李凱凱 王瑞星 許兆寧 朱華

【摘要】隨著纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料發(fā)展，成型技術(shù)更加成熟，本文結(jié)合工作實(shí)踐，簡(jiǎn)要對(duì)噴射成型技術(shù)、模壓成型技術(shù)、纏繞成型技術(shù)、樹(shù)脂傳遞模塑成型技術(shù)、熱壓罐成型技術(shù)等碳纖維復(fù)合材料成型技術(shù)進(jìn)行了探討，以為復(fù)合材料成型生產(chǎn)提供參考。

【關(guān)鍵詞】復(fù)合材料;碳纖維;成型技術(shù)

纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料發(fā)展到現(xiàn)在，成型技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，復(fù)合材料的加工技術(shù)有20多種。雖然技術(shù)種類較多，但都是在同一基礎(chǔ)上根據(jù)不同的材料特點(diǎn)和使用要求不斷衍生出來(lái)的。碳纖維具備質(zhì)量輕、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，可以根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景下碳纖維復(fù)合材料的使用要求來(lái)選擇不同的成型技術(shù)，在發(fā)揮材料性能優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上綜合考慮生產(chǎn)成本來(lái)選擇成型生產(chǎn)技術(shù)。本文擬結(jié)合工作實(shí)踐，選擇幾種常用的生產(chǎn)成型技術(shù)作一探討。

1 噴射成型技術(shù)

碳纖維復(fù)合材料成型技術(shù)最原始最常用的手糊成型，就是在模具工作面上涂敷脫模劑、膠衣，將剪裁好的碳纖維布（或氈）鋪設(shè)到模具工作面上，再刷涂樹(shù)脂，用刷子、壓輥或刮刀壓擠使其均勻浸膠排除氣泡，然后再鋪放下一層纖維布（或氈）并涂刷樹(shù)脂，如此反復(fù)到需要的厚度后，成型固化、脫模。由于手糊技術(shù)簡(jiǎn)便、投資低廉、適用面廣，在石油化工容器、貯槽、殼體等許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。噴射成型是為改進(jìn)手糊成型技術(shù)而創(chuàng)造的一種半機(jī)械化成型技術(shù)，它是利用短切纖維和樹(shù)脂混合，在噴槍中利用壓縮空氣將纖維和樹(shù)脂均勻噴灑在模具表面上，達(dá)到所需厚度后，利用橡膠輥來(lái)回壓平，最后固化成型（噴射成型流程見(jiàn)圖1）。在生產(chǎn)效率方面有一定的提高，多用來(lái)制造船身、浴缸、儲(chǔ)罐的過(guò)渡層等。

2 模壓成型技術(shù)

模壓成型技術(shù)是將材料置于上下模之間，在液壓機(jī)的壓力和溫度作用下使材料充滿模具型腔并排出殘留的空氣，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的高溫高壓使樹(shù)脂固化后，脫模即可得到碳纖維制品（見(jiàn)圖2）。模壓技術(shù)是應(yīng)用性很強(qiáng)的一種碳纖維成型技術(shù)，在工業(yè)的承力結(jié)構(gòu)件制造方面有不可取代的地位。模壓技術(shù)細(xì)分可分為預(yù)浸料模壓、SMC模壓、濕法模壓等。其中，預(yù)浸料模壓成型工藝基本過(guò)程是：將一定量經(jīng)一定預(yù)處理的模壓料放入預(yù)熱的模具內(nèi)，施加較高的壓力使模壓料填充模腔。在一定的壓力和溫度下使模壓料逐漸固化，然后將制品從模具內(nèi)取出，再進(jìn)行必要的輔助加工即得產(chǎn)品。

3 纏繞成型技術(shù)

纏繞成型技術(shù)是將連續(xù)的纖維絲或布帶經(jīng)過(guò)樹(shù)脂槽浸潤(rùn)之后擠去多余樹(shù)脂，然后按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的排布規(guī)律纏繞到芯模上，纏繞到設(shè)計(jì)厚度之后，進(jìn)行固化、脫模成為復(fù)合材料制品。碳纖維纏繞成型可充分發(fā)揮其高比強(qiáng)度、高比模量以及低密度的特點(diǎn)，可用于制造圓柱體、球體及某些正曲率回轉(zhuǎn)體或筒形碳纖維制品。

4 樹(shù)脂傳遞模塑成型技術(shù)

樹(shù)脂傳遞模塑成型是低粘度樹(shù)脂在閉合模具中流動(dòng)、浸潤(rùn)增強(qiáng)材料并固化成形的一種技術(shù)技術(shù)，屬于復(fù)合材料的液體成形或結(jié)構(gòu)液體成形技術(shù)范疇。其具體方法是在設(shè)計(jì)好的模具中，預(yù)先放入經(jīng)合理設(shè)計(jì)、剪裁或經(jīng)機(jī)械化預(yù)成形的增強(qiáng)材料，模具需有周邊密封和緊固，并保證樹(shù)脂流動(dòng)順暢;閉模后注入定量樹(shù)脂，待樹(shù)脂固化后即可脫模得到所期望產(chǎn)品。HP-RTM、VARTM、L-RTM等均屬于該技術(shù)改進(jìn)成型方法。

5 拉擠成型技術(shù)

拉擠成型技術(shù)是將浸漬過(guò)樹(shù)脂膠液的碳纖維絲束、帶或布等原材料，在牽引力的牽引下，通過(guò)擠壓模具加熱成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)截面規(guī)格相同、長(zhǎng)度不同的碳纖維型材。復(fù)合材料拉擠成型技術(shù)是成型技術(shù)中的一種特殊技術(shù)，其顯著特點(diǎn)是可完全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高，具備批量化生產(chǎn)的能力。拉擠成型制品強(qiáng)度高，其制成品橫、縱向強(qiáng)度可任意調(diào)整，可滿足碳纖維復(fù)合材料制品的不同力學(xué)性要求。此種成型技術(shù)適合于生產(chǎn)各種截面形狀的型材，如工字型、角型、槽型、異型等截面管材以及通過(guò)上述截面構(gòu)成的組合截面型材等。

6 熱壓罐成型技術(shù)

熱壓罐成型技術(shù)是將預(yù)浸料按預(yù)設(shè)方向鋪疊成的預(yù)成型體在封裝之后放入熱壓罐內(nèi)，在一定預(yù)設(shè)溫度和壓力下完成固化。熱壓罐是一種能夠承受和調(diào)整一定范圍內(nèi)溫度、壓力的專用容器。預(yù)浸料鋪放在涂有脫模劑的模具表面，然后再依次用脫模布、吸膠氈、隔離膜、透氣氈完全覆蓋，并密封在真空袋內(nèi)，經(jīng)過(guò)抽真空檢驗(yàn)密封性之后，再放入熱壓罐內(nèi)。在放入熱壓罐加溫固化之前需要抽真空，然后在熱壓罐高溫、加壓的作用下固化成型。固化技術(shù)參數(shù)的制定與執(zhí)行是保證熱壓罐成型復(fù)合材料產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。此種技術(shù)適用于制造對(duì)力學(xué)性能要求較高的承力結(jié)構(gòu)件，如整流罩、飛機(jī)艙門(mén)、機(jī)載雷達(dá)罩，支架、機(jī)翼、尾翼等產(chǎn)品。

以上通過(guò)結(jié)合常用的碳纖維復(fù)合材料成型技術(shù)原理探討了幾種碳纖維復(fù)合材料成型技術(shù)。事實(shí)上，碳纖維復(fù)合材料的成型用到的技術(shù)還有很多種，比如：真空袋壓成型技術(shù)、夾層結(jié)構(gòu)成型技術(shù)、層壓成型技術(shù)、卷管成型技術(shù)、熱塑性片狀模塑料制造技術(shù)及冷模沖壓成型技術(shù)等。每一種成型技術(shù)都有這自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，工程技術(shù)人員應(yīng)該針對(duì)不同產(chǎn)品選擇合適的技術(shù)技術(shù)路線，力求做到成本和性能要求的最高性價(jià)比。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳剛.熱縮塑料在復(fù)合材料成型工藝中的應(yīng)用.塑料科技，2017（5）：7.

作者簡(jiǎn)介：

李凱凱（1976-），男，山東煙臺(tái)人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，中石化勝利石油分公司東辛采油廠。