树脂基复合材料常用成型工艺概述

孙霞

（山东英特力新材料有限公司，山东 济宁 272000）

树脂基复合材料常用成型工艺概述

Overview of commonly used molding process for resin-based composite material

孙霞

（山东英特力新材料有限公司，山东 济宁 272000）

本文总结了几种常用的复合材料成型工艺方法，简述了各方法的工艺流程，分析了各种方法的优缺点。

复合材料；成型工艺；模压；VARI

复合材料是由有机高分子、无机非金属材料或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，至少包括两种以上的独立化学相，按性能要求人为设计和制造，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得各单一组元所没有的综合优良性能，可以通过材料设计使各组分的性能相互补充，并彼此关联，从而获得新的优越性能，与一般材料的简单混合有本质区别。按基体的性质，复合材料分为金属基复合材料、树脂基复合材料和陶瓷基复合材料［1,2］。

树脂基复合材料是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料，通常使用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或者芳纶等纤维增强体。树脂基复合材料具有以下优点：第一，比模量、比强度高；第二，抗疲劳性好：一般情况下，金属材料的疲劳极限是其拉伸强度的20%～50%，碳纤维增强树脂基复合材料［3］的疲劳极限是其拉伸强度的70%～80%；第三，减震性好；第四，过载安全性好；第五，具有多种功能（耐烧蚀性好、有良好的耐摩擦性能、高度的电绝缘性能、优良的耐腐蚀性能、有特殊的光学、电学、磁学性能）；第六，成型工艺简单；第七，材料的结构、性能具有可设计性。

因此复合材料在航天航空、交通运输和运动器材等多个领域广泛应用，复合材料制品种类繁多，复合材料工业得到迅速发镇，成型工艺和方法也不断完善，最常用的工艺有以下几种。

1 手糊成型工艺

手糊成型工艺起源早，操作简单，具有很重要的地位，不可替代。手糊成型工艺属低压接触成型工艺顾名思义，手糊工艺的主要工作都是手工完成的，一些设备、工具只是完成辅助性工作。手糊工艺铺层根据需要随时可调，可增可减，操作自由度大，只需简单的操作工具和模具以及简易的场地，对设备的依赖性小，投资小，上马快，产品尺寸和形状不受限制缺点是生产效率低，劳动条件差，劳动强度高，需要操作经验和技巧，产品质量对工人的操作水平依赖大不易控制，同时产品的结构性能也不如其他工艺方法适于多品种、单件或小批量生产，不受制品尺寸和形状的限制。

玻璃钢模具是手糊制品中最普遍使用的模具，优点是对产品尺寸形式的适应性强，制造工艺简单，表面粗糙度高，有足够的强度和刚度，脱模时可承受敲打和冲击，可多次重复使用，满足中等批量的生产要求。

2 模压成型工艺

模压成型工艺是将一定量的经过预处理的模压料放入预热的金属模腔内，施加较高的压力使模压料充满模腔。在预定的温度条件下，模压料在模腔内逐渐固化，然后将制品从模具内取出，再打磨毛边和表面处理等辅助加工即得到最终制品。在模压料充满模腔的流动过程中，不仅树脂流动，增强材料也要随之流动，所以模压成型工艺的成型压力较其他工艺高，属于高压成型，它既需要能对压力进行控制的液压机，又需要高强度、高精度、耐高温的金属模具。模压成型工艺所用模具制造复杂，需要具备加热、加压设备，如电热板、液压机等，投资较大，适合大批量生产中小型复合材料制品。

根据模压料中基体树脂与增强材料的浸渍方式不同，模压成型工艺可分为湿法成型工艺和干法或半干法成型工艺。湿法成型工艺即基体树脂在成型时和增强材料同时加入模腔，如手糊模压和预成形坯模压。干法或半干法成型工艺是指基体树脂在成型前就已与增强材料充分混合浸渍，制备成模压料，在成型时直接放入到模腔中，大部分模压方法都属于干法模压成型工艺。

模压成型工艺始于1909年，模压成型工艺采用金属对模，能精确保证模压制品的形状和尺寸要求，制品结构致密且内外表面光滑，制品重现性好，操作者和外界条件的影响小，可成型异形制品，生产效率高，成型周期短。

随着SMC、BMC和新型模塑料的出现，模压成型工艺发展很快，在世界各地得到广泛应用。我公司采用该工艺生产碳纤维层合板、夹芯板、设备机壳、汽车轻量化结构件等制品。

3 RTM成型工艺

RTM（Resin Transfer Molding，树脂传递模塑）是在模腔中铺放设计好的增强材料预成型体，在压力或真空或两者共同的作用下将低粘度、反应性的热固性液态树脂注入模腔，树脂将模腔中的空气排出，同时浸润纤维，树脂在流动充模的过程中完成对增强材料预成型体的浸润，注射过程结束，树脂开始固化，固化达到一定程度后开模，取出制品。

RTM是一种闭模成型工艺，增强材料与树脂的浸润由带压树脂在密闭模腔中快速流动来完成，是一种低成本、高质量的低压注射技术（注射压力小于0.4 MPa），可制备大尺寸、复杂外形、两面光滑的整体结构。模具的选择范围较为广泛，如钢模、环氧模具、聚酯模具、电铸镍模具等。RTM成型工艺广泛应用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等领域。

4 VARI成型工艺

VARI（Vacuum Assisted Resin Infusion，真空辅助成型工艺）是在真空状态下排出纤维增强体中的气体，通过树脂的流动、渗透，实现对纤维及其织物的浸渍，并在室温下固化成型，形成一定纤维/树脂比例的工艺方法。该工艺方法只需真空压力，无需额外压力，整个操作工艺都在常温下进行，无需加热（根据个别树脂固化条件，有些需要中高温后固化）。树脂在真空作用下完全渗透蒙皮和夹心结构，整体结构强度大幅度提高，减少了二次胶接等引入的缺陷和复杂工序。

VARI是RTM工艺的衍化和改进。VARI工艺不需要闭合的、承受注射压力的模具，也不需要成型压力，只需要一个在真空下不会漏气的单面模具和一个简单的真空袋。同事VARI减少了预浸料的冷藏储存，减少了吸胶材料、透气材料、剥离材料等辅材的消耗。

采用VARI工艺制造的复合材料直接，孔隙率低、制件性能高，且节约工时，降低制造成本，更适合大厚度、大尺寸的制品，经济且安全，广泛应用于汽车工业、船舶工艺、游艇舰艇、保温隔热箱体、公共基础设施等各个领域。我公司采用该工艺生产车厢、汽车覆盖件等产品。

复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的不断扩大，复合材料工业得到迅速发展，已存在的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，比较成熟的工艺有热压罐工艺、喷射成型工艺、缠绕成型工艺、拉挤成型工艺、真空袋压成型工艺、树脂传递模塑成型工艺等。本文仅列举了我公司几种常用的复合材料成型工艺方法，几种工艺成型方法各有优势，在生产过程中，根据不同产品的结构特点和性能需求选择合适的生产工艺，才能生产出高质量的产品。

［1］ 赵渠森主编. 先进复合材料手册，北京：机械工业出版社，2003.5.

［2］ 益小苏，杜善义，张立同主编. 复合材料手册. 北京：化学工业出版社，2009.6.

［3］ 唐见茂. 碳纤维树脂基复合材料发展现状及前景展望. 航天器环境工程，2010.6，第27卷第3期.

TQ320.66

1009-797X （2015） 18-0035-02

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10.13520/j.cnki.rpte.2015.18.015

孙霞（1987-），女，助理工程师，物理化学硕士毕业于长春理工大学化学与环境工程学院，研究方向为树脂基复合材料制品成型工艺及应用技术研究。

2015-08-07