树脂基复合材料成型工艺分析

孙东岩

摘要：树脂基复合材料发展已有几十年的历史，最早用于军用雷达罩和远航飞机油箱中，这为其在工业中的应用开辟了道路。目前树脂基复合材料成型工艺的不断发展，促使树脂基复合材料的应用范围不断拓展，而且其成型工艺水平也有了较大的进步。文中针对树脂基复合材料成型工艺和内衬工艺进行了具体的阐述。

关键词：树脂基复合材料；成型工艺；内衬成型工艺；应用

复合材料在工业领域得到广泛应用，也是衡量一个国家科技和经济实力的重要标志。先进复合材料不仅强度高，而且耐热性能和抗疲劳性能优良，在航空航天、交通运输、机械化工等领域得到广泛应用。并且随着技术发展与进步，材料性能不断改进和完善。

1树脂基复合材料成型工艺

1.1手糊成型工艺

1.2这是树脂基复合材料工业中使用最早的一种工艺，操作较为简单，投入小，需要操作人员具有较好的熟练度，制品质量欠缺稳定性。在新的工艺方法不断涌现出来后，手糊成型工艺应用比例不断下降，但其在生产大型制品方面，手糊成型工艺还占据重要地位。在当前建筑雕塑领域、交通设施领域、环境与能源领域和体育游乐设备领域等都有着广泛的应用，如发动机罩、汽车壳体、采光顶、风力发电机用机舱罩、水滑梯等。

1.2 喷射成型工艺

主要是采用喷射设备使树脂雾化后落在模具上面，进行压实和固化，从而形成制品，所形成制品树脂含量较高，但强度较低，采用阳塑成型更为便利，在大型制品上应用更为适宜。当前在一些大型产品的制作和建筑物补强方面喷射成型工艺应用较为广泛。

1.3 模压成型工艺

将模压料放入到金属对模中，在一定温度和压力作用下固化成型。模压成型工艺属于高压成型，需要压力机及高强度、高精度和耐高温的金属模具。所生产出来的产品具有较好的稳定性，尺寸具有较高的精度，但这种工艺投资较大，因此在生产大指的中小型复合材料制品过程中具有较好的适用性。

1.4 RTM成型工艺

通过将增强材料预成型体预先铺放在模腔内，在压力和真空作用下将树脂注入到闭合模腔中，浸润纤维，固化后脱模。在具体应用过程中成型压力低，模具选材制作较为灵活，树脂注入选择性较大，纤维预成型可以采用多种形式。作为闭模成型，因此制品表面质量较好，可用于制作高尺寸精度和结构复杂的部件，具有较高的生产效率。而且随着RTM成型工艺应用领域的不断扩大，基于传统RTM工艺基础上发展出一系列的衍生工艺。如在真空辅助RTM基础上发展而来的轻质RTM工艺，在制作大面积薄壁产品中具有较好的适用性。模具下模为刚性模具，上模采用轻质半刚性模具，利用双层密封结构，外圈利用真空来对模具进行锁紧，内圈利用真空导入树脂，这样所制出来的产品表面性能和尺寸精度都能够达到较好的水平。VARIM成型工艺也是基于RTM工艺基础上发展而来的一种工艺方法，在该工艺中只需要一半模具，另一半则采用密封处理的弹性真空袋，通过在真空状态下来排出增强纤维中的气体，在树脂流动下实现树脂的浸渍，相较于传统工艺，这种成型工艺对制品尺寸结构限制较少，在一些大厚度大尺寸结构制品制备中具有较好的适用性。RFI工艺也是采用单模和真空袋来成型制品，不同的是模具上铺放预制好的树脂膜，再铺放纤维预成型体，真空袋封闭模具后将模具置于烘箱或热压下加热并抽真空，树脂膜熔融后对纤维预成型体浸渍，继续升温加热使树脂固化。

1.5 注射成型工艺

注射成型工艺是将粉末状或粒状的纤维与树脂的混合物送入注射机内，经加热熔化后由螺杆或柱塞加压通过喷嘴注入导闭合的模具中，冷却定型后脱出模具。注射成型工艺能够保证制品精度，较适合大量生产中小型的制品。

1.6 纤维缠绕成型工艺

是在缠绕机控制张力和预定线型的条件下，将连续的纤维粗纱或布带浸渍树脂，连续缠绕在相应的制品芯模上，然后在室温或加热条件下固化成型。

缠绕成型由于能够充分发挥纤维的强度，因此比强度和比刚度较高；易于实现产品的等强度设计，适于耐腐管道、储罐和高压管道及容器的制造。但是缠绕工艺具有局限性，由于缠绕过程中易于形成气泡，制品孔隙过多，从而降低层间剪切强度、压缩强度和抗失稳能力。同时，缠绕工艺对制品的形状有局限性，不适于制造带凹曲线表面的制品，且目前只能制造回转体制品。

1.7拉挤成型工艺

这是一种生产线型型材的成型方法，是在牵引装置带动下将无捻玻璃纤维粗纱和其他连续增强材料进行胶液浸渍、预成型，然后通过加热的成型模具固化成型，实现制品的连续生产。

主要应用领域：电子电气领域如电线杆、绝缘板、熔丝管、汇流线管、电缆桥架等；石油化工领域如管网支撑结构、格栅地板、抽油杆、楼梯、海上平台等；建筑机械制造领域如结构型材、行李架、顶梁、支柱、框架等；军用品领域如坦克、装甲车上的复合装甲、导弹火箭弹外壳等。

2树脂基复合材料内衬成型工艺

2.1金属内衬成型工艺

复合材料结构采用金属内衬成型工艺时，其强度和刚度都能够达到较高水平，而且具有抗疲劳、抗震、耐腐蝕和密封性好等诸多优势，一般经过缠绕、固化和超压等工艺阶段结构成型，其所设计的金属内衬的压力容器取得了良好的工程效益。在金属内衬复合材料压力容器设计过程中，金属内衬作为主要承载结构，其厚度要占整体厚度的1/2左右。部分薄壁金属内衬复合材料纤维缠绕压力容器在进行金属内衬设计时，需要满足加工方便、装载高压气体或是液体时不出现泄漏的要求，这种结构内衬载荷较小，因此内衬厚度较薄，可以选择强度低但塑性好的材料作为内衬材料。

2.2橡胶内衬

橡胶内衬具有较好的气密性、高弹性、耐疲劳及制造工艺简单等优点，在民用领域通常会选择通用橡胶作为内衬材料。天然橡胶与聚酯复合材料的配合使用，具有非常好的综合性能。在较高使用温度下，可以选择三元乙丙橡胶，具有较强的耐化学腐蚀性能，可在150℃下长期使用，间歇耐温可达到200℃。特种橡胶具有较好耐高温性能，气密性、粘结性及耐老化性。由于橡胶内衬作为一层较薄的橡胶片，不具备刚性，需要包覆在具有一定刚度的芯模上，固定成型，而且不需要多大的缠绕张力就可以达到较好的致密性要求。

2.3塑料内衬

塑料内衬具有更突出的灵活性，可通过不同的使用环境选用不同的塑料内衬，如在酸性介质中可选用乙烯基树脂，在碱性介质中可采用双酚A型树脂。塑料内衬能节省成本，高压下循环寿命长，防腐蚀，原材料丰富。塑料内衬也需要芯模定型，要求内衬材料具有耐高温冲击、良好的机械性能及高残炭率。

3结束语

对于树脂基复合材料成型工艺的发展，RTM成型工艺及其衍生的成型工艺是其主要发展趋势，而且随着一些新工艺形式的不断涌现，当前树脂基复合材料成型工艺开始向着环保、高效、自动化和低成本的方向发展，这也必然促进树脂基复合材料的广泛应用。

参考文献：

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[2]陈婷.浅谈树脂基复合材料的成型工艺[J].山东工业技术，2015（4）.

[3]谭小波.树脂基复合材料成型工艺发展研究[J].科技创新与应用， 2015（32）.