复合材料LCM整体成型工艺发展及应用.pdf

２０１４年第９期玻璃钢／复合材料１０５复合材料ＬＣＭ整体成型工艺发展及应用高国强（中材科技风电叶片股份有限公司，北京１０２１０１）摘要：复合材料ＬＣＭ工艺经过多年的发展，形成了ＲＴＭ、ＲＩＭ、连续纤维增强热塑性预浸料真空袋压成型等多种多样的成型工艺方法。各种工艺方法由于特点不同，各自需要发展的技术内容各有不同，ＲＴＭ工艺向着高速成型方向发展，ＲＩＭ向着更大、更复杂的结构部件整体成型发展，快速充模流动和自动铺放是主要的技术方向，连续纤维增强热塑性预浸料真空袋压成型需要开发更多的品种以拓展应用领域。关键词：复合材料；成型工艺；ＬＣＭ中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ—文章编号：１００３０９９９（２０１４）０９－０１０５－０４纤维增强复合材料具有比强度和比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、结构功能一体化等独特优点，在航空航天、舰船、车辆制造、风力发电等领域已经得到了越来越广泛的应用。由于纤维增强复合材料结构可设计性强、工艺方法灵活，容易实现一次性整体成型，能够提供更好的结构效率，在大型结构部件的制造中，有着显著的工艺优势。早期的大型结构部件制造主要为手工糊制工艺。手糊工艺由于操作劳动强度大，对手工技术要求高，对环境污染大等不利因素，限制了其应用范围和应用量。在２０世纪４０年代以后，逐步发展出了闭——模注射成型技术ＲＴＭ（ＲｅｓｉｎＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｌｄｉｎｇ）。２０世纪８０年代，由于环保法规日趋严格，ＲＴＭ技术得到了迅速发展，并不断发展形成了多种多样的衍生工艺类型。代表性的工艺包括ＶＡＲＴＭ（ＶａｃｕｕｍＡｓｓｉｓｔｅｄＲｅｓｉｎＴｒａｎｓ￣ｒＭｏｌｄｉｎｇ）、ＲＩＭ（ＲｅｓｉｎＩｎｆｕｓｉｏｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）、ＲＦＩ（ＲｅｓｉｎＦｉｌｍＩｎｆｕｓｉｏｎ）以及连续纤维增强热塑性预浸料真空袋压成型工艺等。这些工艺的共同工艺特征是：首先将纤维或者预成型体铺放到模具中，然后模具闭合施加成型压力，最后树脂注入或依靠真空导入进入模腔，树脂流动充分浸渍纤维，升温使得树脂固化形成复合材料整体结构。由于这些共同的工艺特征，这一类工艺都被归入ＬＣＭ（ＬｉｑｕｉｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭｏｌｄｉｎｇ）成型工艺的范畴。本文将分别介绍ＲＴＭ、ＲＩＭ和连续纤维增强热塑性预浸料真空袋压成型三类工艺的技术特点、发展以及代表性的产品应用。ｌＲＴＭ、ＶＡＲＴＭ和ＨＰ－ＲＴＭ技术①ＲＴＭ工艺的主要特点是：采用对模成型，可②以实现双面产品结构；采用易变形、适合铺放的纤维结构形式，如连续毡、夹芯毡、缝编毡以及纤维预③成型体；采用专门的ＲＴＭ灌注机，在一定的压力条件下将树脂注射进入模腔。１．１ＲＴＭ工艺模具ＲＴＭ成型模具是保证工艺成功的关键环节。在大型部件制造中，为了降低模具投资，通常采用从母模型中翻制的办法来制造模具。模具主要结构包括成型面、分模面、模具密封结构、注射口、排气口、导向定位结构、刚度结构、加热结构等部分。母模型的加工早期为木制模型，依靠模型工的手工技艺和木工机床的辅助完成模型加工。随着代木胶泥材料的出现，模型加工通过大型数控多轴加工中心完成，能够实现很高的模型精度。为提高模具表面的耐久性，电铸镍壳模具这一技术也在ＲＴＭ技术中得到了应用。电铸是利用金属的电解沉积原理来精确复制母模型的加工方法，是电镀的特殊应用。电铸镍壳模具制作时和大部分的玻璃钢模具制作类似，首先需要加工一个精确的母模型，再在母模型表面涂覆导电材料，然后放人镍电铸槽中，利用电解原理，将镍合金材料均匀沉积到模型表面，达到５ｒａｍ以上的厚度后，将模型取出，在背面制造增强层和刚度结构，完成后脱模即可形成电铸模具。电铸镍模具在汽车软质内饰生产中的应用非常广泛，在生产量比较大的ＲＴＭ生产中能够提供上万次的模具使用寿命。——收稿日期：２０１４０８０３作者简介：高国强（１９７２一），男，教授级高工，主要从事复合材料成型工艺技术研究工作。Ｐ／ＣＩ２０１４：Ｎｏｉ９