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442629613

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[交流] 关于复合材料的各种成型工艺，你了解多少？

各种成型工艺对比
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手糊成型和喷射成型允许快速的产品开发周期，因为工具制造过程简单且成本相对较低。

手糊成型

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手糊成型工艺又称接触成型，是树脂基复合材料生产中最早使用和应用普遍的一种成型方法。手糊成型工艺是以手工操作为主，机械设备使用较少，它以不饱和聚酯树脂或环氧树脂等为基体材料将增强材料粘结在一起的一种成型方法。

手糊成型操作虽然简单，但对于操作人员的操作技能要求较高。它要求操作者要有认真的工作态度、熟练的操作技巧和丰富的实操经验。对产品结构、材料性能、模具的表面处理、胶衣质量、含胶量控制、增强材料的裁减和铺放、产品厚度的均匀性及影响产品质量的各种因素都要有比较全面的了解，尤其是实操中出现常见问题的判断和处理，不但需要有丰富的实践经验，还要有一定的化学知识和具备一定的识图能力。

喷射成型

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与手糊成型类似，喷射成型提供了更大的形状复杂性和更快的生产。喷射成型使用低成本的开放式模具、室温固化树脂，非常适合生产低至中等数量的大型零件。短切纤维增强材料和催化树脂从切碎机/喷枪沉积在模具中。

与铺层一样，手动滚动可去除夹带的空气并润湿纤维增强材料。通常在特定区域添加无纺粗纱以获得厚度或更大的强度。着色胶衣可用于产生光滑、彩色的表面。

优点：
广泛的零件尺寸潜力
零件有一个成品表面，需要二次修整
最适合小批量、大型和/或复杂组件
最适合每年 <1,500 个零件的生产率
最低成本的工具选项
可容纳单件或多件模具
原型开发的首选方法——设计更改容易

模压成型 SMC/BMC

模压成型是大容量复合材料零件的最常见选择，通常与 SMC（片状成型复合材料）和 BMC（块状成型复合材料）材料相关联。

该过程可生产各种尺寸的高强度复杂零件。匹配的金属模具安装在液压成型机中。材料装料通过手动或机器人方式放入模具中，加热的半模关闭，并施加高达 2,000 psi 的压力。循环时间为 1-5 分钟，具体取决于零件尺寸和厚度。可以模制肋条、凸台和嵌件等特征。

模压部件的特点是净尺寸和形状、两个出色的成品表面和出色的部件间可重复性。修整和整理成本极低。

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模内涂层可用于改善表面可涂性，无需底漆。
颜色化合物可以定制。
模具通常由模具钢制成。当压力 <400psi 时，可以使用其他工具材料。
模具通常能够运行 150℃ 的温度和大约 1000psi 的压力，具体取决于轮廓。
每副模具通常可以制作 60,000 个零件。
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LCM（液体复合成型）工艺

PRIME (Prepositioned-Reinforcement-Ensuring-Manufacturing-Excellence) 是预置钢筋的专有 LCM 工艺。它提供与 SMC 类似的性能特征，以及类似的成本和体积优势。其关键区别在于卓越的结构效率，可改善模制部件的机械和外观特性。这一优势使其在需要更高结构完整性的大批量汽车和卡车零件中广受欢迎。

PRIME使用预先放置的增强材料，将纤维与产品的负载设置精确对齐。这导致纤维效率提高和单位重量成本降低。先进机器人技术的使用最大限度地减少了纤维和劳动力的变化，进一步提高了性能。这些因素扩大了设计允许范围，并将能源成本降低了 50%。

如何使用PRIME堆叠起来对抗SMC？
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图 1绘制了PRIME与 SMC的冲击能量。在冲击的各个阶段，PRIME 可以比 SMC 吸收更多的能量

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图2

当比较PRIME与 SMC的拉伸强度时（图 2），两种材料的平均值非常接近——但PRIME部件的范围要小得多。这是由于纤维的分布和取向更均匀。较低的变化允许产品设计师使用非常接近其设计极限的材料——从而产生更坚固、更轻和更高效的部件。

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图 3

自 2007 年以来，汽车 OEM 一直在为跑车使用PRIME（图 3）。在PRIME 部件可靠地满足必要的纤维含量和机械规格，但包含较少的总纤维。这使得车辆更轻、更快。

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树脂传递模塑 (RTM) 工艺

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RTM 是一种真空辅助的树脂转移工艺。该工艺提高了层压板的压缩率、高纤维树脂比和出色的强度重量特性。RTM 零件有两个成品表面。

RTM适用于较大部件的中等批量生产，树脂传递成型通常被认为是介于相对较慢的喷涂模具成本较低和模具成本较高的快速压缩成型方法之间的中间过程。
推荐用于具有高强度重量比要求的产品
最适合中等批量生产，每年生产 200 到 10,000 个零件
胶衣可用于提供高质量、耐用的饰面
模具可以由许多不同的材料制成——聚酯、镍壳、铝甚至低碳钢。

真空灌注加工 (VIP)、RTM Light（LRTM、树脂灌注、VARTM、SCRIMP）

真空灌注成型 (VIP)

VIP 和 RTM Light 是真空辅助的闭模树脂工艺。对于 B 侧表面的压缩，VIP 使用柔性片材或使用真空袋膜。

通过这些过程，干增强材料被放置在模具中，经常与型芯或其他插入物结合在一起。然后施加真空以压实并排除空气。树脂被引入，真空将其吸入并均匀分布在增强材料内。

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Vacuum Infusion Processing (VIP)

VIP 可以使用非常低粘度的树脂和适当的填充时间，使用放气膜和其他排气装置制造非常大的零件。由于纤维含量相对较高，这种树脂灌注工艺可实现非常低的空隙率和优异的机械性能。纤维含量由纤维结构和压力决定。使用 RTM Light，树脂通过低于 2psi 的泵送机制引入。树脂和填料类型的更多灵活性是可能的，以及纤维含量的中间范围。好处是更好的表面处理和零件厚度的变化，以及更快的周期时间以降低成本。工具可以是铝、钢或复合材料。

轻型 RTM

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Light RTM推荐用于具有高强度重量比要求的产品，或具有轻微设计回归、边缘悬垂或会导致刚性 B 侧模具表面锁模的高脱模角的产品。

优点：
最适合每年 200 至 5,000 个零件的中等批量生产
环保——这种封闭式模具工艺不涉及树脂暴露
可采用预置钢筋以实现最佳强度重量比
模内胶衣饰面可用于所需的化妆品饰面
注：适合生产的产品数量——推荐量是平均值，仅作为一般指导提供。实际体积效率是一个更复杂的问题，需要有关要制造的零件的详细统计数据。

本文来源：moldedfiberglass，由Carbontech翻译整理
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2021第六届碳材料大会——碳纤维论坛将于11月17-20日在上海召开，会议将邀请先进制造工艺及自动化重磅专家交流探讨复合材料先进成型技术及应用，敬请期待！

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