常見(jiàn)的復(fù)合材料制造工藝主要涉及四個(gè)基本步驟：分別為浸漬（Impregnation）、鋪層（Lay-up）、固結(jié)（Consolidation）和固化（Solidi?cation），上述四個(gè)步驟在所有復(fù)合材料生產(chǎn)中都很常見(jiàn)，但是操作順序可能會(huì)因?yàn)閼?yīng)用領(lǐng)域和具體制造工藝而存在差異。

01 浸 漬

在浸漬過(guò)程中，需要將樹脂涂覆在干態(tài)增強(qiáng)纖維上，并確保纖維在浸漬過(guò)程中完全浸透。浸漬過(guò)程結(jié)束后的產(chǎn)品稱為層板。使用不同的方法可實(shí)現(xiàn)徹底和均勻的浸漬，目前自動(dòng)化是最常見(jiàn)的方法，并且通常會(huì)使用壓輥來(lái)確保樹脂均勻地流過(guò)纖維。

在纖維纏繞工藝中，纖維通過(guò)樹脂浴進(jìn)行浸漬。在手糊工藝中，會(huì)使用材料供應(yīng)商已經(jīng)在一定環(huán)境中浸漬過(guò)的材料。在自動(dòng)纖維鋪放過(guò)程中，該步驟在浸漬線上完成，浸漬后的產(chǎn)品稱為預(yù)浸料。

02 鋪 層

在鋪層過(guò)程中，通過(guò)在所需位置和方向放置纖維并進(jìn)行浸漬，或通過(guò)將已經(jīng)組合好的纖維/樹脂預(yù)浸料放置在所需的位置和方向，形成復(fù)合材料層壓板。復(fù)合材料部件的厚度是通過(guò)放置不同層的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

在長(zhǎng)絲纏繞中，通過(guò)芯軸和托架單元的相對(duì)運(yùn)動(dòng)獲得的所需的纖維分布。纖維具有定向強(qiáng)度，并且纖維的方向取向直接影響最終部件的強(qiáng)度，因此必須手動(dòng)或通過(guò)自動(dòng)纖維放置系統(tǒng)將其放置在特定的纖維方向上。

在 RTM 工藝中，將干燥的預(yù)成型坯放置在成型模具中進(jìn)行灌注。預(yù)制件由編織、AFP、切割和配套等制成，然后注入樹脂并固化以形成層壓板。

03 固 結(jié)

在固結(jié)過(guò)程中，施加壓力的目的是從離散層獲得整體結(jié)構(gòu)，同時(shí)去除空隙和揮發(fā)物，在部件中獲得所需的纖維體積分?jǐn)?shù)，并獲得正確的尺寸公差。這種壓力可以通過(guò)抽真空、壓實(shí)、壓制或包裹來(lái)獲得。真空是大多數(shù)環(huán)氧樹脂制造中最常用的固結(jié)方法。

在 AFP 工藝中，固結(jié)是在使用壓實(shí)輥鋪筑時(shí)施加的。在 RTM 中，固結(jié)發(fā)生在壓機(jī)內(nèi)浸漬時(shí)。在長(zhǎng)絲纏繞中，先在纏繞時(shí)施加固結(jié)力，然后通過(guò)在張力下用薄塑料薄膜纏繞。

04 固 化

最后一步是固化，熱塑性塑料的固化時(shí)間可能不到一分鐘，對(duì)于熱固性塑料而言，固化時(shí)間則可能需要長(zhǎng)達(dá)120分鐘。在此期間保持真空或正壓，或兩者都保持。

在熱固性復(fù)合材料中，固化速率取決于樹脂配方和固化動(dòng)力學(xué)。在固化過(guò)程中提供熱量可加快樹脂的固化速度。對(duì)于熱固性樹脂而言，固化溫度越高，其交聯(lián)過(guò)程越快，但為了獲得最佳結(jié)果，必須仔細(xì)注意材料數(shù)據(jù)表。

在熱塑性塑料中，固化過(guò)程中沒(méi)有化學(xué)變化，因此固化所需的時(shí)間最短。在熱塑性塑料加工中，固化速度主要取決于加工過(guò)程的冷卻速度。通常，固化時(shí)間越短，該工藝可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)率越高。

05 結(jié) 束 語(yǔ)

復(fù)合材料成型方法很多，因此具體加工工藝很難一概而論，但無(wú)論是熱固性材料還是熱塑性塑料，上述四個(gè)步驟是所有復(fù)合材料生產(chǎn)過(guò)程中的常見(jiàn)步驟。操作順序和這些步驟的使用方法會(huì)因最終零件要求、制造工藝和所用材料類型而異。

比如，預(yù)浸料和熱塑性材料在鋪層之前進(jìn)行浸漬，兩者都常用于標(biāo)準(zhǔn)最高的航空航天工業(yè)。而對(duì)于一些要求較低的零部件，例如運(yùn)動(dòng)和休閑等，通常會(huì)進(jìn)行鋪層，然后用樹脂浸漬纖維。

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