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熱(re)塑性(xing)復合材料是以熱(re)塑性(xing)聚合物為(wei)基體(ti)，以玻璃纖(xian)維、碳纖(xian)維或芳綸(lun)纖(xian)維等(deng)(deng)為(wei)增(zeng)強材料復合而成，具有密度低，比強度高，耐化學性(xing)能好，成型周期短、生產(chan)效(xiao)率高，環保可(ke)回(hui)收等(deng)(deng)特性(xing)，廣泛應用于(yu)汽車工業、軌(gui)道交通、體(ti)育休閑、電子電器、醫療器械、航空航天(tian)等(deng)(deng)領(ling)域(yu)。

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成(cheng)型工(gong)藝(yi)是復合材(cai)料由原材(cai)料轉(zhuan)化為(wei)(wei)結(jie)構件的(de)關鍵(jian)步驟(zou)。而熱(re)(re)塑性(xing)復合材(cai)料根據增強(qiang)方式(shi)的(de)不(bu)同，可分為(wei)(wei)短纖維（0.2-0.6mm）、長纖維（約(yue)20mm）及連續纖維增強(qiang)熱(re)(re)塑性(xing)復合材(cai)料三類，不(bu)同材(cai)料所采(cai)用的(de)成(cheng)型工(gong)藝(yi)也不(bu)同。

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圖 纖維增強熱塑性復合材料構成

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短纖增強熱塑性粒料通常采用注(zhu)塑成型工(gong)藝；長纖(xian)增強熱(re)塑性材料的成型則分為直(zhi)接法LFT-D、間接(jie)法LFT-G：

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直接(jie)法LFT-D：是在雙螺桿擠出機內將纖維、熱塑性樹脂及添加劑進行混合浸漬，然后將混合料直接采用注塑或模壓的工藝制成各種產品。這種工藝減少了中間的半成品環節，降低了成本，且纖維長度保持較好，制品性能優異，適合大規模生產，廣泛應用于汽車零部件等領域；

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圖(tu) LFT-D工(gong)藝，圖(tu)源(yuan)泰山玻纖

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間接法(fa)LFT-G：是將熱塑性樹(shu)脂熔體和纖維在特制(zhi)(zhi)的模頭內(nei)進(jin)行包(bao)覆、浸漬，然后進(jin)行牽伸、切粒制(zhi)(zhi)成LFT-G顆粒，LFT-G顆粒可采用注塑或模壓的工(gong)藝(yi)制(zhi)(zhi)成各種產品。LFT-G工(gong)藝(yi)靈活(huo)，適(shi)合(he)小(xiao)批量生(sheng)產，顆粒易于儲存和運輸，適(shi)合(he)復雜形狀零部件的制(zhi)(zhi)造；

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圖(tu) LFT-G工藝(yi)，圖(tu)源泰山玻纖(xian)

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圖 LFT-G粒(li)料，圖源長(chang)纖(xian)（廈門(men)）新材料

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而(er)連續纖維增(zeng)強熱塑性(xing)復(fu)合材(cai)料(liao)（CFRTP）結(jie)構件成型工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)根據原(yuan)材(cai)料(liao)的狀態可以分(fen)為液體(ti)成型工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、熱塑性(xing)預(yu)浸(jin)料(liao)成型工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)和(he)纖維混雜(za)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)。其中，液體(ti)成型工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)主要包括熱塑性(xing)基(ji)體(ti)樹脂(zhi)傳(chuan)遞模(mo)(mo)塑( T-RTM) 工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、原(yuan)位(wei)拉擠工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)等；而(er)熱塑性(xing)預(yu)浸(jin)料(liao)成型工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)則包括熱壓(ya)罐工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、模(mo)(mo)壓(ya)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、沖壓成(cheng)型、纏繞工藝(yi)等；纖維(wei)(wei)混雜工藝(yi)是制(zhi)備(bei)與增強纖維(wei)(wei)直徑相(xiang)當的樹脂(zhi)纖維(wei)(wei)，然后(hou)使兩種(zhong)纖維(wei)(wei)混雜成(cheng)一種(zhong)復合紗，最終模壓制(zhi)備(bei)成(cheng)品(pin)。

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1. 模壓(ya)成型

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模壓成型工藝(yi)是將預浸料(liao)(liao)或纖維編織物與樹(shu)脂膜組成的層疊(die)(die)料(liao)(liao)等材(cai)料(liao)(liao)裁切(qie)為模具大小的片材(cai)層疊(die)(die)置于模具中，通過加熱、加壓后冷卻(que)成型制備得到最終(zhong)滿(man)足要(yao)求的制品(pin)。

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模壓(ya)成型操(cao)作簡單(dan)、成型周(zhou)期短、易于實現自(zi)動化，可(ke)用于成型平(ping)板或者小變形制件，對于一些復雜的特征、安裝(zhuang)位及加(jia)強筋，使(shi)用模壓成型很(hen)難實現(xian)，因此市(shi)場上出現(xian)模壓注(zhu)塑一體(ti)成型工(gong)藝(yi)，如ENGEL的(de)Organomelt工(gong)藝(yi)、克勞(lao)斯瑪(ma)菲的(de)FiberForm工(gong)藝(yi)等。

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在克勞(lao)斯瑪菲(fei)的FiberForm工藝中，連續纖維(wei)經過熱塑性(xing)樹脂浸漬制成的片材(cai)（有機(ji)板(ban)材(cai)）在烘箱內進(jin)行加熱處理后(hou)被(bei)置入(ru)模具，合模熱壓(ya)成型后再(zai)進行(xing)二次包(bao)覆(fu)注塑，最終實現(xian)一體化(hua)成型。

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圖(tu) FiberForm工(gong)藝(yi)流程，圖(tu)源克勞斯瑪(ma)菲

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克勞斯瑪菲創新的FiberForm技術自動化(hua)程度高，成型效率高，可以一步式生產結構復(fu)雜的制件，目前已(yi)在汽車領域成熟應(ying)用(yong)，并拓展(zhan)到空中交通領域等(deng)領域。

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圖?FiberForm技術應用于垂直起降(jiang)飛行(xing)器（eVTOL）的肋狀結(jie)構(gou)部件，僅需2分鐘即可成型??

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2. 沖壓成型

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沖壓成型過程中，需(xu)要將(jiang)熱(re)塑(su)性預(yu)浸(jin)料預(yu)熱(re)，預(yu)熱(re)溫度(du)通常(chang)比樹脂(zhi)基體的熔(rong)化溫度(du)或(huo)軟化點溫度(du)高約10-40℃，然(ran)后將預熱后的預浸料快速放入有一(yi)定溫度的沖壓(ya)(ya)機(ji)上下模(mo)具之(zhi)間，快速閉合(he)模(mo)具，施加較大的成型壓(ya)(ya)力，并在壓(ya)(ya)力下冷卻(que)固結為制品。

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圖(tu) 沖壓(ya)成型工(gong)藝制備高性(xing)(xing)能(neng)熱塑性(xing)(xing)復(fu)合(he)材料過(guo)程示意圖(tu)，圖(tu)源網絡

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3. 熱壓罐(guan)工藝

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熱塑性(xing)復合(he)材料熱壓(ya)(ya)罐成型技術和熱固性(xing)復合(he)材料熱壓(ya)(ya)罐工藝基(ji)本(ben)類似。熱塑性(xing)預浸料按鋪(pu)層要(yao)求鋪(pu)放于(yu)模具(ju)上，并密封在(zai)真空袋中后放入熱壓(ya)罐中，經過熱壓罐設備(bei)加溫、加壓，使預浸料坯(pi)件成為所需形(xing)狀和質量要求的構件。

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圖 熱壓(ya)罐工藝高溫高壓(ya)成型高性(xing)能熱塑(su)性(xing)復合材料示意圖，圖(tu)源網絡

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與(yu)熱(re)固性復(fu)合材(cai)料(liao)熱(re)壓(ya)罐(guan)工(gong)藝不同的是，熱(re)塑性預浸料(liao)比較硬、表面沒有黏性，鋪(pu)貼性差(cha)，且固化溫度更(geng)高、壓(ya)力更(geng)高，成型時需要選用高耐熱(re)性的真(zhen)空(kong)袋膜和密(mi)封材(cai)料(liao)，對熱(re)壓(ya)罐(guan)設備要(yao)求也更高。

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4. T-RTM工藝(yi)

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傳統RTM（樹脂傳遞模塑）通常(chang)指熱固性復合材(cai)料成型工(gong)藝，其流程是將(jiang)(jiang)干纖(xian)維預成(cheng)型(xing)體鋪放到閉合模具的(de)模腔(qiang)內，通過壓力將(jiang)(jiang)低黏度(du)樹脂(zhi)（如環氧(yang)樹脂、不飽(bao)和聚酯等）注(zhu)入閉(bi)合模腔中，使其(qi)充分浸漬預成型體，最終固化成型。該(gai)工藝采(cai)用閉合模(mo)具(ju)，具(ju)備制品表面質量(liang)高、尺寸精度好、纖維含量(liang)可控等優(you)點，是復合材料低成本制造的主(zhu)流技術(shu)之一(yi)。

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然而(er)熱塑(su)性(xing)聚合物熔體黏(nian)度普(pu)遍較高，難(nan)以(yi)直(zhi)接采(cai)用傳統(tong)RTM工(gong)藝實現有效浸(jin)潤。為突破這一限制，克勞斯(si)瑪菲開創(chuang)性把(ba)浸有ε-己內酰胺活(huo)性混合(he)物的半成型織物預(yu)成型，直接在(zai)模具中聚合(he)熟化成尼龍-6，制(zhi)成熱塑性(xing)復合材料(liao)制(zhi)品。

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該技術在2016K展上首(shou)次展出，應用(yong)于Roding Roadster R1跑車的車頂外(wai)殼框(kuang)架，該部件(jian)同時使用了玻璃纖(xian)維(wei)( 白(bai)色(se)) 和碳纖(xian)維(wei)作(zuo)為(wei)增強(qiang)材料，并在模(mo)具中一體裝(zhuang)配了金屬嵌件(jian)，展現出T-RTM在(zai)復雜(za)結構集成方(fang)面(mian)的潛力。

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圖 Roding Roadster R1跑車(che)的車(che)頂(ding)外殼框架 圖片來自(zi)KraussMaffei官網

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5. 拉擠工藝

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拉(la)擠(ji)成(cheng)(cheng)型工藝是將浸漬樹(shu)脂(zhi)膠(jiao)液的連續纖維束、帶或布等(deng)，在牽引力(li)的作用(yong)下，通過擠(ji)壓模具(ju)成(cheng)(cheng)型、固(gu)化，連續不斷地生產長度不限的型材。熱塑(su)性復(fu)合(he)材料拉(la)擠(ji)工藝，根(gen)據預浸技術可分為(wei)非反應拉(la)擠(ji)成(cheng)(cheng)型和反應拉(la)擠(ji)成(cheng)(cheng)型兩大類。

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圖(tu)(tu) 兩類熱塑性(xing)復合(he)材料拉擠成型工(gong)藝示意圖(tu)(tu)

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熱塑(su)性復合(he)材(cai)料(liao)原位(wei)拉擠(ji)成型技(ji)術(shu)指的是在(zai)牽引(yin)設(she)備的牽引(yin)下，經(jing)過樹脂(zhi)浸潤的連續纖維或其織物(wu)通過加熱(re)成型模(mo)具，在(zai)模(mo)具內樹脂(zhi)發生(sheng)聚合(he)反應成為高(gao)分子量聚合(he)物(wu)，最后(hou)經(jing)冷卻(que)獲得復合(he)材(cai)料(liao)制品的成型技(ji)術(shu)。熱塑性(xing)復(fu)(fu)合材料原位拉擠成型(xing)技術具有(you)生產效率高，可連續(xu)化大規模生產；設備簡單，成本低；產品質量(liang)穩定，可重復(fu)(fu)性(xing)高等(deng)優點(dian)。

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圖(tu) APA6 復合(he)材(cai)料原位拉擠(ji)成型示意圖(tu)

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圖?彼歐(ou)采用法國CQFD 公司開發的原位(wei)拉擠工藝制(zhi)成(cheng)的現代(dai)汽(qi)車前保險杠(gang)防撞梁

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6. 纏繞(rao)成型

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纏繞成(cheng)型(xing)工藝是先(xian)將浸(jin)(jin)漬樹脂的(de)連續(xu)纖維預(yu)熱(re)，在(zai)張力(li)的(de)作(zuo)用下(xia)纏繞在(zai)具有一(yi)定幾何形狀(zhuang)的(de)芯模上，在(zai)纏繞的(de)過(guo)(guo)程中(zhong)持(chi)續(xu)加(jia)(jia)熱(re)，再(zai)通(tong)過(guo)(guo)施加(jia)(jia)壓力(li)使預(yu)浸(jin)(jin)料熔接為(wei)一(yi)體(ti)，逐層粘合，冷卻后(hou)得到相應(ying)構(gou)件制品(pin)。

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熱(re)塑性(xing)復合材料的(de)纏繞成型(xing)可(ke)以采用(yong)預浸纖維或者(zhe)預浸帶進行(xing)，具有生產效率(lv)高，產品質量(liang)(liang)穩定，容(rong)易(yi)實現(xian)機(ji)(ji)械化和自動化，便(bian)于(yu)大(da)批量(liang)(liang)生產等特點，適用(yong)于(yu)生產大(da)型(xing)的(de)且表面曲率(lv)均為正(zheng)的(de)構(gou)件(jian)，尤其是在(zai)各種生產管道、壓力 容(rong)器、飛機(ji)(ji)結構(gou)件(jian)等制(zhi)備領(ling)域具有廣泛(fan)的(de)應用(yong)前景(jing)。

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圖 預浸(jin)帶(dai)纏繞(rao)成(cheng)型

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7. 自動鋪放原位成型(xing)

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熱塑性復合材(cai)料自(zi)動鋪放成(cheng)型(xing)技術通常采用連續玻(bo)纖(xian)或碳纖(xian)維增強熱塑性(xing)預浸(jin)帶/絲，通過帶有特殊加(jia)熱裝置的(de)自(zi)動鋪(pu)放設備(bei)鋪(pu)貼(tie)在模具表(biao)面(mian)，結(jie)合原位固化技術，自(zi)動鋪(pu)放后原位冷(leng)卻直接成型制備(bei)得到復合材料(liao)制件，可以(yi)實現復雜曲面(mian)熱塑性(xing)纖維(wei)預浸帶(絲)的(de)鋪(pu)層與制造，是一種發展(zhan)前景廣(guang)泛的(de)工藝技術。

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熱(re)塑(su)性復(fu)合材料(liao)自動鋪放原位成型技術大幅度減少了復(fu)合材料(liao)制造工序,不(bu)再需要(yao)進熱(re)壓罐,同時由于(yu)該技術對模具要(yao)求降低,且熱(re)塑(su)性預(yu)浸料(liao)可(ke)(ke)室溫存放和使(shi)用,使(shi)得復(fu)合材料(liao)制造成本可(ke)(ke)降低50%以上(shang)。目前，熱塑性復合材料自動鋪放原(yuan)位成型技術主要應(ying)用于飛(fei)機(ji)機(ji)身(shen)結構(gou)和(he)深潛水(shui)器等。

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8. 3D打印成(cheng)型

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除了上述工藝外，3D打印（增材制(zhi)造(zao)）技術(shu)以其無模成型、設(she)計自由度(du)高(gao)、快速成型復雜(za)結構等優勢(shi)，為實(shi)現高(gao)性能復(fu)雜結構復(fu)合(he)材料構件的低成本(ben)一體化快速制造提供了(le)新的解決方案(an)。

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