复合材料成型基本工艺与特点.doc

第五章 复合材料成型工艺与特点5.1 手糊、喷射成型技术与特点5.1.1 手糊成型技术与特点1) 手糊成型原理手糊成型工艺是树脂基复合材料生产中最早使用和应用普遍一种成型办法，它是指将纤维浸渍树脂后手工地铺层在模具上，黏结在一起然后固化成型工艺。手糊成型技术很少受制品形状及大小限制，模具费用低，对于那些品种多、生产量小大型制品，手糊成型技术是非常适合。2) 手糊成型工艺原材料手糊成型工艺所用原材料涉及：增强材料、树脂和辅助材料。（1）增强材料手糊成型对增强材料规定：增强材料易于被树脂浸透；有足够形变性，能满足制品复杂形状成型规定；气泡容易扣除；可以满足制品使用条件物理和化学性能规定；价格合理（尽量便宜），来源丰富。用于接触成型增强材料有玻璃纤维及其织物，碳纤维及其织物，芳纶纤维及其织物等。其中惯用玻璃纤维增强材料有如下几种：无捻粗纱、无捻粗纱布、加捻布、短切玻璃纤维毡、玻璃纤维织物。（2）基体材料手糊成型工艺对基体材料规定：在手糊条件下易浸透纤维增强材料，易排除气泡，与纤维粘接力强；在室温条件下能凝胶，固化，并且规定收缩小，挥发物少；粘度适当：普通为0.20.5Pas，不能产生流胶现象；无毒或低毒；价格合理，来源有保证。 在手糊成型技术中，最惯用是不饱和聚酯树脂，另一方面是环氧树脂、酚醛树脂和呋喃树脂，乙烯基树脂等也有少数应用。（3）辅助材料接触成型工艺中辅助材料，重要是指填料和色料两类，而固化剂、稀释剂、增韧剂等，归属于树脂基体体系。3)模具及脱模剂（1）模具模具是各种接触成型工艺中重要设备。模具好坏，直接影响产品质量和成本，必要精心设计制造。设计模具时，必要综合考虑如下规定：满足产品设计精度规定，模具尺寸精准、表面光滑；要有足够强度和刚度；脱模以便；有足够热稳定性；重量轻、材料来源充分及造价低。模具材料应满足如下规定：可以满足制品尺寸精度，外观质量及使用寿命规定；模具材料要有足够强度和刚度，保证模具在使用过程中不易变形和损坏；不受树脂侵蚀，不影响树脂固化；耐热性好，制品固化和加热固化时，模具不变形；容易制造，容易脱模；昼减轻模具重量，以便生产；价格便宜，材料容易获得。能用作手糊成型模具材料有：木材，金属，石膏，水泥，低熔点金属，硬质泡沫塑料及玻璃钢等。脱模剂基本规定：不腐蚀模具，不影响树脂固化，对树脂粘接力不大于0.01MPa；成膜时间短，厚度均匀，表面光滑；使用安全，无毒害作用；耐热、能以受加热固化温度作用；操作以便，价格便宜。 手糊成型工艺脱模剂重要有薄膜型脱模剂、液体脱模剂和油膏、蜡类脱模剂。4)手糊成型工艺流程（1）生产准备场地：手糊成型工作场地大小，要依照产品大小和日产量决定，场地规定清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在1535之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。模具准备：准备工作涉及清理、组装及涂脱模剂等。树脂胶液配制：配制时，要注意两个问题：防止胶液中混入气泡；配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。增强材料准备：增强材料种类和规格按设计规定选取。（2）糊制与固化铺层糊制：手工铺层糊制分湿法和干法两种：干法铺层 用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。湿法铺层 直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。普通手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和构造层糊制。固化：制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化普通要24h，此时固化度达50%70%（巴柯尔硬性度为15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化12周才干使制品具备力学强度，称熟化，其固化度达85%以上。加热可增进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80加热3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150以内。加热固化办法诸多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。（3）脱模和修整脱模：脱模要保证制品不受损伤。脱模办法有如下几种：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。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，同步用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。大型制品（如船）脱模 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办法 先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。修整：修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。尺寸修整 成型后制品，按设计尺寸切去超过多余某些；缺陷修补 涉及穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。5)手糊成型工艺优缺陷手糊成型工艺有如下长处：（1）不需要复杂设备，只需要简朴模具、工具，固定投资少、见效快，比较适合国内乡镇公司发展；（2）生产技术易掌握，只需要通过短期培训即可进行生产；（3）所制作复合材料产品不受尺寸、形状限制，如大型游船、圆屋顶、水槽等均可；（4）可与其她材料（如金属、木材、泡沫等）同步复合成一体；（5）对某些不适当运送大型制品（如大罐、大型屋面）均可现场制作。但是手糊成型也存在许多缺陷：（1）生产效率低、速度慢、生产周期长，对于批量大产品不太适合：（2）产品质量不够稳定，由于操作人员技能水平不同及制作环境条件影响，产品质量稳定性较差；（3）生产环境差，气味大，加工时粉尘多，故需从劳动保护上加以解决。6)手糊成型应用由于手糊工艺设计自由，因而可依照产品技术规定设计出抱负外观、造型及各种各样复合材料制品。手糊成型工艺制作复合材料产品用途比较广泛，重要有如下几种方面：(1) 建筑制品 波形瓦、采光罩、风机、浴盆、组合式卫生间、冷却塔、活动房屋、玻璃钢大棚等。(2) 造船业 渔船、游船、游艇、交通艇、救生艇，灯塔、水中浮标、养殖船等。(3) 机械电器设备 机器罩、配电箱、医疗器械外罩、电池箱、开关盒等。(4) 体育游乐设备 赛艇、舢板、滑板、各种球杆、人造攀岩墙、冰车、风帆车、海底游乐设备等。5.1.2 喷射成型技术与特点喷射成型是运用喷枪将玻璃纤维及树脂同步喷到模具上而制得复合材料工艺办法。详细作法是，加了引起剂树脂和加了增进剂树脂分别由喷枪上两个喷嘴喷出。同步切割器将持续玻璃纤维切割成短切纤维，由喷枪第三个喷嘴均匀地喷到模具表面上，用小辊压实，经固化而成制品。喷射成型也称半机械化手糊法。在国外，喷射成型发展方向是代替手糊。喷射成型长处是:运用粗纱代替玻璃布，可减少材料费用;半机械操作，生产效率比手糊法高24倍，特别对大型制品，这种长处更为突出。喷射成型无搭缝，制品整体性好;减少飞边、裁屑和胶液剩余损耗。喷射成型缺陷是树脂含量高;制品强度低;现场粉尘大;工作环境差。喷射成型机按喷射方式分类，可分为:(1)高压型:用泵把树脂送入喷枪，借泵压进行喷射;用空压机将树脂罐和固化剂罐加压，在该压力下，将树脂和固化剂压入喷枪进行喷射。(2)气动型:树脂、固化剂或它们混合物借压缩空气喷出力与空气雾化、喷出。按混合形式分类，可分为:(1内部混合型:在喷枪内部混入引起剂后进行喷射。(2)外部混合型:分别具有增进剂和引起剂树脂由喷枪喷出呈雾状互相混合，有单独喷射引起剂和喷射含引起剂树脂两种类型。(3)已混合型:事先调配好含增进剂和引起剂树脂，由喷枪喷出。1）喷射成型工艺在喷射成型开始此前，应当先检查树脂凝胶时间，测定办法是将少量树脂喷入小罐中，测定其凝胶时间;还必要检查树脂对玻璃纤维比例，普通树脂对玻璃纤维比例在2.5比1到3.5比1之间。待胶衣树脂凝胶后发软而不粘手)，就可以开始喷射成型操作。如果没有胶衣树脂，应先在模具上喷一层树脂。然后开动切割器，开始喷射树脂和纤维混合物。第一层应当喷射得薄某些(约1mm厚)，并且仔细滚压，一方面用短马海毛滚，然后用螺旋滚.以保证树脂和固化剂混合均匀以及玻璃纤维被完全浸润。仔细操作，保证在这一层中没有气泡，并且这一层必要完全润湿胶衣树脂，待这一层凝胶后再喷下一层。接下来每一层约喷射2mm厚，如果太厚，则气泡难以除去，制品质量不能保证。每喷射一层都要仔细滚压除去气泡。如此重复，直至达到设计厚度。要获得较高强度制品，则必要与粗纱布并用，在使用粗纱布时，应先在模具上喷射足够量树脂，再铺上粗纱布，仔细滚压，这样有助于除去气泡。对大多数喷射设备，其喷射速率普通是2-10kg /min。与手糊成型同样，最后一层可以使用表面毡，再涂上外涂层。固化、修整、后固化及脱模等工序与手糊成型法相似。2）喷射成型常用缺陷分析（1）浸渍不良产生因素及对策:若因树脂含量低所致，则可恰当增长树脂含量。若因树脂黏度过大所致，则应调节树脂黏度。若因树脂触变度不够而导致树脂流失所致，则应选取有适当触变度树脂，或加触变剂。若因粗纱质量不好，不易被树脂浸透所致，则应更换粗纱。因固化时间过短，在喷射操作中就凝胶，应调节树脂凝胶时间，如减少增进剂量，加人阻聚剂，调节环境温度。（2）脱落产生因素及对策:若因树脂含量多所致，则应减少树脂喷出量。若因树脂黏度、触变度低所致，则应提高树脂黏度和触变度。若因喷枪与成型模面距离小所致，则应控制喷射距离和方向。若因粗纱切割长度不适当所致.则应按制品大小和形状，变化纤维切割长度。（3）固化局限性及固化不均产生因素及对策:若因各喷嘴喷吐量不稳定，而导致配比失调，则要拟定各喷嘴喷吐量，必要时作相应调节。若因喷出树脂不能形成恰当雾状，则应调节雾化，使树脂呈雾状。若因树脂和短切粗纱喷射形状不一致，则模面与喷枪之间距离及方向要保持恰当。若由于喷枪型号因素，初始时喷出固化剂量局限性，则可用空吹法调节固化剂达到一定喷出量后，再喷出树脂和纤维。若因空压机内混入冷凝水，则将空压机内冷凝水排放掉，并定期排放。（4）粗纱切割不良产生因素及对策:若因切割刀片磨损所致，则应更换，普通应按刀片材质.在使用一定期间后积极更换。若是支持辊磨损所致，则应视磨损限度及时更换。若因粗纱根数太多所致，则应减少粗纱根数，普通以切割2根粗纱为宜。若因切割器空气压低所致，则应提高空气压，增大空压机容量。（5）空洞、气泡产生因素及对策;若是脱泡不充分所致，则应按操作规范仔细操作。若是树脂浸渍不良所致，则应加些消泡剂，再次检查树脂和纤维质量。若脱泡限度难以判断，可将模具做成黑色，以便观测脱泡和浸渍状况。若是在凝胶前就送入高温后固化炉所致，则应当在室温下固化后再送入炉内固化。（6）厚度不匀产生因素及对策：由于未掌握好喷射操作所致，则应通过训练以提高纯熟限度。由于脱泡操作不纯熟所致，则应选用适当脱泡工具，纯熟掌握脱泡操作。若因纤维切割性不好所致，则应调节或更换切割器。若因纤维分散性不好所致，则应检查粗纱质量。（7）白化及龟裂。产生因素及对策:由于树脂反映活性高，在短时间内固化，固化时发热量大，而引起树脂和纤维界面剥离。则应选取反映活性适当树脂，检查引起剂和增进剂种类和用量以及固化条件。由丁纤维表面附有妨碍树脂浸润物质(如水、油、润滑脂等)所致，则应作恰当解决，平时要注意粗纱保管和使用。若因一次喷射太厚所致，则可采用分次喷射，边控制固化发热量边喷射。若是喷枪中各喷嘴喷出量不匀所致，.则应调节树脂喷出量。若是树脂中混有水所致，则应改进树脂保管、操作办法、使用条件，空压机冷凝水管要经常放水。5.2 树脂传递模塑成型技术与特点随着复合材料应用领域不断拓宽，复合材料工业得到迅速发展，成型技术日益完善，新成型办法不断涌现。当前树脂基复合材料成型技术重要有手糊成型、喷射成型、树脂传递模塑成型（Resin Transfer Molding，RTM）、模压成型、注射成型、构造反映注射成型(SRIM)、真空袋成型、压力袋成型、高压釜成型、纤维缠绕法、拉挤成型法以及其他成型办法12。初期，复合材料部件生产多采用手糊工艺，但手糊制品质量稳定性差，劳动强度大，不能满足工业化生产规定。日后发展起来喷射法，生产质量和效率有所提高，应用于较大、简朴形状部件生产。20世纪60年代SMC和BMC工艺浮现，为工业化生产大型部件提供了可行性。在随后里，SMC和BMC技术迅速发展成熟，并得到了广泛应用34。20世纪80年代，由于市场需要多样性，以RTM工艺为代表先进液体模塑技术迅速发展。此类技术属于高性能低成本制造技术，工艺办法灵活，可以一次成型带有夹芯、加筋、预埋大型构造件，比其他任何工艺更具备竞争力5。5.2.1 RTM树脂基体及增强材料5.2.1.1 RTM树脂基体规定RTM成型制品质量好坏,性能高低及工艺上可操作性如何与RTM所选树脂有密切关系。因而，研究RTM合用树脂基体便显得尤为重要。RTM用树脂体系应满足：1）粘度低，浸润性好，便于树脂在模腔内顺利均匀地通过并浸渍纤维；2）固化放热峰低，以100180为宜；3）活性高，凝胶时间和固化时间短，但在注射时又要有较长合用期；4）树脂系统不含溶剂，固化时无低分子物析出，同步又适当增长填料，特别是树脂消泡性要好；5）收缩率低，以保证制品尺寸精确，且所需树脂应为预增进型。RTM使用高性能树脂基体涉及：不饱和聚酯树脂，乙烯基酯树脂，环氧树酯，双马来酰亚胺树脂，热塑性树脂。当前重要为环氧树脂。5.2.1.2 RTM增强材料规定在RTM工艺中，对增强材料限制很小。玻璃纤维(涉及E和S玻璃纤维)、芳纶纤维和碳纤维都可以使用。依照不同规定，天然纤维和某些有机纤维，如聚醋纤维，也可在RTM中使用。有时也使用金属作构造局部增强。在这种状况下应考虑使用环境条件对所选取金属腐蚀和采用相应防护办法。增强体预制件可依照应用采用不同工艺制备。RTM成型对增强材料规定是：1）增强材料分布应符合制品构造设计规定，要注意方向性；2） 增强材料铺好后其位置和状态应固定，不动不应因合模和注射树脂而动；3）对树脂浸润性要好；4）利于树脂流动并能经受树脂冲击。5.2.2 RTM成型工艺5.2.2.1 RTM成型工艺原理复合材料树脂传递模塑（Resin Transfer Molding，RTM）法是从湿法铺层和注塑工艺中演变而来一种新复合材料成型工艺6。所谓树脂传递模塑，普通是指在闭合模腔中预先铺覆好按性能和构造规定设计好增强材料预成型体(涉及螺栓、螺帽、聚氨酯泡沫塑料等嵌件)，夹紧后，从置于恰当位置注入孔在一定温度及压力下将配好树脂注入模具中，在室温或升温条件使之与增强材料一起固化，最后启模、脱模而得到成型制品。图1为RTM成型工艺示意图。图1 RTM成型工艺示意图RTM工艺普通涉及如下四个环节：一、从卷材上裁剪增强材料并铺叠在一起；二、使增强材料具备一定形状、按照制品形状修剪预成型体；三、充模(涉及预成型体铺放，树脂注射以及固化)；四、脱模及加工。5.2.2.2 RTM成型工艺优势与手糊成型、喷射成型、缠绕成型、模压成型等老式工艺纤维/树脂浸润过程相比，RTM成型工艺优势重要体当前：1）RTM工艺分增强材料预成型体加工和树脂注射固化两个环节，具备高度灵活性和组合性7；2）采用了与制品形状相近增强材料预成型技术，纤维树脂浸润一经完毕即可固化，因而可用低粘度迅速固化树脂，并可对模具加热而进一步提高生产效率和产品质量；3）增强材料预成型体可以是短切毡、持续纤维毡、纤维布、无皱折织物、三维针织物以及三维编织物，并可依照性能规定进行选取向增强、局部增强、混杂增强以及采用预埋和夹芯构造，可充分发挥复合材料性能可设计性89；4）封闭模树脂注入方式可极大减少树脂有害成分对人体和环境毒害；5）RTM普通采用低压注射技术(注射压力4kg/cm2)，有助于制备大尺寸、外形复杂、两面光洁整体构造，及不需后解决制品10；6）加工中仅需用树脂进行冷却；7）模具可依照生产规模规定选取不同材料，以减少成本。5.2.2.3 RTM成型工艺存在局限性当前，RTM成型工艺其自身还存在某些问题，重要体当前11：1）树脂对纤维浸渍不够抱负，制品里存在空隙率较高，干纤维现象；2）制品纤维含量较低，普通为50%；3）大面积、构造复杂模具型腔内，模塑过程中树脂流动不均衡，不能进行预测和控制，对于制造大尺寸复合材料来说，模具成本高,脱模困难等。5.2.3 RTM成型工艺改进RTM已经成为一种重要复合材料低成本制造工艺，近些年获得了很大发展。针对老式RTM工艺制件纤维体积含量低、不能整体成型复杂构件等局限性，衍生出诸多新RTM工艺，重要有柔性辅助RTM、真空辅助RTM、SCRIMP成型技术、共注射RTM技术等。5.2.3.1 柔性辅助RTM此工艺重要用来制造空心构造，通过柔性模对预成型体压实作用，制件纤维体积含量较老式RTM工艺得到了提高；由于构件套合在柔性模上，脱模更为容易12。此工艺原理为：在柔性模上铺放好干态预成型体，置入刚性阴模中，把树脂注入模腔中并控制柔性模膨胀(或先使柔性模膨胀，然后注射树脂)，固化成型，脱模。为了控制柔性模膨胀，可采用加热柔性模或向密闭柔性模中充气办法。前者可称为热膨胀软模辅助RTM工艺，后者为气囊辅助RTM工艺13。(1) 热膨胀软模辅助RTM工艺将预成型体铺放在聚氨酯泡沫、硅橡胶等软质材料上，然后将其置入刚性阴模内，运用软模材料与阴模材料热膨胀系数差别，在模具加热过程中，软模受热膨胀，对预成型体起到挤压作用，从而提高构件致密性。该工艺由于可以以较低成本整体成型大尺寸复杂构造复合材料构件，因而受到人们关注。如Bender等14运用热膨胀软模辅助RTM工艺成功成型了内部构造复杂复合材料舱段构件。通过静载性能研究表白，舱段整体力学性能优秀，可满足航天主承力构造件使用规定。国内学者采用热膨胀成型工艺，一次性固化成型制成复合材料背架构件。其工艺过程为先在钢质阴模内铺放预浸料，然后在模腔内放置膨胀芯模，模具组装后进行加热固化。鞠金山1617运用软模成型技术制备了高精度天线测量杆，芯模采用热膨胀硅橡胶，将碳纤维单向布铺贴于热膨胀芯模上进行加热加压成型，最后成型制品为规则杆状构件。(2) 气囊辅助RTM工艺气囊辅助RTM工艺是将预成型体铺放在密封气囊上，置入模腔内，通过气囊充压压实预成型体，使预成型体贴附在模腔内表面赋形。气囊辅助RTM工艺预成型体铺放以便快捷，气囊压力容易控制，对预成型体压实效果明显。国外在该方面有较多研究工作。ULehmann等18运用气囊辅助RTM工艺成型了某个空心构件，图2为其原理图。由图可见，预成型体外形与最后构件外形并不同样，预成型体铺放在气囊上，置入模腔后即充压使得预成型体贴附在模腔内壁上，空心构件外形是靠模腔内壁形状保证。图2 气囊辅助RTM工艺制造空心构造原理图5.2.3.2 真空辅助RTM(1) 真空辅助RTM工艺原理图3 真空辅助模塑工艺工作原理真空辅助RTM（Vacuum Assisted Resin Transfer Molding）其基本办法是使用敞开模具成型制品19。这里所说敞开模具是相对老式RTM双层硬质闭合模具而言,VARTM模具只有一层硬质模板，纤维增强材料按规定尺寸及厚度铺放在模板上，用真空袋包覆，并密封四周，真空袋采用尼龙或硅树脂制成。注射口设在模具一端，而出口则设在另一端，注射口与RTM喷枪相连，出口与真空泵相连。当模具密封完好，确认无空气泄漏后，开动真空泵抽真空。达到一定真空度后，开始注入树脂，固化成型。(2) 真空辅助模塑工艺特点与RTM相比,VARTM长处有：(1)模腔内抽真空使压力减小，增长了使用更轻型模具也许性，从而使模具使用寿命更长、可设计性更好；(2)真空袋材料取代了在RTM中需相配对金属模具；(3)真空也可提高玻璃纤维与树脂比率，使玻璃纤维含量更高，增长制品强度20；(4)无论增强材料是编织还是非编织，无论树脂类型及粘度如何，VARTM都能大大改进模塑过程中纤维浸润性，使树脂和纤维结合界面更完美,提高制品质量；(5)用VARTM工艺可使直径38.11 mm致密预成型坯纤维体积含量为16%68%,合计孔隙率为1.7%，而普通预浸料孔隙率为5 %7%21。虽然VARTM工艺以上长处可提高制品成品率和力学性能，但是VARTM缺陷是：与高压成型相比，纤维含量低。随着科学技术发展和国内外各科研单位和生产厂家对真空辅助RTM工艺注重限度及结识限度不断加深，近十几年来，国内外许多学者对真空辅助RTM成型工艺中缺陷形成及消除进行了进一步细致研究。5.2.3.3 SCRIMP成型技术SCRIMP（Seeman Composites Resin Infusion Molding Process）是一种比较新颖复合材料成型工艺，以既经济又安全办法生产高品质大型制品见长，近年来在国外关于资料中时有报道。SCRIMP成型技术是一种新型真空辅助注射技术(VARTM),是一种低成本制造技术(复合材料制导致本占总成本6070%)。自80年代末开发出来，在航空、航天、船舶、基本构造工程、交通、防御工程等应用领域得到了人们普遍关注。通过近年发展，当前该工艺已由研究开发阶段逐渐进入规模化工程应用2223。(1) SCRIMP成型技术原理SCRIMP工艺同RTM类似,也是采用干织物或芯层材料作预成型；与RTM不同之处在于它只需一半模具和一种弹性真空袋。事先将一层或几层纤维织物或芯层辅放在模具里面。真空袋普通采用尼龙或抗扯破、延伸性能好硅橡胶材料，在模具上形成封闭腔，真空袋上有一种或几种真空出口。模具上有一种或几种树脂注入口，树脂通过注入口注入到增强材料中。在高真空度下，增强材料被压实同步吸入树脂。SCRIMP专利核心在于真空袋下面分散介质层，它是一种针织网状织物，具有互相交错树脂分布通道。不大于大气压压力通过弹性真空袋作用在铺层材料上，在树脂注入前将玻纤压实，减少空隙率，纤维树脂重量比可达70/30。在Seeman工艺中尚有一可透过树脂剥离层，铺在分散介质层和制品之间，在制品固化成型后，剥离层连同多余树脂一起揭掉，在接近模具面，得到表面效果抱负大型制品。SCRIMP复合材料生产工艺环节：(1)单面模具表面涂脱模剂；(2)铺放干织物和芯层；(3)铺放分散介质层；(4)用真空袋密封；(5)注入树脂同步抽真空；(6)室温固化或放入烘房。(2) SCRIMP成型技术特点24a) SCRIMP是一闭合式系统，操作人员同苯乙烯隔离并且也不需要接触其他有机材料。b) 纤维层在高真空度下被压实、孔隙率极低，纤维与树脂重量比可达70/30。又加上有分散介质层存在，使树脂迅速而均匀地渗入到纤维层，控制手段比手糊更为严密，从而使质品满足强度规定，重复性好、质量可靠。c) 普通来说，SCRIMP制品越大，经济性越可观。生产大型RTM制品，模具费用及注射设备费用相称高,而同样尺寸SCRIMP模具费用却与手糊相称，并且不需要注射设备，同步劳动力费用比手糊法减少50%。d) 由于精心设立树脂分派系统，使树脂胶液先迅速在长度方向上充分流动填充，然后在真空压力驱动下在厚度方向缓慢浸润，改进了浸渍效果，减少了缺陷发生。5.2.3.4 共注射RTM技术美国特拉华大学复合材料中心 John W. Gillespie Jr等25人提出了一种改进型RTM 工艺共注射 RTM（Co-injection Resin Transfer Molding，简称 CIRTM），可以让两种以上树脂能同步注入模具中以浸渍纤维预成型体，用于制备多功能层复合材料构造。(1)共注射RTM工艺原理图4 共注射RTM成型工艺示意图如上图4所示为共注射RTM制备一体化复合材料工艺示意图，与普通RTM不同是，共注射RTM工艺是由两套RTM注射系统分别将两种不同种类树脂同步注入预先铺设好预成型体并抽真空模具中26。可通过调节两套注射系统注射压力来实现两种胶液在模腔中同步浸润各自不同纤维增强体，充模完毕后进行共固化操作。(2) 共注射RTM工艺特点共注射RTM在制备不同树脂体系多层复合材料构造上具备明显优势。但是当两种树脂注射条件和固化条件相差较大时，共注射及共固化条件拟定仍是难题。John W. Gillespie Jr 研究小组一方面通过数值分析和有限元模仿办法对共注射工艺过程中两种树脂横向流动机理进行了研究 27，并且对树脂在浸渍过程中横向流动进行了定量分析。研究成果表白，如果采用CIRTM工艺制备大尺寸构件或树脂粘度相差很大时，两种功能层预成型体之间应当需要一种完全不可渗入隔层。5.2.4 影响RTM成型工艺因素RTM成功核心是对的地分析、拟定和控制工艺参数。重要工艺参数有注胶压力、注胶温度、注胶速度等。这些参数是互有关联、互相影响。5.2.4.1 注胶压力影响压力是影响RTM工艺过程重要参数之一28。压力高低决定模具材料规定和构造设计，高压力需要高强度、高刚度模具和大合模力。如果高注胶压力与低模具刚度结合，制造出制件就要超差。RTM工艺但愿是在较低压力下完毕树脂压注。为减少压力，可采用如下办法：减少树脂粘度；恰当模具注胶口和排气口设计；恰当纤维排布设计；减少注胶速度。5.2.4.2 注胶速度影响注胶速度同样也是一种重要工艺参数。注胶速度取决于树脂对纤维润湿性和树脂表面张力及粘度，受树脂活性期、压注设备能力、模具刚度、制件尺寸和纤维含量制约。人们但愿获得高注胶速度，以提高生产效率。从气泡排出角度，也但愿提高树脂流动速度，但不但愿速度提高会随着压力升高。此外，充模快慢与RTM质量影响也是不可忽视重要因素。纤维与树脂结合除了需要用偶联剂预解决以加强树脂与纤维化学结合力外，还需要有良好树脂与纤维结合紧密性29。这普通与充模时树脂微观流动关于。当前，关于研究人员用充模时宏观流动来预测允模时产生夹杂气泡、熔接痕甚至充不满模等缺陷。用微观流动来预计树脂与纤维之间浸渍和存在于微观纤维之间微量气体排除量(通惯用电子显微镜才干检测)。由于树脂对纤维完全浸渍需要一定期间和压力，较慢充模压力和一定充模反压有助于改进RTM微观流动状况。但是，充模时间增长减少了RTM效率。因此，这一对矛盾也是当前研究热点。5.2.4.3 注胶温度影响 注胶温度取决于树脂体系活性期和最小粘度温度。在不至太大缩短树脂凝胶时间前提下，为了使树脂在最小压力下使纤维获得充分浸润，注胶温度应尽量接近最小树脂粘度温度。过高温度会缩短树脂工作期：过低温度会使树脂粘度增大，而使压力升高，也阻碍了树脂正常渗入纤维能力。较高温度会使树脂表而张力减少，使纤维床中空气受热上升，因而有助于气泡排出。5.2.5 RTM成型工艺应用当前RTM应用已覆盖了建筑、交通、电讯、卫生、航空航天等各领域。5.2.5.1 航空航天领域航空航天领域对树脂基复合材料规定较高，如:耐热性高、力学性能优秀、制件精度高、性能分散性小。要达到如此高规定用老式成型工艺虽能实现，但制品成本较高，生产效率低。而RTM技术制造高性能复合材料方面具备明显优越性。Dauglas公司在NASA ACT(美国国家航空与航天局征询中心)合同资助下，开展了使用RTM制造机身与机翼构造研究工作。制造出了1.2m1.8m,并带有6根50mm高、6mm厚增强筋壁板。同步Douglas公可已用RTM/增强材料缝合物研制了大型运送机机身蒙皮30。RTM另一种重要应用是制造高性能雷达罩31。它具备构造均匀、致密、空隙率低、表面光滑、尺寸精度及精确度高特点，从而为雷达罩具备优良介电性能提供了可靠保证。航空工业总公司637研究所用RTM工艺已制成了几种战斗机雷达罩，重要有：歼-10战斗机、米格-21战斗机、歼-8战斗机雷达罩等。5.2.5.2 汽车与卫生用品RTM工艺在汽车制造业中应用是非常广泛。Tooling化学公司制造汽车底盘保护板;丰田新4WD雪暴车车顶和后侧部，每台采用了37kgRTM成型件;大和运送宅急便用厢式货车前箱盖(宽1.7m，约10kg)和头灯罩(3.5kg);北关工业使用CF/AF混织布成型汽车用后稳定气翼和后支柱，卡车用导风板;日本中华人民共和国工业公司，整体成型安装用筋和凸台汽车用前档泥板;英国Plaxton汽车厂，Excaliburh和Premiere两种新型汽车下侧面板，先后盖以及储物箱门.都是用RTM工艺制造32。5.2.5.3 其她方面RTM工艺制造复合材料应用覆盖了许多领域，美国Addax运用碳纤维和环氧树脂制造了工业水冷却塔驱动轴旋翼叶和CAT扫描仪底盘板。Poiycycle公司将环氧树脂用于与单向S-2G玻璃纤维复合碳纤维编织管和芳纶纤维编织套管，从而制成了0. 56m自行车手柄。大荣产业NTT共用电话亭屋顶；地下探查机机壳和蓄电池壳体；电杆上变压器壳体；三菱电机用VARI法成型微波中继补偿天线开口直径3m主反射镜；稚马哈发动机公司成型了高尔夫手推车车体(20kg)，采用加热电铸模具迅速成型法，一件周期为30min。北关工业使用CF/AF混织布成型风力发电Wells涡轮叶片。5.2.6 前景展望近些年来RTM技术得到长足发展。TRM技术重要涉及材料学、流体力学、化学流变学、计算机仿真模仿及实时监控技术等诸多交叉学科，是当前国际复合材料最活跃研究领域之一。纵观国内外RTM研究发展动态，RTM技术研究方向重要涉及:低粘度高性能树脂体系制备及其化学动力学和流变特性、纤维预成型体制备及渗入特性、成型过程计算机仿真模仿技术、成型过程在线监控、模具优化设计33、新型工艺设备开发等。5.3 缠绕成型技术与特点缠绕成型是在控制纤维张力和预定线型条件下，将持续纤维粗纱或布带浸渍树脂胶液后持续地缠绕在相应于制品内腔尺寸芯模或内衬上，然后在室温或加热条件下使之固化成型制成一定形状制品办法。缠绕成型工艺：缠绕工艺过程普通涉及芯模和内衬制造、树脂胶液配制、纤维热解决和烘干、浸胶、胶纱烘干、在一定张力下进行缠绕、固化、检查、加工成制品等工序。影响缠绕制品性能重要工艺参数有纤维浸胶、胶液含量及分布、胶纱烘干、缠绕张力、纱片缠绕位置、固化制度、缠绕速度、环境温度等，这些因素多半紧密地联系在一起。合理选取工艺参数是充分发挥原料特性、制造高质量缠绕制品重要环节。纤维浸胶：含胶量高低直接关系到制品重量和厚度。含胶量过高，制品强度减少，成型和固化时流胶严重；含胶量过低，制品孔隙率增长，气密性、耐老化性、剪切强度均下降。缠绕张力：张力大小、各纤维束之间张力均匀性以及各缠绕层之间纤维张力均匀性，对制品质量影响极大、适当缠绕张力可以使树脂产生预应力，从而提高树脂抵抗开裂能力。各纤维束之间如果张力不匀，当承受载荷时，纤维会被各个击破，使总体强度发挥大受影响。为使制品各缠绕层在张力作用下不浮现内松外紧现象，应使缠绕张力有规律递减，以保证各层均有相似初始应力。缠绕张力将直接影响制品密实限度和空隙率，且对纤维浸渍质量和制品含胶量影响很大。缠绕速度：缠绕速度是指纱线速度应控制在一定范畴之内。速度过小则生产效率低，速度过快则树脂容易溅洒、胶液浸不透或杂质易吸入。固化制度：固化制度是指保证树脂充分固化重要条件，直接影响制品物理力学性能。固化制度涉及加热温度范畴、升温速度、恒温温度及时间、降温冷却等。要依照制品不同性能规定采用不同固化制度，且不同树脂系统，固化制度也不相似，普通都要依照树脂配方、制品性能规定以及制品形状、尺寸及构造状况，通过实验来拟定合理固化制度。依照纤维缠绕成型时树脂基体物理化学状态不同，分为干法缠绕、湿法缠绕和半干法缠绕三种。（1）干法缠绕 干法缠绕是采用通过预浸胶解决预浸纱或带，在缠绕机上经加热软化至粘流态后缠绕到芯模上。由于预浸纱（或带）是专业生产，能严格控制树脂含量（精准到2%以内）和预浸纱质量。因而，干法缠绕可以精确地控制产品质量。干法缠绕工艺最大特点是生产效率高，缠绕速度可达100200m/min，缠绕机清洁，劳动卫生条件好，产品质量高。其缺陷是缠绕设备贵，需要增长预浸纱制造设备，故投资较大此外，干法缠绕制品层间剪切强度较低。（2） 湿法缠绕 湿法缠绕是将纤维集束（纱式带）浸胶后，在张力控制下直接缠绕到芯模上。湿法缠绕长处为：成本比干法缠绕低40%；产品气密性好，由于缠绕张力使多余树脂胶液将气泡挤出，并填满空隙；纤维排列平行度好；湿法缠绕时，纤维上树脂胶液，可减少纤维磨损；生产效率高（达200m/min）。湿法缠绕缺陷为：树脂挥霍大，操作环境差；含胶量及成品质量不易控制；可供湿法缠绕树脂品种较少。（3） 半干法缠绕 半干法缠绕是纤维浸胶后，到缠绕至芯模途中，增长一套烘干设备，将浸胶纱中溶剂除去，与干法相比，省却了预浸胶工序和设备；与湿法相比，可使制品中气泡含量减少。三种缠绕办法中，以湿法缠绕应用最为普遍；干法缠绕仅用于高性能、高精度尖端技术领域。缠绕成型优缺陷：纤维缠绕成型制品除了具备普通复合材料制品长处之外，尚有其她成型工艺所没有特点。（1）比强度高 缠绕成型玻璃纤维增强复合材料比强度比刚高三倍，比钛高四倍、这是由于缠绕制品所采用增强材料是持续玻璃纤维，其拉伸强度很高。甚至高于合金钢。同步纤维直径很细，因而使得持续纤维表面上微裂纹尺寸和数量较少，从而减少了应力集中，使得持续纤维具备较高强度。此外，持续纤维特别是无捻粗纱3由于没有通过纺织工序，其强度损失大大减少。（2）避免了布纹交织点与短切纤维末端应力集中 复合材料顺纤维方向拉伸强度大小重要由纤维含量和纤维强度来决定。在复合材料制品中，增强纤维是重要承载物、而树脂是支撑和保护纤维，并在纤维间起着分布和传递载荷作用。据实验测得，在玻璃纤维两端产生拉应力为零，向纤维内部则逐渐增长，应力曲线平滑持续。就纤维与树脂之间剪切应力而言，纤维两端最大，中间区域为零。因而，采用短切纤维做增强材料复合材料制品强度，均低于纤维缠绕成型复合材料制品。（3）可使产品实现等强度构造 纤维缠绕成型可使产品构造在不同方向强度比最佳。也就是说，在纤维缠绕构造任何方向上，均可使设计制品材料强度与该制品材料实际承受强度基本一致，使产品实现等强度构造。当前，缠绕成型工艺是各种复合材料成型办法中机械化和自动化限度较高一种。该工艺采用增强材料大多是持续纤维无捻粗纱和无纬带材料，减少了纤维布、毡等纺织及加工费用，因而相对减少了复合材料成本。但是缠绕成型存在如下缺陷。（1） 在缠绕特别是湿法缠绕过程中易形成气泡，导致制品内空隙过多，从而会减少层间剪切强度并减少压缩强度和抗失稳能力。因而，规定在生产过程中，尽量采用活性较强稀释剂、控制胶液黏度，改进纤维浸润性及恰当增大纤维张力等办法，以便减少气孔和空隙率。（2） 缠绕复合材料制品开孔周边应力集中限度高。作为一种缠绕制品，为了连接配件而开口进行切割、钻孔或开槽等都会减少缠绕构造强度。因而，这就规定设计合理，制品完全固化后尽量避免切割、钻孔等破坏性加工。（3） 缠绕过程中纤维张力控制要适度，纱带宽及搭接尺寸要严格控制。且必要排布均匀，否则会导致复合材料制品中纤维初始应力不匀，内外松紧不等，产品强度受到影响。（4）制品形状有局限性。缠绕制品多为圆柱体、球体及某些正曲率回旋体，如管、罐、椭圆运送罐等。1.原材料缠绕成型原材料重要是纤维增强材料、树脂和填料。（1）增强材料 缠绕成型用增强材料，重要是各种纤维纱：如无碱玻