復合材料的原材料包括樹脂、纖維和芯材等有多種選擇，各種材料又有其獨特的強度、剛度、韌性和熱穩(wěn)定性等性能，成本和產(chǎn)量也不盡相同。然而，復合材料作為一個整體，其最終性能不僅與樹脂基體和纖維（以及夾芯材結(jié)構(gòu)中的芯材）有關(guān)，而且與結(jié)構(gòu)中材料的設(shè)計方法和制造工藝有密切聯(lián)系。本文將對常用的復合材料制造方法、每種方法的主要影響因素和不同工藝如何選擇原材料進行介紹。
一、噴涂成型
1、方法描述：把短切纖維增強材料與樹脂體系同時噴涂在模具內(nèi)，然后在常壓下固化成熱固性復合材料制品的一種成型工藝。
2、材料選擇：
樹脂：主要為聚酯
纖維：粗玻璃纖維紗
芯材：無，需要單獨與層合板結(jié)合
3、主要優(yōu)點：
1) 工藝歷史悠久
2) 低成本、可快速鋪覆纖維和樹脂
3) 模具成本低廉
4、主要缺點：
1) 層合板易形成樹脂富集區(qū)，重量偏高
2) 只能使用短切纖維，嚴重限制了層合板的力學性能
3) 為了便于噴涂，樹脂粘度需足夠低，損失了復合材料的力學和熱學性能
4) 噴涂樹脂中的高苯乙烯含量意味著對操作人員的潛在危害較高，低粘度則意味著樹脂易滲透員工的工作服從而直接接觸皮膚
5) 空氣中揮發(fā)的苯乙烯濃度很難達到法律規(guī)定要求
5、典型應用：
簡易圍欄，低載荷結(jié)構(gòu)板，如敞篷車車身、卡車整流罩、浴缸和小型船艇
二、手糊成型
1、方法描述：手動將樹脂浸潤纖維，纖維可以為機織、編織、縫合或粘結(jié)等增強方式，手糊成型通常用滾輪或刷子完成，然后用膠滾擠壓樹脂使之滲入纖維。層合板置于常壓下固化。
2、材料選擇：
樹脂：無要求，環(huán)氧、聚酯、聚乙烯基酯、酚醛樹脂均可
纖維：無要求，但是基重較大的芳綸纖維難以手糊浸潤
芯材：無要求
3、主要優(yōu)點：
1) 工藝歷史悠久
2) 簡單易學
3) 如果使用室溫固化樹脂，模具成本低廉
4) 材料和供應商選擇空間大
5) 高纖維含量，所用纖維比噴涂工藝長
4、主要缺點：
1) 樹脂混合、層合板樹脂含量和品質(zhì)與操作人員的熟練程度密切相關(guān)，難以獲得低樹脂含量且低孔隙率的層合板
2) 樹脂的健康和安全隱患，手糊樹脂分子量越低，潛在的健康威脅就越大，粘度越低意味著樹脂越容易滲透員工的工作服從而直接接觸皮膚
3) 如果沒有安裝良好的通風設(shè)備，從聚酯和聚乙烯基酯揮發(fā)到空氣中的苯乙烯濃度很難達到法律規(guī)定的要求
4) 手糊樹脂的黏度需要非常低，因此苯乙烯或其他溶劑的含量必須較高，這樣就損失了復合材料的機械/熱性能
5、典型應用：標準風電葉片，批量制作的船艇，建筑模型
三、真空袋工藝
1、方法描述：真空袋工藝是上述手糊工藝的延伸，即在模具上封一層塑料膜將手糊好的層合板抽真空，給層合板施加一個大氣壓的壓力，達到排氣緊實的效果，以提高復合材料的品質(zhì)。
2、材料選擇：
樹脂：主要為環(huán)氧和酚醛樹脂，聚酯和聚乙烯基酯不適用，因為它們含有苯乙烯，揮發(fā)進入真空泵
纖維：無要求，即使基重較大的纖維也可以在壓力下被浸潤
芯材：無要求
3、主要優(yōu)點：
1) 可以達到比標準手糊工藝更高的纖維含量
2) 空隙率比標準手糊工藝低
3) 負壓條件下，樹脂充分流動提高了纖維的浸潤程度，當然部分樹脂會被真空耗材吸收
4) 健康和安全：真空袋工藝可以減少固化過程中揮發(fā)物的釋放
4、主要缺點：
1) 額外的工藝增加了勞動力和一次性真空袋材料的成本
2) 對操作人員的技術(shù)要求較高
3) 樹脂混合及樹脂含量的控制很大程度上取決于操作人員的熟練程度
4) 盡管真空袋減少了揮發(fā)物的釋放，操作人員受到的健康威脅仍然高于灌注或預浸料工藝
5、典型應用：大尺寸、單次限定版的游艇，賽車零部件，船舶制造過程中芯材的粘結(jié)
四、纏繞成型
1、方法描述：纏繞工藝基本用于制造中空、圓形或橢圓形結(jié)構(gòu)件，如管道和槽。纖維束經(jīng)過樹脂浸潤后沿各種方向纏繞在芯軸上，工藝過程由纏繞機和芯軸轉(zhuǎn)速控制。
2、材料選擇：
樹脂：無要求，如環(huán)氧、聚酯、聚乙烯基酯和酚醛樹脂等
纖維：無要求，直接使用線軸架的纖維束，不需要機織或縫織成纖維布
芯材：無要求，但蒙皮通常為單層復合材料
3、主要優(yōu)點：
1） 生產(chǎn)速度快，是一種經(jīng)濟合理的鋪層方式
2） 可通過測定穿過樹脂槽的纖維束攜帶樹脂量控制樹脂含量
3） 纖維成本最小化，無中間編織工藝
4） 結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異，因為直線纖維束可以沿各個承載方向鋪層
4、主要缺點：
1） 此工藝僅限于圓形中空結(jié)構(gòu)
2） 纖維不易沿部件軸向準確排布
3） 大型結(jié)構(gòu)件的芯軸陽模成本較高
4） 結(jié)構(gòu)外表面非模具面，因此美觀性較差
5） 使用低粘度樹脂，需要注意力學性能和健康安全性能
5、典型應用：化學品儲藏罐和輸送管，氣缸，救火員呼吸罐
五、拉擠成型
1、方法描述：從線軸架抽出的纖維束浸膠后穿過加熱盤，在加熱盤完成樹脂對纖維的浸潤，并且控制樹脂含量，最終將材料固化成要求的形狀；這種形狀固定的固化產(chǎn)品被機械切割為不同長度。纖維也可以沿0度以外的方向進入熱盤。擠拉成型是一個連續(xù)的生產(chǎn)過程，制品截面通常有固定形狀，允許有微小變化。將通過熱盤的預浸潤材料固定并鋪入模具立即固化，雖然這樣的流程連續(xù)性較差，但可以實現(xiàn)截面形狀的改變。
2、材料選擇：
樹脂：通常為環(huán)氧、聚酯、聚乙烯基酯和酚醛樹脂等
纖維：無要求
芯材：未普遍使用
3、主要優(yōu)點：
1） 生產(chǎn)速度快，是一種經(jīng)濟合理的預浸潤及固化材料的方式
2） 樹脂含量控制精確
3） 纖維成本最小化，無中間編織工藝
4） 結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異，因為纖維束沿直線排布，纖維體積分數(shù)較高
5） 纖維浸潤區(qū)域可完全密閉，減少揮發(fā)物釋放
4、主要缺點：
1） 此工藝限制了截面形狀
2） 加熱盤成本較高
5、典型應用：房屋結(jié)構(gòu)的梁和桁架，橋梁，梯子和圍欄
六、樹脂傳遞模塑工藝（RTM）
1、方法描述：將干纖維鋪覆在下模內(nèi)，可以預先施加壓力使纖維盡量與模具形狀貼合，并予以粘合綁定；然后，把上模固定在下模上形成型腔，再將樹脂注入型腔。通常采用真空輔助樹脂的注入和對纖維的浸潤，即真空輔助樹脂注入工藝（VARI）。一旦纖維浸潤完成，即關(guān)閉樹脂導入閥，并將復合材料進行固化。樹脂注入和固化既可以在室溫下進行，也可以在加熱條件下完成。
2、材料選擇：
樹脂：通常為環(huán)氧、聚酯、聚乙烯酯和酚醛樹脂，雙馬來酰亞胺樹脂可以在高溫下使用
纖維：無要求。縫合纖維更適合此工藝，因為纖維束間隙利于樹脂傳送；有專門研發(fā)的纖維可以促進樹脂流動
芯材：蜂窩泡沫不適用，因為蜂窩單元將被樹脂充滿，壓力也會導致泡沫塌陷
3、主要優(yōu)點：
1） 纖維體積分數(shù)較高，孔隙率低
2） 由于樹脂被完全密封，健康安全，操作環(huán)境干凈整潔
3） 減少勞動力使用
4） 結(jié)構(gòu)件上下兩面均為模具面，易于后續(xù)表面處理
4、主要缺點：
1） 搭配使用的模具價格昂貴，為了承受較大壓力，重量大，相對笨重
2） 僅限于小型部件的制造
3） 易出現(xiàn)未浸潤區(qū)域，導致大量報廢
5、典型應用：小型而復雜的航天飛機和汽車零部件，火車座椅
七、其他灌注工藝-SCRIMP,RIFT,VARTM等
1、方法描述：將干纖維以類似與RTM工藝中的方式鋪覆，然后鋪上玻纖布和導流網(wǎng)。鋪層完成后，用真空袋完全密封，在真空度達到一定要求時，將樹脂導入整個鋪層結(jié)構(gòu)。樹脂在層合板中的分布依靠導流網(wǎng)引導樹脂流動來實現(xiàn)，最后自上而下將干纖維完全浸潤。
2、材料選擇：
樹脂：通常為環(huán)氧、聚酯、聚乙烯酯樹脂
纖維：任何常見纖維?？p合纖維更適合此工藝，因為纖維束間隙加速樹脂傳送
芯材：蜂窩泡沫不適用
3、主要優(yōu)點：
1) 同RTM工藝，但僅其中一面為模具面
2) 模具一面為真空袋，大大節(jié)省模具成本，且對模具承受壓力的要求降低
3) 大型結(jié)構(gòu)件也可以具有很高的纖維體積分數(shù)和較低的孔隙率
4) 標準的手糊工藝模具改造后可用于此工藝
5) 夾芯結(jié)構(gòu)可一次成型
4、主要缺點：
1) 對于大型結(jié)構(gòu)，工藝相對復雜，且修補無法避免
2) 樹脂粘度必須非常低，也降低了力學性能
3) 易出現(xiàn)未浸潤區(qū)域，導致大量報廢
5、典型應用：試制小型船艇，火車和卡車的車身板，風電葉片
八、預浸料-高壓釜工藝
1、方法描述：纖維或纖維布由材料制造商使用含有催化劑的樹脂預先浸潤，制造方法為高溫高壓法或溶劑溶解法。催化劑為室溫潛伏型，使材料在室溫下有幾周或幾個月的有效期；冷藏條件可以延長其儲存期限。預浸料可以手工或機器鋪入模具表面，然后覆蓋真空袋，加熱至120-180°C。加熱后樹脂可以再次流動，并最終固化。可以用高壓釜對材料施加額外的壓力，通?？梢赃_到5個大氣壓。
2、材料選擇：
樹脂：通常為環(huán)氧、聚酯、酚醛樹脂，耐高溫樹脂如聚酰亞胺、氰酸酯和雙馬來酰亞胺也可使用
纖維：無要求。纖維束或纖維布均可
芯材：無要求，但泡沫需耐高溫高壓
3、主要優(yōu)點：
1） 樹脂和固化劑比例以及樹脂含量均由供應商準確設(shè)定，很容易獲得高纖維含量和低孔隙率的層合板
2） 材料具有優(yōu)良的健康安全特性，工作環(huán)境潔凈，潛在地節(jié)省了自動化和人工成本
3） 單向材料纖維成本最小化，無需中間工藝將纖維織成布
4） 制造工藝要求樹脂高粘度浸潤性良好，也優(yōu)化了力學和熱學性能
5） 室溫下可工作時間的延長意味著，結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及復雜形狀的鋪層亦很容易實現(xiàn)
6） 潛在地節(jié)省了自動化和人工成本
4、主要缺點：
1） 材料成本增加，但為了滿足應用需求也是難以避免的
2） 需要高壓釜完成固化，成本較高，操作時間較長且有尺寸限制
3） 模具需要承受高的工藝溫度，對芯材有同樣的要求
4） 對于較厚部件，預浸料鋪層時需預抽真空，以排除層間氣泡
5、典型應用：航天飛機結(jié)構(gòu)件（如機翼和尾部），F1賽車
九、預浸料-非高壓釜工藝
1、方法描述：低溫固化預浸料制造工藝與高壓釜預浸料完全相同，不同的是樹脂的化學特性允許其在60-120°C實現(xiàn)固化。對于低溫60°C固化，材料的工作時間僅一周；對于高溫催化劑（>80°C），工作時間可達到幾個月。樹脂體系的流動性允許僅使用真空袋固化，避免使用高壓釜。
2、材料選擇：
樹脂：通常僅環(huán)氧樹脂
纖維：無要求，與傳統(tǒng)預浸料一樣
芯材：無要求，但使用標準PVC泡沫需特別注意
3、主要優(yōu)點：
1） 具備傳統(tǒng)高壓釜預浸料（(i.)）-（(vi.)）全部優(yōu)點
2） 模具材料便宜，如木材，因為固化溫度較低
3） 大型結(jié)構(gòu)件制造工藝簡單化，只需真空袋加壓，循環(huán)烤箱的熱空氣或者模具本身的熱空氣加熱系統(tǒng)即可滿足固化要求
4） 常見的泡沫材料也可使用，工藝較為成熟
5） 相比于高壓釜，能耗更低
6） 先進的工藝保證了良好的尺寸精度和可重復性
4、主要缺點：
1） 材料成本仍然高于干纖維，盡管樹脂成本低于航空航天用預浸料
2） 模具需要承受高于灌注工藝的溫度（80-140°C）
5、典型應用：高性能風電葉片，大型賽艇和游艇，救援飛機，火車部件
十、半預浸料/梁用預浸料-非高壓釜工藝
1、方法描述：較厚結(jié)構(gòu)（>3mm）中使用預浸料很難在固化過程中將層間或重疊鋪層部分的氣泡排出，為了克服這一困難，預抽真空被引入了鋪層工藝，卻顯著增加了工藝時間。近年來，固瑞特推出了一系列具有專利技術(shù)的改進型預浸料產(chǎn)品，使高品質(zhì)（低孔隙率）較厚層合板的制造實現(xiàn)了一步完工藝即可完成。半預浸料SPRINT由兩層干纖維夾一層樹脂膜的夾芯結(jié)構(gòu)組成，材料鋪入模具后，真空泵即可將其中的空氣在樹脂升溫變軟并浸潤纖維前完全抽干，然后再進行固化。梁用預浸料SparPreg是一種改進的預浸料，在真空條件下固化時，可以很容易地將氣泡從粘合的兩層材料間排除。
2、材料選擇：樹脂：多為環(huán)氧樹脂，其他樹脂也可用纖維：無要求芯材：大部分，但使用標準PVC泡沫需特別注意高溫。
3、主要優(yōu)點：
1）對于較厚的部件（100mm），依然可以精確獲得高纖維體積分數(shù)和低孔隙率
2）樹脂體系的起始狀態(tài)為固體，高溫固化后性能優(yōu)異
3）允許使用成本較低的高基重纖維布(如1600g/㎡)，提高鋪層速度，節(jié)約制造成本
4）工藝十分先進，操作簡單且樹脂含量精確控制
4、主要缺點：
1）材料成本仍然高于干纖維，盡管樹脂成本低于航空航天用預浸料
2）模具需要承受高于灌注工藝的溫度（80-140°C）
5、典型應用：高性能風電葉片，大型賽艇和游艇，救援飛機
詳解幾種常見復合材料成型工藝的優(yōu)缺點
01、噴涂工藝（Spray Lay-up）
1.1、工藝概念
將纖維在手持式槍中切碎，然后送入對準模具的催化樹脂噴霧中，沉積材料在標準大氣條件下固化（如圖1所示）。
圖1 噴涂工藝示意圖
1.2、主要材料
樹脂基體以聚酯樹脂為主，而纖維材料僅限玻璃纖維粗紗。
1.3 、主要優(yōu)勢
i） 廣泛使用多年。
ii）快速沉積纖維和樹脂的方法。
iii）低成本。
1.4、主要缺點
i） 層壓板往往富含樹脂，因此重量過大。
ii）僅包含短纖維，嚴重限制層壓板的機械性能。
iii）樹脂需要低粘度才能噴涂，這通常會損害它們的機械/熱性能。
iv）噴涂樹脂中苯乙烯含量高通常意味著它們具有更大的危害性，其較低的粘度意
v） 將空氣中苯乙烯的濃度限制在法定水平越來越困難。
1.5、典型應用
簡單的外殼、輕載結(jié)構(gòu)面板，例如大篷車車身、卡車整流罩、浴缸、淋浴盤、一些小艇。
02、長絲纏繞工藝（Filament Winding）
2.1 工藝概念
該工藝主要用于空心，通常為圓形或橢圓形的部件，如管道和儲罐。纖維束在纏繞到芯軸上之前要經(jīng)過樹脂浴，芯軸的旋轉(zhuǎn)速度由纖維輸送機構(gòu)和芯軸方向控制（圖2）。
圖2 長絲纏繞工藝示意圖
2.2 主要材料
樹脂基體可以選擇環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛樹脂等任何一種，而纖維類型也沒有限制，但纖維可直接從筒子架上取下，沒有織成織物。
2.3 主要優(yōu)點
i）這是一種非?？焖偾医?jīng)濟的鋪設(shè)材料的方法
ii）樹脂含量可以通過測量每個纖維束上的樹脂通過夾頭或模具來控制。
iii）由于沒有在使用前將纖維轉(zhuǎn)變?yōu)榭椢锏牡诙拦ば?，因此纖維成本得以最小化。
iv）層壓板的結(jié)構(gòu)性質(zhì)可以非常好，因為直纖維可以以復雜的模式鋪設(shè)，以匹配施加的荷載。
2.4 主要缺點
i）該過程僅限于凸形部件。
ii）纖維不能輕易地沿著組件的長度鋪設(shè)。
iii）大型組件成本可能很高。
iv）組件的外表面未模制，因此在外觀上不美觀。
v）通常需要使用低粘度樹脂，因為它們具有較低的機械和安全性能。
2.5 典型應用
化學品儲罐和管道、氣瓶、消防員呼吸罐
03、濕鋪工藝（Wet Lay-up）
3.1、工藝概念
用手將樹脂浸漬到呈編織、針織、縫合或粘合織物形式的纖維中。這通常是通過滾筒或刷子完成的，越來越多地使用壓輥式浸漬劑，通過旋轉(zhuǎn)滾筒和樹脂浴將樹脂壓入織物，層壓板在標準大氣條件下固化（如圖3所示）。
圖3 濕鋪工藝示意圖
3.2、主要材料
樹脂基體可以選擇環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛樹脂等任何一種，而纖維類型也沒有限制。
3.3 、主要優(yōu)勢
i） 廣泛使用多年。
ii）如果使用室溫固化樹脂，則成本較低。
iii）供應商和材料類型的選擇范圍很廣。
iv）纖維含量更高，纖維長度也更長。
3.4、主要缺點
i） 樹脂的混合、層壓板的樹脂含量和層壓板的質(zhì)量在很大程度上取決于層壓機的技術(shù)。如果不引入過多的空隙，通常就無法獲得低樹脂含量的層壓板。
ii）樹脂的健康和安全考慮。手工鋪層樹脂的較低分子量通常意味著它們比較高分子量的產(chǎn)品具有更大的危害性。較低粘度的樹脂也意味著它們有滲透服裝等趨勢。
iii）如果沒有昂貴的萃取系統(tǒng)，將聚酯和乙烯基酯中空氣中苯乙烯的濃度限制在法定濃度越來越難。
iv）樹脂需要低粘度才能手動操作。由于需要高濃度的稀釋劑/苯乙烯，這通常會損害它們的機械/熱性能。
3.5、典型應用
標準風力渦輪機葉片、生產(chǎn)船、建筑裝飾條等。
04、真空袋工藝（Vacuum Bagging）
4.1 工藝概念
該工藝基本上是上述濕鋪工藝的延伸，其中一旦層壓后就對層壓材料施加壓力以改善其固結(jié)性。這是通過在濕鋪層壓板上和工具上密封塑料膜來實現(xiàn)的。袋子下面的空氣被真空泵抽走，因此可以在層壓板上施加高達一個大氣壓的壓力以使其固化（圖4）。
圖4 真空袋工藝示意圖
4.2 主要材料
樹脂主要是以環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂為主，而聚酯和乙烯酯可能存在一定問題，因為真空泵從樹脂中過度萃取苯乙烯。對于增強纖維而言，由于存在一定的固結(jié)壓力意味著各種厚重的織物可能會被弄濕。
4.3 主要優(yōu)點
i） 與標準濕鋪技術(shù)相比，通常可以獲得更高的纖維含量層壓板。
ii）與濕鋪相比，空隙率更低。
iii）由于壓力和樹脂在結(jié)構(gòu)纖維中流動，使纖維更好地濕潤，多余的纖維進入袋裝材料。
iv）健康與安全：真空袋減少了固化過程中釋放的揮發(fā)物量。
4.4 主要缺點
i） 額外的工藝增加了勞動力和一次性包裝材料的成本
ii）操作人員需要更高的技術(shù)水平
iii）樹脂含量的混合和控制仍主要取決于操作員的技能
iv）盡管真空袋可以減少揮發(fā)物，但暴露量仍然高于預浸料處理技術(shù)等
4.5 典型應用
大型一次性巡航船、賽車部件、生產(chǎn)船中的核心粘接裝置。
05、拉擠成型（Pultrusion）
5.1、工藝概念
將纖維從筒子架中拉出通過樹脂浴，然后通過加熱的模具。模具完成纖維的浸漬，控制樹脂含量，并在材料通過模具時將其固化成最終形狀。然后，該固化型材自動切割成一定長度。也可將織物引入模具，以提供除0°以外的纖維方向。盡管拉擠成型是一個連續(xù)的過程，會產(chǎn)生恒定橫截面的輪廓，但允許將一些變化引入橫截面中。這個過程將材料拉過模具進行浸漬，然后夾在模具中進行固化。這使得該過程不連續(xù)，但可以適應橫截面的微小變化（如圖5所示）。
圖5 拉擠成型工藝示意圖
5.2、主要材料
樹脂基體一般為環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯酯和酚醛樹脂，而纖維類型沒有限制。
5.3 、主要優(yōu)勢
i） 這是一種非常快速、經(jīng)濟的材料浸漬和固化的方法。
ii）樹脂含量可精確控制。
iii）纖維成本最小化，因為大部分來自筒子架。
iv）層壓板的結(jié)構(gòu)性能非常好，因為型材中纖維順直，并且可以獲得高纖維體積分數(shù)。
v） 樹脂浸漬區(qū)可以封閉，從而限制揮發(fā)物排放。
5.4、主要缺點
i） 僅限于恒定截面或接近恒定的截面構(gòu)件
ii）加熱模具的成本可能很高。
5.5、典型應用
用于屋頂結(jié)構(gòu)、橋梁、梯子、框架的梁和大梁。
06、樹脂傳遞模塑（Resin Transfer Moulding，RTM）
6.1 工藝概念
織物作為干燥的材料堆放，這些織物有時被預壓成模具形狀，并由粘合劑粘合在一起，然后將這些“瓶坯”更輕松地放入模具中。隨后將第二模具夾持在第一模具上，并將樹脂注入型腔。也可以將真空施加到模腔上，以幫助樹脂被吸入織物中。這被稱為真空輔助樹脂注射（ Vacuum Assisted Resin Injection，VARI）。一旦所有的織物都被潤濕，樹脂入口就會關(guān)閉，層壓板就可以固化。注射和固化都可以在環(huán)境溫度或高溫下進行（如圖6所示）。
6.2 主要材料
樹脂通?？梢圆捎铆h(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、乙烯基酯和酚醛樹脂，但雙馬來酰亞胺等高溫樹脂也可在較高的工藝溫度下使用。纖維類型不限，縫制的材料在此過程中效果很好，因為間隙允許快速進行樹脂運輸。一些特別開發(fā)的織物可以幫助樹脂流動。
6.3 主要優(yōu)點
i）可以非常低的空隙率獲得高纖維體積的層壓板。
ii）由于封裝了樹脂，因此具有良好的健康和安全性以及對環(huán)境的控制。
iii）可能減少勞動力。
iv）組件的兩側(cè)都有一個模制表面。
圖6 RTM工藝示意圖
6.4 主要缺點
i） 配套的模具價格昂貴，而且為了承受壓力而很重。
ii）一般僅限于較小的部件。
iii）可能會出現(xiàn)未浸漬的區(qū)域，從而導致非常昂貴的報廢零件。
6.5 典型應用
小型復雜飛機及汽車零部件、火車座椅。
07、其他注塑工藝（SCRIMP, RIFT, VARTM等）
7.1 工藝概念
與RTM工藝類似，織物作為干燥的材料疊堆放置，然后用剝離層和編織型非結(jié)構(gòu)織物覆蓋纖維堆，隨后對整個干堆進行真空袋裝，一旦袋裝泄漏消除，樹脂就可以流入層壓板。樹脂容易在非結(jié)構(gòu)性織物中流動并從上方潤濕織物，從而有助于樹脂在整個層壓板上的分布（如圖7所示）。
圖7 其他注塑工藝示意圖
7.2 主要材料
樹脂一般為環(huán)氧樹脂、聚酯和乙烯基酯。增強纖維為任何常規(guī)織物，縫制的材料在此過程中效果很好，因為間隙允許快速進行樹脂運輸。
7.3 主要優(yōu)點
i） 與上述RTM一樣，但只有部件的一側(cè)有模制飾面。
ii）由于一半的工具是真空袋，且主工具所需的強度較低，因此工具成本較低。
iii）可以制造高纖維體積分數(shù)和低空隙率的非常大結(jié)構(gòu)件。
iv）標準濕鋪工具可在此過程中進行修改。
v）一次操作即可生產(chǎn)帶芯結(jié)構(gòu)。
7.4 主要缺點
i）相對復雜的過程，能夠在不需要修理的情況下，在大型結(jié)構(gòu)上持續(xù)良好地運行。
ii）樹脂的粘度必須非常低，因此必須具有機械性能。
iii））可能會出現(xiàn)未浸漬的區(qū)域，從而導致非常昂貴的報廢零件。
7.5 典型應用
小型游艇、火車和卡車車身面板、風能葉片。
08、高壓釜預浸料（Prepreg - Autoclave）
8.1、工藝概念
織物和纖維由材料制造商在加熱和加壓條件下或在溶劑中用樹脂預浸漬。催化劑在環(huán)境溫度下具有很大的潛伏性，使材料解凍后有數(shù)周或數(shù)月的使用壽命。但是為了延長儲存壽命，這些材料必須是冷凍儲存的。用手或機器將預浸料放置在模具表面，真空包裝，然后加熱到120-180°C，樹脂開始回流并最終固化。成型所需的額外壓力通常由高壓釜（實際上是加壓烘箱）提供，該高壓釜最多可向?qū)訅喊迨┘?個大氣壓，如圖8所示。
圖8 高壓釜預浸料工藝示意圖
8.2、主要材料
樹脂基體一般為環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂和高溫樹脂，如聚酰亞胺、氰酸酯和雙馬來酰亞胺。纖維種類不限，可直接從筒子架上取下或用作任何類型的織物。
8.3 、主要優(yōu)勢
i）樹脂/催化劑和纖維中的樹脂含量可精確設(shè)置，并可以實現(xiàn)高纖維含量和低空隙率。
ii）具有出色的健康和安全特性，可以清潔工作。
iii）由于沒有在使用前將纖維轉(zhuǎn)變?yōu)榭椢锏牡诙拦ば?，單向膠帶的纖維成本已降至最低。
iv）可以針對機械性能和熱性能優(yōu)化樹脂化學性質(zhì)，高粘度樹脂由于制造工藝而不易溶解。
v）延長的工作時間（在室溫下長達數(shù)月）意味著可以輕松實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，復雜的疊層。
vi）自動化，并可節(jié)省勞動力。
8.4、主要缺點
i） 預浸織物的材料成本較高，對于這些應用，通常也需要昂貴的高級樹脂。
ii）通常需要高壓釜來固化組件，設(shè)備昂貴，操作緩慢且尺寸受限。
iii）模具必須能夠承受所涉及的過程溫度，而芯材必須能夠承受過程溫度和壓力。
iv）對于較厚的層壓板，預浸料層需要在鋪層過程中進行熱“疏解”，以確保層間空氣的去除。
8.5、典型應用
飛機結(jié)構(gòu)部件（例如機翼和機尾部分）、F1賽車
09、非熱壓罐預浸料（Prepreg - Out of Autoclave）
9.1 工藝概念
低溫固化預浸料與傳統(tǒng)高壓釜預浸料完全相同，但其樹脂具有可在60-120°C的溫度下完成固化的化學性質(zhì)。對于低溫固化（60°C），材料的使用壽命可限制在一周以內(nèi)，但對于更高溫度的催化作用（>80°C），工作時間可以長達幾個月。樹脂系統(tǒng)的流動曲線允許單獨使用真空袋壓力，從而無需高壓釜（如圖9所示）。
圖9 非熱壓罐預浸料工藝示意圖
9.2 主要材料
樹脂通常只采用環(huán)氧樹脂。纖維類型不限，常規(guī)預浸料。
9.3 主要優(yōu)點
i）所有與使用上述傳統(tǒng)預浸料相關(guān)的優(yōu)點（（i）-（iv））都包含在低溫固化預浸料中。
ii）由于固化溫度較低，因此可以使用較便宜的工具材料，例如木材。
iii）由于只需要真空袋壓力，因此可以容易地制造大型結(jié)構(gòu)，并且可以通過簡單的熱風循環(huán)烘箱（通常在部件上原位建造）將溫度加熱到這些較低的溫度。
iv）如果遵循某些程序，則可以使用常規(guī)的泡沫芯材。
v） 比高壓釜工藝能耗低。
vi）提供高水平尺寸公差和可重復性。
9.4 主要缺點
i）盡管樹脂成本低于航空應用所需的材料，但材料成本仍然高于非預浸織物。
ii）工具必須能夠承受比注入工藝更高的溫度（通常為80-140°C）。
9.5 典型應用
高性能風力渦輪機葉片、大型競速和巡航游艇、救援艇、列車部件。
10、手糊成型
10.1 方法描述：手動將樹脂浸潤纖維，纖維可以為機織、編織、縫合或粘結(jié)等增強方式，手糊成型通常用滾輪或刷子完成，然后用膠滾擠壓樹脂使之滲入纖維。層合板置于常壓下固化。
10.2、材料選擇：
樹脂：無要求，環(huán)氧、聚酯、聚乙烯基酯、酚醛樹脂均可
纖維：無要求，但是基重較大的芳綸纖維難以手糊浸潤
芯材：無要求
10.3 主要優(yōu)點：
1) 工藝歷史悠久
2) 簡單易學
3) 如果使用室溫固化樹脂，模具成本低廉
4) 材料和供應商選擇空間大
5) 高纖維含量，所用纖維比噴涂工藝長
10.4 主要缺點：
1) 樹脂混合、層合板樹脂含量和品質(zhì)與操作人員的熟練程度密切相關(guān)，難以獲得低樹脂含量且低孔隙率的層合板
2) 樹脂的健康和安全隱患，手糊樹脂分子量越低，潛在的健康威脅就越大，粘度越低意味著樹脂越容易滲透員工的工作服從而直接接觸皮膚
3) 如果沒有安裝良好的通風設(shè)備，從聚酯和聚乙烯基酯揮發(fā)到空氣中的苯乙烯濃度很難達到法律規(guī)定的要求
4) 手糊樹脂的黏度需要非常低，因此苯乙烯或其他溶劑的含量必須較高，這樣就損失了復合材料的機械/熱性能
10.5 典型應用：標準風電葉片，批量制作的船艇，建筑模型
復合材料各種成型工藝對比
注：表格中的數(shù)量僅作為一般指導提供。真實情況是一個復雜的問題，需要制造零件的詳細統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
手糊成型和噴射成型允許快速的產(chǎn)品開發(fā)周期，因為工具制造過程簡單且成本相對較低。
手糊成型
手糊成型工藝又稱接觸成型，是樹脂基復合材料生產(chǎn)中最早使用和普遍應用的一種成型方法。手糊成型工藝是以手工操作為主，機械設(shè)備使用較少，它以不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂等為基體材料將增強材料粘結(jié)在一起的一種成型方法。
手糊成型操作雖然簡單，但是對操作人員的操作技能要求較高。它要求操作者要有認真的工作態(tài)度、熟練的操作技巧和豐富的實操經(jīng)驗。對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料性能、模具的表面處理、膠衣質(zhì)量、含膠量控制、增強材料的裁減和鋪放、產(chǎn)品厚度的均勻性等影響產(chǎn)品質(zhì)量的各種因素都要有比較全面的了解，尤其是實操中出現(xiàn)各種問題的判斷和處理，不僅需要有豐富的實踐經(jīng)驗，還要有一定的相關(guān)材料知識并具備一定的識圖能力。
手糊成型適用于快速的產(chǎn)品開發(fā)周期，工具制造過程簡單且成本相對較低。
噴射成型
噴射成型可以完成更大、更復雜的形狀的成型。噴射成型使用低成本的開放式模具、室溫固化樹脂，適合生產(chǎn)低至中等數(shù)量的大型零件。
噴射成型是將短切纖維和樹脂基體從切碎機/噴槍中噴出并沉積在模具中。與手動鋪層一樣，手動滾動可去除夾帶的空氣并潤濕纖維材料。通常在特定區(qū)域添加無紡粗紗以獲得理想的厚度或更大的強度。
噴射成型的特點：
適用于寬泛的零件尺寸
零件有一個成品表面，需要二次修整
適合小批量、大型和/或復雜組件
適合每年 <1,500 個零件的生產(chǎn)率
最低成本的工具
可容納單件或多件模具
噴射成型是原型開發(fā)的首選方法，其設(shè)計更改容易。
模壓成型（SMC/BMC）
模壓成型是大量復合材料零件生產(chǎn)最常見的選擇，通常有 SMC（片狀成型復合材料）和 BMC（塊狀成型復合材料）材料。模壓成型可生產(chǎn)各種尺寸的高強度復雜零件。
屬模具，加熱并施加高達2,000 psi 的壓力，保持一定的時間(一般5～10分鐘)，制備部件。具體時間、溫度、壓力工藝取決于部件尺寸和厚度。可以模制肋條、凸臺和嵌件等復合材料制品。
模壓部件的尺寸、形狀和成品表面優(yōu)美，部件間可重復性高，修整成本極低。
模壓成型具有以下優(yōu)點：
模內(nèi)涂層可用于改善表面可涂性，無需底漆。
部件顏色可以定制。
模具通常由模具鋼制成。當壓力 <400psi 時，可以使 用其他工具材料。
模具通常能夠運行 150℃ 的溫度和大約 1000psi 的壓力。
每副模具通?？梢灾谱?/span> 60,000 個零件。
液體復合成型（LCM）
液體復合成型與 SMC 類似。相比于SMC，液體復合成型能夠提升模制部件的機械性能和外觀，并且結(jié)構(gòu)完整性更好。這一優(yōu)勢使其在大批量汽車、卡車零部件生產(chǎn)中廣受歡迎。
PRIME (Prepositioned-Reinforcement-Ensuring-Manufacturing-Excellence) 工藝是LCM特有工藝。PRIME使用預先放置的纖維增強材料，可以將纖維方向與產(chǎn)品的負載設(shè)置精確對齊。從而提高纖維使用效率，并降低單位重量及成本。此外，工藝中先進機器人技術(shù)的使用減少了人工因素的影響，進一步提高了零部件生產(chǎn)的重復性。PRIME 工藝擴大了零部件設(shè)計范圍，并將能源成本降低了50%。
PRIME與 SMC的沖擊能量對比
在沖擊的各個階段，PRIME 可以比 SMC 吸收更多的能量
PRIME與 SMC的拉伸強度對比
兩種材料的平均值非常接近，但PRIME部件的分布范圍要小得多。這是因為PRIME工藝纖維的分布和取向更均勻。
圖 3 使用PRIME工藝制備零部件的跑車
PRIME工藝可靠地滿足規(guī)格要求，并使得車輛更輕、更快。
樹脂傳遞成型 (RTM)
樹脂傳遞成型（RTM ）是一種真空輔助的樹脂轉(zhuǎn)移工藝。該工藝提高了層壓板的壓縮率、纖維樹脂比和強度。RTM適用于較大部件的中等批量生產(chǎn)。
樹脂傳遞成型通常被認為是介于相對較慢的噴涂模具成本較低和模具成本較高的快速壓縮成型方法之間的中間過程。
樹脂傳遞成型具有以下特點：
適用于具有高強度重量比要求的產(chǎn)品
適用于中等批量生產(chǎn)，每年生產(chǎn) 200 到 10,000 個零件
膠衣可用于提供高質(zhì)量、耐用的飾面
模具可以由許多不同的材料制成——聚酯、鎳殼、鋁甚至低碳鋼。
真空灌注成型 (VIP)
真空灌注成型（VIP，Vacuum Infusion Processing），是真空輔助的閉模樹脂工藝。與RTM相同，區(qū)別在于對于B側(cè)表面的壓縮，VIP使用柔性片材或使用真空袋膜。
通過這些過程，干增強材料被放置在模具中，經(jīng)常與型芯或其他插入物結(jié)合在一起。然后施加真空以壓實并排除空氣。樹脂被引入，真空將其吸入并均勻分布在增強材料內(nèi)。
真空灌注成型可以使用非常低粘度的樹脂，同時使用放氣膜或其他排氣裝置來制造非常大的零件。這種樹脂灌注工藝可實現(xiàn)非常低的空隙率，非常高的纖維含量從而提升成型部件機械性能。
成型部件的纖維含量由纖維結(jié)構(gòu)和壓力決定。
使用 RTM Light，樹脂通過低于 2psi 的泵送機制引入。樹脂和填料類型的更多靈活性是可能的，以及纖維含量的中間范圍。好處是更好的表面處理和零件厚度的變化，以及更快的周期時間以降低成本。工具可以是鋁、鋼或復合材料。
輕型 RTM
RTM Light工藝也是一種真空輔助的閉模樹脂工藝，與VIP工藝略有不同，可以以低于 2psi 的泵送機制引入樹脂。從而控制成型部件的纖維含量。
RTM Light推薦用于具有高強度重量比要求的產(chǎn)品。
Light RTM推薦用于具有高強度重量比要求的產(chǎn)品，或具有輕微設(shè)計回歸、邊緣懸垂或會導致剛性 B 側(cè)模具表面鎖模的高脫模角的產(chǎn)品。
優(yōu)點：
·最適合每年 200 至 5,000 個零件的中等批量生產(chǎn)
·環(huán)保——這種封閉式模具工藝不涉及樹脂暴露
·可采用預置鋼筋以實現(xiàn)最佳強度重量比
·模內(nèi)膠衣飾面可用于所需的化妝品飾面
注：適合生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量——推薦量是平均值，僅作為一般指導提供。實際體積效率是一個更復雜的問題，需要有關(guān)要制造的零件的詳細統(tǒng)計數(shù)據(jù)。
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