非热压罐碳纤维预浸料的初学者指导

该指导教程的解释

制作复合材料制件的最先进技术之一，是使用碳纤维预浸料增强物，在高温和压力条件下成型优质制品，其表面质量高，树脂含胶量低以及优异的结构性能。

未固化的碳纤维预浸料，手工操作与裁剪非常方便，并且严格地贴合模具表面；特别对于较小的复杂产品，可能用其他工艺如手糊、真空袋成型或导流难以制作，则预浸料成型工艺更加适合。材料可以在样板上方便且精确的裁剪，意味着材料可以有效的被利用; 相比其他工艺，显著减少材料浪费。预浸料铺层，也非常清洁的并且没有气味的。

尽管预浸料生产工艺有诸多优点，但常常被人误解，某些较小的复合材料公司或个人不予考虑或抵触该工艺，因为他们没有意识到在正确的材料和指导下该工艺仅需极少的专业设备就可以被掌握和运用。该指导将告诉你如何去实现。

预浸料介绍

说明是预浸料?

预浸料，预先浸渍了活性树脂的碳纤维等复合材料增强物的命名。使用的树脂体系一般是环氧树脂，在材料生产阶段已经混合了其固化剂，然后再浸渍到干的纤维织物上，而制作成预浸料。

用预浸料制作复合材料制件的最常用方法是，在模具上铺层未固化的预浸料，然打真空袋压实，然后再铺预浸料，最后放入热压罐或烘箱中进行固化。因为热压罐超出了个人和大多数小企业的预算，所以在烘箱（即非热压罐）中固化预浸料时有效且方便的途径，绝大多数人都可以使用预浸料技术了。

保质期和活化寿命

预浸料中特殊配方的环氧树脂，在常温下的固化过程是非常缓慢的（通常几个星期），而在冷冻温度下（典型为-20°C）其固化几乎是停止的。预浸料在常温下发生局部明显固化之前的一段时间，称为材料的活化寿命；而预浸料在冷存贮条件下可存放的时间，称为材料的保质期。

操作预浸料

在常温下，预浸料的树脂的粘度非常高，尽管未固化，也非常容易操作。因为预浸料的硬度，所以有时候人们称之为干碳，尽管这样的称呼容易让人混淆。

粘性水平

特定树脂系统常温下的粘度和其他特性，决定了预浸料的粘性。较粘的预浸料，操作较粘手，但很容易粘在模具表面上。粘性很低的预浸料，操作比较方便，但是不容易贴在模具表面上。

固化预浸料

预浸料树脂，在高温即固化温度时，才会真正开始反应和固化，这就是为什么预浸料必须需要在烘箱中固化的原因。预浸料一般的固化温度，从60°C 到 180°C不等；非热压罐预浸料的最常见的固化温度在100°C左右，使用家用或商用的烤箱或其他类型的烘箱比如烤漆炉，就可以很容易达到这个温度。尽管烘箱内没有抽真空的管路也可能成功固化预浸料产品，而然有真空管路的话会更好。

开始

与许多复合材料工艺一样，成功制作碳纤维预浸料产品的关键是使用正确的材料和技术。改变某些材料隔离膜或脱模剂或碳纤维预浸料，可能会对结果产生较大的冲击，因此我们建议为了达到最佳效果，特别第一次，最好使用我们列出的所有材料。

前提条件

我们的非热压罐预浸料成型工艺，仅需要烘箱来成型产品，以及模具和一些基本的工具。

固化烘箱

遵循本指导，必须有一个烘箱，可以设定保温至100°C 。烘箱可以是家用或商用的烤箱或其他类型的烘箱比如烤漆炉或者专业的烘箱。最重要的事情是，烘箱是安全可靠的，并可以加温并保温至需要的温度。

你将制作的产品尺寸最大不能超过烘箱的内部尺寸，所以如果你使用一般的家用烤箱，那么你只能制作较小的产品。当你要发展预浸料使用的时候，你可以升级或增加精良的设备，但是在刚开始的时候，绝大多数的烘箱都可以满足要求的。

尽管在烘箱侧面开孔有真空管路保持产品固化时一直抽真空不是必要的，但是这是非常有利的（也是标准的做法）。如果做不到一直抽真空，那么必须保证真空袋在烘箱外被完全抽真空的并且是完全密封的。同样重要的是，不能在固化过程中真空袋产生漏气而导致失去真空压力。

模具

因为在本操作指南中使用的预浸料需要加温至100℃而固化，因此模具能够抗高、抗扭曲、抗衰变是必不可少的。该预浸料是环氧树脂体系，需要与模具材料互相兼容。因为这两个原因，传统的聚酯模具不适用于制作碳纤维预浸料产品，所以不使用，模具可以由高温环氧树脂、金属（如铝、不锈钢）或者高温乙烯基树脂制成。

工具

使用预浸料，你还需要以下工具:

• 马克笔
• 斯坦利刀
• 剪刀
• 热风枪
• 纸胶带

材料& 设备

大部分预浸料在热压罐的高压下固化，可以做出非常好的、表面光洁并且无针孔的产品。遗憾的是，同样的预浸料，当在烘箱中真空加压时，制作出的产品表面会留下针孔，大多数人都不会接受这样的效果。出于这个原因，作为非热压罐表面层预浸料作为产品的表面层。推荐这种特殊的预浸料，一面是一层胶膜，可以与模具表面全面紧密的贴合，另一面是一层干织物，以便在真空下可以完全去除空气。该表面层预浸料，再与积层预浸料相结合使用，该完全透明的树脂体系将进一步提升产品的表面质量。

这种特殊的预浸料组合完全可以实现只有真空加压和烘箱固化，就可以完成专业品质的碳纤维制品。

我将只使用一层240g表面层预浸料和一层400g积层预浸料。这样，制品的厚度大约在0.75mm左右，对于大多数非结构件和次级承力件比如管件、内饰件、盒体和覆盖件来说是理想的厚度。需要更厚的或较承力的制品，则继续增加体积层预浸料到达需求的厚度。

材料:

• 240g 表面层碳纤维预浸料
• 400g 体积层碳纤维预浸料
• 无孔隔离膜
• 真空袋薄膜
• 密封胶带
• 透气毡
• 化学脱模剂

设备:

• 复合材料真空泵
• 真空嘴
• 8mm ID 硅胶管
• 2x 8mm ID 倒钩接头

为了简单可行地开始碳纤维预浸料层压技术，我们上面提到的所有材料和设备都包含在我们的碳纤维预浸料成型套装中。

一步一步的说明

1. 模具准备
2. 创建裁剪样板
3. 裁剪预浸料
4. 铺设表面层预浸料
5. 铺设体积层预浸料
6. 隔离膜
7. 透气毡
8. 真空袋
9. 固定真空嘴
10. 完成真空袋
11. 抽真空
12. 真空泄露试验
13. 放入烘箱进行固化
14. 脱模

下面的整个指导过程，你将看到两个不同产品的照片；这两个产品，一个是12”的引擎盖进气口，另一个是50mm的进气导管。引擎盖进气口是相对平坦且有清晰拐角的型面；而进气导管是非常起伏的型面，可展示预浸料容易的贴合复杂的形状。这两个产品，用其他工艺技术都是比较困难或难以实现的。

1.模具准备

除了确保你将用到的模具是用适合的材料制作的，模具准备工作与其他工艺大致相同。

因为固化温度大约为100℃，所以使用在此温度下有效的脱模剂是非常重要的。大多数脱模蜡在此温度下都不能使用，所以我们不建议这种预浸料工艺中使用脱模蜡。而应该使用像半永久性这样的化学脱模剂。确保模具清洁无污染。根据产品的使用说明书使用。

2.创建裁剪样板

使用预浸料，一个显著的优点是，特定的产品材料可以很精确的从成卷包装材料上裁剪，以致最低限度减少浪费。方法是做一个用于裁剪材料的样板。对于一个特定的产品，你只需要创建一个（或一组）样板；当你做同样产品的时候，这个精确的样板会让你的工作变得更简单。

可以用很多种方法制作裁剪样板。第一种方法是，用一块大的预浸料铺到模具表面上，根据需要先软化并且拉平直到完全覆盖模具，再裁剪掉一圈多余部分；然后将材料从模具上揭下来，再次使它平整，在一张硬纸板或者相似材料上描出它的边缘，保存起来以便以后使用。

简单的型面比如引擎盖进气口，可以用一张硬纸板简单的制作裁剪样板.

另一种方法，也可以用有延展性的织物（比如薄的Coremat强芯毡）来制作样板，该材料可以在模具表面被拉伸铺平整，并且可以切割或被标记成最终的产品尺寸。这种软的样板可以直接使用，也可以转移到更耐用的材料上。对于简单形状，用纸板就可以很容易制作。

大多数情况下，铺设表面层预浸料要比体积层宽几毫米。这样做的目的是为了确保表面层的真空路径，表面层预浸料的特殊干燥面不会完全埋在内部，确保产品在打真空袋时，任何滞留的空气可以被除去。在实际应用过程中，表面层不需要总是比体积层宽。但目的是为了做出一个更好更重要的表层，通常可以在预浸料上简单的画出比模板稍宽的表面层，而不需要为表面层做一个单独的裁剪样板。

3.裁剪预浸料

制作样板之后（或多张样板），将其转移到预浸料。如果预浸料放在冷库里，在密封袋中解冻至室温，然后从袋中取出使用。

首先将样板转移到表面层预浸料，然后再到体积层预浸料。表面层预浸料仅一面有保护膜，并且该保护膜表面是蜡质光滑的，很难用马克笔划线，所以推荐的做法是在干布一面用刀片或其他锋利工具来刻痕。记得表面层轮廓要比体积层大一圈（几毫米），以确保气体排出去。标记表面层时，沿着样板一周稍微多几毫米去标记，这一点很容易做到。

体积层预浸料的两面都有保护层，并可以用马克笔很方便地做标记。这一点跟表面层不同。

标记材料之后，就可以用斯坦利刀或剪刀进行裁剪了。

4.铺设表面层预浸料

跟多数预浸料不同，该表面层预浸料是单面的，需要用特定对待，将有树脂膜的一面贴合模具。

首先，将预浸料保护膜细心的揭掉，树脂膜一面朝下，放入模具中。将预浸料轻轻放平到模具上大的、平整的区域，然后轻轻拉，使材料平滑地覆盖到更多复杂的区域。你可以发现用热风枪或者吹风机可以有效地使预浸料变柔软、易扭曲，更容易铺层。实际上你会惊讶预浸料在这方面是多么的可塑和有弹性，和干织物相比，你只需要一点耐心就可以将预浸料铺到整个模具表面上。

一旦铺好之后，将任何多余的材料剪掉，使得预浸料不超过模具的法兰边。

当铺覆预浸料（表面层或体积层）时，最基本的是确保材料贴合所有拐角而不能有任何“架桥”。因为预浸料的含胶量是精确控制的，它没有多余的树脂去流动并填补任何缺口或空隙，所以让预浸料非常亲密的贴合模具所有表面是极其重要的。当您第一次使用预浸料工艺的时候，很容易出现的问题就是产生气泡缺陷。

有很多钝器工具会帮助你将预浸料紧密贴实模具的角落，比如信用卡、刮冰器等。

因为预浸料具有优良的粘性，你会发现它粘到模具表面，无需任何喷胶或者其他粘合剂，预浸料加热后粘性略有提高，特别是如果你在较冷的条件下进行铺层。

5.铺设体积层预浸料

体积层的铺覆与表面层类似，因为体积层不会被看到，所以布的整齐性就没有表面层要求严格。你还会发现，即使较重430g的预浸料，看似难以操作，而事实上很容易扯拽或拉紧直到满意为止。可以在需要额外加固区域添加多层，并且可以根据需要使用对接或搭接。

体积层预浸料比表面层稍微小一些，沿模具一周，表面层要比体积层延伸出将体积层牢固按压到模具的所有区域是必不可少的，尤其是小角落。

多余边角裁剪均匀

6.隔离膜

一旦你铺覆了所有预浸料层到模具上，所有材料与模具都贴合（尤其角落处），就可以准备开始真空袋工艺，其中第一层就是无孔隔离膜。

裁剪适当大小的无孔隔离膜覆盖在模具表面。你也可以使用切割预浸料的样板来裁剪隔离膜，但要记得要比预浸料大一圈25-50mm.

铺设隔离膜是一个快速和容易的过程，只需使预浸料不暴露。不用担心隔离膜的皱纹很多，这完全正常，唯一重要的是在这个阶段你确保隔离膜没有架桥（如同铺设预浸料和真空袋一样）。为了没有架桥，在模具的任何复杂型面或角落处，多布置些隔离膜。

因为隔离膜比增强物大25-50mm，所以隔离膜可能会伸出层压件的边缘。将伸出部分，包裹到模具背面，再用胶带固定。但是不能把隔离膜拉紧去包裹，应该让其蓬松，这样可避免“架桥”。

7.透气毡

剪一块足够大的透气毡，将整个模具包裹，保证仍有余量。同样，也可以使用切割样板来裁剪足够大的透气毡。另外，如果你要同时固化几个产品，可以剪一大块透气毡来覆盖所有产品。透气毡用量可以大方一些，覆盖在整个模具表面。透气毡一般可以重复使用，所以不用担心使用太多。

当在你的部件上铺设透气毡时，应注意确保有足够的材料，特别是模具的任何角落，防止架桥。透气毡厚厚的毛毡状性质使得它不能精确的被定位，所以你需要把它铺在大致的地方。用一些胶带固定透气毡。

注意：当使用信封式的真空袋时，真空袋紧紧贴在模具正面和背面，因此在你抽真空之前确保模具背面没有锋利的边缘是非常重要的，或者其他的任何东西都可能刺穿真空袋。如果你较晚意识到模具背面刺穿真空袋的危险，你可以铺一层透气毡在模具背面，而下一次要保证模具光滑。

8.真空袋

信封式真空袋的说明

当制作中小型预浸料产品时，最简单的方法是使用这种“信封式的真空袋”，即真空袋包裹整个模具，而不是(单层膜)贴在模具法兰边上。这种方法有几个优点：不需要考虑模具的气密性；组合模的缝隙无需密封；可同时包裹几个产品一起固化。

但是该方法的缺点有：使用更多的真空袋膜；放置产品时要更小心；大件产品用这种方法不实际。总的来说，掌握信封式打真空袋需要了解这些因素。

打真空袋的技巧

当裁剪真空袋时，确保足够多的数量。如果你之前没有做过，可能不知道需要多少真空袋来包裹一个或几个产品，特别要考虑模具复杂拐角部位需要准备更多真空袋。一般来说，真空袋至少是产品正面各个方向的两倍。

建议当采用信封式真空袋时，操作真空袋在桌子上移动，真空袋不小心被刺破。为此，我们建议使用一块透气毡或者其他柔软材料垫在桌子上。这样，真空袋就不大可能被刺穿了。

裁剪足够大的真空袋薄膜，呈双层，然后在周围未密封的边缘贴上密封胶带。然后从一边开始从头到尾揭下胶带。完成这个步骤一直到3个边缘都密封好，留下1边不密封，以便放进产品。花费一些时间确保胶带始终牢牢黏住真空袋，检查可能导致密封不严的缝隙或者空隙。

9.放置产品和真空嘴

小心地将一个或几个产品从打开的、未密封的一边装入真空袋。确保每个产品之间的空隙以及真空袋膜充足。

如果你购买了碳纤维预浸料成型套装，该真空嘴已经配套了1/4真空阀和倒勾接头（用于连接内径8mm硅胶管）；但如果你使用的是其他的真空嘴或者分开购买的，确保你已经有了隔离阀（1/4真空阀）和倒勾接头。任何螺纹连接都要用到PTFE生胶带确保气密性。如果没有PTFE胶带，则不能密封。

透明的PVC真空管可以在真空压实阶段中使用，而只有硅胶真空管才能在烘箱中使用。

真空嘴，用来连接真空泵和真空袋。不会有树脂污染真空嘴，所以它是长期使用的并经过精心设计的设备。

真空嘴需要放置在一小块透气毡之上，这一小块透气毡需要连接到产品，这确保了空气可以自由的从产品中通过透气毡和真空嘴被排出。如果你同时成型几个产品，那么你可以裁剪多个小块的透气毡来连接真空嘴和各个产品。

将真空嘴的两部分紧紧的拧在一起。

10.完成真空袋

将没有粘连的一侧撕掉密封胶带的包装纸，用力的将真空袋与密封胶带按压紧以完成真空袋。通常要再次固定真空袋位置，以及确保真空嘴仍然放置正确，然后在真空袋中空余的部分在放入一小块透气毡，使得真空嘴以下的透气毡与产品上的透气毡能够直接贴合。

在产品表面上，预留较大的、可松动的真空袋，以确在复杂部分有足够大的真空袋可运用。如果此时发现真空袋不够大，那就请需要更换一个更大的真空袋了！

11.抽真空

在预浸料工艺特别是非热压罐工艺过程中，最重要的一部分是抽真空的过程。真空袋制作的是否完美决定了产品的完美、不合格或一般。只有完整的真空压力才能够造就完美的产品。如果在真空袋中出现“架桥”，就会严重减少在材料中施加的压力。在这些没有充足真空压力的部位，产品过程中会出现孔隙或针孔。

由于这些原因，为了达到更好的结果，在这个步骤上要更加关注并且花更多时间来确认。当你拥有了很多经验，才能花较少时间制造出完美产品。

使用一根内径8mm硅胶真空管（或者PVC管，仅仅是当没有在烘箱内时），将真空嘴与真空泵相链接。

将真空泵打开，开始抽真空。当刚开始抽出部分真空时，关闭真空泵或真空袋上的1／4真空阀以切断真空，细心且用力的推动和扯拽，使产品表面有足够富余的真空袋。特别注意一些难处理的角落，一定要保证有较多的真空袋确保此部分不会架桥。

像凹槽等复杂部位，真空袋需要“褶皱”，越多越好！来回推拉或扯拽真空袋使其更加松弛。整个表面应有足够多的真空袋。

再次打开真空阀抽出部分空气，并且重复这样的步骤。直到完全抽真空之前一直这么操作。我们通常在达到完全抽真空前，需要重复4-5次开关真空泵以便调整真空袋。

在抽真空过程中，可以使用一些不锋利的工具去推动或调整真空袋，在强压的控制下确保它能紧密的固定于每一个角落。要非常注意在整个过程中，你使用的工具没有尖锐的边缘，否则会刺穿真空袋，但是不用担心真空袋会被推动至破裂，因为这样的情况还没有发生过（我们的真空袋拥有400%的延展率）。

将刮冰刀，尺子和螺丝刀一类的工具用透气毡包裹起来，以免在使用过程中造成破坏真空袋的危险。

当你对真空袋的压实感到满意时，别忘了检查密封胶带，听听是否有漏气的声音。通常需要花费一些时间去一遍遍的观察找出细微漏气的裂缝，这是非常有必要的，因为这个步骤需要非常严密的密封才能很好的完成此工艺。

开关真空泵或者真空袋上的真空阀，仔细听真空泵声音的变化。如果袋子密封严密，当你开关真空阀时，声音不会有变动。如果开关真空阀时，声音有变动，就明确表明有泄漏现象。无论大小或在袋子的什么位置（通常是已经密封了，但是确实有一些地方或者袋子自身磨损了，而你实在找不到漏气的地方而烦恼时，不如从头重新密封一遍。如果你忽略此过程中的小泄漏，那么最终的产品就必然不能达预期效果）。

如果袋子看起来密封严密，并且当你开关真空阀的时候听不到任何的变动时，你就可以准备做真空泄露试验。

为什么要使用硅胶软管?

我们使用硅胶软管的原因是硅胶在逐渐升高的温度下不会变软或者破裂，所以能在预浸料烘箱工艺中使用。如果你使用标准的PVC软管（像树脂导流中的软管一样），当放入烘箱中温度达到100℃时，开始变软并且自密封了，而切断了真空。像之前讨论过的，在预浸料的烘箱固化中也可以不连接真空，但是这样出来的产品效果不是很理想。如果你在打算在固化产品过程中不连接真空，那么使用什么软管就没有关系了，因为软管不会接触高温。但是对于所有要放入到烘箱中的真空管，只能是硅胶或者其他耐高温的导管。

12.真空泄露试验

最后确认真空袋是否完全密封，需要进行一次泄漏试验。这个试验能够识别出一些非常微小的超出观察范围的漏气（如真空泵“声音变化”观察，泄漏指示器以及超声波检漏仪）。

当真空袋完全抽真空后，关闭真空嘴上的真空阀，然后再关闭真空泵。等待30分钟后，观察真空袋的反应，它应该看起来还是很紧致的。作为最后的检查：打开真空泵，拧开真空泵上的真空阀，等待几秒钟让自己熟悉真空泵发出的声音，然后打开真空嘴上的阀门，如果真空泵声音没有变化，那么你已经完成了一个气密性非常好的真空袋。

固化时连接真空:

如果有可能，我们建议在烘箱的侧面连接真空软管，那样就可以在整个固化的过程中对产品持续抽真空；如果这样做，一般很细微的泄气就不会影响最后的产品，如果在真空泄露测试后真空袋仍然很紧，真空泵也可能发生极微小的声音变化而没有被发现，这样极微小的漏气是可以接受的。如果在泄露测试后，明显看出真空袋变松弛，那么你就必须找出漏气的位置或者重新打真空袋。

固化时不连接真空:

如果你想在固化过程中不继续抽真空，那么真空袋必须拥有极其严密的密封。当固化时没有抽真空的时候，任何细微漏气都可能会导致产品的失败。

13.放入烘箱固化

成功完成真空泄露试验后，就可以开始固化产品了。表面预浸料和体积层预浸料都可以在85℃和140℃之间固化。为了得到最好的产品，我们建议100℃温度下固化8小时。更高的温度会使产品固化的时间更短，但是需要更加专业特殊的模具（耐高温）；更高的温度也会降低最终产品的表面质量。

确保烘箱中有支架或网板能放置产品。如果你使用的烘箱中是金属丝支架，那么请你用透气毡或柔软、耐高温的材料将其覆盖，以确保其不会割破真空袋。将产品放置在烘箱的中间位置，以便产品四周的气流良好。

烘箱加热至100°C，确保真空袋是完全密封的，然后才可以关闭真空泵。

固化时连接真空:

将真空泵放置在烘箱的外面，将硅胶软管的一端连接在真空泵上，另一端穿过烘箱侧板。将产品放入烘箱内,将硅胶软管接连至真空嘴上的倒勾接头。

打开真空泵，同时打开真空泵以及真空嘴上的真空阀，然后关闭烘箱门。仔细观察（或听）真空泵，确认当密封胶带升温发软时真空袋不发生漏气。事实上，一般情况下密封胶带发软后微弱的漏气会自动密封，但是这不是完全可靠的。

固化时不连接真空:

如果你在固化产品时不连接真空，将产品放入烘箱中并关闭箱门。

避免在预浸料固化过程中打开箱门（尤其时在8小时固化中）。8小时以后，打开箱门，拔下软管（如果有的话），然后将产品从烘箱中拿出来。

将产品放置1-2小时，待产品达到室温，再脱模。当模具还是热的时候切勿脱模，因为这很容易导致产品表面产生“印透”效果。

14.脱模

当模具达到了室内的温度后，可将真空袋、透气毡和隔离膜从模具上剥去，然后就可脱模了。你会发现拆掉真空袋、透气毡、隔离膜非常简便；真空袋和隔离膜可以扔掉，而透气毡可重复利用。

为了能更加轻松的脱模，请从模具的边缘处开始，可以使用不会划伤的工具像是塑料刮片，将模具从一个边角处撬开。

固化后的产品，现在可以开始用Dremel或类似的工具进行切边，也可用粗砂纸打磨边缘。

15.完成

在已固化的产品使用之前，有各种各样的方法对其进行表面处理。对于很多应用，并不需要进一步处理。对于高亮度的模具表面，产品脱模后直接就得到高亮的表面效果，这些产品可以直接投入使用。如果是这样，这样的产品也可以用非常细的抛光剂稍微抛光，再用黑色的汽车蜡打蜡保护，使产品看起来非常棒。

如果你不进行任何处理而直接使用产品，那么要知道环氧树脂（该预浸料使用的是环氧树脂）不是100%防紫外线（UV）的；如果长期暴露在阳光直射下，最终会产生褪色。对于竞速产品（如赛车），这没有问题，也不需要进一步的处理；但是对于日用产品，推荐使用2K(双组份)汽车清漆，为产品提供进一步光亮、防紫外线和一般防护。

对产品喷漆/透明胶衣，首先需要用研磨块或类似的细砂纸打磨表面以清除任何残留的脱模剂，而确保漆层的附着力。你将发现在复合材料表面做清漆/透明胶衣，需要喷漆、磨平、喷漆在磨平，以达到最佳效果。