摘要：随着复合材料工业的迅速发展，传统的复合材料成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现。本文通过梳理几种先进树脂基复合材料成型工艺的特点，分析发展过程中的关键技术，来研究先进复合材料成型工艺的演变，从而探讨未来树脂基复合材料成型工艺的发展方向。树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体，高性能连续玻纤为增强材料，通过复合工艺制备而成的一类新型材料。随着树脂基复合材料工业的迅速发展，传统的树脂基复合材料成型工艺逐渐成熟，新的成型方法也不断的出现。本文就针对几种树脂基复合材料的成型工艺的优缺点展开陈诉。
关键词：复合材料；树脂基；成型工艺
一、复合材料成型工艺简介：
复合材料的工艺关键是满足制品的形状、尺寸及表面质量的前提下，使增强材料能按预定方向均匀铺设，并尽量减少其性能下降，使基体材料充分完成固化反应，通过界面与增强材料良好的结合，排除挥发气体，减少制品空隙率。所选的设备及工艺流程应与制品的批量相适应，使单件制品的平均成本最低，经过半个多世纪的发展，复合材料成型方法已经有几十种，每个工艺都有各自的优缺点，有各自的适应范围，但它们之间存在着共性，从原材料到形成制品的过程。
树脂基复合材料具有无法比拟的优点：
（1）材料性能的可设计性。纤维复合材料作为结构材料应用时，由于其是基体材料和增强材料等组分材料在宏观上的物理组合，其性能既可保持原组分材料的某些特点，又能发挥组合后的新特性，且可根据结构需要进行设计，以满足单一材料无法达到的性能要求。
（2）高的比强度和比刚度。一些纤维复合材料如碳纤维T300 /环氧5208的比强度是铝材的6.3倍、钢的5倍，比刚度为铝材的4.16倍，因此在建筑工程中使用可缩短工期和降低工程复杂性。
（3）抗疲劳性能好。一般金属的疲劳强度为拉伸强度的40%~50%，而某些纤维复合材料的疲劳强度可达其拉伸强度的70%~80%。
（4）良好的抗化学反应和化学腐蚀性。传统建材如钢筋等不耐腐蚀，尤其在近海工程中，较易与工程周围的空气、海水以及污水中的化学物质发生反应，使其不能发挥应有的作用而引起巨大的损失。而大部分纤维复合材料是优良的电绝缘材料，用其制作的设备或构件一般具有良好的耐酸、碱、盐等化学介质侵蚀的能力。
（5）良好的抗震性能。纤维复合材料自振频率甚高，不易出现共振，且在通常加载速度和频率条件下不容易出现因共振而快速脆断的现象；同时因为其存在大量的界面，振动阻尼性也很大，一旦激起振动，衰减也快。
二、浅析树脂基复合材料成型工艺
（1）、手糊成型工艺
生产准备：手糊成型工作场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15～35℃之间，要设有抽风除尘和喷水装置。
树脂胶液配制要注意：①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。
脱模和修整脱模：脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种
① 顶出脱模：在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。
②压力脱模：模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（0.2MPa）压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。大型制品（如船）可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具，复杂制品可采用手工脱模方法。
（2）、喷射成型工艺
喷射成型技术是手糊成型的改进，半机械化程度。喷射成型技术在复合材料成型工艺中所占比例较大。
原理：喷射成型工艺是将混有引发剂和促进剂的两种聚酯分别从喷枪两侧喷出，同时将切断的玻纤粗纱由喷枪中心喷出，使其与树脂均匀混合，沉积到模具上，当沉积到一定厚度时，用辊轮压实，使纤维浸透树脂，排除气泡，固化后成制品。
（3）、树脂传递模塑成型工艺
RTM工艺介绍：
树脂传递模塑成型简称RTM（Resin Transfer Molding），是手糊成型工艺改进的一种闭模成型技术。在国外属于这一工艺范畴的还有树脂注射工艺和压力注射工艺。
RTM技术适用范围很广，目前已广泛用于建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等工业领域。已开发的产品有：汽车壳体及部件、娱乐车构件、螺旋浆、8.5m长的风力发电机叶片、天线罩、机器罩、浴盆、沐浴间、游泳池板、座椅、水箱、电话亭、电线杆、小型游艇等。
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设备：
RTM成型设备主要是树脂压注机和模具。
①树脂压注机
树脂压注机由树脂泵、注射枪组成。树脂泵是一组活塞式往复泵，最上端是一个空气动力泵。当压缩空气驱动空气泵活塞上下运动时，树脂泵将桶中树脂经过流量控制器、过滤器定量地抽入树脂贮存器，侧向杠杆使催化剂泵运动，将催化剂定量地抽至贮存器。压缩空气充入两个贮存器，产生与泵压力相反的缓冲力，保证树脂和催化剂能稳定的流向注射枪头。注射枪口后有一个静态紊流混合器，可使树脂和催化剂在无气状态下混合均匀，然后经枪口注入模具。
②模具
RTM模具分玻璃钢模、玻璃钢表面镀金属模和金属模3种。玻璃钢模具容易制造，价格较低，聚酯玻璃钢模具可使用2000次，环氧玻璃钢模具可使用4000次。表面镀金属的玻璃钢模具可使用10000次以上。金属模具在RTM工艺中很少使用，一般来讲，RTM的模具费仅为SMC的2%～16%。
RTM原材料：RTM用的原材料有树脂体系、增强材料和填料。
树脂体系：RTM工艺用的树脂主要是不饱和聚酯树脂。
增强材料：一般RTM的增强材料主要是玻璃纤维，其含量为25%～45%（重量比）；常用的增强材料有玻璃纤维连续毡、复合毡及轴向布。
填料：填料对RTM工艺很重要，它不仅能降低成本，改善性能，而且能在树脂固化放热阶段吸收热量。常用的填料有氢氧化铝、玻璃微珠、碳酸钙、云母等。
（4）、模压成型工艺
介绍：
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、加压固化成型的方法。
（5）、真空导流成型工艺
介绍：
真空导流工艺分为干法和湿法两种。湿法是将手糊或者喷射成型未固化的制品，加盖一层真空袋膜，制品处于薄膜和模具之间，密封周边，抽真空（0.07MPa），使制品中的气泡和挥发物排除。干法是将增强玻纤铺放到模具上，将真空袋膜与模具周边密封，在抽真空的同时将树脂从模具的另一端由管路导入到模具中，将增强玻纤浸润。两种工艺的区别在于干法的玻纤含量可以做的更高。
特点：
1、可以制造单面光的制品；
2、成型效率一般，适合于中等规模的玻璃钢产品生产（1000件/年）；
3、为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康；
4、增强材料可以任意方向铺放，容易实现按制品受力状况例题铺放增强材料；
5、一次性耗材较多、垃圾回收是个问题，成本相对较高。
工艺：
真空导流成型工艺过程中，不需要注射设备，只需要一台真空泵就可以了；模具只需要单模一般模腔内是负压0.1Mpa，真空导流工艺所用的原材料有树脂体系、增强材料，不添加填料。该工艺用的树脂主要是要求粘度要低，在180—300厘泊左右。增强材料主要是玻璃纤维，其含量为50%～65%；常用的增强材料有玻璃纤维短切毡、复合毡及方格布等。
结语
如今复合材料在各个领域日益发挥重要的作用，成型工艺的研究一直是复合材料学界的热点课题之一。从20世纪40年代至今，复合材料成型工艺发生了巨大而深刻的变化，为促进整个复合材料工业的发展起到了决定性的作用。未来，随着社会工业的进步，科学技术的快速发展，复合材料结构件制造技术的发展方向将是：新型成型技术的应用，如RTM成型工艺；扩大整体成型技术，特别是大型整体构件成型技术；发展快速、优良、稳定的固化技术；应用新型的切割工艺等来实现复合材料生产的自动化，降低复合材料制造成本，促使复合材料制造技术走向智能化、规模化。
参考文献：
[1]叶长青，杨清芳，树脂基复合材料成型工艺的发展 2009（5）：66-70
[2]赵艳秋，复合材料成型工艺的发展 1999，20（1）41-46
[3]何亚飞，杨帆，刘文博等树脂基复合材料成型工艺的发展（J）纤维复合材料，2011（06）
论文作者:孙森
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/4
标签：复合材料论文; 树脂论文; 工艺论文; 模具论文; 材料论文; 制品论文; 玻璃钢论文; 《基层建设》2019年第10期论文;