rtm

复合材料真空灌注-RTM成型⼯艺及应⽤

概述

真空辅助树脂灌注成型⼯艺(VacuumAssistedResinInfusionMolding)简称VARIM⼯艺，是在RTM(ResinTransfer

Molding踪影的近义词 )⼯艺基础上发展起来的⼀种⾼性能、低成本的复合材料成型⼯艺。⾃80年代末开发出来，VARIM⼯艺作为⼀种

新型的液体模塑成型技术(LiquidCompositeMolding，简称LCM)，得到了航空航天、国防⼯程、船舶⼯业、能源⼯

业、基础结构⼯程等应⽤领域的⼴泛重视，并被美国实施的低成本复合材料计划(CompositeAffordabilityInitiative，简

称CAI)作为⼀项关键低成本制造技术进⾏研究和应⽤。

如图1所⽰，VARIM⼯艺的基本原理是在真空负压条件下，利⽤树脂的流动和渗透实现对密闭模腔内的纤维织物增强材

料的浸渍，然后固化成型。

VARIM⼯艺的基本流程包括：

(a)准备阶段。包括单⾯刚性模具的设计和加⼯、模具表⾯的清理和涂覆脱模剂、增强材料(纤维织物、预成型件、芯材

等)和真空辅助介质(脱模介质、⾼渗透导流介质、导⽓介质等)的准备等。

(b)铺层阶段。在单⾯刚性模具上依次铺设增强材料、脱模布、剥离层介质、⾼渗透导流介质、树脂灌注管道、真空导

⽓管道等。

(c)密封阶段。⽤密封胶带将增强材料及真空辅助介质密封在弹性真空袋膜内，并抽真空，保证密闭模腔达到预定的真

空度。

(d)灌注阶段。在真空负压下，将树脂胶液通过树脂灌注管道导⼊到密闭模腔内，并充分浸渍增强材料。

(e)固化阶段。继续维持较⾼的真空度，在室温或加热条件下液体树脂发⽣固化交联反应，得到产品预成型坯。

(f)后处理阶段。包括清理真空袋膜、导流介质、剥离层介质、脱模布等真空辅助介质和脱模修整等，最终得到制品。

图1真空辅助模塑成型(VARIM)⼯艺⽰意图

和传统的开模成型⼯艺以及RTM⼯艺相⽐，VARIM⼯艺具有以下优点：

(1)模具成本低。与RTM⼯艺需要阴、阳双⾯刚性对模相⽐，VARIM⼯艺只需要单⾯刚性模具；与模压⼯艺需要承受⾼

温⾼压的成型模具相⽐，模具的制造成本较低，适⽤于设计开发不同结构复杂外形的⼤型模具。

(2)制品外形可控，尺⼨精确。VARIM⼯艺对制品尺⼨和形状的限制较少，可以⽤于航空航天、国防⼯程、船舶⼯业、

能源⼯业、基础结构⼯程等领域中⼤厚度、⼤尺⼨结构制件的成型，如⽕箭外壳、风电叶⽚、汽车壳体等。

(3)制品⼒学性能好，重复性⾼。与⼿糊构件相⽐，VARIM⼯艺成型制品的⼒学机械性能可以提⾼1.5倍以上，并且制品

的纤维含量⾼、孔隙率低、结构缺陷少、表⾯均匀光滑、构件之间⼀致性⾼，因此VARIM⼯艺成型制品的质量稳定，具

有很好的可重复性。

(4)环保性好。相⽐与开模成型时，苯⼄烯、丙酮等挥发性有机化合物(VOCs)的挥发量⾼达35~45%，VARIM⼯艺作为

⼀种闭模成型技术，在树脂灌注和固化过程中，易挥发物和有毒空⽓污染物均被局限于真空袋膜中，因此⼏乎不对环境

造成污染，是VARIM⼯艺最突出的⼀个优点。

(5)⽣产效率⾼。处于真空负压下的树脂能够沿着树脂灌注管道迅速导⼊到密闭模腔内，并在凝胶前充分快速渗透和浸

渍增强材料，可整体成型⼤型复杂⼏何形状的夹芯和加筋结构件，与开模⼯艺相⽐，VARIM⼯艺可节约劳动⼒50%以

上。

VARIM⼯艺的主要原材料

1.

1.

1.1.树脂

适⽤于VARIM⼯艺的树脂包括环氧树脂、⼄烯基树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等低粘度树脂。VARIM⼯艺对树脂

的要求⼀般有以下⼏点：

(a)树脂体系粘度低。⼀般要求树脂体系粘度在100~800mPas，最佳粘度范围为100~300mPas，从⽽使树脂在真空

负压⼒作⽤下能够完全浸渍增强材料。如果树脂粘度过⾼，充模流动速度慢，并且对纤维织物的浸渍效果也不理想；如

果树脂粘度过低，树脂流动速度太快，容易形成⼲斑等缺陷。

(b)凝胶时间适宜。不同的⼯艺对凝胶时间有不同的要求，因此凝胶时间应可变易控，具有合适的操作周期，是VARIM

⼯艺专⽤树脂体系的⼀项重要指标。⼀般对于⼤型制件成型⽽⾔，要求树脂体系的低粘度平台时间(即⼯艺操作窗⼝)不

少于30min，以避免树脂在灌注过程就发⽣剧烈的凝胶反应和固化交联反应。

(c)固化放热峰值适中。⾼放热峰会降低模具的使⽤寿命、可能对制品中的芯材、加强筋等部件产⽣影响。同时，⾼的

放热峰可能引起部件的裂纹，影响制品性能。

(d)其它物理化学性能，包括良好的⼒学机械性能，以满⾜⼯程应⽤的⾼散文600字 要求，抗热氧⽼化性、耐化学腐蚀性、阻燃

性、⽆毒、成本低等。

1.

1.2.增强材料

增强材料⼀般包括E玻纤、碳纤维、Kevlar纤维、Spectra纤维以及E玻纤与其它⼏种纤维的混杂形式。增强材料的可以

是短切纤维或纤维织物，但通常采⽤织物，如⽆捻粗纱织物、加捻织物、双向缝合织物等，其中新型的针织材料和平纹

单向纤维是较理想的选择。

1.

1.3.真空袋膜

耐⾼温尼龙膜和聚丙烯膜是最常⽤的真空袋膜，主要利⽤它们的延展性、柔韧性和抗穿刺性能；同时要求材料具有较⾼

的耐热温度（具体需考虑树脂性能）和优异的阻隔⽓密性。

1.

1.4.密封胶粘带

密封胶粘带是⼀种以丁基橡胶为基胶，添加耐温的补强剂和增粘剂等助剂的真空袋膜密封剂，要求材料具有⾼弹性、表

⾯粘接性以及耐温性等性能，保证在制品成型周期内具有优异的密封性能。

1.

1.5.⾼渗透介质

⾼渗透介质的作⽤是保证树脂在真空灌注过程中能够迅速渗透和流动，⼤幅度提⾼充模流动速度，通常可采⽤尼龙⽹和

机织纤维。

1.

1.6.剥离层介质

剥离层介质的作⽤是将制品和⾼渗透介质或真空袋膜分隔开，避免真空辅助介质粘附在制品上。⼀般选⽤低孔隙率、低

渗透率的薄膜材料作为剥离层介质，如PE、PP多孔膜等。

1.

1.7.轻质芯材

⼀般芯材都在可选范围内，如轻质⽊材、PVC、PEI、PMI、SAN、PS泡沫和其它线性微孔封闭型塑料等。对于开孔型

芯材(如蜂窝状)，树脂会充满其空⽳，加重了制品的重量和成本，因此这类芯材不宜选⽤。

VARIM⼯艺的常见缺陷及原因分析

1.

2.1.⽓泡和⽩斑

如图2所⽰，在VARIM⼯艺中，树脂在纤维织物中的渗透流动可以分为宏观流动和微观流动，其中树脂在纤维束空隙之

间的流动称为宏观流动，⽽树脂在纤维束内部纤维单丝之间的流动称为微观流动。如果宏观流动与微观流动的流动速度

不同，即两者的流动前缘存在不⼀致时，树脂就会在纤维织物层内发⽣横向渗透，从⽽导致局部“包⽓”的现象，其中在

制件的表⾯层表现出⽓泡的产⽣，⽽在制件的内部层表现出⽩斑的产⽣。

图2真空辅助模塑成型(VARIM)⼯艺中，树脂的宏观流动和微观流动⽰意图[6]

局部“包⽓”现象的产⽣是因为树脂的宏观流动和微观流动不⼀致，其中宏观流动前缘的流速与灌注压⼒梯度有关，灌注

压⼒梯度越⼤，宏观流动越快；⽽微观流动前缘的流速与纤维单丝之间的⽑细管作⽤⼒有关，⽑细管作⽤⼒越⼤，微观

流动越快。因此，如图3(a)所⽰，当灌注压⼒梯度⼩于⽑细管作⽤⼒时，树脂微观流动前缘的流速就会⼤于宏观流动前

缘的流速，此时纤维束内部的树脂发⽣横向渗透，⽽将纤维束空隙之间的残余⽓体包裹，形成⼤⽓泡；相反，如图3(b)

所⽰，当灌注压⼒梯度⼤于⽑细管作⽤⼒时，树脂宏观流动前缘的流速就会⼤于微观流动前缘的流速，此时纤维束之间

空隙的树脂就会向纤维束内部发⽣横向渗透，⽽在纤维束内部形成⼩⽓泡。为了减少及避免局部“包⽓”现象的产⽣，通

常需要预先抽真空并在设定的真空度维持⼀定的时间，从⽽尽可能的排除密闭模腔内的空⽓，同时适宜将树脂灌注流道

设计成树脂沿着纤维织物垂直(90)⽅向流动，⽽不是如图3和图4所⽰的树脂沿着纤维织物平⾏(0)⽅向流动。

图3真空辅助模塑成型(VARIM)⼯艺中，⽓泡和⽩斑缺陷形成的⽰意图[6]

1.

1.1.⼲斑和⼲区

在VARIM⼯艺中，树脂在纤维束之间的流动速度不⼀致，如果树脂灌注流道或纤维织物铺层设计不合理，就会导致“流

道效应”或“短路效应”的发⽣，树脂在低阻⼒区域的流动速度将会显著⼤于⾼阻⼒区域的流动速度，⾼达10~100倍，从

⽽树脂将主要在低阻⼒区域内发⽣流动和渗透，使得⾼阻⼒区域内的纤维织物不能充分浸渍甚⾄完全未浸渍，制件在宏

观上表现出⼲斑和⼲区的不良现象。纤维织物与树脂之间的浸润性匹配不良、纤维织物局部结构松散或过于紧密或扭曲

变形、夹⼼芯材与纤维织物之间的空隙过⼤等原因都可能会造成制件出现⼲斑和⼲区的不良现象。

1.

1.2.褶皱和翘曲

在铺层阶段，如果纤维织物没有铺设紧密和平整，树最小的哺乳动物 脂在灌注过程中就有可能挤压甚⾄冲散纤维束，导致固化后的制件

出现褶皱和翘曲的不良现象。此外，树脂发⽣凝胶反应和固化交联反应时，会具有⼀定的体积收缩率，并且会释放出⼤

量的反应热，在很⼤的内应⼒或热应⼒下导致松散的纤维织物发⽣扭曲变形，进⽽引起制件出现翘曲的现象。为了消除

褶皱和翘曲不良现象的发⽣，要求纤维织物及预成型件的铺设要展放平整，宜选⽤体积收缩率⼩、放热量⼩的树脂体

系，并且采⽤合理的固化制度和散热循环系统。

1.

1.3.过抽和缺胶

在VARIM⼯艺中，为了维持树脂灌注过程仍具有很⾼的真空度，确保灌注所需的真空压⼒梯度以及制品的质量，需要持

续地抽真空排出密闭模腔内、纤维束间空隙的残余⽓体。如果真空通道设置不合理，或树脂灌注管道设置不合理，抽⽓

的同时就容易将⼤量的低粘度树脂也抽⾛，从⽽导致制品出现⼤⾯积缺胶，产⽣过抽的不良现象。

1.

1.4.杂斑和富胶

1.4.杂斑和富胶

在铺层阶段，如果在纤维织物层中夹杂团块状物体，将会使局部区域内的纤维织物发⽣变形，导致树脂胶液出现局部富

集，固化后的制件则出现凹凸不平的杂斑。

与缺胶现象相同，富胶现象的产⽣也主要是由于真空通道和树脂灌注管道铺设不合理所致，这是因为树脂在灌注进⼝处

的压⼒为⼤⽓压，⽽其流动前缘处的压⼒⼏乎为零，这样离真空管⼝越远(即树脂灌注进⼝)，树脂含量越⾼，相应的纤

维含量越低；⽽离真空管⼝越近(即树脂流动前缘)，树脂含量越低，相应的纤维含量越⾼。因此，真空通道和树脂灌注

管道铺设不合理，或者树脂达到出⼝处时就⽴即关闭树脂进⼝和真空系统，就会导致树脂灌注进⼝区域出现富胶的现

象，⼤尺⼨、⼤厚度制件也将会出现厚度不均的现象。

为了削弱上述的富胶现象，需要合理设置真空通道和树脂灌注管道，并且在树脂达到出⼝处后，关闭树优美的词语 脂灌注进⼝，⽽

在不出现过抽的情况下，继续维持抽真空⼀段时间，使树脂压⼒稳定地减少，尽量使制件各区域的树脂含量均匀⼀致。

此外，较⼤厚度的芯材和加强筋边界处也会出现胶液富集的现象，因此需要铺设⼀些三⾓形或梯形材料作为过渡，避免

富胶现象的产⽣。

VARIM⼯艺的应⽤

VARIM⼯艺作为⼀种新型的复合材料成型⼯艺，始于20世纪80年代末，该⼯艺⼀开始并没有受到⼈们的⾼度重视，未

能实现其潜在的巨⼤商业价值。直⾄1996年，由于在船舶上的成功应⽤，VARIM⼯艺才在当年的SPI复合材料年会上得

到⼈们的认可和重视。由于VARIM⼯艺具有成本低、产品质量⾼、适合制造⼤型、复杂整体结构制件等诸多优点，因此

经过⼗多年的研究和应⽤，VARIM⼯艺已经不再局限于船舶⼯业的应⽤，⽽⼴泛应⽤到了很多军⽤和民⽤设施的建设

上，如军⽤舰船、导弹舱、雷达罩、风电叶⽚、桥梁、汽车外壳、冷藏箱等。

航空⼤型部件

战机座舱：美国洛克希德-马丁公司(LockheedMartinCorporation)研制的F-35战机⾸次采⽤了VARIM⼯艺制造座舱，成

本⽐热压罐⼯艺下降了38%。

⼤型飞机机翼：在由美国NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)资助的“波⾳预成型体”计划中，V

SystemComposites公司采⽤VARIM⼯艺，研究了机翼结构复合材料及带加强筋机⾝整体复合材料夹层结构的成型，⽽

波⾳公司则研究了⼤型飞机机翼蒙⽪的整体成型。

⼤型舰艇及上层建筑

在船舶⼯业中，英国VosperThornycroft(VT)公司采⽤VARIM⼯艺为英国皇家海军制造了270多艘复合材料扫雷舰，并还

制造了运输船、作业艇、救⽣艇船体和海洋港⼝⼯程结构等。NorthEnd公司使⽤VARIM⼯艺制造了长达27.5m的船

体，并经检验船体层合板的空隙率⼏乎为零，且⼒学性能与热压罐低温固化成型的制件相当，但制造成本却⼤幅度地降

低。英国Sandown级扫雷艇采⽤⾮磁性材料制造，整个舰艇的所⽤上层建筑和部分内部结构制件均为VARIM⼯艺所成

型，可以抵抗很强的冲击。美国海军DD21Zumwalt级隐⾝驱逐舰和瑞典海军YS2000Visby级隐⾝反潜轻型巡洋舰都采

⽤了VARIM⼯艺成型的泡沫夹芯结构作为舰船壳体。佛⼭市宝达船舶⼯程有限公司使⽤VARIM⼯艺对含有芳纶纤维的

混杂增强材料和⼄烯基树脂进⾏了复合成型，制造⽣产了13.6m的海关超⾼速摩托艇。

⼤型复合材料风电叶⽚

近年来，VARIM⼯艺被⼴泛应⽤于⼤型复合材料风电叶⽚的整体成型。相⽐于⼿糊成型⼯艺，VARIM⼯艺⽣产风电叶

⽚的⽣产效率⼤幅度的提⾼，操作环境显著改善，树脂使⽤量可减少30%，并且产品质量稳定，重复性好。丹麦艾尔姆

(LM)玻璃纤维制品有限公司采⽤VARIM⼯艺开发了长达60m的风电叶⽚。

采⽤VARIM⼯艺制造叶⽚，主要可分为以下⼏步⼯序：

（1）模具准备：对模具进⾏清理，并涂覆脱模剂。

（2）铺覆增强材料：根据设计要求，铺覆纤维织物。该⼯序除了织物的型号、位置以及搭接的尺⼨必须满⾜设计要求

外，还要保证铺覆的平整以及清洁。

图4在叶⽚模具上铺放玻璃布增强材料

图4在叶⽚模具上铺放玻璃布增强材料

（3）布置真空管路：根据⼯艺要求，布置真空管路，并包覆真空。此步骤是VARIM⼯艺中较为关键的⼀步。通常在正

式⽣产前需要结合理论模拟和反复实验确定；在⽣产中需要保证整个系统的真空度。

图5真空管路布置及真空度检查

（4）树脂灌注及固化：在真空条件下，将混合好的树脂灌注进被压实的增强材料预成型体中。等树脂充满整个模腔

后，关闭树脂流道，按规定的条件固化。

图6真空灌注

（5）蒙⽪粘接及后固化：在蒙⽪完成固化成型后，将上下蒙⽪和剪切腹板粘接成为整体，并按照规定的⼯艺进⾏固

化。

图7蒙⽪粘接

（6）后处理：产品脱模后，对叶⽚进⾏切边、补强、打磨及涂装处理。

图8叶⽚外表⾯涂装处理

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RTM成型⼯艺过程

RTM⼯艺的基本原理如下图所⽰，先在模腔内预先铺放增强材料预成型体、芯材和预埋件，然后在压⼒或真空作⽤⼒下

将树脂注⼊闭合模腔，浸润纤维，固化后脱模，再进⾏⼆次加⼯等后处理⼯序。

纤维预成型有⼿⼯铺放、⼿⼯纤维铺层加模具热压预成型、机械⼿喷射短切加热压预成型、三维⽴体编织等多种形式，

需要达到的效果就是纤维能够相对均匀填充模腔，以利于接下来的树脂充模过程。

在合模和锁紧模具的过程中，根据不同的⽣产形式，有的锁模机构安装在模具上，有的采⽤外置的合模锁紧设备，也可

以在锁紧模具的同时利⽤真空辅助来提供锁紧⼒，模具抽真空同时可以降低树脂充模产⽣的内压对模具变型的影响。

在树脂注⼊阶段，要求树脂的黏度尽量不要发⽣变化，以保证树脂在模腔内的均匀流动和充分浸渍。在充模过程结束

后，要求模具内各部分的树脂能够同步固化，以降低由于固化产⽣的热应⼒对产品变形的影响。这种⼯艺特点对于树脂

的黏度和固化反应过程以及相应的固化体系都提出了⽐较⾼的要求。

⼯艺特点

RTM以其优异的⼯艺性能，已⼴泛地应⽤于舰船、军事设施、国防⼯程、交通运输、航空航天和民⽤⼯业等。其主要特

点如下：

（1）模具制造和材料选择灵活性强，根据不同的⽣产规模，设备的变化也很灵活，制品产量在1,000－20,000之间，采

⽤RTM成型⼯艺可获得最佳⽣产经济效益。

（2）能制造具有良好表⾯质量、⾼尺⼨精度的复杂部件，在⼤型部件的制造⽅⾯优势更为明显。

（3）易实现局部增强、夹芯结构；容易灵活调整增强材料的类型、结构设计，以满⾜从民⽤到航空航天⼯业不同性能

的要求。

（4）纤维含量最⾼可达60％。

（5）RTM成型⼯艺属⼀种闭模操作⼯艺，⼯作环境清洁，成型过程苯⼄烯排放量⼩，有利于环保。

（6）RTM成型⼯艺对原材料体系要求严格，要求增强材料具有良好的耐树脂流动冲刷和良好的浸润性，要求树脂黏度

低，⾼反应活性，中温固化，固化放热峰值低，浸渍过程中黏度较⼩，注射完毕后能很快凝胶。

（7）低压注射，⼀般注射压⼒<30psi，可采⽤玻璃钢模具（包括环氧模具、玻璃钢表⾯铸镍模具等），铝模具等，模

具设计⾃由度⾼，模具成本较低。

（8）制品孔隙率较低。

与预浸料模压⼯艺相⽐，RTM⼯艺⽆需制备、运输、储藏冷冻的预浸料，⽆需繁杂的⼿⼯铺层和真空袋压过程，也⽆需

热处理时间，操作简单。技术的开发和扩⼤应⽤之所以活跃，主要是因为其⼯艺过程前期树脂和纤维相对分离，纤维材

料的组合⾃由度⾮常⼤，不同类型的纤维以及不同结构形式的编织⽅法都可以应⽤，多种类型的树脂也可以根据产品需

要来选择。

但是RTM⼯艺由于在成型阶段树脂和纤维才通过浸渍过程实现赋型，纤维在模腔中的流动、纤维浸渍过程以及树脂的固

化过程都对最终产品的性能有很⼤的影响，因⽽导致了⼯艺的复杂性和不可控性增⼤。

下表列出了⼿糊、RTM、SMC/BMC成型⽅法适⽤性的⽐较

⽐较⼿糊RTMSMC/BMC

⽣产规模（件/年)⼩于10005,000－10,00010,000以上

模塑温度室温40－60℃（室温也可以）130－150℃

成型周期1－4h5－30min1-15min

⽣产效率/8h2－316－9050－400

模具类型FRPFRP或⾦属⾦属

模具费（以开模为1）12－45－10

制品表⾯效果⼀⾯光两⾯光两⾯光

部件重复性⼈为因素影响较⼤较好很好

部件尺⼨精度⼈为因素影响较⼤较好很好

树脂、纤维⽐例⼈为因素影响较⼤较好很好

填料含量⾼较低⾼

脱模剂外脱模内外都可内脱模

压⼒接触压⼒0.1－0.25MPa4－10MPa

RTM⼯艺参数对⼯艺过程的影响

影响RTM⼯艺的⼯艺参数包括树脂黏度、注射压⼒、成型温度、真空度等，同时这些参数在成型过程中是互相关联和互

相影响的。

（1）树脂黏度适⽤于RTM⼯艺的树脂应该具有较低的黏度，通常应⼩于600mPa•s，⼩于300mPa•s时⼯艺性会表现地

更好。当所使⽤的树脂黏度较⾼时通常提⾼树脂和成型温度来降低树脂黏度，以利于更好地实现充模过程。

（2）注射压⼒注射压⼒的选择取决于纤维的结构形式和纤维含量以及所需要的成型周期。很多的研究资料都表明，较

低的注射压⼒有利于纤维的充份浸渍，有利于⼒学性能的提⾼。通过改变产品结构设计、纤维铺层设计、降低树脂黏

度、优化注射⼝和排⽓⼝的位置、使⽤真空辅助等⼿段，都可以实现降低注射压⼒。

（3）成型温度成型温度的选择受模具⾃⾝能够提供的加热⽅式、树脂固化特性及所使⽤的固化体系的影响。较⾼的成

型温度能够降低树脂的黏度，促进树脂在纤维束内部的流动和浸渍，增强树脂和纤维的界⾯结合能⼒。有资料数据显

⽰，较⾼的温度能够提⾼产品的拉伸强度。

（4）真空度在成型过程中使⽤真空辅助可以有效降低模具的刚度需求，同时促进注射过程中空⽓的排除，减少产品的

孔隙含量。通过实验数据测定，在真空条件下成型的平板平均孔隙含量只有0.15％，⽽没有真空的平板孔隙含量达到

1％。

RTM的衍⽣⼯艺

随着应⽤领域的不断扩⼤，RTM⼯艺已经发展出了⼀系列的衍⽣⼯艺，代表性的⼯艺包括：Light-RTM、

SCRIMP(SeemannCompositesResinInfusionMoldingProcess)、RFI(Resinfilminfusion)等。

-RTM成型技术

Light-RTM通常称之为轻质RTM，该⼯艺是在真空辅助RTM⼯艺的基础上发展⽽来的。适⽤于制造⼤⾯积薄壁产品。该

⼯艺的典型特征是下模为刚性模具，⽽上模采⽤轻质、半刚性的模具，通常厚度在6～8毫⽶。⼯艺过程使⽤双重密封结

构，外圈真空⽤来锁紧模具，内圈真空导⼊树脂。注射⼝通常为带有流道的线型注射⽅式，有利于快速充模。由于上模

采⽤了半刚性的模具，模具成本我是小小讲解员 ⼤⼤降低，同时在制造⼤⾯积的薄壁产品时，模具锁紧⼒由⼤⽓压提供，保证了模具的

加压均匀性，模制产品的壁厚均匀性⾮常好。

成型技术

SCRIMP成型技术是由美国西曼复合材料公司在美国获得专利权的真空树脂注⼊技术。与之类似的⼯艺有多种，但名称

各不相同，以SCRIMP⼯艺最有代表性。其⼯艺原理是：在真空状态下排除纤维增强体中的⽓体，通过树脂的流动、渗

透，实现对纤维的浸渍。成型模具⾸先将⼀层或⼏层纤维织物铺放于模具上，再放好各种辅助材料，然后⽤真空袋密

封，开启树脂阀门吸注胶液，充满模具最后固化成型。

与传统的RTM⼯艺相⽐，它只需⼀半模具和⼀个弹性真空袋，这样可以节省⼀半的模具成本，成型设备简单。由于真空

袋的作⽤，在纤维周围形成真空，可提⾼树脂的浸湿速度和浸透程度。与RTM⼯艺相反，它只需在⼤⽓压下浸渍、固

化；真空压⼒与⼤⽓压之差为树脂注⼊提供推动⼒，从⽽缩短成型时间。浸渍主要通过厚度⽅向的流动来实现，所以可

以浸渍厚⽽复杂的层合结构，甚⾄含有芯⼦、嵌件、加筋件和紧固件的结构也可⼀次注⼊成型。SCRIMP⼯艺适⽤于

以浸渍厚⽽复杂的层合结构，甚⾄含有芯⼦、嵌件、加筋件和紧固件的结构也可⼀次注⼊成型。SCRIMP⼯艺适⽤于

中、⼤型复合材料构件，施⼯安全、成本较低。

成型技术

RFI⾸次是由L．Letterman(美国波⾳公司)申请的专利，最初是为成型飞机结构件⽽发展起来的。近年来，这种技术已改

进了RTM中纤维含量低、模具费⽤昂贵、易⽣成缺陷等缺点。RFI也是采⽤单模和真空袋来驱动浸渍过程。⼯艺过程是

将预制好的树脂膜铺放在模具上，再铺放纤维预成型体并⽤真空袋封闭模具；将模具置于烘箱或热压下加热并抽真空，

达到⼀定温度后，树脂膜熔融成为黏度很低的液体，在真空或外加压⼒的作⽤下树脂沿厚度⽅向逐步浸润预成型体，完

成树脂的转移；继续升温使树脂固化，最终获得复合材料制品。

RFI⼯艺与现有的成型技术相⽐具有以下优点：

(1)不需要复杂的树脂浸渍过程，成型周期短，能⼀次浸渍超常厚度纤维层，具有⾼度三维结构的缝编、机织预制件都能

浸透，并可加⼊芯材⼀并成型；

(2)树脂膜在室温下有⾼的粘结性，可粘着弯曲⾯；

(3)成型压⼒低，不需额外的压⼒只需真空压⼒；

(4)模具制造与材料选择的灵活性强，不需要庞⼤的成型设备就可以制造⼤型制件，设备和模具的投资低；

(5)成型产品孔隙率低(<0.1％)，纤维含量⾼(重量含量接近70％)，性能优异。

RFI⼯艺也存在⼀些不⾜之处，如：对树脂体系要求严格；不太适合成型形状复杂的⼩型制件；由于采⽤真空袋压法，

制品表⾯受内模的影响，达不到所需的复杂程度及精度要求；RFI⼯艺中，树脂的⽤量不能精确计量，需要吸胶布等耗

材除去多余树脂，因⽽固体废物较多。

增强材料的类型

RTM⽤的纤维类型包括E玻纤、R玻纤和S玻纤，以及各种⾼强⾼模碳纤维和芳纶纤维。所使⽤的玻璃纤维织物结构形

式包括表⾯毡、机织布、短切毡、连续毡、缝编毡、多轴向织物、RTM专⽤复合毡以及⽴体编织物等多种类型。碳纤维

等⾼性能纤维通常使⽤不同织造⽅法的布，在很多⾼性能部件的制造场合，三维⽴体仿形织物的应⽤越来越多。

1.机织布

⽅格布是最为常见的机织布，其它类型的机织布如斜纹布、缎纹布等都可以⽤于RTM⼯艺。各种类型的机织布在铺层时

很容易发⽣皱折和扭曲，不容易铺放到位。因此机织布通常⽤于⼀些型⾯变化⽐较简单的产品，为保证纤维在模具内的

稳定，可以使⽤特定的粘接剂固定织物，也可以采⽤⼿⼯缝编的⽅式，⽤涤纶线将布与布之间缝合在⼀起。

2.短切毡

短切毡⽤于RTM⼯艺的优点是成本低，变形性好，缺点是耐冲刷性差，但是如果在靠近模具注射⼝的短切毡上⾯铺放机

织布，可以降低树脂对纤维的冲刷。从实际使⽤的情况来看，短切毡和机织布配合使⽤可以提⾼制品层间的剪切性能，

同时实现纤维在不同分布⽅向上的互补。

3.连续毡

玻璃纤维连续原丝毡是⼀种重要的玻纤⽆纺增强基材，它是以⼀定数量的连续玻纤原丝随机分散成圈状均匀分布于⽹带

上，靠原丝间互相交搭的连锁作⽤及少量粘结剂结合成毡。连续毡的单位⾯积质量为225～900g／m2，厚度为2～5毫

⽶。由于连续毡具有各向同性、抗移性好、耐树脂冲刷、贴覆性好、制品强度⾼等优点，成为RTM⼯艺中⾮常重要的⼀

种增强材料。

国外连续毡⽣产⼯艺主要采⽤“⼀步法”成毡技术，即在玻璃池窑拉丝漏板下布置多台成型⼯艺装置，通过数台抛丝机将

纤维拉出并直接铺撒在⾏进的⽹带上形成毡坯，再经过施胶、烘⼲，收卷成毡。这种⼯艺的特点是纤维分束性好，产量

⼤，⾃动化程度⾼。⽬前国际上“⼀步法”成型⽣产⼯艺以美国欧⽂斯•科宁公司和法国圣⼽班公司为代表。

4.缝编毡

缝编毡是通过缝编机拔智齿后遗症太多了 将不同的类型纤维缝合成纤维毡的结构形式。缝编毡可以通过不同的缝合⽅式实⾏纤维织物多种增

强结构形式，是RTM⼯艺中应⽤最多、成本较低的⼀种增强材料。各种缝编毡的类型包括：

（1）单轴向织物仅在与织物长度⽅向0(经向)或90(纬向)的⼀个⽅向平⾏铺设⽆捻粗纱并缝合成织物。

（2）双轴向织物与织物长度⽅向成0、90、45度的四个⽅向任意两个⽅向平⾏铺设⽆捻粗纱，每个⽅向各⾃形成独⽴

的纱层并缝合成双轴向织物。

（3）多轴向织物在与织物长度成0、90、45的四个⽅向任意三个或四个⽅向上平⾏铺设⽆捻粗纱，然后缝合成多轴

向织物。

（4）缝编短切毡⽤组合在缝编机上的短切机，将⽆捻粗纱短切并铺撒均匀、然后缝合成毡。

（5）缝编复合毡将单轴向织物、双轴向织物、多轴向织物中的任意⼀种与缝编短切毡在缝编机上可缝合制成2～5层缝

编复合毡。

5.三维⽴体编织物

三维编织是通过长短纤维相互交织⽽获得的三维⽆缝合的完整结构，其⼯艺特点是能制造出规则形状及异形实⼼体并可

以使结构件具有多功能性——即：编织多层整体构件。三维织物主要应⽤于对⼒学性能要求⾮常⾼的航空航天结构部件

的制造。

编织⼯艺的原理是：由许多按同⼀⽅向排列的纤维卷通过纱线运载器精确地沿着预先确定的轨迹在平⾯上移动，使各纤

维相互交叉或交织构成⽹络状结构，最后打紧交织⾯⽽形成各种形态增强结构的三维织物。

三维编织的优点：

（1）异型件⼀次编织整体成型，实现了⼈们“直接对材料进⾏设计”的构想；

（2）结构不分层，层间强度⾼，综合⼒学性能好。

三维编织的缺点：

（1）⽣产成本⾼，⼈⼒物⼒消耗⼤；

（2）编织速度慢；

（3）制件尺⼨受到很⼤限制。

RTM⼯艺⽤树脂

RTM⽤树脂需要满⾜以下⼀些基本要求：

黏度：树脂黏度范围在0.1～1Pa•s，⼀般为0.12～0.5Pa•s。黏度太⾼或太低可能导致浸渍不良，或形成⼤量的孔隙和

未被浸渍的区域，影响制品的性能和质量。黏度太⾼的树脂需要较⾼的注射压⼒，容易导致纤维被冲刷。

相容性：树脂对增强材料应具有良好的浸润性、匹配性和界⾯性能。

反应活性：RTM⼯艺⽤树脂的反应活性应表现为两个阶段，在充模过程中，反应速度慢，不影响充模，充模结束后，树

脂在固化温度条件下开始凝胶，并迅速达到⼀定的固化程度，这样才能减少模具占⽤时间，提⾼⽣产效率。

收缩率：树脂收缩率要低，树脂收缩率过⼤会增加孔隙率和制品裂纹的机会。

模量：在满⾜⼒学性能的前提下，树脂模量适中。⾼模量的树脂产⽣⾼热应⼒，容易引起制品变形和产⽣裂纹。

韧性和断裂延伸率：树脂这两个指标主要与制品抗冲击与耐裂纹性能成正⽐，较⾼值可提⾼树脂耐热裂纹的能⼒。