復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物理特性或不同化學(xué)物質(zhì)通過復(fù)合，組成多相、三維結(jié)合且各相之間有明顯界面的、具有特殊性能的材料；其主要是由增強(qiáng)材料和基體材料組成。它最大的特點(diǎn)是復(fù)合后材料的性能優(yōu)于構(gòu)成該復(fù)合材料的單一材料性能。

根據(jù)基體材料的不同可以將復(fù)合材料劃分為：樹脂基增強(qiáng)復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料。其中，樹脂基復(fù)合材料的使用量最大，占所有復(fù)合材料使用量的90%以上。

樹脂基復(fù)合材料具有在設(shè)計(jì)與制造上自由設(shè)計(jì)性、材料與結(jié)構(gòu)一致性且產(chǎn)品形狀的設(shè)計(jì)自由性。樹脂基復(fù)合材料的成型工藝可以分為三大類：

（1）對模成型：

模壓成型、樹脂傳遞成型、注射成型、冷壓成型、結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射成型；

（2）接觸成型：

手糊成型、噴射成型、真空袋成型、壓力袋成型、高壓釜成型；

（3）其他重要成型方法：

纖維纏繞成型法、拉擠成型法、連續(xù)板材成型法、離心鑄型法；

不同的生產(chǎn)工藝，適應(yīng)不同的制品和生產(chǎn)規(guī)模，除手糊、噴射、纏繞三種工藝為開模成型外，其余均為閉模成型工藝。下面對普遍使用幾種復(fù)合材料成型及應(yīng)用進(jìn)行概括。

1. 手糊成型工藝

手糊成型工藝是指通過手工把增強(qiáng)材料和樹脂相互交錯(cuò)的在模具上鋪層，黏結(jié)然后固化成型的工藝。

手糊成型工藝所需原材料包括：增強(qiáng)材料（玻璃纖維粗紗、玻璃纖維織物、粗紗織物、玻璃纖維氈等）、樹脂（環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、酚醛樹脂等）和輔助材料（催化劑、脫模劑、填料等）。

手糊成型生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)簡單但效率低下，尺寸形狀不受限制但穩(wěn)定性差，主要用于生產(chǎn)汽車車殼、機(jī)器蓋、保險(xiǎn)杠等方面。

2. 噴射成型工藝

噴射成型工藝是將混有引發(fā)劑的樹脂體系或含有促進(jìn)的樹脂體系分別從不同的樹脂罐中吸入并在噴射槍中混合或噴出后混合，且噴槍上的切割器將連續(xù)纖維切成短纖維與樹脂混合，再噴到模具上，待噴涂到規(guī)定的厚后，用輥筒壓實(shí)再固化成型的一種方法。

噴射成型常用的樹脂是30~40min貯存期的固化樹脂，常用增強(qiáng)材料為玻璃纖維。噴射成型效率較手糊法提高2~4倍、生產(chǎn)投資少但光潔度差、工作環(huán)境惡劣，主要生產(chǎn)汽車車體、內(nèi)飾件等。

3. 樹脂傳遞模塑成型(RTM)工藝

樹脂傳遞模塑過程是指將樹脂注入到閉合模具中浸潤增強(qiáng)材料并固化成型的工藝方法，是近年來發(fā)展較為迅速的適宜多品種、中批量、高質(zhì)量的先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝，它是一種最接近產(chǎn)品形狀部件的生產(chǎn)方法。

RTM工藝的高性能樹脂有：乙烯基酯樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂（BMI）和熱塑性樹脂。增強(qiáng)材料有玻璃纖維、碳纖維、碳化硅纖維和芳綸纖維等。

樹脂傳遞成型工藝可滿足精確、大尺寸、外形復(fù)雜的模型要求但模具造價(jià)高、設(shè)計(jì)復(fù)雜。主要用車生產(chǎn)汽車車身板、保險(xiǎn)杠、齒輪箱殼體、小卡車車廂等。

樹脂傳遞模塑成型工藝流程

4. 模壓成型工藝

模壓成型是將一定量的預(yù)混料和浸潤料加入金屬對模內(nèi)，經(jīng)加熱、加壓固化成型的方法。模壓料的品種有很多，可以是浸潤物料，預(yù)混物料，也可以是坯料。

當(dāng)前所用的模壓料的品種有熱固性復(fù)合材料包括：SMC （片狀模塑料）、BMC （塊狀模壓料）、TMC（厚片狀模塑料）等品種；熱塑性復(fù)合材料有 GMT（玻璃纖維氈熱塑性塑料）、LFT-D（長纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料直接在線生產(chǎn)工藝制品）、LFT-G（長纖維熱塑性顆粒注射制品）等。

模壓成型的高性能樹脂有：環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、有機(jī)硅樹脂、烯丙基酯樹脂等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維束、玻璃纖維布、玻璃纖維氈等，也有少量特種制品選用碳纖維、有機(jī)纖維等品種，有時(shí)也采用兩種或兩種以上纖維混雜料作增強(qiáng)材料。

模壓成型生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定、耐沖擊、防碰撞、可批量生產(chǎn)但設(shè)備投資大、模具制造復(fù)雜。主要用于生產(chǎn)汽車車門、儀表盤、前端框架、汽車內(nèi)板等。

BMC、TMC與SMC生產(chǎn)工藝流程相近，圖為SMC生產(chǎn)工藝流程圖：

由于受到汽車回收方便和和相關(guān)環(huán)保法規(guī)的要求，目前熱固性塑料用量正在下降，而熱塑性復(fù)合材料隨著其工藝的發(fā)展較為迅速，成本逐漸降低，其用量正逐步擴(kuò)大，在汽車輕量化設(shè)計(jì)中，越來越多的零部件將考慮使用熱塑性復(fù)合材料。

特別是熱塑性復(fù)合材料的三種成型工藝中，相較于GMT和LFT-G這兩種依賴于半成品板材或粒料的生產(chǎn)工藝，LFT-D技術(shù)則是直接利用聚合物母粒和玻璃纖維進(jìn)行日常生產(chǎn)，省去了制板或造粒的中間過程，降低成本的同時(shí)使得制品在原料的選擇上更為便捷實(shí)用，所以越來越多的汽車零部件廠商引進(jìn)LFT-D生產(chǎn)技術(shù)。

GMT、LFT-G和LFT-D生產(chǎn)方式比較

本文來源：北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及其自動(dòng)化學(xué)院

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