熱固性復(fù)合材料制造工藝詳解熱固性復(fù)合材料憑借優(yōu)異的力學(xué)性能、耐腐蝕性與輕量化特性，廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、新能源裝備等領(lǐng)域。其制造工藝的選擇直接決定制品性能、成本與生產(chǎn)效率。本文系統(tǒng)解析主流制造工藝的技術(shù)要點(diǎn)、適用場(chǎng)景及質(zhì)量控制邏輯，為行業(yè)從業(yè)者提供實(shí)用參考。一、手糊成型工藝：傳統(tǒng)與靈活的平衡手糊工藝是最基礎(chǔ)的熱固性復(fù)合材料成型方法，通過(guò)人工逐層鋪覆增強(qiáng)材料（如玻璃纖維布、碳纖維織物）并刷涂樹(shù)脂（不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂等）實(shí)現(xiàn)成型。（一）工藝核心流程1.模具預(yù)處理：采用金屬或復(fù)合材料模具，表面涂覆脫模劑（如蠟基、硅基脫模劑），確保制品脫模時(shí)表面完整。2.樹(shù)脂調(diào)配：根據(jù)固化體系（如過(guò)氧化甲乙酮引發(fā)劑+鈷類促進(jìn)劑）調(diào)整配比，控制凝膠時(shí)間（通常20-60分鐘），避免過(guò)早固化影響鋪層操作。3.鋪層與浸潤(rùn)：按設(shè)計(jì)的鋪層方向（0°/90°/±45°）裁剪增強(qiáng)材料，逐張鋪覆于模具，同步用毛刷、滾筒或刮板施加樹(shù)脂，確保纖維完全浸潤(rùn)且無(wú)氣泡殘留。復(fù)雜曲面可采用“貼敷-壓實(shí)”交替操作，減少褶皺。4.固化與脫模：室溫或加熱（60-80℃）固化，固化時(shí)間隨樹(shù)脂體系與厚度調(diào)整（薄件2-4小時(shí)，厚件需分段固化防止放熱開(kāi)裂）。脫模后可進(jìn)行修邊、后固化（提升交聯(lián)度）等后處理。（二）工藝優(yōu)勢(shì)與局限優(yōu)勢(shì)：設(shè)備投入低（僅需模具與基礎(chǔ)工具）、模具設(shè)計(jì)靈活（適合小批量異形件，如游艇殼體、風(fēng)電葉片模具）、材料利用率高（無(wú)切屑浪費(fèi)）。局限：生產(chǎn)效率低（依賴人工，日產(chǎn)量≤5件）、制品性能離散性大（受工人操作熟練度影響）、樹(shù)脂揮發(fā)物（如苯乙烯）需嚴(yán)格通風(fēng)控制。二、噴射成型工藝：效率導(dǎo)向的半自動(dòng)化方案噴射工藝通過(guò)專用設(shè)備將樹(shù)脂與短切纖維（長(zhǎng)度25-50mm）同步噴射至模具表面，實(shí)現(xiàn)快速鋪層，適合大面積、中等厚度制品（如建筑模板、汽車(chē)外飾件）。（一）設(shè)備與參數(shù)控制噴射槍結(jié)構(gòu)：分為樹(shù)脂槍與纖維切割器，通過(guò)壓縮空氣（壓力0.3-0.6MPa）將樹(shù)脂（含引發(fā)劑/促進(jìn)劑）與短切纖維（切割速度10-50m/min）在槍口混合，噴射量比（樹(shù)脂:纖維）通常為1:1至2:1（質(zhì)量比）。工藝參數(shù)：噴射距離（____mm）、噴射角度（垂直模具表面±10°）需穩(wěn)定，避免纖維堆積或樹(shù)脂流掛。模具溫度（30-50℃）可加速凝膠，縮短成型周期。（二）工藝優(yōu)化要點(diǎn)材料適配：優(yōu)先選擇低粘度、快速固化的樹(shù)脂（如乙烯基酯樹(shù)脂），減少流掛風(fēng)險(xiǎn)；短切纖維需表面處理（如偶聯(lián)劑改性），提升與樹(shù)脂的界面結(jié)合力。缺陷控制：噴射后需用輥輪壓實(shí)，排除氣泡并使纖維定向（沿噴射方向形成“亂向”增強(qiáng)，力學(xué)性能略低于手糊的定向鋪層，但更均勻）。三、模壓成型工藝：高精度與規(guī)模化的結(jié)合模壓工藝通過(guò)液壓機(jī)對(duì)閉合模具內(nèi)的預(yù)浸料（或模塑料）施加壓力（____MPa）與溫度（____℃），實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂固化與制品定型，適合大批量、高精度零件（如電氣絕緣件、汽車(chē)結(jié)構(gòu)件）。（一）預(yù)成型與模具設(shè)計(jì)預(yù)浸料制備：將樹(shù)脂（如酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂）與增強(qiáng)材料（纖維織物或短切氈）預(yù)復(fù)合，制成預(yù)浸料（含膠量30-50%），需冷藏（-18℃）保存以延緩固化。模具設(shè)計(jì)：采用金屬模具（鋼或鋁合金），設(shè)置排氣槽（寬度0.1-0.2mm，深度≤0.1mm）排出揮發(fā)物；分型面精度≤0.05mm，確保制品尺寸公差（±0.1mm）。（二）模壓工藝曲線1.升溫階段：以5-10℃/min升溫至凝膠溫度（Tg附近），壓力升至設(shè)計(jì)值的50%，排出空氣。2.保壓固化：溫度升至固化溫度（比Tg高20-30℃），壓力全壓保持，固化時(shí)間10-60分鐘（隨制品厚度調(diào)整）。3.降溫脫模：模具溫度降至80℃以下，卸壓脫模，避免熱應(yīng)力開(kāi)裂。（三）工藝價(jià)值與挑戰(zhàn)價(jià)值：制品尺寸精度高（CT5-CT7級(jí)）、力學(xué)性能優(yōu)異（纖維體積分?jǐn)?shù)≥50%）、生產(chǎn)效率高（周期5-30分鐘/件）。挑戰(zhàn)：模具成本高（復(fù)雜模具造價(jià)超百萬(wàn)）、材料浪費(fèi)（預(yù)浸料余料需報(bào)廢）、工藝窗口窄（溫度/壓力波動(dòng)易導(dǎo)致欠固化或過(guò)固化）。四、樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）工藝：低孔隙率的精密成型RTM工藝通過(guò)壓力將樹(shù)脂注入閉合模具內(nèi)的干纖維預(yù)制體（如三維編織件），樹(shù)脂充滿模腔后固化，適合高性能、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件（如航空發(fā)動(dòng)機(jī)匣、賽車(chē)底盤(pán)）。（一）關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)預(yù)制體設(shè)計(jì)：采用纖維編織、縫合或鋪放技術(shù)，形成具有特定孔隙率（30-50%）的三維結(jié)構(gòu)，確保樹(shù)脂流動(dòng)均勻。預(yù)制體需預(yù)浸膠黏劑（如環(huán)氧樹(shù)脂基），防止纖維移位。樹(shù)脂注射系統(tǒng)：采用計(jì)量泵（精度±1%）控制樹(shù)脂流量，注射壓力（0.5-5MPa）需匹配預(yù)制體滲透率（通過(guò)流動(dòng)模擬軟件預(yù)測(cè)）。模具設(shè)置注膠口與溢膠口，保證樹(shù)脂完全填充。（二）工藝變種與應(yīng)用真空輔助RTM（VARTM）：通過(guò)真空（-0.095MPa）輔助樹(shù)脂流動(dòng)，降低注射壓力（≤0.5MPa），適合大尺寸制品（如風(fēng)電葉片），設(shè)備成本僅為傳統(tǒng)RTM的1/5。高壓RTM（HP-RTM）：注射壓力≥10MPa，配合快速固化樹(shù)脂（固化時(shí)間≤5分鐘），實(shí)現(xiàn)汽車(chē)結(jié)構(gòu)件的量產(chǎn)（如寶馬i3碳纖維座艙，節(jié)拍≤90秒）。五、拉擠成型工藝：連續(xù)化與標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)拉擠工藝通過(guò)牽引裝置將浸漬樹(shù)脂的纖維連續(xù)通過(guò)加熱模具，固化后形成等截面型材（如FRP管材、型材、電纜橋架），是唯一實(shí)現(xiàn)“連續(xù)化、自動(dòng)化”的熱固性成型工藝。（一）工藝核心單元浸漬系統(tǒng)：樹(shù)脂槽（含引發(fā)劑/促進(jìn)劑）需恒溫（25-40℃），纖維（無(wú)捻粗紗、連續(xù)氈）通過(guò)導(dǎo)向輥完全浸漬，樹(shù)脂含量由擠膠輥控制（通常30-40%）。加熱模具：分為預(yù)熱段（60-80℃，凝膠）、固化段（____℃，交聯(lián)）、冷卻段（≤60℃，定型），模具長(zhǎng)度與牽引速度匹配（速度0.5-5m/min，模具長(zhǎng)1-3m）。（二）制品性能與拓展力學(xué)性能：纖維沿軸向定向排列，拉伸強(qiáng)度可達(dá)1000MPa以上（如碳纖維拉擠型材），但橫向性能較弱（需添加連續(xù)氈或織物增強(qiáng)）。產(chǎn)品創(chuàng)新：開(kāi)發(fā)“拉擠-纏繞”復(fù)合工藝（如高壓管道，軸向拉擠+環(huán)向纏繞），或“拉擠-熱壓”工藝（生產(chǎn)變截面制品）。六、工藝選擇與質(zhì)量控制策略（一）工藝決策矩陣工藝類型生產(chǎn)效率制品精度材料成本適用規(guī)模典型應(yīng)用------------------------------------------------------------------手糊低低低小批量游艇、藝術(shù)構(gòu)件噴射中中中中批量建筑模板、汽車(chē)外飾模壓高高高大批量電氣絕緣件、汽車(chē)結(jié)構(gòu)件RTM中-高高中-高中-大批量航空部件、高性能結(jié)構(gòu)件拉擠極高中低-中大批量型材、管道、電纜橋架（二）質(zhì)量控制要點(diǎn)缺陷預(yù)防：氣泡（預(yù)浸料除氣、RTM真空輔助）、分層（鋪層方向控制、樹(shù)脂浸潤(rùn)性檢測(cè)）、固化不完全（DSC檢測(cè)固化度，確保≥95%）。檢測(cè)手段：無(wú)損檢測(cè)（超聲檢測(cè)孔隙率，X射線檢測(cè)分層）、力學(xué)測(cè)試（拉伸/彎曲試驗(yàn)驗(yàn)證性能）、尺寸檢測(cè)（三坐標(biāo)測(cè)量關(guān)鍵尺寸）。七、發(fā)展趨勢(shì)與技術(shù)創(chuàng)新1.綠色工藝升級(jí)：開(kāi)發(fā)生物基樹(shù)脂（如亞麻籽環(huán)氧樹(shù)脂）、無(wú)溶劑樹(shù)脂體系，減少VOC排放；推廣水基脫模劑，替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑。2.智能制造融合：采用數(shù)字孿生技術(shù)模擬樹(shù)脂流動(dòng)（如RTM的CFD模擬），實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整；機(jī)器人鋪層/噴射系統(tǒng)（如ABBIRB6700）提升一致性。3.復(fù)合工藝創(chuàng)新：“模壓+3D打印”（局部復(fù)