复合材料LCM整体成型工艺发展及应用

马俊龙

摘 要：复合材料LCM工艺经过长久的发展，已经形成了RTM、RIM以及连续纤维增强热塑料性预浸料真空袋压缩成型等多种类型的工艺方法。各种的工艺方法由于特点的不同，需要发展的技术内容各有不同，RTM工艺向着高速成型的方向发展，RIM向着更大、更为复杂的结构部件整体成型发展，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借以拓展应用的领域。

关键词：复合材料；LCM RTM RIM；连续纤维

引言

较高的和比刚度、较好的抗疲劳性能以及较强的可设计性是纤维增强复合材料的主要特点，其在很多领域得以广泛应用，如风力发电、航空以及车辆制造等。因为纤维增强复合材料是一种有着极强的设计性的材料，再加上简单的工艺，这就使得其比较容易进行一次性整体成型，这便可以使得结构效率更高，这针对多数大型结构部件制造来说，具有很好的工艺优势。

1 RTM、VARTM以及HP-RTM介绍

1.1 RTM工艺模具

RTM成型模具是工艺得以成功的关键，为了使得模具投资得以降低，在一些大型部件制造中，通常会在母模型里面翻制的方式来进行模具的制造。模具结构主要部分有注射口、导向定位结构、成型面以及排气口等。在对早期模型加工时，是木制模型，这是通过手工技术以及木工机场来进行实现的。由于当前代木胶泥材料的生产，使得大型数控多轴成为进行模型加工的关键部分。

为了有效提升模具表面的耐久性，将电铸镍壳模具技术广泛应用到RTM技术中去，电铸工作主要是根据金属电解沉积的原理来进行的，用其来保证复制母模型的精确性，这在应用电镀中是比较特殊的。在制作电铸镍壳模具的过程中，首先需要加工一个精确的母模型，在其上进行导电材料的覆盖，之后在镍电铸槽内将其复制，而且要在模型表面将镍合金材料进行沉淀，在其厚度到5mm之上时，便取出模型，并制造刚度结构个增强层在其后面，最后进行脱模，就此电铸模具便完成了。在生产汽车软质内饰的时候，广泛运用了电铸镍模具。在比较大的生产量里面，RTM可以提供上万次的模具使用寿命。

1.2 模具操作机构

在RTM里面，模具操作机构是非常重要的，一般模具操作机构的完成是由大台面低压液压机或者是气动压机来进行，为使得纤维材料更容易在模具中铺放，下模一般能够在模具台面移出。或者是选择下模结构形式（可以移动），在这其中，一个要用来铺放纤维材料，另一个要合模成型，这样便极大了减短了周期。一些产品制造较为复杂，这便会对活块和抽芯结构产生影响，其实现一般是将特殊的运动机构安装在模具中。但是这些机构必须要有极强的密封性，进而使得树脂在进行充模注射的时候，在运动机构不会有树脂的进入，这样使得当其出现真空辅助的时候不会出现泄漏情况。

1.3 VARTM工艺

生产大型产品的过程中，没有实现降低模型刚度，且造成流动充模和浸渍纤维质量得以提高的目的，我们便引入了真空辅助模型。进行树脂注射的时候，为使得模腔具有真空环境，需要使得充模阻力得以降低，此外，还利于产品内部空气残留孔隙率的的有效降低。Light-RTM是在VARTM技术的基础上的深入发展。其主要通过真空来使得加压和闭合实现，利用薄复合材料结构来进行软质模具的制造，当然也能够通过一定厚度的硅胶材料来完成。

2 RIM工艺

RIM工艺是可以看做为VARTM工艺的进一步发展，在成型工艺中，下模主要使用金属模具或玻璃钢，上模主要是硅胶软膜或尼龙。在进行增强型材料的铺放时，会在其上面和下面来铺设导流网，亦或是进行芯材时尚的开槽，这样一来，便较容易形成树脂快速充模流道，在将上模软膜放置完毕之后，我们就把真空进行抽去，进而形成负压，在压力较低的时候，树脂便能注入模腔。

2.1 流道与导流介质的布置

为了能够达到在反应活性期内完成树脂充模的目的，就要十分重视倒流介质和流道，一些产品如风电叶片船体具有较大的面积，其成型面积一般多是很大的，这就要求一次性进行树脂的导入，约1-2t，因此布置流道便非常重要。在进行流道的布置的时候，需要产品结构为依据，来进行方法的选择，比如说鱼骨式布置方式多用在船体制造方面，并且参照一定的间距，将横向流道在中间主流道给以分出，这就造成了树脂有交汇在横向流道中间出现。

在布置流道风电叶片的时候，我们一般选择的方式便是将流道同轴唤醒，向流道结合的方法，对于环形流道，则要在较厚的叶根纤维增强层进行使用，当树脂供给较为充分的时候，多个轴向流道是叶片叶身位置所使用的，其主要以树脂流动前锋的流动状态为依据进行充模，将轴向流道一次打开，按其顺序完成充模。

2.2 增强材料的铺放

当前，制造大型产品主要使用的便是手工铺放法，该种方式就极大的影响着陈品的可靠性以及稳定性。增强材料的铺放通过手工铺放方式，这就让纤维织物能够将松弛状态进行保持，这样会造成纤维间的波浪以及褶皱的出现。这样对于布局可以较大的降低力学的特点，这便能够整体上对长期疲劳性能进行降低。

在使用自动铺放设备的时候，能够对纤维铺放进行有效解决，利用自动铺放设备能够在进行纤维织物铺放的时候增加一些张力，就是可以很好的防止波浪与褶皱，同时还可以提高负荷材料结构的力学性能。龙门是可以进行运动的，其在运动时沿模具方向进行，移动机构安装在龙门中，可以让纤维纺织物移动，这便使得纖维织物在模具上的铺放位置更加的精确，而且还能够将铺放设备进行自动使用，进而使得铺层人员数量得以较大限度的降低，使得铺层时间减少。

2.3 RIM工艺的典型应用

在风电叶片以及游艇中RIM工艺有着非常广泛的应用，此外，其能够更广泛的应用于复合材料车辆整体车身。在纤维织物以及轻质芯材中，RIM工艺能够完成混合铺放，这样便利于其进行一次灌注成型。

3 结束语

在多年的发展之后，复合材料LCM成型工艺类型已发展的极为丰富，其产品应用也更加广泛。随着科学以及技术的发展，RTM工艺的成型也更加高效和快速，快速流动充模技术、纤维自动铺放技术以及更优性能的结构材料的应用，这是其在发展的主要方向所在。针对热塑性预浸料真空袋压成型这种技术来看，因为这种工艺和材料的环保性更高，在今后的发展中，该种工艺会得到更为广泛的应用。

参考文献

[1]黄家康.复合材料成型技术及应用[M].北京：化学工业出版社2011.

[2]崔辛，刘钧，肖加余，等.真空导入模塑成型工艺的研究进展[J].材料导报，2013，27（9）：14-19.

[3]王欣，薛亚鹏，王晶，等.大型风机叶片新材料和新技术的发展[J].玻璃钢/复合材料，2011（3）：55-59.

[4]高克强，薛忠民，陈淳，等.复合材料风电叶片技术的现状与发展[J].新材料产业，2010（12）：4-7.