知识专栏|复合材料及其在汽车上的应用

01.复合材料的定义

是指两种或两种以上不同材料，用适当的方法复合成一种新材料，其性能比单一材料优越。根据基体材料的不同，可以分为金属基复合材料，无机非金属（陶瓷）基复合材料，聚合物基复合材料。

02.复合材料最大特点

性能具有可设计性。影响复合材料性能的因素有很多，主要取决于增强材料的性能，含量，及分布情况，基体材料的性能和含量，以及它们之间界面的结合情况。

03.聚合物复合材料定义

聚合物复合材料(polymer composites)是将强化物质添加到聚合物内，以增加所需的性质。单晶/须晶、黏土、滑石、云母等低长宽比（aspect ratio）之片状填充料可以提高材料的劲度（stiffness）；然而，纤维、玻璃纤维、石墨 、硼等高长宽比的填充料可以同时提高拉伸强度和劲度。

04.复合材料相关工艺

手糊成型工艺又被称为接触成型，是用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺附成型，在室温（或加热），无压（或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺过程。

手糊工艺原材料

树脂：不饱和聚酯树脂，环氧树脂，引发剂，固化剂等
纤维：主要以玻璃纤维布，玻璃纤维毡为主

辅料：浆，填料（如氢氧化铝，滑石粉等），脱模剂

手糊成型工艺比较适合一些大型的制品，如大巴前后围，改装车车顶等。

缠绕成型工艺是指将浸渍过树脂胶液的纤维或布带，按照一定的规律缠绕到芯模上，然后固化成为增强塑料制品的工艺过程。芯模的形状决定了缠绕的形状，缠绕工艺分为干法掺烧，湿法缠绕，和半干法缠绕。

缠绕工艺比较适合做储罐，大型化工企业里的脱硫塔等产品。

RTM俗称真空导入工艺，指的是在模腔中铺放纤维布，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射和排气系统保证树脂流动顺畅，并排除模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，还具有加热系统，可加热固化成型复合材料构件。

RTM适用于叶片，机舱罩，游艇等大型玻璃钢制品，它的优点是在树脂传递模塑工艺过程中使用的干预成型体和树脂材料的价格都比预浸料便宜，还可在室温下存放，而且成型过程中挥发成分烧，做出产品比手糊工艺做出的产品强度高很多倍，重量会减轻很多。

5.1 SMC模压

SMC模压是指将一定量的SMC（片状模塑料）放入金属对模中，在高温高压下，快速固化成型的工艺。

SMC（sheet molding copoud片状模塑料）是由上世纪60年代拜耳公司开发的。

5.2 CF-SMC模压成型工艺

是将连续碳纤维和短切纤维通过不同形式的混杂加工从而制备成形状较为复杂、有较高尺寸精度要求的复合材料零部件，这里连续纤维作为增强体弥补了短切纤维的力学短板，达到了局部补强的目的，在力学性能上远远优于传统的SMC制备技术，适用于大批量、重复性高、结构复杂的半结构汽车件生产。

5.3 CFT模压

热塑性材料，低成本，韧性好
幅宽限制，变形。

5.4 湿法模压

湿法模压工艺，也称WCM（是Wet Compression Molding的简称）工艺。湿法模压工艺最主要的特点是前期裁切使用干的纤维布，先进行喷涂树脂之后再放入模具进行成型固化，这也致使该工艺更适合加工形状复杂程度低（2D或2.5D造型）的制品，应用行业广泛，其优点是批量生产节拍快，模具设计简单，单件成本低。

法模压工艺的成型步骤可分解如下：

1、使用裁切好的碳纤维或玻纤干布铺放成平面；
2、将材料转移在模具上；
3、进行涂胶，使树脂覆盖纤维；
4、进行合模，抽真空、加压，加热固化；
5、开模，取出产品。

5.5 PCM工艺

预浸料模压(Prepreg Compression Molding, 即 PCM),指将模压料置于金属对模中，在一定的温度下，加压固化为复合材料制品。采用预浸料模压工艺成型的连续纤维增强复合材料制品具有质量轻、耐腐蚀、比强度高、稳定性好等优点,可应用于复合材料电池盒制造成型。

PCM工艺不足之处在于模具制造复杂，投资较大，加上受压机限制，最适合于批量生产中小型复合材料制品，不易生产大尺寸产品。而且预浸料本身有一定加工成本。

HP-RTM

HP-RTM是英文High Pressure Resin Transfer Molding的简写，全称是高压树脂传递模塑成型工艺，简称HP-RTM成型工艺。它是指利用高压压力将树脂对冲混合并注入到预先铺设有纤维增强材料和预置嵌件的真空密闭模具内，经树脂流动充模、浸渍、固化和脱模，获得复合材料制品的成型工艺。

上述介绍中关键词介绍：

高压压力：这里的高压是相对于传统RTM（Resin Transfer Molding）工艺而言，HP-RTM把注胶压力提升到80bar。高压注胶的好处是树脂可以更快的达到每个拐角，因此可以提高产品的纤维含量，提高产品性能，对于造型复杂的零件更加适用；

预先铺设：这里预先铺设的纤维增强材料是指已经经过剪裁预成型的纤维材料；

预置嵌件：嵌件是指在成型前放置于模具里的零件，材质有金属和非金属，这样使得成型后的制品，嵌件被包入本身的结构中，不可拆卸。是否需要预置嵌件由制品的结构设计决定。

前面提到HP-RTM成型工艺是相对于传统RTM工艺而言进行优化后的成型工艺，在不同的优化方向上，也相应开发出了其它的以RTM工艺为基础，进一步提高生产效率和制品性能的工艺，比如现在HRC拥有的HP-CRTM（High Pressure Compression Resin Transfer Molding）成型工艺。

HP-CRTM成型工艺是在HP-RTM工艺技术中的树脂注胶前，将模具上移0.5~1mm，增大密封模腔间隙，模具可以有更宽的浇道，降低树脂流动阻力，注胶结束后再将模具在高压下完全闭合，树脂体系随闭合压力流动充模，成型压力相对较低，这样既保证纤维不乱纹，又保证了较高的注射速度。