4.6.4缠绕成型法
缠绕法能得到最高的比强度，并达到最高的玻璃纤维含量（可达到85%）。缠绕制品都是对内径有要求而对外径无限制的。连续的玻璃纤维在缠绕前经过树脂浴，然后缠绕在转动的型芯上（图4-16）。缠绕的纤维可以是单丝，可以是纤维束，也可以是预先编织好的带。缠绕的制品固化后将型芯脱除，或将型芯抽出，或将型芯破碎。有些情况下型芯也是制品的一个组成部分，例如压力容器。缠绕角（?）对制品性能有很大影响（见图4-17）。缠绕角指纤维与型芯轴线的夹角。这一夹角的正切等于型芯的周长与缠绕螺距之比。随缠绕角的增大，侧向强度提高而径向强度降低。缠绕角对两个主要方向上模量的影响见图4-17(b)。
图4-17 缠绕角及其对强度的影响
4.6.5拉挤成型
拉挤法的前半部分与缠绕法相似，一束长纤维被拉过树脂浴，并使之完全浸润。被浸润的纤维随后被引入一个成型模具。在经过模具时，同时发生树脂的固化与成型。从模具出口出来的已经是成品的型材了。这种方法与热塑性塑料挤出成型十分相似，适用于生产固定截面的制品，制品截面可以是任意形状。图4-18(a)是拉挤工艺的示意图，4-18(b)是一种代表制品的截面。这种T型材的材料是石墨纤维增强环氧树脂，用作飞机结构的加强筋。4-18(c)是T型材上的纤维取向。所用纤维束为12K。型材由8层预浸片组成，各层上的纤维取向依次为0°，90°，+45°，?45°，+45°，?45°，90°和0°。两层不同取向的纤维是用聚酯线缝在一起的，0°（长度方向）与90°（宽度方向）的两层间是织在一起的，用这两种方法将各层纤维按各自的位置结合在一起。纤维体积占54%。纤维编织、预浸、叠合、成型一次完成。从这一T形型材所演示的工艺可以看出，先进的拉挤技术可以基本省掉复合材料加工中的手工操作。同时由于使用了纤维编织和纤维取向设计，保证了能够获得所设计的性能。在拉挤过程中还可以用超声技术探测是否存在孔穴或分层。这种实时反馈使操作人员可以随时更正或中断生产，以免造成过多的残次品。
图4-18 (a)拉挤工艺示意图；(b)一种型材截面；(c)型材各层纤维取向
4.6.6纤维编织
增强纤维可以多种形式存在于基体之中。短纤维往往是无规取向的。这种纤维易于与基体混合，所得复合材料一般为各向同性的。而长纤维或纤维束则会造成复合材料的各向异性。如果纤维是单轴取向的，平行于纤维方向的强度与模量极高，而垂直于纤维方向的性质就很差。单轴取向玻璃纤维的环氧树脂的强度与纤维取向的关系见图4-19a。按照纤维与外力的夹角标识纤维的取向。与外力平行为0°，与外力垂直为90°。为了适应不同的受力情况，可以将不同取向的纤维迭合在一起。简单的可以为0°与90°交错，复杂些的可以按0°，45°，90°或0°，30°，60°，90°多种取向（图4-19b）。通过不同取向纤维层的迭合，至少可以保证在两维上各向同性。为了得到三维各向同性，需要预先将纤维编织，使之在三维方向上的取向均等。今天已有计算机控制的编织设备，可以将纤维编织成三维正交结构，见图4-20。可供编织的纤维很多，有碳纤维、玻璃纤维、氧化铝、碳化硅与芳香尼龙纤维等。如果将纤维编织成一定截面的连续制件，就称为编辫。如果是围绕一个转动的型芯编织，就很像上面讲到的缠绕工艺。用编辫预制件可以制造出许多形状的制品，见图4-21。
图4-19 （a）纤维取向与复合材料的强度关系(b)纤维单维取向与二维取向
图4-20 三维编织纤维示意
图4-21 编辫法制造的制品形状
4.7碳基复合材料
碳碳复合材料的基体是碳，用碳纤维增强的复合材料。碳的熔点在3000°C以上，高于绝大多数金属材料和陶瓷材料。更可贵的是，温度越高，碳材料的强度越高。碳碳复合材料
还具有生物相容性、自润滑性和耐热冲击性。由于比重低，具有很高的比强度。碳很容易氧化，需要涂层的保护。涂层一般使用碳化硅。但无论是耐高温性还是化学稳定性，碳材料本身都胜过涂层。所以涂层既保护了碳材料，又限制了碳材料的使用。尽管如此，碳碳复合材料仍是在极高温度下使用的首选材料。
制造碳碳复合材料的第一步同树脂基复合材料相同，是先用树脂浸渍碳纤维。预浸料可用涂敷法、真空成型法或压制法成型，制成所需形状，并使树脂固化。固化后的预制体需要在高温下进行碳化，脱除非碳成分。在碳化过程中，材料会失去重量，密度降低，在体内出现空隙与裂缝。因此，初步碳化的复合材料必须再次进行浸渍，再次碳化。有时需要反复多次，才能得到密实、高强度的材料。为保证碳碳复合材料的质量，对浸渍材料有一定要求。树脂应当是低粘度的，与碳纤维有一定相容性。应当使用热固性树脂，保证在加热过程中完全固化，不能有熔融现象。树脂的含碳量越高，碳化或石墨化时出现的空隙越少，所以含碳量越高越好。最常用的是含大量芳环的热固性树脂，如酚醛、呋喃树脂、或高芳环含量的煤焦油、沥青等原料。
碳碳复合材料最显赫的应用是宇宙飞船重返大气层的尖锥。重返温度高达1650°C，碳尖锥在服役期间不仅毫无损伤，而且使用一次相当于热解一次，强度会逐次提高。尖锥是用两层的预浸布制造的。先用石墨纤维布浸饱酚醛树脂，进行高温热解，驱除气体和水分后酚醛树脂也转化为石墨。这一阶段的复合材料是比较软的。将此材料浸渍糠醇后再热解，浸渍三次，热解三次，使其密度、强度和模量逐次提高。再在表面涂以二氧化硅和三氧化二铝，烧结后就在表面上形成一层碳化硅涂层。最后，再用硅酸四乙氧酯浸渍表面，水解、干燥后又使涂层含有一定量的二氧化硅。
利用碳碳复合材料的高导热系数（240W/m?K）可以制造飞机和赛车的刹车片，利用它的生物相容性和低维性，可以制造人造肢体，超音速飞机上的涡轮也用碳碳复合材料制造。制造这种材料时，使用聚丙烯腈纤维，让它同基体一同热解，同时炭化和石墨化。
碳碳复合材料密度只有 1.3。其强度与模量可根据用途在较大范围内调节。普通碳碳复合材料的室温强度为450MPa，连续纤维材料的强度为600MPa，“先进” 碳碳复合材料的强度可以高达2100MPa。典型的模量值在125~175GPa的范围内。由于碳基体与碳纤维之间的相容性，能够使基体与纤维剥离的负荷同时也能将纤维扯断，故碳碳复合材料的韧性较低。但就高温强度而言，碳碳复合材料是2000°C以上最强的材料。碳碳复合材料也存在各向异性的问题，碳纤维的取向对材料的影响很大。如果需要在各个方向上都得到增强，就必须进行三维编织。从表4-6的数据可以看出，三维编织也只能有限度地接近各向同性。
石墨基体也可以用其它纤维增强，尤其是硼纤维。碳硼复合材料广泛用于运动器材，如高尔夫球棒、滑雪板与自行车等。有证据表明，用碳硼复合材料球棒击打高尔夫球的距离比钛制球棒、石墨球棒等至少要远20米！
表4-6 碳碳复合材料的典型性能（括号中为1900°C下的数据） 单维增强 三维增强 高强处理 600 125 高模处理 575 220 Z方向 310 （400） 152 X-Y方向 103 （124） 62 拉伸强度(MPa） 模量(GPa）
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