2024年3月20日发(作者：慕可佳)
1. CFRP成型工艺多采用模压成型工艺：分为短纤维料模压法、层压模压法、缠绕模
压法、织物模压法等。
工艺加工过程中参数的控制
1.1 装料量的控制
装料量一般是用模压料制品的相对密度乘以制品的体积再加上3%～5%的损耗
量。
1. 2 预压实工艺
按照传统的模压成型工艺生产碳纤维复合材料制件时, 在加热加压过程中,
空气因胶液粘性大不能全部溢出, 在材料中造成空隙。经检测空隙率大于2%。
改进的工艺是在模压工艺中增加冷预压实和放气工序, 即先施加一定的压力将
预
浸料内部的空气挤出。卸去压力, 加热固化, 在加热到一定温度再施以压力。
结果模压件的空隙率低于0. 5% , 使复合材料力学性能大大提高。
1. 3 升温速度
在加工过程中, 升温速度过慢, 压制成型时间长, 效率低; 升温速度过快,
模型中材料产生温度梯度, 表层材料会提前凝胶, 加压后造成胶液挤出, 复合
材料含胶量低, 层间剪切强度下降。此外, 升温速率过快, 到达恒温控制段时
的
温度冲量大, 使制品肿胀、开裂、变形和翘曲。因此, 控制升温速率是非常
必要的。在成型过程中, 模具的升温速率一般控制在1～2℃/min, 为使升温速
度均匀避免热冲击, 可以在模具与加热板之间增加一定厚度的牛皮纸;同时在达
到成型温度后为使模压制品固化完全消除内应力, 要有一定的保温时间。
1. 4 加压时机
在固化过程中加压过早, 树脂从溢胶槽中过多的流出, 造成树脂含量过低,
复合材料的层间剪切强度下降; 加压过晚, 树脂已凝胶初步固化, 加压不仅不
起作用, 而且复合材料中的树脂含量过高, 材料的弯曲强度下降。因此需要根
据
所选树脂基体的热固化特性同时结合具体的升温速度等条件综合来确定合理
的加压时机。
2 RTM工艺（树脂传递模塑）
工艺：碳纤维增强苯并口恶嗪树脂复合材料板的制备将碳纤维布裁剪成适当的尺寸铺
到涂有脱模剂的ＲＴＭ钢模具中，用螺栓紧固模具密封。将树脂在１１５℃抽真空去除气
泡后放入注胶罐内，用树脂管路将注胶罐、模具、回收树脂桶及真空泵连接起来，并检查
模具系统气密性。再将ＲＴＭ 成型模具预热到１１０℃，关闭进树脂口阀门，模具系统抽
真空脱除气泡１０～３０ｍｉｎ后打开进树脂管路阀门，进行ＲＴＭ 注射。注射完毕后将
模具放入烘箱按照１３０℃／３ｈ＋１４０℃／１ｈ＋１５０℃／１ｈ＋１６０℃
／１ｈ＋１７０℃／１ｈ ＋１８０℃／２ｈ＋２００℃／２ｈ的阶梯升温程序进行固化操
作，后随烘箱降至室温脱模，取出复合材料板。
然而，由于ＲＴＭ 成型工艺对其基体树脂有特殊要求，即（１）树脂在注射温度下具
有足够低且相对稳定的黏度；（２）树脂应具有较长的适用期以及当树脂注射完成后又能
快速地固化，以缩短制品的成型周期；（３）树脂还应具备低挥发分、固化不放气等特性
且和纤维有良好的浸润特性
RTM成型模具设计须考虑树脂的流动问题，具有较大技术难度。当生产量较大时（大
于20，000件/年）RTM技术生产经济效益低于高度自动化的SMC、LPMC及GMT等技
术。
RTM 成型工艺的主要优点: ( 1) 闭模成型，产品尺寸和外型精度高，适合成型多品种、
中批量、高质量的复合材料整体构件; ( 2) 初期投资小，且制品公差小、表面光洁度高;( 3)
生产周期短、生产过程自动化适应性强、成型效率高; ( 4) 环境污染小。
将CF置于上下模之间,合模并将模具夹紧,在压力条件下注射EP, EP固化后打开模具,
取下制品。必须保证EP在凝胶前充满型腔,压力促使EP快速传递到模具内并浸渍CF。该
工艺为低压成型工艺, EP注塑压力为0. 4～0. 5MPa,当制造高CF含量(体积分数超过50% )
的制品时压力甚至可达0. 7MPa。有时可预先将CF在一个模具内预成型(带粘结剂) ,再在第
二个模具内注射成型[ 5 - 6 ] 。为了提高EP浸渍CF的能力,可选择真空辅助注射[ 7 ] 。当
EP一旦将CF浸透,要将EP注入口封闭,以使树脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下
进行。模具可以用复合材料与钢材料制作。若采用加热工艺,宜用钢模。该法的主要优点是
复合材料中CF含量可较高,未被EP浸润的CF非常少;闭模成型,成型周期较短,生产环境好,
生产成本较低;制品可大型化,强度可设计。主要缺点是不易制作较小制品,因要承压,故模具
较手糊与喷射工艺用模具要笨重和复杂。
3 手糊成型
手糊成型[ 3 - 4 ]是依次在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的EP (胶
衣凝胶后涂覆)和CF,手持辊子或刷子使EP浸渍CF,并驱除气泡,压实基层。铺层操作反复
多次,直到达到制品的设计厚度。该工艺的主要优点是可室温成型,设备投资少,模具折旧费
低;可制造大型制品。主要缺点是属于劳动密集型生产,制品质量由工人技术熟练程度决定;
手糊用树脂分子量低,通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康和安全。
4 真空袋法成型
此法是手糊法与喷射法的延伸。将手糊或喷射好的积层在EP的A阶段与模具在一起,
在积层上覆以真空袋,周边密封,然后用真空泵抽真空,使积层受到不大于101 kPa的压力而被
压实、成型。该法的主要优点是采用普通湿法铺层技术,通常可获得高CF含量的复合材料;
EP 可较好地浸渍CF。主要缺点是额外的工艺过程增加了劳动力和成本,并且要求操作人员
有较高的技术水平;生产效率不高[ 8 - 9 ]。
5 树脂膜熔浸成型
将CF与EP片交替铺放在模具内。用真空袋包覆铺层,使用真空泵抽真空,将空气抽出。
然后加热使EP熔化并浸渍CF,然后经过适当的时间使EP固化[ 10 ]。该法的主要优点是复
合材料的空隙率低,可精确获得高的CF含量;铺层清洁,有利于健康和安全,并且生产成本低。
主要缺点是目前仅用于宇航工业,还未获得大规模的推广;模具要求能经受EP膜片的工艺温
度。
6 预浸料成型
预先在加热、加压或使用溶剂的条件下,用EP预浸渍CF。预浸料在环境温度下贮存一
段时间后仍能保质使用,当要延长保质期时须在冷冻条件下贮存材料。树脂通常在环境温度
下呈临界固态,故触摸预浸料时有轻微的粘附感。预浸料用手工或机械铺于模具表面,通过真
空袋抽真空,放入热压罐中成型。通常加热使树脂重新流动,最终固化[ 11 - 12 ]。该法的主要
优点是可精确地调整EP /固化剂配比和EP在CF中的含量,得到高含量CF;由于制造过程采
用可渗透的高粘度树脂,树脂化学性能、力学性能和热性能是最适宜的。主要缺点是热压罐
固化复合材料制品的耗费大、作业慢、制品尺寸受限制;模具需能承受作业温度并且生产成
本较高。
7 低温固化预浸料成型
该工艺[ 13 - 14 ]完全按预浸料方法制备, EP的化学性质使其得以在60～100℃固化。
在60℃时,材料可操作保质期可小于1个星期也可延长到几个月。树脂体系的流动截面适于
采用真空袋压力,避免采用热压罐。该法除具有传统预浸料成型的优点外,因为仅需真空袋压
力,固化温度低,模具材料较便宜且能耗低,采用简单的热空气循环加热室便可容易地制造大
型结构。主要缺点是复合材料成本仍高于预浸织物;模具需能经受高于环境温度的温度;因
需高于环境温度固化故仍有能耗。
8 拉挤成型
该工艺[ 15 - 18 ]是指将浸渍了EP的连续CF经加热模拉出形成预定截面型材的过程。
程序是: ①使CF增强材料浸渍树脂; ②CF预成型后进入加热模具内,进一步浸渍、基体树脂
固化、复合材料定型; ③将型材按要求长度切断。该工艺中, EP浸渍CF有两种方式:其一为
胶槽浸渍法。即将增强材料通过树脂槽浸胶,然后进入模具,通常采用此法;其二为注入浸渍
法。GF增强材料进入模具后,被注入模具内的树脂所浸渍。该法的主要优点是制造速度快,
拉挤成型材料的利用率为95% (手糊成型材料的利用率仅为75% ) ;树脂含量可精确控制;由
于纤维呈纵向,且体积分数可较高(40% ～80% ) ,因而型材轴向结构特性可非常好。主要缺
点是模具费用较高;一般限于生产恒定横截面的制品。
9. RFI
复合材料树脂膜熔渗（Ｒｅｓｉｎ Ｆｉｌｍ Ｉｎｆｕｓｉｏｎ，ＲＦＩ）成型工
艺是将未浸渍树脂的预成型体置于树脂膜上，随着温度的升高，并在一定的压力下，树脂
软化并自下而上地流动浸渍预成型体，最后在一定温度下完成树脂固化，制备出复合材料
制品。
2024年3月20日发(作者：慕可佳)
1. CFRP成型工艺多采用模压成型工艺：分为短纤维料模压法、层压模压法、缠绕模
压法、织物模压法等。
工艺加工过程中参数的控制
1.1 装料量的控制
装料量一般是用模压料制品的相对密度乘以制品的体积再加上3%～5%的损耗
量。
1. 2 预压实工艺
按照传统的模压成型工艺生产碳纤维复合材料制件时, 在加热加压过程中,
空气因胶液粘性大不能全部溢出, 在材料中造成空隙。经检测空隙率大于2%。
改进的工艺是在模压工艺中增加冷预压实和放气工序, 即先施加一定的压力将
预
浸料内部的空气挤出。卸去压力, 加热固化, 在加热到一定温度再施以压力。
结果模压件的空隙率低于0. 5% , 使复合材料力学性能大大提高。
1. 3 升温速度
在加工过程中, 升温速度过慢, 压制成型时间长, 效率低; 升温速度过快,
模型中材料产生温度梯度, 表层材料会提前凝胶, 加压后造成胶液挤出, 复合
材料含胶量低, 层间剪切强度下降。此外, 升温速率过快, 到达恒温控制段时
的
温度冲量大, 使制品肿胀、开裂、变形和翘曲。因此, 控制升温速率是非常
必要的。在成型过程中, 模具的升温速率一般控制在1～2℃/min, 为使升温速
度均匀避免热冲击, 可以在模具与加热板之间增加一定厚度的牛皮纸;同时在达
到成型温度后为使模压制品固化完全消除内应力, 要有一定的保温时间。
1. 4 加压时机
在固化过程中加压过早, 树脂从溢胶槽中过多的流出, 造成树脂含量过低,
复合材料的层间剪切强度下降; 加压过晚, 树脂已凝胶初步固化, 加压不仅不
起作用, 而且复合材料中的树脂含量过高, 材料的弯曲强度下降。因此需要根
据
所选树脂基体的热固化特性同时结合具体的升温速度等条件综合来确定合理
的加压时机。
2 RTM工艺（树脂传递模塑）
工艺：碳纤维增强苯并口恶嗪树脂复合材料板的制备将碳纤维布裁剪成适当的尺寸铺
到涂有脱模剂的ＲＴＭ钢模具中，用螺栓紧固模具密封。将树脂在１１５℃抽真空去除气
泡后放入注胶罐内，用树脂管路将注胶罐、模具、回收树脂桶及真空泵连接起来，并检查
模具系统气密性。再将ＲＴＭ 成型模具预热到１１０℃，关闭进树脂口阀门，模具系统抽
真空脱除气泡１０～３０ｍｉｎ后打开进树脂管路阀门，进行ＲＴＭ 注射。注射完毕后将
模具放入烘箱按照１３０℃／３ｈ＋１４０℃／１ｈ＋１５０℃／１ｈ＋１６０℃
／１ｈ＋１７０℃／１ｈ ＋１８０℃／２ｈ＋２００℃／２ｈ的阶梯升温程序进行固化操
作，后随烘箱降至室温脱模，取出复合材料板。
然而，由于ＲＴＭ 成型工艺对其基体树脂有特殊要求，即（１）树脂在注射温度下具
有足够低且相对稳定的黏度；（２）树脂应具有较长的适用期以及当树脂注射完成后又能
快速地固化，以缩短制品的成型周期；（３）树脂还应具备低挥发分、固化不放气等特性
且和纤维有良好的浸润特性
RTM成型模具设计须考虑树脂的流动问题，具有较大技术难度。当生产量较大时（大
于20，000件/年）RTM技术生产经济效益低于高度自动化的SMC、LPMC及GMT等技
术。
RTM 成型工艺的主要优点: ( 1) 闭模成型，产品尺寸和外型精度高，适合成型多品种、
中批量、高质量的复合材料整体构件; ( 2) 初期投资小，且制品公差小、表面光洁度高;( 3)
生产周期短、生产过程自动化适应性强、成型效率高; ( 4) 环境污染小。
将CF置于上下模之间,合模并将模具夹紧,在压力条件下注射EP, EP固化后打开模具,
取下制品。必须保证EP在凝胶前充满型腔,压力促使EP快速传递到模具内并浸渍CF。该
工艺为低压成型工艺, EP注塑压力为0. 4～0. 5MPa,当制造高CF含量(体积分数超过50% )
的制品时压力甚至可达0. 7MPa。有时可预先将CF在一个模具内预成型(带粘结剂) ,再在第
二个模具内注射成型[ 5 - 6 ] 。为了提高EP浸渍CF的能力,可选择真空辅助注射[ 7 ] 。当
EP一旦将CF浸透,要将EP注入口封闭,以使树脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下
进行。模具可以用复合材料与钢材料制作。若采用加热工艺,宜用钢模。该法的主要优点是
复合材料中CF含量可较高,未被EP浸润的CF非常少;闭模成型,成型周期较短,生产环境好,
生产成本较低;制品可大型化,强度可设计。主要缺点是不易制作较小制品,因要承压,故模具
较手糊与喷射工艺用模具要笨重和复杂。
3 手糊成型
手糊成型[ 3 - 4 ]是依次在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的EP (胶
衣凝胶后涂覆)和CF,手持辊子或刷子使EP浸渍CF,并驱除气泡,压实基层。铺层操作反复
多次,直到达到制品的设计厚度。该工艺的主要优点是可室温成型,设备投资少,模具折旧费
低;可制造大型制品。主要缺点是属于劳动密集型生产,制品质量由工人技术熟练程度决定;
手糊用树脂分子量低,通常可能较分子量高的树脂有害于人的健康和安全。
4 真空袋法成型
此法是手糊法与喷射法的延伸。将手糊或喷射好的积层在EP的A阶段与模具在一起,
在积层上覆以真空袋,周边密封,然后用真空泵抽真空,使积层受到不大于101 kPa的压力而被
压实、成型。该法的主要优点是采用普通湿法铺层技术,通常可获得高CF含量的复合材料;
EP 可较好地浸渍CF。主要缺点是额外的工艺过程增加了劳动力和成本,并且要求操作人员
有较高的技术水平;生产效率不高[ 8 - 9 ]。
5 树脂膜熔浸成型
将CF与EP片交替铺放在模具内。用真空袋包覆铺层,使用真空泵抽真空,将空气抽出。
然后加热使EP熔化并浸渍CF,然后经过适当的时间使EP固化[ 10 ]。该法的主要优点是复
合材料的空隙率低,可精确获得高的CF含量;铺层清洁,有利于健康和安全,并且生产成本低。
主要缺点是目前仅用于宇航工业,还未获得大规模的推广;模具要求能经受EP膜片的工艺温
度。
6 预浸料成型
预先在加热、加压或使用溶剂的条件下,用EP预浸渍CF。预浸料在环境温度下贮存一
段时间后仍能保质使用,当要延长保质期时须在冷冻条件下贮存材料。树脂通常在环境温度
下呈临界固态,故触摸预浸料时有轻微的粘附感。预浸料用手工或机械铺于模具表面,通过真
空袋抽真空,放入热压罐中成型。通常加热使树脂重新流动,最终固化[ 11 - 12 ]。该法的主要
优点是可精确地调整EP /固化剂配比和EP在CF中的含量,得到高含量CF;由于制造过程采
用可渗透的高粘度树脂,树脂化学性能、力学性能和热性能是最适宜的。主要缺点是热压罐
固化复合材料制品的耗费大、作业慢、制品尺寸受限制;模具需能承受作业温度并且生产成
本较高。
7 低温固化预浸料成型
该工艺[ 13 - 14 ]完全按预浸料方法制备, EP的化学性质使其得以在60～100℃固化。
在60℃时,材料可操作保质期可小于1个星期也可延长到几个月。树脂体系的流动截面适于
采用真空袋压力,避免采用热压罐。该法除具有传统预浸料成型的优点外,因为仅需真空袋压
力,固化温度低,模具材料较便宜且能耗低,采用简单的热空气循环加热室便可容易地制造大
型结构。主要缺点是复合材料成本仍高于预浸织物;模具需能经受高于环境温度的温度;因
需高于环境温度固化故仍有能耗。
8 拉挤成型
该工艺[ 15 - 18 ]是指将浸渍了EP的连续CF经加热模拉出形成预定截面型材的过程。
程序是: ①使CF增强材料浸渍树脂; ②CF预成型后进入加热模具内,进一步浸渍、基体树脂
固化、复合材料定型; ③将型材按要求长度切断。该工艺中, EP浸渍CF有两种方式:其一为
胶槽浸渍法。即将增强材料通过树脂槽浸胶,然后进入模具,通常采用此法;其二为注入浸渍
法。GF增强材料进入模具后,被注入模具内的树脂所浸渍。该法的主要优点是制造速度快,
拉挤成型材料的利用率为95% (手糊成型材料的利用率仅为75% ) ;树脂含量可精确控制;由
于纤维呈纵向,且体积分数可较高(40% ～80% ) ,因而型材轴向结构特性可非常好。主要缺
点是模具费用较高;一般限于生产恒定横截面的制品。
9. RFI
复合材料树脂膜熔渗（Ｒｅｓｉｎ Ｆｉｌｍ Ｉｎｆｕｓｉｏｎ，ＲＦＩ）成型工
艺是将未浸渍树脂的预成型体置于树脂膜上，随着温度的升高，并在一定的压力下，树脂
软化并自下而上地流动浸渍预成型体，最后在一定温度下完成树脂固化，制备出复合材料
制品。