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碳纤维复合材料成型工艺

碳纤维复合材料成型工艺

碳纤维复合材料虽然性能优异，但因为成本和批量化生产效率的问题，迟迟没
有大规模应用。如何高速、高效大批量生产高质量、低成本的碳纤维复合材料，并
提高材料利用率，是业界人士的共同目标。
碳纤维复合材料在发挥其轻质高强的基础上，会根据应用对象的差异采用不同
的成型工艺，从而尽可能地发挥出碳纤维所具有的特殊性能。成型工艺改进、优化
的目的主要是提高效率和制品质量，从而降低整体的加工成本。

一、复合材料主要成型工艺的汇总

（1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法；

（2）喷射成型工艺；

（3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）；
（4）袋压法（压力袋法）成型；

（5）真空袋压成型；

（6）热压罐成型技术；

（7）液压釜法成型技术；

（8）热膨胀模塑法成型技术；

（9）夹层结构成型技术；

（10）模压料生产工艺；

（11）ZMC模压料注射技术；
（12）模压成型工艺；

（13）层合板生产技术；

（14）卷制管成型技术；

（15）纤维缠绕制品成型技术；

（16）连续制板生产工艺；

（17）浇铸成型技术；

（18）拉挤成型工艺；
（19）连续缠绕制管工艺；

（20）编织复合材料制造技术；

（21）热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺；

（22）注射成型工艺；

（23）挤出成型工艺；

（24）离心浇铸制管成型工艺；

（25）其它成型技术。
随着碳纤维复合材料应用的深入和发展，碳纤维复合材料的成型方式也在不断
地以新的形式出现，但是碳纤维复合材料的诸种成型工艺并非按照更新淘汰的方式
存在的，在实际应用中，往往是多种工艺并存，实现不同条件、不同情况下的最好
效应。相信在未来几年碳纤维复合材料成型速度会不断提高，或许一分钟内成型将
不会是空谈。

二、12种碳纤维复合材料成型工艺

1.手糊成型--湿法铺层成型法
在模具工作面上涂敷脱模剂、胶衣，将剪裁好的碳纤维预浸布铺设到模具工作
面上，刷涂或喷涂树脂体系胶液，达到需要的厚度后，成型固化、脱模。在制备技
术高度发达的今天，手糊工艺仍以工艺简便、投资低廉、适用面广等优势在石油化
工容器、贮槽、汽车壳体等许多领域广泛应用。其缺点是质地疏松、密度低，制品
强度不高，而且主要依赖于人工，质量不稳定，生产效率很低。

手糊成型示意图

2.喷射成型工艺
属于手糊工艺低压成型中的一类，使用短切纤维和树脂经过喷枪混合后，压缩
空气喷洒在模具上，达到预定厚度后，再手工用橡胶锟按压，然后固化成型。为改
进手糊成型而创造的一种半机械化成型工艺，在工作效率方面有一定程度的提高，
但依然满足不了大批量生产，用以制造汽车车身、船身、浴缸、储罐的过渡层。

复合材料喷射成型工艺示意图

3.层压成型
将逐层铺叠的预浸料放置于上下平板模之间加压加温固化，这种工艺可以直接
继承木胶合板的生产方法和设备，并根据树脂的流变性能，进行改进与完善。层压
成型工艺主要用来生产各种规格、不同用途的复合材料板材。具有机械化和自动化
程度高、产品质量稳定等特点，但是设备一次性投资大。
4.缠绕成型
将经过树脂胶液浸渍的连续纤维或布带按一定规律缠绕到芯模上，然后固化、
脱模成为复合材料制品的工艺。碳纤维缠绕成型可充分发挥其高比强度、高比模量
以及低密度的特点，制品结构单一，可用于制造圆柱体、球体及一些正曲率回转体
或筒形碳纤维制品。

5.拉挤成型
将浸渍树脂胶液的连续碳纤维丝束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压
模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的型材。拉挤成型是复合材料成型工艺
中的一种特殊工艺，其优点是生产过程可完全实现自动化控制，生产效率高。拉挤
成型制品中纤维质量分数可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料
的作用，产品强度高，其制成品纵、横向强度可任意调整，可以满足制品的不同力
学性能要求。该工艺适合于生产各种截面形状的型材，如工字型、角型、槽型、异
型截面管材以及上述截面构成的组合截面型材，碳纤维复合芯导线主要采用这种成
型工艺。

6.液态成型
将液态单体合成为高分子聚合物，再从聚合物固化反应为复合材料的过程改为
直接在模具中同时一次完成，既减少了工艺过程中的能量消耗，又缩短了模塑周期
（只需约2分钟便可完成一件制品）。但这种工艺的应用，必须以精确的管道输
送和计量以及温度压力自动控制为基础，属于高分子材料和近代高新科学技术的交
叉范畴，目前的应用还不是很广。液态成型主要包括：RTM成型工艺、RFI成型、
VARI成型。

树脂膜渗透(RFI)成型工艺示意图如下。主要优点是模具比RTM工艺模具简单，
树脂沿厚度方向流动，更容易浸润纤维，没有预浸料，成本较低。但所得制品尺寸
精度和表面质量不如RTM工艺，空隙含量