4.樹脂傳遞模塑（RTM）

RTM工藝使用封閉模具來制造復(fù)合材料部件。圖5展示了RTM工藝中的各個步驟。根據(jù)模具形狀切割纖維預(yù)制件并放置在封閉的模腔中。低粘度熱固性樹脂通過注射口注入模腔，通常壓力為 3.5 至7 bar。注入的樹脂浸漬預(yù)制件，排出滯留的氣泡，直至完全潤濕。一旦樹脂開始從排氣口流出，則停止樹脂注射并關(guān)閉排氣口。通過加熱模具或向樹脂體系中添加初始抑制劑使樹脂固化。樹脂固化后，打開模具，脫模部件。RTM工藝的一些變體包括 VIPR、FASTRAC、輕質(zhì) RTM (LRTM)、結(jié)構(gòu)反應(yīng)注射成型 (S-RIM) 和共注射樹脂傳遞成型。RTM的優(yōu)點(diǎn)在于該工藝可以生產(chǎn)出尺寸公差較小且表面光潔度較好的零件。RTM可以制造形狀復(fù)雜的復(fù)合材料零件。使用RTM工藝可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料零件的一致性。由于樹脂壓力高且模具開合速度更快，因此可以實(shí)現(xiàn)快速制造周期，并通過工藝控制進(jìn)一步改善。RTM工藝的缺點(diǎn)是可制造零件的尺寸有限。由于樹脂壓力高和纖維壓實(shí)松散，可能會沖刷分散纖維。此外，注射澆口和排氣口的位置不當(dāng)可能會導(dǎo)致復(fù)合材料中出現(xiàn)宏觀空隙。

圖5.樹脂傳遞模塑（RTM）

5. 真空輔助樹脂傳遞模塑成型 (VARTM)

在VARTM方法中，將增強(qiáng)材料放置在單面模具上，并用真空袋密封以形成封閉的模具。在排氣口處施加真空，驅(qū)使樹脂在大氣壓下浸漬增強(qiáng)材料，同時排出氣泡并壓實(shí)纖維預(yù)制件（圖6）。樹脂流過多孔預(yù)制件并到達(dá)排氣口。注射完成后，保持真空直到部件完全固化并脫模。VARTM工藝用于以低成本小批量生產(chǎn)大型復(fù)合材料部件。該工藝廣泛應(yīng)用于能源、航空航天、海洋、國防和基礎(chǔ)設(shè)施建筑行業(yè)。人們已經(jīng)發(fā)明了VARTM的各種變體，以滿足以更低的成本制造更高質(zhì)量的復(fù)雜零件的需求。VARTM工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：模具工具和模具材料選擇靈活，樹脂和催化劑可以分開儲存并在灌注前混合，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放量低，可以對工藝進(jìn)行目視檢查以避免未完全浸潤的發(fā)生。然而，該工藝的缺點(diǎn)是密封膠帶、剝離層和真空袋等耗材可能無法重復(fù)使用。低樹脂注射壓力會限制孔隙壓縮性，導(dǎo)致孔隙率高和纖維體積分?jǐn)?shù)低。如果不熟悉此技術(shù)的操作員操作，該工藝可能容易出現(xiàn)漏氣。

圖6.VARTM 示意圖

6. 快速固化

在快速固化工藝中，預(yù)浸料堆疊在單面模具中以形成層壓板，并用真空袋密封。層壓板模具組件（如圖7所示）放置在由兩個柔性膜支撐的壓力室內(nèi)。傳熱流體(HTF)系統(tǒng)通過使HTF在壓力室中循環(huán)來控制層壓板的溫度并調(diào)節(jié)樹脂粘度。HTF具有高熱容量和熱導(dǎo)率，在施加10 kPa的低壓時保持快速加熱和冷卻速率。為了進(jìn)一步增加層壓板壓實(shí)度并減少空隙，對HTF施加交變壓力。快速固化工藝縮短了固化周期、資金、工具和運(yùn)營成本。此外，此工藝可以制造高質(zhì)量的中等體積復(fù)合材料部件。盡管如此，完全依賴流體傳熱可能是一個缺點(diǎn)。由于施加的壓力低，快速固化工藝可能僅限于中等復(fù)雜程度的部件。大量研究表明，使用快速固化工藝制造的層壓板可與高壓釜生產(chǎn)的板相媲美，并且優(yōu)于熱壓機(jī)和烘箱固化生產(chǎn)的板。快速固化工藝制備的復(fù)合材料性能增強(qiáng)，這歸因于快速固化技術(shù)中的纖維橋接、一致固化和纖維/基質(zhì)粘合性改善。

圖7.快速固化工藝

7.樹脂膜灌注（RFI）

在RFI工藝中，需要使用一個所需形狀的陽模或陰模。將一層薄薄的純樹脂與纖維層交錯放置在模具中。將鋪層組件裝入真空袋中，并用真空泵抽出空氣。然后將鋪層組件放置在烤箱或高壓釜內(nèi)進(jìn)行固化。當(dāng)模具被加熱和加壓時，樹脂熔化，流入纖維，然后固化。該工藝的優(yōu)點(diǎn)包括：工具便宜，不會出現(xiàn)任何形式的卷曲層，制造厚復(fù)合材料時不必連續(xù)重復(fù)壓實(shí)操作，樹脂易于增韌，可生產(chǎn)出高質(zhì)量的復(fù)合材料，干纖維不需要特殊儲存。缺點(diǎn)是材料成本高，復(fù)雜形狀的零件難以制造，并且RFI 操作需要技術(shù)熟練的技術(shù)人員。RFI方法用于制造汽車工業(yè)中大型整體式或夾層結(jié)構(gòu)，如加強(qiáng)蒙皮和肋型結(jié)構(gòu)、前后保險(xiǎn)杠部件。圖8給出了RFI制造裝置的示意圖。

圖8.樹脂膜灌注 (RFI)

8.雙柔性模具下的樹脂灌注（RIDFT）

RIDFT工藝是液態(tài)復(fù)合材料成型(LCM)技術(shù)的一種變體。RIDFT 理念的提出是為了解決其他 LCM工藝中存在的問題。這些問題包括模具成本高、生產(chǎn)速度慢、樹脂灌注復(fù)雜、加工時間長、預(yù)制件昂貴以及環(huán)境污染。RIDFT工藝使用二維樹脂流，以越來越高的生產(chǎn)速度生產(chǎn)具有成本效益的復(fù)合材料部件，同時減少向環(huán)境中排放的揮發(fā)性有機(jī)化合物。圖9說明了RIDFT工藝的不同階段。首先將纖維增強(qiáng)材料放置在兩個硅膠隔膜之間并關(guān)閉（步驟 1）。通過排氣口從兩個硅膠片之間抽出空氣以壓實(shí)纖維增強(qiáng)材料，從而降低滲透性（步驟 2）。一旦樹脂灌注門打開，真空壓力就會驅(qū)使樹脂從儲液器中浸漬纖維增強(qiáng)材料（步驟 3）。將流量分布介質(zhì)放置在硅膠片的頂部，以提高滲透性并幫助樹脂快速滲透。浸漬后，關(guān)閉灌注澆口，借助真空將硅膠片內(nèi)的潤濕增強(qiáng)材料覆蓋在單面模具上 （步驟 4）。此時，排氣口仍然保持打開狀態(tài)。使成型部件固化，然后脫模（步驟 5）。使用硅膠片可防止?jié)櫇裨鰪?qiáng)材料直接接觸模具，從而延長模具壽命。然而，在零件之間生產(chǎn)運(yùn)行期間清潔他們需要更長的時間。汽車行業(yè)尋求高效、具有成本競爭力且環(huán)境友好的復(fù)合材料制造工藝，例如 RIDFT，以降低復(fù)合材料涂裝的高成本。RIDFT工藝的各個階段如圖9所示。

圖9.RIDFT 過程示意圖

展望：

未來非熱壓罐制造工藝將呈現(xiàn)集成化、節(jié)能化、自修復(fù)化等諸多特點(diǎn)。集成傳感器和數(shù)據(jù)分析將提高生產(chǎn)精度和質(zhì)量控制。自修復(fù)和智能復(fù)合材料將增強(qiáng)產(chǎn)品的耐用性和功能性。節(jié)能固化技術(shù)的引入將降低能耗，而結(jié)合3D打印與樹脂傳遞模塑技術(shù)將使復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)變得更加高效。此外，高性能樹脂系統(tǒng)將滿足更加苛刻的應(yīng)用需求。這些進(jìn)展將推動制造工藝向更智能、高效和環(huán)保的方向發(fā)展。

參考資料：

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2.Budelmann，D.；Schmidt，C. ；Meiners，D. 預(yù)浸料粘性：機(jī)制、測量和制造含義綜述。《聚合物復(fù)合材料》

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4.Centea, T.；Grunenfelder, LK；Nutt, SR 非熱壓罐預(yù)浸料綜述——材料特性、工藝現(xiàn)象和制造注意事項(xiàng)。《復(fù)合材料A 部分應(yīng)用科學(xué)制造》2015 年