复合材料制造工艺（复合材料是如何制造的）

复合材料制造工艺根据材料和最终复合材料所需的输出而变化。三种主要的复合材料制造工艺是开式模制、闭式模制和铸塑聚合物模制。然后每一个里面都有各种各样的处理方法。使用哪种复合材料制造方法是根据最终复合材料的材料、设计和应用来决定的。随着对这种耐用、坚固和轻质产品的需求不断增长，许多行业正在转向使用复合材料。但经常被问到的一个问题是“复合材料是如何制造的？”。下面，我们将更详细地解释各种方法，这将使您在选择首选复合材料时做出更明智的决定。

什么是复合材料制造？

简而言之，复合材料制造是生产最终复合材料所需的过程。有多种技术可供选择，所选择的复合材料制造方法将始终由最终所需的输出驱动，同时考虑所需的材料和设计。 

复合材料是如何制造的？

由于复合材料制造和工艺设计的进步，有多种制造复合材料的方法。从手工铺层到纤维缠绕、编织和编织，再到 3D 打印，最终适合用途的复合材料的路线通常是定制的。这确保了成品符合特定项目的规格。 然而，两种截然不同的技术可以产生看似相同的结果，这只会增加这个已经很复杂的过程。下面我们挑选一些最常用的复合材料制造工艺，每种工艺都非常不同，并且适合一系列成品零件尺寸和类型。 

闭模成型复合制造工艺

闭模复合材料制造工艺涉及在封闭或密封的模具中制造零件或产品，为复合材料的固化或凝固提供受控环境。该工艺具有精确的材料控制、更高的纤维体积分数、改进的机械性能、减少排放以及适合生产复杂零件等优点。

闭模成型复合材料制造方法：

1.预浸渍纤维

该工艺应用广泛，并正在逐步取代传统金属材料，特别是在航空航天领域。预浸料是一种复合材料制造工艺，需要浸渍碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维等增强纤维。在复合材料制造过程中，预浸材料被小心地放置在模具或工具中，然后精确施加热量和压力来固化树脂，从而塑造所需的复合材料结构并产生具有优异强度和性能的复合材料。纤维的树脂预浸渍过程是在受控环境下精心进行的，确保以指定的树脂比例和分布进行全面浸渍。这种一丝不苟的方法确保了达到最佳的质量和可靠性。

2.树脂传递模塑（RTM）

这种特殊的复合材料制造方法是在压力下将反应性树脂注入模具之前进行混合。与灌注成型类似，但使用泵或压力罐以相当高的压力迫使树脂进入。这种注射压力通常约为 10-20 bar (150-300 psi)，但在某些高生产方法中，它们可能高达 100 bar (1500 psi)，这是相当大的压力！然后保持这种高压，直到树脂在模具中固化，模具通常在带有平板的大型液压机中用螺栓固定或夹紧在一起。这些确保模具在固化过程中保持对齐。RTM 非常适合复杂零件，是一种广泛应用于汽车行业等行业的复合材料制造工艺。

3. 真空灌注

真空灌注技术非常适合船体或风力涡轮机叶片，用于制造低粘度树脂，然后浸渍纤维预成型件。将一堆干纤维增强材料放入模具中，然后将真空袋放入顶部，真空袋上方有管道系统。然后抽真空，使袋子内部和外部之间的压力差将树脂推入干燥的层压材料中。 这种真空工艺迫使树脂流过预成型件的表面，渗透到预成型件的厚度，从而最大限度地减少树脂必须穿过预成型件的距离。

4. 压缩成型

压缩成型非常适合需要完全模制几何形状的小型产品，可以使用热固性或热塑性树脂以及各种不同的纤维类型和长度来完成。该过程本身是将一定量的纤维和树脂放入预热的模具中，将模具关闭并保持在压力下，直到树脂固化。这种复合材料制造方法可实现 A 级表面光洁度，尤其适用于汽车行业。

5. 注塑成型

注塑成型可以说是复合材料中使用最广泛的净成型制造工艺。块状模塑料在注入加热模具之前先被加热，并在压力下保持直至树脂固化。注塑成型主要用于相当小的部件，可以以较低的成本批量生产需要特定几何形状的高精度零件。此类产品已广泛应用于婴儿护理产品、医疗器械、电子电器和航空领域。随着复合材料制造和设计工艺的进步，越来越多的材料被用于注塑成型，以满足对不同塑料产品日益增长的需求。

6. 高压釜固化

这是一种闭模复合材料制造工具，使用加压蒸汽来执行一系列工艺。通过在高压釜内创建高压环境，可以产生具有所需纤维含量的准确结果。该过程本身涉及在双面模具内或在某些情况下在脱氧真空袋内固化原材料。这两种工艺都能够生产大量材料，这使得该工艺非常适合大型设施。 高压釜固化可确保聚合物硬化一致，这使其非常适合制造复合材料。在模具表面涂上脱模凝胶后，将纤维纺织品放入模具中，这些是预浸料，因此已经被树脂浸透。一旦模具充满，空气就会从型腔中抽出，并将整个组件放入真空袋中。除去袋子中的所有空气后，将容器放入高压釜中开始固化过程。固化时温度和压力缓慢升高，使材料硬化，同时去除孔隙。从这里，产品被转移到烤箱中，其耐用性将得到进一步增强。由于具有良好的均匀性，热压罐复合制造工艺通常用于生产高强度比零件。例如可用于飞机部件以及军事、海洋工业、航天器和导弹。

7. 编织

最后但同样重要的是，编织和机织是窄幅纺织复合材料的制造方法。编织用于许多最终产品，包括服装、鞋子、绳索和电缆。它是一种非常适合开发无缝圆柱形织物增强材料以开发复合材料结构的方法，并且作为一种减少浪费的快速制造工艺，它是许多物品的完美复合材料制造工艺。 极其坚固的编织复合材料以其卓越的韧性和耐用性而闻名，特别是与纤维缠绕复合材料相比。它们用于从航空航天到假肢的各种应用，并且可以使用碳、玻璃、芳纶和混合纤维系统以多种配置制造一系列编织织物。

开模复合制造工艺

开放式模塑复合材料制造工艺涉及在开放式模具中创建复合材料零件，从而可以轻松接近模具并直接应用复合材料。与模具被密封的闭式成型工艺不同，开式成型工艺更加简单，并且通常会导致零件对材料分布的控制不太精确。这种制造工艺通常用于生产零件，具有较低的模具成本、更快的生产时间和简单的设计。 

开模复合制造方法： 

1.手糊成型

在这种复合材料制造方法中，纤维在被液体树脂润湿之前被小心翼翼地放置在模具上或模具内。这是由我们经验丰富的层压机手动施加的，然后将其展开并进行固化或真空袋装。该工艺中使用的纤维可以是任何材料，只要其是短切原丝毡、机织织物、针织物、缝编织物或粘合织物的形式即可。正如您可以想象的那样，手糊需要对细节极其关注，在树脂开始固化之前需要实现层压功能。这是一个自然时间有限且压力很大的角色，可能会限制可能的细节和剪裁量。总而言之，对于需要斩波枪和辊的复合材料来说，手糊（或湿法糊）是一种具有成本效益的制造工艺。或者使用真空袋和环氧树脂，它可以是高度专业且更昂贵的。如果您想更详细地了解这些内容，请致电我们知识丰富的团队来讨论您的选择。

2. 喷涂

毫不奇怪，这种复合材料制造工艺使用喷枪将树脂和短玻璃纤维束的混合物涂抹到模具上，直到达到所需的材料深度。在我们熟练的操作员手中，这些喷枪能够快速、整齐地层压，只要操作员在喷涂和滚压过程中注重细节即可。喷涂后，树脂固化后即可使用。虽然这是一种快速且经济高效的复合材料制造工艺，但机械性能通常较低，不建议用于高性能。复合材料成品通常富含树脂，厚度可变，难以控制。对于船体、浴缸和储罐等大型且相当简单的结构来说，这是一种明智的工艺。 

3. 灯丝缠绕

这种成熟且著名的工业工艺被推荐用于精选的复合材料产品。纤维缠绕需要使用心轴，通常是细长的阳模。该部件是通过将纤维束穿过树脂浴制成的，在树脂浴中纤维束在张力下施加到心轴上。为了控制缠绕的方向和角度，我们使用带有卷绕导轨的滑架，该滑架在芯轴的长度上上下移动，同时芯轴本身旋转。使用这种同步运动可以使光纤以特定角度铺设，以实现所需的几何形状。如果需要的话，然后在高温下进行固化。 对于大批量生产的需求，这种复合材料制造工艺可以轻松实现自动化，并且通常用于管状物品或具有简单旋转形状的产品。其中包括管道、压力罐、锥形杆和驱动轴以及自行车车架等高性能产品等专业产品。这些通常使用碳纤维和环氧树脂的组合以及心轴包裹的预浸料，以形成更轻、更坚固的管状结构。虽然这可能是一种更昂贵的碳纤维复合材料制造工艺，但对于更厚和更高度工程化的管状形状，我们推荐选择。

4.拉挤成型

在复合材料的制造过程中，湿纤维束被送入加热的成型挤出模具。纤维和树脂作为一个整体进入，然后作为完全固化的部件被拉出。正如您可能想象的那样，这样的过程会产生具有一致截面形状、轴向钢筋和一致横截面的长件。拉挤成型生产精度高，是一种出色的复合材料制造工艺，适用于梯子、桥梁部件和扶手等。该过程可以轻松实现自动化，同时使用低成本原材料，这使其非常适合大批量产出。

5. 3D打印/增材制造

3D 打印或增材制造被广泛认为是一项改变复合材料制造工艺的创新，它正在以一种好的方式颠覆整个行业！这种复合材料制造方法使用 3D 打印来生产工具和最终用途生产零件等功能部件。增材制造通过编织长丝、金属丝或粉末等原料来构建几何形状。然后，根据 3D 打印工艺和应用，增材制造可以利用不断增长的材料目录，并且可以说是最通用的制造类别。增材制造最初在航空航天和医疗行业流行，它非常灵活，可以轻松应用于牙科、汽车、石油、天然气、重型设备和消费品等众多终端市场。与铣削等减材工艺相比，增材制造允许更大的几何自由度，同时使用更少的材料。此外，3D 打印不需要任何模具或工具来制造零件，对于交货时间长或相关成本较高的应用来说，3D 打印是一个不错的选择。