復合材料的原材料包括樹脂、纖維和芯材等有多種選擇，各種材料又有其獨特的強度、剛度、韌性和熱穩定性等性能，成本和產量也不盡相同。然而，復合材料作為一個整體，其最終性能不僅與樹脂基體和纖維（以及夾芯材料結構中的芯材）有關，而且與結構中材料的設計方法和制造工藝有密切聯系。本文將對常用的復合材料制造方法、每種方法的主要影響因素和不同工藝如何選擇原材料進行介紹。
一、噴涂成型
方法描述：
把短切纖維增強材料與樹脂體系同時噴涂在模具內，然后在常壓下固化成熱固性復合材料制品的一種成型工藝。
材料選擇：
樹脂：主要為聚酯
纖維：粗玻璃纖維紗
芯材：無，需要單獨與層合板結合
主要優點：
1) 工藝歷史悠久
2) 低成本、可快速鋪覆纖維和樹脂
3) 模具成本低廉
主要缺點：
1) 層合板易形成樹脂富集區，重量偏高
2) 只能使用短切纖維，嚴重限制了層合板的力學性能
3) 為了便于噴涂，樹脂粘度需足夠低，損失了復合材料的力學和熱學性能
4) 噴涂樹脂中的高苯乙烯含量意味著對操作人員的潛在危害較高，低粘度則意味著樹脂易滲透員工的工作服從而直接接觸皮膚
5) 空氣中揮發的苯乙烯濃度很難達到法律規定要求
典型應用：
簡易圍欄，低載荷結構板，如敞篷車車身、卡車整流罩、浴缸和小型船艇
二、手糊成型
方法描述：
手動將樹脂浸潤纖維，纖維可以為機織、編織、縫合或粘結等增強方式，手糊成型通常用滾輪或刷子完成，然后用膠滾擠壓樹脂使之滲入纖維。層合板置于常壓下固化。
材料選擇：
樹脂：無要求，環氧、聚酯、聚乙烯基酯、酚醛樹脂均可
纖維：無要求，但是基重較大的芳綸纖維難以手糊浸潤
芯材：無要求
主要優點：
1) 工藝歷史悠久
2) 簡單易學
3) 如果使用室溫固化樹脂，模具成本低廉
4) 材料和供應商選擇空間大
5) 高纖維含量，所用纖維比噴涂工藝長
主要缺點：
1) 樹脂混合、層合板樹脂含量和品質與操作人員的熟練程度密切相關，難以獲得低樹脂含量且低孔隙率的層合板
2) 樹脂的健康和安全隱患，手糊樹脂分子量越低，潛在的健康威脅就越大，粘度越低意味著樹脂越容易滲透員工的工作服從而直接接觸皮膚
3) 如果沒有安裝良好的通風設備，從聚酯和聚乙烯基酯揮發到空氣中的苯乙烯濃度很難達到法律規定的要求
4) 手糊樹脂的黏度需要非常低，因此苯乙烯或其他溶劑的含量必須較高，這樣就損失了復合材料的機械/熱性能
典型應用：
標準風電葉片，批量制作的船艇，建筑模型
三、真空袋工藝
方法描述：
真空袋工藝是上述手糊工藝的延伸，即在模具上封一層塑料膜將手糊好的層合板抽真空，給層合板施加一個大氣壓的壓力，達到排氣緊實的效果，以提高復合材料的品質。
材料選擇：
樹脂：主要為環氧和酚醛樹脂，聚酯和聚乙烯基酯不適用，因為它們含有苯乙烯，揮發進入真空泵
纖維：無要求，即使基重較大的纖維也可以在壓力下被浸潤
芯材：無要求
主要優點：
1) 可以達到比標準手糊工藝更高的纖維含量
2) 空隙率比標準手糊工藝低
3) 負壓條件下，樹脂充分流動提高了纖維的浸潤程度，當然部分樹脂會被真空耗材吸收
4) 健康和安全：真空袋工藝可以減少固化過程中揮發物的釋放
主要缺點：
1) 額外的工藝增加了勞動力和一次性真空袋材料的成本
2) 對操作人員的技術要求較高
3) 樹脂混合及樹脂含量的控制很大程度上取決于操作人員的熟練程度
4) 盡管真空袋減少了揮發物的釋放，操作人員受到的健康威脅仍然高于灌注或預浸料工藝
典型應用：
大尺寸、單次限定版的游艇，賽車零部件，船舶制造過程中芯材的粘結
四、纏繞成型
方法描述：
纏繞工藝基本用于制造中空、圓形或橢圓形結構件，如管道和槽。纖維束經過樹脂浸潤后沿各種方向纏繞在芯軸上，工藝過程由纏繞機和芯軸轉速控制。
材料選擇：
樹脂：無要求，如環氧、聚酯、聚乙烯基酯和酚醛樹脂等
纖維：無要求，直接使用線軸架的纖維束，不需要機織或縫織成纖維布
芯材：無要求，但蒙皮通常為單層復合材料
主要優點：
1） 生產速度快，是一種經濟合理的鋪層方式
2） 可通過測定穿過樹脂槽的纖維束攜帶樹脂量控制樹脂含量
3） 纖維成本最小化，無中間編織工藝
4） 結構性能優異，因為直線纖維束可以沿各個承載方向鋪層
主要缺點：
1） 此工藝僅限于圓形中空結構
2） 纖維不易沿部件軸向準確排布
3） 大型結構件的芯軸陽模成本較高
4） 結構外表面非模具面，因此美觀性較差
5） 使用低粘度樹脂，需要注意力學性能和健康安全性能
典型應用：
化學品儲藏罐和輸送管，氣缸，救火員呼吸罐
五、拉擠成型
方法描述：
從線軸架抽出的纖維束浸膠后穿過加熱盤，在加熱盤完成樹脂對纖維的浸潤，并且控制樹脂含量，最終將材料固化成要求的形狀；這種形狀固定的固化產品被機械切割為不同長度。纖維也可以沿0度以外的方向進入熱盤。擠拉成型是一個連續的生產過程，制品截面通常有固定形狀，允許有微小變化。將通過熱盤的預浸潤材料固定并鋪入模具立即固化，雖然這樣的流程連續性較差，但可以實現截面形狀的改變。
材料選擇：
樹脂：通常為環氧、聚酯、聚乙烯基酯和酚醛樹脂等
纖維：無要求
芯材：未普遍使用
主要優點：
1） 生產速度快，是一種經濟合理的預浸潤及固化材料的方式
2） 樹脂含量控制精確
3） 纖維成本最小化，無中間編織工藝
4） 結構性能優異，因為纖維束沿直線排布，纖維體積分數較高
5） 纖維浸潤區域可完全密閉，減少揮發物釋放
主要缺點：
1） 此工藝限制了截面形狀
2） 加熱盤成本較高
典型應用：
房屋結構的梁和桁架，橋梁，梯子和圍欄
六、樹脂傳遞模塑工藝 (RTM)
方法描述:
將干纖維鋪覆在下模內，可以預先施加壓力使纖維盡量與模具形狀貼合，并予以粘合綁定；然后，把上模固定在下模上形成型腔，再將樹脂注入型腔。通常采用真空輔助樹脂的注入和對纖維的浸潤，即真空輔助樹脂注入工藝（VARI）。一旦纖維浸潤完成，即關閉樹脂導入閥，并將復合材料進行固化。樹脂注入和固化既可以在室溫下進行，也可以在加熱條件下完成。
材料選擇：
樹脂：通常為環氧、聚酯、聚乙烯酯和酚醛樹脂，雙馬來酰亞胺樹脂可以在高溫下使用
纖維：無要求?？p合纖維更適合此工藝，因為纖維束間隙利于樹脂傳送；有專門研發的纖維可以促進樹脂流動
芯材：蜂窩泡沫不適用，因為蜂窩單元將被樹脂充滿，壓力也會導致泡沫塌陷
主要優點：
1） 纖維體積分數較高，孔隙率低
2） 由于樹脂被完全密封，健康安全，操作環境干凈整潔
3） 減少勞動力使用
4） 結構件上下兩面均為模具面，易于后續表面處理
主要缺點：
1） 搭配使用的模具價格昂貴，為了承受較大壓力，重量大，相對笨重
2） 僅限于小型部件的制造
3） 易出現未浸潤區域，導致大量報廢
典型應用：
小型而復雜的航天飛機和汽車零部件，火車座椅
七、其他灌注工藝 - SCRIMP，RIFT，VARTM等
方法描述:
將干纖維以類似與RTM工藝中的方式鋪覆，然后鋪上剝離布和導流網。鋪層完成后，用真空袋完全密封，在真空度達到一定要求時，將樹脂導入整個鋪層結構。樹脂在層合板中的分布依靠導流網引導樹脂流動來實現，最后自上而下將干纖維完全浸潤。
材料選擇：
樹脂：通常為環氧、聚酯、聚乙烯酯樹脂
纖維：任何常見纖維?？p合纖維更適合此工藝，因為纖維束間隙加速樹脂傳送
芯材：蜂窩泡沫不適用
主要優點：
1) 同RTM工藝，但僅其中一面為模具面
2) 模具一面為真空袋，大大節省模具成本，且對模具承受壓力的要求降低
3) 大型結構件也可以具有很高的纖維體積分數和較低的孔隙率
4) 標準的手糊工藝模具改造后可用于此工藝
5) 夾芯結構可一次成型
主要缺點：
1) 對于大型結構，工藝相對復雜，且修補無法避免
2) 樹脂粘度必須非常低，也降低了力學性能
3) 易出現未浸潤區域，導致大量報廢
典型應用：
試制小型船艇，火車和卡車的車身板，風電葉片
八、預浸料 - 高壓釜工藝
方法描述:
纖維或纖維布由材料制造商使用含有催化劑的樹脂預先浸潤，制造方法為高溫高壓法或溶劑溶解法。催化劑為室溫潛伏型，使材料在室溫下有幾周或幾個月的有效期；冷藏條件可以延長其儲存期限。預浸料可以手工或機器鋪入模具表面，然后覆蓋真空袋，加熱至120-180°C。加熱后樹脂可以再次流動，并最終固化?？梢杂酶邏焊獙Σ牧鲜┘宇~外的壓力，通常可以達到5個大氣壓。
材料選擇：
樹脂：通常為環氧、聚酯、酚醛樹脂，耐高溫樹脂如聚酰亞胺、氰酸酯和雙馬來酰亞胺也可使用
纖維：無要求。纖維束或纖維布均可
芯材：無要求，但泡沫需耐高溫高壓
主要優點：
1） 樹脂和固化劑比例以及樹脂含量均由供應商準確設定，很榮易獲得高纖維含量和低孔隙率的層合板
2） 材料具有優良的健康安全特性，工作環境潔凈，潛在地節省了自動化和人工成本
3） 單向材料纖維成本最小化，無需中間工藝將纖維織成布
4） 制造工藝要求樹脂高粘度浸潤性良好，也優化了力學和熱學性能
5） 室溫下可工作時間的延長意味著，結構優化以及復雜形狀的鋪層亦很容易實現
6） 潛在地節省了自動化和人工成本
主要缺點：
1） 材料成本增加，但為了滿足應用需求也是難以避免的
2） 需要高壓釜完成固化，成本較高，操作時間較長且有尺寸限制
3） 模具需要承受高的工藝溫度，對芯材有同樣的要求
4） 對于較厚部件，預浸料鋪層時需預抽真空，以排除層間氣泡
典型應用：
航天飛機結構件（如機翼和尾部），F1賽車
九、預浸料 - 非高壓釜工藝
方法描述:
低溫固化預浸料制造工藝與高壓釜預浸料完全相同，不同的是樹脂的化學特性允許其在60-120°C實現固化。對于低溫60°C固化，材料的工作時間僅一周；對于高溫催化劑（>80°C），工作時間可達到幾個月。樹脂體系的流動性允許僅使用真空袋固化，避免使用高壓釜。
材料選擇：
樹脂：通常僅環氧樹脂
纖維：無要求，與傳統預浸料一樣
芯材：無要求，但使用標準PVC泡沫需特別注意
主要優點：
1） 具備傳統高壓釜預浸料（(i.)）-（(vi.)）全部優點
2） 模具材料便宜，如木材，因為固化溫度較低
3） 大型結構件制造工藝簡單化，只需真空袋加壓，循環烤箱的熱空氣或者模具本身的熱空氣加熱系統即可滿足固化要求
4） 常見的泡沫材料也可使用，工藝較為成熟
5） 相比于高壓釜，能耗更低
6） 先進的工藝保證了良好的尺寸精度和可重復性
主要缺點：
1） 材料成本仍然高于干纖維，盡管樹脂成本低于航空航天用預浸料
2） 模具需要承受高于灌注工藝的溫度（80-140°C）
典型應用：
高性能風電葉片，大型賽艇和游艇，救援飛機，火車部件
十、半預浸料SPRINT/梁用預浸料SparPreg 非高壓釜工藝
方法描述:
較厚結構（>3mm）中使用預浸料很難在固化過程中將層間或重疊鋪層部分的氣泡排出，為了克服這一困難，預抽真空被引入了鋪層工藝，卻顯著增加了工藝時間。近年來，固瑞特推出了一系列具有專利技術的改進型預浸料產品，使高品質（低孔隙率）較厚層合板的制造實現了一步完工藝即可完成。半預浸料SPRINT由兩層干纖維夾一層樹脂膜的夾芯結構組成，材料鋪入模具后，真空泵即可將其中的空氣在樹脂升溫變軟并浸潤纖維前完全抽干，然后再進行固化。梁用預浸料SparPreg是一種改進的預浸料，在真空條件下固化時，可以很容易地將氣泡從粘合的兩層材料間排除。
材料選擇：
樹脂：多為環氧樹脂，其他樹脂也可用
纖維：無要求
芯材：大部分，但使用標準PVC泡沫需特別注意高溫
主要優點：
1） 對于較厚的部件（100mm），依然可以精確獲得高纖維體積分數和低孔隙率
2） 樹脂體系的起始狀態為固體，高溫固化后性能優異
3） 允許使用成本較低的高基重纖維布（如1600克/平方米），提高鋪層速度，節約制造成本
4） 工藝十分先進，操作簡單且樹脂含量精確控制
主要缺點：
1） 材料成本仍然高于干纖維，盡管樹脂成本低于航空航天用預浸料
2） 模具需要承受高于灌注工藝的溫度（80-140°C）
典型應用：
高性能風電葉片，大型賽艇和游艇，救援飛機
（來源：復材應用技術）
-----------
相關文章推薦：
新突破！巨石E9玻璃纖維助力全球風電玻纖葉片最長可達100米！
常用頭盔外殼材料大盤點：玻璃纖維增強材料、碳纖維復合材料成熱門選擇
復材應用案例｜玻璃纖維型材助力宇通電動巴士減重降耗 提高效率
復材應用案例｜福特全順采用玻璃纖維復合材料縱向板簧比常規鋼制彈簧減重50％
高性能碳纖維復合材料應用規模在未來3-5年有望突破 進入快速放量期
無苯乙烯樹脂走向工業舞臺！AOC力聯思樹脂助力英國緊急建造防疫病房
玻璃鋼真的沒有未來了嗎？？——記錄一位普通玻璃鋼工人師傅的心路歷程
紀實|累并快樂著，小眾實干派！這里有一群為復合材料奮斗終生的人！
劍在手，問天下誰是英雄！--FRP漁船制造 真空樹脂導入成型 手糊成型工藝PK?
幾度風雨幾度春秋，風霜雪雨搏激流——中國漁船玻璃鋼化是必然發展趨勢！
打印
