树脂基复合材料成型工艺的发展

树脂基复合材料成型工艺的发展

邓建鹏贾洪旭张海东

山东北方现代化学工业有限公司山东省济南市250033

摘要：随着社会经济的发展，在工业领域中，复合材料也得到了广泛应用，无论是国家的科研技术，还是经济实力，都是衡量国家发展的标志。由于先进的复合材料具有非常优良的抗疲劳及耐热性能，同时，强度也非常高，已经广泛地应用于我国的交通运输、航空事业以及机械化工业等各大领域。基于此，本文对树脂基复合材料成型工艺的发展进行分析。

关键词：树脂基复合材料；成型工艺；发展

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。树脂基复合材料是先进的材料类型之一，在航空航天领域得到广泛应用，并且随着技术发展与进步，材料性能不断改进和完善。文章探讨分析树脂基复合材料成型工艺，并对其发展进行展望，希望能为实际工作提供指导借鉴。

1树脂基复合材料成型工艺

1.1接触低压成型

利用手工作业方式，将玻璃纤维织物和树脂铺在模具上，粘结一起后固化成型，工艺流程非常简单，可在不同部位添加补强材料，满足复杂产品外形设计需要。但该工艺耗费时间长，效率低，不适合批量生产。生产环境也比较差，加工时容易出现较多的粉尘，影响人的身体健康，这是今后需要改进和完善的地方。接触低压先将材料在阴膜、阳模或对模上制成设计形状，加热或常温固化，脱模后辅助加工获得制品。该工艺设备简单，成本低，投资少，但劳动强度大，生产效率低，需要对工艺进行改进。目前高产量、连续生产的玻璃纤维复合材料生产线已经形成，促进工艺的自动化、高效化和专业化，对复合材料发展产生重要影响。

1.2拉挤成型

将已浸润的连续纤维束在牵引结构拉力下，用成型模成型，在模中固化，连续生产出复合型材。成型过程需要成型模挤压和外牵引拉拨，整个生产过程是连续的。该工艺控制方便，产品质量稳定，成本低，生产效率高，制品的拉伸强度和弯曲强度高。目前拉挤工艺主要用于生产玻璃钢棒、工字型、角型、槽型、方型等，技术取得不断发展，产品质量也进一步提升。

1.3模压成型工艺

模压成型工艺是复合材料生产中最古老而又富有无限活力的一种成型方法。它是将一定量的预混料或预浸料加入金属对模内，经加热、加压来固化成型的一种方法。模压成型工艺的主要优点是生产效率高，便于实现专业化和自动化生产，可有效降低制造成本；产品尺寸精度高，重复性好；表面光洁，无需二次修饰；能一次成型结构复杂的制品。另外，模压法制备基体试件可以有效地避免分子取向，能较客观地反映非晶态高聚物的性能。模压成型的不足之处在于模具制造复杂，投资较大。再加上受压机限制，最适合于批量生产中小型复合材料制品。随着金属加工技术、压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展，压机吨位和台面尺寸的不断增大，压机也逐渐形成成熟的数控系统，模压料的成型温度和压力的相对降低，使得模压成型制品的生产率显著提高，质量向精细化发展，尺寸逐步向大型化发展，目前已能生产大型汽车部件、浴盆、整体卫生间组件等。

1.4缠绕成型

缠绕成型就是按照一定的规律，把连续的纤维缠绕到芯模上，通过脱模和固体而形成产品，产品的强度比较高、可靠性比较高、生产效率比效高，具有明显的技术经济效益，成本较低，广泛应用于航空和汽车等相关领域，同时，也正向着集成化和自动化的方向发展。

1.5RTM成型工艺

RTM技术也就是树脂传递模塑技术，其历史悠久，自20世纪50年代开始被应用在飞机雷达罩成型过程以来，已经更广泛地被应用于生产各类纤维增强复合材料的过程中。具体说来，RTM是一项通过将树脂注入闭合模具，由此浸润增强材料使其进行固化的工艺技术。它适合生产多品种、高质量且中批量的先进复合材料制品，也是目前欧洲树脂基复合材料成型工艺的主要发展方向之一。

RTM成型工艺的主要优势有：

在不具备胶衣涂层的条件下，也能够让构件具有双面的光滑表面；制作出来的复杂构架能具备良好的表面品质和高精度结构；高成型率，能保障复合材料制品的产出率较高；将计算机作为模具和产品设计的工具引入进工作流程；采用此种技术能减少成型过程中的挥发性物质，利于工作人员的身心健康并保护环境。

但RTM成型工艺也存在一些缺陷，比如树脂对纤维的浸润效果不好，成品里的空隙率居高不下，纤维含量低，不适用于大型模具进行模塑（树脂的流动效果差），不适合生产大型复合材料等。

1.6真空辅助RTM(VARTM)成型工艺

针对RTM成型工艺的缺陷，近些年国内外进行了一系列的研究，让真空辅助RTM(VARTM)成型工艺得到了广泛应用。该工艺正是在RTM技术的基础上改进而来，通过在树脂注入过程中从闭合模具出口处抽取真空，增强模具充模的压力，不但能够排除纤维束中挥发的气体，还能够增强模具内腔中树脂的流动速度，从而加强树脂对纤维的浸润程度。不过真空辅助RTM对于模具密封性提出了更高的要求，上下模具间不可漏气，否则制作很容易失败。

该工艺与基础RTM工艺相比，具有这些优点：

单面模具即可完成整个工艺，促使模具制作更简便；抽取真空的步骤有利于提高制品的纤维含量，有利于增强树脂对纤维的浸润，并使得浸润更充分；真空还有利于充分排除纤维束中的空气，降低空隙率；适用于大尺寸复合材料的制作，改善了基础基础RTM工艺不能够让树脂在结构更大、更复杂的模具中顺畅流动的缺陷，能生产大型复合材料。

2树脂基复合材料成型工艺发展趋势

从复合材料成型工艺的发展趋势来看，是朝着科技含量高、逐步实现工业自动化、环境污染小、劳动强度低的方向发展。重所周知，成型工艺的优劣直接影响到制品的质量、成本和销路。成型工艺的选择标准主要有：符合市场要求，确保制品质量；操作简便、安全高效；产品性价比高；环境污染小，劳动强度低。

根据上述标准对现有的成型工艺进行衡量，手糊和喷射成型工艺为开模成型，对环境和操作人员污染伤害严重，并且所生产的制品质量不够稳定，难以控制；模压成型工艺设备昂贵、投资较大，生产周期长，适合于大批量的稳定生产；拉挤和缠绕成型工艺仅适合于较为特定的产品。从而，RTM及其衍生工艺则显现出它的优势：RTM成型工艺几乎可以适用于所有的制品的生产，并且生产效率较高，可以满足大多数生产的需求；与模压工艺相比，产品质量相当，但RTM的成本投入远小于模压工艺；与手糊工艺相比，RTM工艺产品质量好，生产效率高，而成本投入并不比手糊工艺高出很多。

因此，RTM成型工艺及其衍生的成型工艺将是树脂基复合材料成型工艺发展的主要趋势，但还要具体问题具体分析，其他的一些成型工艺也存在有不可替代的优点，也会随着树脂基复合材料的广泛应用而继续发展。

结束语：

现阶段我国的树脂基符合材料成型工艺仍然在不断发展，我们根据市场需求应当更准确地把握定位，继续创新开拓，从设备、工艺、技术人员、体制等各方面着手提高复合材料的生产水平，争取为航天科工领域提供更多性能卓越的复合材料，推动我国复合材料工业的发展。

参考文献：

[1]典型先进树脂基复合材料成型工艺的发展综述[J].景婷婷.现代工业经济和信息化.2016(20)

[2]浅谈树脂基复合材料的成型工艺[J].陈婷.山东工业技术.2015(14)

[3]树脂基复合材料常用成型工艺概述[J].孙霞.橡塑技术与装备.2015(18)