復(fù)合材料與金屬模具的缺點它們隨著使用時間的推移，在加工成型過程中往往會發(fā)生泄漏，特別是用于低溫固化與高溫成型的層壓板模具。有時，泄露就會發(fā)生在測試首件合格性時，制造商則會拼命嘗試封堵泄露以解決問題（暫時），更糟糕的是，這個工件會在短時間內(nèi)交付給一個毫不知情的客戶使用。

可以預(yù)先做些什么來確保復(fù)合材料的成型工具在使用過程中不發(fā)生泄漏？要回答這個問題，我們首先需要了解導(dǎo)致其泄漏的因素是什么。以下是需要考慮到的一些要點。

1.模具設(shè)計

增加模具周邊的大半徑凸緣可以最大限度地減少在制造、脫模和使用過程中沖擊邊緣而損壞的可能性。這種方法增加了層壓模板本身的剛度，可以用最小的支撐結(jié)構(gòu)（圖1）。在設(shè)計模型或圖案時，應(yīng)該一起考慮凸緣和其他模具的特征，以便將這些特征集成于層壓模具壓板上。

圖1.圖片中的永久圖案和層壓模板在零件區(qū)域外具有較大半徑的凸緣，從而提高了模具壓板的剛度并防止邊緣沖擊。

2.材料選擇和加工方法

理想的預(yù)浸料和工藝才能獲得最佳效果。要在合理控制樹脂含量的情況下制造濕法鋪層（或灌注）模具并能夠提供間歇性壓實步驟（減厚）以避免在鋪層過程中出現(xiàn)橋接，這是非常困難的?？梢赃@樣做，但生產(chǎn)中出現(xiàn)漏氣的風(fēng)險較高。

雖然通常要求節(jié)省時間，但隨著使用時間的推移，在層壓結(jié)構(gòu)中使用散裝織物可能會產(chǎn)生不利影響，因為它們通常需要額外的樹脂來填充紗線和相鄰層之間的交接處。它們也更容易在角落或重疊處發(fā)生橋接，樹脂將盡力填充開放空間形成的低壓區(qū)域。過量的樹脂也是有問題的，最終會產(chǎn)生微裂紋，在層壓模板內(nèi)形成泄漏路徑。建議使用面重為≤500 gsm（碳纖維）或<700 gsm（玻璃纖維）的斜紋和/或線束緞紋（HS）織物，以最大程度地減少問題。注意：HS 織物需要對經(jīng)紗方向進行更多檢測才能獲得真正的對稱性。

同時，建議進行多次加壓以獲得最佳效果。第一層應(yīng)確保壓實，以便在鋪設(shè)后續(xù)層之前緊密貼合模型或圖案。加壓之間的層數(shù)取決于模具配置，模具越復(fù)雜，需要的加壓次數(shù)就越多。如果時間（和材料）允許的話，建議在固化前進行最后一次過夜加壓/保壓，以在固化前去除水分、揮發(fā)物并在固化前進行壓實。

3.初始固化溫度低

具有高反應(yīng)性和低固化溫度的樹脂由于在固化過程中有較小的熱膨脹系數(shù)，可以在模型（或圖案）與層壓模具壓板之間實現(xiàn)良好的尺寸控制。許多預(yù)浸料模具系統(tǒng)在約65℃初始固化數(shù)小時，根據(jù)測量出的實際溫度與模具傳熱系數(shù)，這個時間或溫度不夠促使樹脂充分固化。雖然表面看起來已經(jīng)固化，但內(nèi)部未完全交聯(lián)。這類玻璃化樹脂在受到?jīng)_擊或彎曲時極易斷裂。增加初始固化溫度下的保溫時間或者將溫度（初始固化后）升高至約80℃，持續(xù)數(shù)小時，可以在脫模前進一步促進樹脂充分固化。此外，建議在使用之前，在預(yù)期使用溫度以上進行完全后固化。

4.基體樹脂的微裂紋

在使用楔子從模型或圖案內(nèi)部移除工件的脫模過程中，最有可能發(fā)生基體樹脂的破壞。尤其會發(fā)生在楔形模具內(nèi)的層壓板外邊緣。在脫模過程中，層壓板的局部沖擊和彎曲所產(chǎn)生的力會在每個楔塊位置產(chǎn)生嚴(yán)重的扇形微裂紋。熱循環(huán)（膨脹和收縮）加劇了這種情況，因為微裂縫網(wǎng)絡(luò)在層壓板內(nèi)富含樹脂的區(qū)域繼續(xù)增長，最終導(dǎo)致真空/壓力完整性損失。因此，在楔形線處具有較大半徑的凸緣將使結(jié)構(gòu)變硬，并將斷裂的可能性降至最低。

5.切割或加工邊緣

強烈建議不要使用往復(fù)鋸或高速磨料切割輪來修整層壓板的鋒利邊緣。往復(fù)鋸會使板材邊緣產(chǎn)生微裂紋，切割輪會使基體樹脂過熱，使其更容易斷裂。建議將邊緣盡可能鋪成網(wǎng)格形狀，然后用手或皮帶平行于邊緣打磨，而不是切割。然后，用橡膠覆蓋邊緣進行保護，以保護邊緣免受損壞和員工受傷（圖2）。

圖2. 該模具有一個與層壓板模具貼合的橡膠圈，為模具和操作人員提供額外保護。

6.層壓工具中的孔、定位銷、襯套及貫穿件

隨著時間的推移，層壓板模具中的孔、定位銷、襯套和其他貫穿層壓板模具的地方都會發(fā)生泄漏。當(dāng)一次又一次循環(huán)使用時，定位銷、襯套和金屬真空管道/硬件位置上的應(yīng)力都會在相鄰的基體樹脂中產(chǎn)生微裂紋，最終會與微裂紋網(wǎng)絡(luò)（泄漏）連接。最好是利用模具得成型特征，為后續(xù)的修整和鉆孔操作中使用的模具提供零件的索引（圖3）。

圖3.模具索引概念，將模制部件定位到夾具或固定裝置，用于后續(xù)修整和/或鉆孔。模具索引也可用于定位和二次接合配合部件。

7.組合式模具

與其將模具分割為不同的部分以適應(yīng)負(fù)壓配置，不如考慮用零件模塊設(shè)計模具，同時添加一個“母”模以保持真空/壓力的完整性（圖4）。

圖4. 該圖展示了將多件零件模塊放入母模中的想法，以便保持真空/壓力完整性。

8.從后見之明到遠(yuǎn)見卓識

對于減少或消除復(fù)合材料模具中的泄漏，還有很多好主意。例如，在20世紀(jì)80年代，有團隊在層壓模具設(shè)計中使用氟橡膠夾層，以減少預(yù)浸料在高壓固化模具中的泄漏。氟橡膠層在消除泄漏方面效果良好，但在模具設(shè)計中需要額外考慮減少熱膨脹效應(yīng)。關(guān)鍵是，只要有一點知識和一些遠(yuǎn)見，模具設(shè)計師和制造商就可以提前采取額外的措施來生產(chǎn)高質(zhì)量、無泄漏的復(fù)合模具。在制造復(fù)合模具時記住座右銘“做好準(zhǔn)備工作而不是返工”。來源：東華經(jīng)緯新材料研究院

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