿不能在這樣的薄弱面施壓。如果后者導致結構上的缺陷，那么就會增加前兩項工作的施工成本。

與上述柱體加固的方法相似，“無縫”護套可以在現場制造（圖6）。QuakeWrap公司提供的這種產品商標為PileMedictm。一卷超級層壓板就可為各種尺寸和形狀的樁制成圓柱形的護套。如果現場條件允許，可以先從水上部分（樁的干燥位置）開始制造護套。轉完幾圈之后形成的一部分護套可以慢慢放入水下，同時工人可以繼續制造水位之上剩余部分的護套。涂覆在護套上的耐潮濕環氧膠可以在水中固化。這大大簡化了水下樁的護套制造過程。

由上至下：在鋼管周圍用超級層壓板制成一個連續的PileMedictm護套；

環形間隙用水泥灰漿填充；修復后的樁。

護套制造完成后，護套和樁之間的環形間隙從上下兩端密封，可采用類似自行車輪胎的橡膠袋。環形間隙下端的密封是最難的，可能需要潛水員的協助。然后，在環形間隙內填充灰漿或樹脂，如有需要，還要施加壓力，保證其充滿老化樁的所有孔隙和裂縫。壓力還會使樁的環向加固，從而提高其軸向載荷能力。

獨特的解決方案

在FRP用于結構修復和加固的20年之后，作者開發了這種超級層壓板FRP制品。這種產品是一項重大的技術進步，解決了許多修復和翻新工程中傳統層壓板和濕法手糊系統不能解決的難題。由于篇幅限制，本文只介紹了一部分應用案例，某些情況下，這些解決方案提供了以前不可能實現的解決方案。希望這一技術繼續發展，FRP制品在建筑工程中的應用越來越廣泛