樹脂基復合材料成型工藝分析

孫東巖

摘要：樹脂基復合材料發展已有幾十年的歷史，最早用于軍用雷達罩和遠航飛機油箱中，這為其在工業中的應用開辟了道路。目前樹脂基復合材料成型工藝的不斷發展，促使樹脂基復合材料的應用范圍不斷拓展，而且其成型工藝水平也有了較大的進步。文中針對樹脂基復合材料成型工藝和內襯工藝進行了具體的闡述。

關鍵詞：樹脂基復合材料；成型工藝；內襯成型工藝；應用

復合材料在工業領域得到廣泛應用，也是衡量一個國家科技和經濟實力的重要標志。先進復合材料不僅強度高，而且耐熱性能和抗疲勞性能優良，在航空航天、交通運輸、機械化工等領域得到廣泛應用。并且隨著技術發展與進步，材料性能不斷改進和完善。

1樹脂基復合材料成型工藝

1.1手糊成型工藝

1.2這是樹脂基復合材料工業中使用最早的一種工藝，操作較為簡單，投入小，需要操作人員具有較好的熟練度，制品質量欠缺穩定性。在新的工藝方法不斷涌現出來后，手糊成型工藝應用比例不斷下降，但其在生產大型制品方面，手糊成型工藝還占據重要地位。在當前建筑雕塑領域、交通設施領域、環境與能源領域和體育游樂設備領域等都有著廣泛的應用，如發動機罩、汽車殼體、采光頂、風力發電機用機艙罩、水滑梯等。

1.2 噴射成型工藝

主要是采用噴射設備使樹脂霧化后落在模具上面，進行壓實和固化，從而形成制品，所形成制品樹脂含量較高，但強度較低，采用陽塑成型更為便利，在大型制品上應用更為適宜。當前在一些大型產品的制作和建筑物補強方面噴射成型工藝應用較為廣泛。

1.3 模壓成型工藝

將模壓料放入到金屬對模中，在一定溫度和壓力作用下固化成型。模壓成型工藝屬于高壓成型，需要壓力機及高強度、高精度和耐高溫的金屬模具。所生產出來的產品具有較好的穩定性，尺寸具有較高的精度，但這種工藝投資較大，因此在生產大指的中小型復合材料制品過程中具有較好的適用性。

1.4 RTM成型工藝

通過將增強材料預成型體預先鋪放在模腔內，在壓力和真空作用下將樹脂注入到閉合模腔中，浸潤纖維，固化后脫模。在具體應用過程中成型壓力低，模具選材制作較為靈活，樹脂注入選擇性較大，纖維預成型可以采用多種形式。作為閉模成型，因此制品表面質量較好，可用于制作高尺寸精度和結構復雜的部件，具有較高的生產效率。而且隨著RTM成型工藝應用領域的不斷擴大，基于傳統RTM工藝基礎上發展出一系列的衍生工藝。如在真空輔助RTM基礎上發展而來的輕質RTM工藝，在制作大面積薄壁產品中具有較好的適用性。模具下模為剛性模具，上模采用輕質半剛性模具，利用雙層密封結構，外圈利用真空來對模具進行鎖緊，內圈利用真空導入樹脂，這樣所制出來的產品表面性能和尺寸精度都能夠達到較好的水平。VARIM成型工藝也是基于RTM工藝基礎上發展而來的一種工藝方法，在該工藝中只需要一半模具，另一半則采用密封處理的彈性真空袋，通過在真空狀態下來排出增強纖維中的氣體，在樹脂流動下實現樹脂的浸漬，相較于傳統工藝，這種成型工藝對制品尺寸結構限制較少，在一些大厚度大尺寸結構制品制備中具有較好的適用性。RFI工藝也是采用單模和真空袋來成型制品，不同的是模具上鋪放預制好的樹脂膜，再鋪放纖維預成型體，真空袋封閉模具后將模具置于烘箱或熱壓下加熱并抽真空，樹脂膜熔融后對纖維預成型體浸漬，繼續升溫加熱使樹脂固化。

1.5 注射成型工藝

注射成型工藝是將粉末狀或粒狀的纖維與樹脂的混合物送入注射機內，經加熱熔化后由螺桿或柱塞加壓通過噴嘴注入導閉合的模具中，冷卻定型后脫出模具。注射成型工藝能夠保證制品精度，較適合大量生產中小型的制品。

1.6 纖維纏繞成型工藝

是在纏繞機控制張力和預定線型的條件下，將連續的纖維粗紗或布帶浸漬樹脂，連續纏繞在相應的制品芯模上，然后在室溫或加熱條件下固化成型。

纏繞成型由于能夠充分發揮纖維的強度，因此比強度和比剛度較高；易于實現產品的等強度設計，適于耐腐管道、儲罐和高壓管道及容器的制造。但是纏繞工藝具有局限性，由于纏繞過程中易于形成氣泡，制品孔隙過多，從而降低層間剪切強度、壓縮強度和抗失穩能力。同時，纏繞工藝對制品的形狀有局限性，不適于制造帶凹曲線表面的制品，且目前只能制造回轉體制品。

1.7拉擠成型工藝

這是一種生產線型型材的成型方法，是在牽引裝置帶動下將無捻玻璃纖維粗紗和其他連續增強材料進行膠液浸漬、預成型，然后通過加熱的成型模具固化成型，實現制品的連續生產。

主要應用領域：電子電氣領域如電線桿、絕緣板、熔絲管、匯流線管、電纜橋架等；石油化工領域如管網支撐結構、格柵地板、抽油桿、樓梯、海上平臺等；建筑機械制造領域如結構型材、行李架、頂梁、支柱、框架等；軍用品領域如坦克、裝甲車上的復合裝甲、導彈火箭彈外殼等。

2樹脂基復合材料內襯成型工藝

2.1金屬內襯成型工藝

復合材料結構采用金屬內襯成型工藝時，其強度和剛度都能夠達到較高水平，而且具有抗疲勞、抗震、耐腐蝕和密封性好等諸多優勢，一般經過纏繞、固化和超壓等工藝階段結構成型，其所設計的金屬內襯的壓力容器取得了良好的工程效益。在金屬內襯復合材料壓力容器設計過程中，金屬內襯作為主要承載結構，其厚度要占整體厚度的1/2左右。部分薄壁金屬內襯復合材料纖維纏繞壓力容器在進行金屬內襯設計時，需要滿足加工方便、裝載高壓氣體或是液體時不出現泄漏的要求，這種結構內襯載荷較小，因此內襯厚度較薄，可以選擇強度低但塑性好的材料作為內襯材料。

2.2橡膠內襯

橡膠內襯具有較好的氣密性、高彈性、耐疲勞及制造工藝簡單等優點，在民用領域通常會選擇通用橡膠作為內襯材料。天然橡膠與聚酯復合材料的配合使用，具有非常好的綜合性能。在較高使用溫度下，可以選擇三元乙丙橡膠，具有較強的耐化學腐蝕性能，可在150℃下長期使用，間歇耐溫可達到200℃。特種橡膠具有較好耐高溫性能，氣密性、粘結性及耐老化性。由于橡膠內襯作為一層較薄的橡膠片，不具備剛性，需要包覆在具有一定剛度的芯模上，固定成型，而且不需要多大的纏繞張力就可以達到較好的致密性要求。

2.3塑料內襯

塑料內襯具有更突出的靈活性，可通過不同的使用環境選用不同的塑料內襯，如在酸性介質中可選用乙烯基樹脂，在堿性介質中可采用雙酚A型樹脂。塑料內襯能節省成本，高壓下循環壽命長，防腐蝕，原材料豐富。塑料內襯也需要芯模定型，要求內襯材料具有耐高溫沖擊、良好的機械性能及高殘炭率。

3結束語

對于樹脂基復合材料成型工藝的發展，RTM成型工藝及其衍生的成型工藝是其主要發展趨勢，而且隨著一些新工藝形式的不斷涌現，當前樹脂基復合材料成型工藝開始向著環保、高效、自動化和低成本的方向發展，這也必然促進樹脂基復合材料的廣泛應用。

參考文獻：

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