张条兰 王花丽

摘 要：我国新能源汽车的大力发展，汽车轻量化成为发展的方向。汽车用复合材料随着汽车轻量化的推进和新能源汽车的迅猛发展得到了广泛的重视和应用，VARTM技术成为汽车用复合材料的主要成型工艺。本文主要研究了VARTM技术在复合材料的应用及发展方向。

关键词：VARTM技术;成型技术;复合材料

随着汽车工业的发展，汽车保有量迅速发展，为了降低能耗，节能环保，汽车轻量化成为汽车的发展方向。碳纤维增强树脂基复合材料具有比强度和比刚度高、机械性能定向性好、尺寸精度高、热膨胀性低、抗腐蚀、各向异性和可设计性、良好的抗疲劳特性、易于整体成形，还可具有吸波、透波、导电、半导、发热、耐热、记忆、阻尼、 摩擦、吸声等功能等优点，已广泛应用于汽车、航空航天等高科技行业。

目前最常用的复合材料成型工艺是手糊工艺和树脂传递（RTM）工艺。手糊工艺模具成本低，操作方便;但产品质量不稳定，而且开模成型，工作环境差。RTM工艺采用闭模成型，改善了工作环境，产品精度高;但复杂的模具增加了成本。VARTM成型工艺是RTM工艺的改进，采用单面模具，且模具简单，兼顾产品质量和模具成本，一方面使用单面模具降低了成本，另一方面利用真空导入可以提高产品的均匀度。

1 复合材料液体模塑成型技术

复合材料液体成型技术（LCM）是指将液态聚合物注入铺有纤维预成型体的闭模中，或加热熔化预先放入模腔内的树脂膜，液态聚合物在流动充模的同时完成树脂/纤维的浸润并经固化成型为制品的一类制备技术。树脂传递模塑成型（RTM）、真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）、树脂浸渍模塑成型工艺（SCRIMP）和树脂膜注入成型工艺（RFI）是最常见的先进LCM 工艺技术。这类工艺的特点是将纤维预成型体放入模腔内，再将一种或多种液态树脂（通常为热固性树脂）在压力作用下注入闭模中，液态热固性树脂浸渍纤维预成型体，待树脂固化脱模后得到产品[1]。

与其他的纤维复合材料制造技术相比，LCM 技术具有诸多优势[3]：可生产的构件范围广;可一步成型带有夹芯、加筋、预埋件等的各种大型构件;可按结构要求进行定向铺层;具有高性能低成本制造优势。与传统的模压成型和金属成型工艺相比，LCM模具具有质量轻、成本低、投资小的优势。另外，LCM为闭模成型工艺，能减少挥发性有毒气体排放对人员的危害。LCM工艺在航空工业、汽车工业、新能源领域和一些非传统复合材料工业中的应用正日趋广泛。

2 树脂传递模塑成型技术

RTM工艺是将液态热固性树脂及固化剂，由计量设备（树脂泵）分别从储桶内抽出，经混合器混合均匀，由注射枪注入事先铺有玻璃纤维增强材料的密封模内，经固化、脱模、后加工而形成制品的工艺。

RTM是起源最早的一种LCM工艺，由1940年欧洲的湿法铺层和注塑工艺的演变而成。RTM工艺的正式名称出现于五十年代，由于该工艺的成型制品具有两面光洁且低压成型特点，被认为优于手糊工艺。但是由于当时缺乏相应的低粘度树脂体系和易于操作的预成型体制备技术，RTM工艺没有得到足够的重视和因而也未形成大规模的应用。

在20世纪80年代，受当时国际RTM技术高速发展的影响，一些中小型企业基于想改变传统手工操作局面的想法，引进许多RTM 注射設备，一度形成“热点”。但是由于受当时原材料配套系统的不完善和基础工艺理论研究欠缺的影响，该工艺基本停留在手糊成型和RTM工艺之间，未能形成规模化生产，大部分设备都处于闲置状态。

上世纪90年代，受863计划和“九五”科技的推动，国内积极研究和推广RTM工艺技术，从原材料、产品设计、模具设计与制造、A级表面技术和基础理论以及工业化生产技术等方面，开展了系统的研究。解决了材料国产化、模具制造技术、产品A级表面技术等一系列技术关键。

由于RTM工艺发展时间较短，不可避免地存在难关和有待进一步解决的问题。RTM技术在国内外普遍存在的难点和问题主要表现在3个方面：（1）树脂对纤维的浸渍不够理想，制品内存在空隙及干纤维的现象;（2）制品的纤维含量不够高（一般为50% ）;（3）大面积、结构复杂的模具型腔内，模塑过程中树脂的流动不均衡，不能进行预测和控制。

3 真空辅助树脂传递模塑成型

目前聚合物基复合材料制品的成型方法有几十种，常用的包括：预浸料及其制造方法、手糊成型、喷射成型、袋压成型、模压成型、长丝缠绕成型、拉挤成型、RTM和结构反应注射模塑成型（SRIM）等。然而，对于几何形状复杂的大型夹芯和加筋结构件，由于尺寸大、性能要求高，采用缠绕、模压等工艺成型困难，而采用手糊或喷射成型则制品的质量得不到保证，因此传统的成型工艺在制造大型复杂结构件时存在难以逾越的技术障碍，严重影响了复合材料的广泛应用。本实验选择的是VARTM技术，该技术操作简单、安全、成本低并且能够获得较好的复合材料试样[3]。

VARTM成型技术是纤维增强材料按规定尺寸及厚度铺放在模板上，用真空袋包覆，并用胶带密封四周，在真空压力下，驱动树脂的流动、实现对纤维及其织物的浸润，并在真空压力下固化的成型方法。其主要特点是成本低、产品孔隙率低、性能好、适合制造大型结构等。对于大尺寸、大厚度的复合材料制件，VARTM是一种十分有效的成型方法。

VARTM工艺是一种新型的低成本复合材料大型制件的成型技术，它是在真空状态下排除纤维增强体中的气体，利用树脂的流动、渗透实现对纤维及其织物的浸渍，并在室温或加温条件下进行固化，成型一定形状和纤维体积含量的制件的工艺方法。

RTM技术中最难解决的问题之一是最终产品中残余物或气泡，VARTM能够有效地解决这一问题。采用真空辅助RTM时，模具的密封要求很严格，上下模具间不允许有漏气，否则会吸入大量气体而导致制品成型的失败。在排气口端接上真空泵，在密封真空状态下，先抽取排除附于织物中的大量气体，在树脂注入过程中同时从闭合模具排气口处抽真空，通过负压控制以及导流网的导流作用，为树脂在模具型腔中打开了通道并形成完整通路，使树脂沿着织物均匀稳定地流动，注射填充铺层的织物;同时可以增加树脂传递压力，排除模具及其树脂中的气泡。所以，模具抽真空不仅提高了树脂充模的压力，而且排除了模具和预型件中，尤其是纤维束中的气体，因此同时提高了预成型体中的宏观流动和树脂在纤维束间的微观流动速度，有利于纤维的完全浸润，从而减少制品缺陷。无论增强材料是编织的还是非编织的，无论树脂的类型及其黏度如何，真空辅助都能大大改善模塑过程中纤维的浸润效果。

4 结论

在当前能源供应极为紧张的情况下，大力发展新能源已经成为世界各国的共识。复合材料主要应用在汽车轮毂、引擎盖、发动机罩外板等关键部件，直接影响着整个系统的性能。因此，重要部件的选材、工艺、实验等各环节必须紧密结合以保证汽车的生产质量。目前正在服役的主要部件多为复合材料，其基体多为热固性基体树脂，增强材料多为碳纤维。随着新能源汽车的发展与日趋成熟，汽车发展的轻量化成为汽车的发展方向。同时对增强材料的强度和刚度也提出新的要求，玻璃纤维在大型复合材料制造中逐渐显出性能方面的不足，因此引入了炭纤维在车用材料的应用。制造采用炭纤维已成为必要的选择。由于碳纤维价格昂贵，碳纤维主要用在汽车的主要关键部位，成型工艺采用低成本大型制件VARTM成型工艺。

参考文献：

[1]栗彬琦，叶辉，梅娜，等.复合材料汽车发动机罩外板CRTM成型工艺仿真[J].生产现场，2018（11）：12-14.

[2]李智，王磊.车用复合材料应用与开发关键浅析[J].汽车材料与涂装，2020（5）：215-218.

[3]刘楚杰.复合材料结构与功能及在新能源领域的应用[J].技术应用与研究，2018（10）：128-129.