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摘 要：本文以热固性酚醛树脂基高硅氧纤维增强材料和酚醛树脂基碳纤维增强材料的复合模压为例，对影响复合模压成型的模塑料树脂流动度、模具结构、复合加料顺序、成型压力和加压时机等因素作了一个简单的探讨。
关键词：增强材料 复合模压 成型工艺
一、前言
酚醛树脂基高硅氧纤维增强材料（以下简称高硅氧材料）是以液态热固性酚醛树脂为基料，以高硅氧纤维作增强材模压制成的一种复合材料，具有良好的隔热性能和高温力学性能，但耐烧蚀和高速燃气流冲刷的能力较差，主要用作烧蚀热防护和耐热结构材料，如固体火箭发动机上的绝热耐烧蚀部件。酚醛树脂基碳纤维增强材料（以下简称碳纤维材料）的制作流程与高硅氧材料基本相同，只是增强材料换成了粘胶基碳纤维，有良好的耐烧蚀和抗高速燃气流冲刷的能力，但冲击强度较差，其模压制品主要用作固体火箭发动机上抗高速燃气流冲刷的部件，如收敛段绝热层等。
为了充分发挥两种材料各自的优点，将两种材料进行上下或者内外不同材料的复合模压，而形成复合体模压制品，即是复合模压。模压过程是先加入甲模塑料，用A上模芯半固化，得到甲材料的半固化坯，再启开A上模芯，换上B上模芯，加入乙模塑料，再全固化成型，冷却出模即得到两种材料的复合体模制品。这种模制品，复合界面清晰，粘结牢固，能够精确计算每种材料的尺寸，界面上不需加工，比两种单一材料的模压制品经车削加工后再粘结更经济、可靠。
二、复合模压成型工艺的影响因素
复合模压生产工艺，同单一材料的模压工艺一样，有时间、温度、压力三要素，但复合模压成型的影响因素更多更复杂，主要有模塑料的树脂流动度、模具结构、复合加料顺序、成型压力和加压时机等。下面就这些因素作一个简单的阐述。
1.模塑料的树脂流动度
模塑料的树脂流动度，是指在规定温度、时间和压力条件下，预浸料中树脂的流出量。它表征成型时树脂的流动能力的大小。流动度低，则树脂固化的比例高，低分子物少，在模压成型时模塑料的流动性差，成型较为困难；反之，低分子物多，在模压成型时模塑料的流动性大，较易成型，但易严重流胶，树脂含量减少，易使制品内部出现严重贫胶、富胶、裂纹等缺陷。在实际生产中，树脂流动度的检测方法复杂，不适于大生产，可检测模塑料挥发份含量替代。树脂流动度越高，则挥发份含量越大，反之亦然。
在两种材料的复合模压成型中，第二次加入的模塑料樹脂流动度应适当高一些，防止在复合加压时半固化坯因模塑料的翻动和挤压而受到损伤，导致复合失败。但也不能太高，否则会导致严重溜胶而影响制品的内部质量。实际生产中，以挥发份来表征模塑料的树脂流动度，高硅氧材料的挥发份宜在10%～15%之间，碳纤维材料的挥发份宜在15%～20%之间。
2.模具结构的合理性
模具结构的合理性对模压制品的最终质量有决定性的影响，对复合模压制品而言尤其重要。在复合模压的第二次加料复合时，第二次加入的模塑料会对半固化坯料产生翻动、挤压，这就要求在模具设计上应考虑足够的工艺料流通道、足够的拔模斜度、适宜的工艺倒圆、足够的成型面光洁度，否则会导致半固化坯遭到破坏，出现界面不平整、半固化坯破裂、裂纹和穿透现象，致使无法复合或制品不合格。
在复合模具中，工艺料流通道应在工艺许可的范围内尽可能大一些，最小不宜低于300mm2；拔模斜度与材料的收缩率有关，收缩率大的材料拔模斜度可小一些，收缩率小的应大一些，一般在0.5°～3°之间为宜；工艺倒圆也是为了减少料流阻力，一般应在设计允许的范围内尽可能大一些，以便加料复合；成型面光洁度宜高一些，表面粗糙度≤1.0为宜，并要求镀铬抛光，以便加料复合过程中不致粘模。
3.复合时的加料顺序
复合模压加料顺序的影响主要与材料的性能有关。高硅氧材料的强度高韧性好，宜首先加料进行半固化成型，在加入碳纤维材料进行复合时才不致于损伤半固化坯料。当设计有特殊要求，必须先模压碳纤维坯料时，需要将高硅氧材料的树脂流动度提高，并适当提高碳纤维坯的半固化度。
4.成型压力与加压时机
复合模压制品的最终单位成型压力与单一材料基本相同，一般为30～60MPa/cm2。但复合模压成型的第二次加料成型压力应略低于第一次加料成型的压力，目的是为了防止在第二次加料成型时物料的过度流动和挤压而损伤半固化坯。
在加压时机上，复合模压成型的要求更为复杂，主要有以下几点：一是要根据模塑料的预固化度合理选择加压时机。预固化度低，则应采取阶梯加压的方式逐步打到全压，加压速度宜慢一些；反之则应及时打满全压，防止表面出现疏松现象。二是根据升温情况，在物料受热软化的情况下择机加压；三是随时观察溢料孔物料流动的情况，如溜出树脂或溜料较多，则应立即停止加压，必要时还须卸去压力后再逐步阶梯加压。
此外，模具升温速度、树脂聚合速度和粘度、压机的保压能力等因素都对复合模压成型有一定的影响，在实际生产中应酌情对这些因素进行综合分析、合理调整，在此不再赘述。
总之，复合模压成型的影响因素较多，最大难度在于如何保证首次模压的半固化坯料既有一定的强度，能够承受第二次加料复合时的翻料挤压，不被损伤，又要求有一定的未固化度，以保证两种材料界面的粘结强度，满足设计和使用要求。这就需要从前述的几个方面进行综合调节，在不同的情况下选用不同的方法，以达到最佳模压效果。
三、结束语
复合模压，除了本文所说的两种非金属材料的复合外，还有金属与非金属材料复合、金属与非金属及其它嵌件复合等。金属材料与非金属材料的复合则类似于单一材料的模压成型，比较简单；金属与非金属及其它嵌件复合模压成型则难度更大，其难度在于嵌件在非金属材料中的准确定位，目前我们也正在研制之中。有的单位也研制了一种上下结构的复合成型，即是将两种非金属材料先后加入模腔后进行固化成型，这样的成型工艺相对简单，容易实现，缺点就是成型后的复合制品没有清晰的材料界面，不能对每种材料的厚度进行精确设计和计算，给部件的设计和使用带来困难。
参考文献
[1]陈祥宝主编.聚合物基复合材料手册，第1版，北京：化学工业出版社，2004.9
[2]陈祥宝主编.复合材料工艺与设备，武汉：武汉工业大学出版社，1994
[3]黄家康等主编.复合材料成型技术.北京：化学工业出版社,1999.1
关键词：增强材料 复合模压 成型工艺
一、前言
酚醛树脂基高硅氧纤维增强材料（以下简称高硅氧材料）是以液态热固性酚醛树脂为基料，以高硅氧纤维作增强材模压制成的一种复合材料，具有良好的隔热性能和高温力学性能，但耐烧蚀和高速燃气流冲刷的能力较差，主要用作烧蚀热防护和耐热结构材料，如固体火箭发动机上的绝热耐烧蚀部件。酚醛树脂基碳纤维增强材料（以下简称碳纤维材料）的制作流程与高硅氧材料基本相同，只是增强材料换成了粘胶基碳纤维，有良好的耐烧蚀和抗高速燃气流冲刷的能力，但冲击强度较差，其模压制品主要用作固体火箭发动机上抗高速燃气流冲刷的部件，如收敛段绝热层等。
为了充分发挥两种材料各自的优点，将两种材料进行上下或者内外不同材料的复合模压，而形成复合体模压制品，即是复合模压。模压过程是先加入甲模塑料，用A上模芯半固化，得到甲材料的半固化坯，再启开A上模芯，换上B上模芯，加入乙模塑料，再全固化成型，冷却出模即得到两种材料的复合体模制品。这种模制品，复合界面清晰，粘结牢固，能够精确计算每种材料的尺寸，界面上不需加工，比两种单一材料的模压制品经车削加工后再粘结更经济、可靠。
二、复合模压成型工艺的影响因素
复合模压生产工艺，同单一材料的模压工艺一样，有时间、温度、压力三要素，但复合模压成型的影响因素更多更复杂，主要有模塑料的树脂流动度、模具结构、复合加料顺序、成型压力和加压时机等。下面就这些因素作一个简单的阐述。
1.模塑料的树脂流动度
模塑料的树脂流动度，是指在规定温度、时间和压力条件下，预浸料中树脂的流出量。它表征成型时树脂的流动能力的大小。流动度低，则树脂固化的比例高，低分子物少，在模压成型时模塑料的流动性差，成型较为困难；反之，低分子物多，在模压成型时模塑料的流动性大，较易成型，但易严重流胶，树脂含量减少，易使制品内部出现严重贫胶、富胶、裂纹等缺陷。在实际生产中，树脂流动度的检测方法复杂，不适于大生产，可检测模塑料挥发份含量替代。树脂流动度越高，则挥发份含量越大，反之亦然。
在两种材料的复合模压成型中，第二次加入的模塑料樹脂流动度应适当高一些，防止在复合加压时半固化坯因模塑料的翻动和挤压而受到损伤，导致复合失败。但也不能太高，否则会导致严重溜胶而影响制品的内部质量。实际生产中，以挥发份来表征模塑料的树脂流动度，高硅氧材料的挥发份宜在10%～15%之间，碳纤维材料的挥发份宜在15%～20%之间。
2.模具结构的合理性
模具结构的合理性对模压制品的最终质量有决定性的影响，对复合模压制品而言尤其重要。在复合模压的第二次加料复合时，第二次加入的模塑料会对半固化坯料产生翻动、挤压，这就要求在模具设计上应考虑足够的工艺料流通道、足够的拔模斜度、适宜的工艺倒圆、足够的成型面光洁度，否则会导致半固化坯遭到破坏，出现界面不平整、半固化坯破裂、裂纹和穿透现象，致使无法复合或制品不合格。
在复合模具中，工艺料流通道应在工艺许可的范围内尽可能大一些，最小不宜低于300mm2；拔模斜度与材料的收缩率有关，收缩率大的材料拔模斜度可小一些，收缩率小的应大一些，一般在0.5°～3°之间为宜；工艺倒圆也是为了减少料流阻力，一般应在设计允许的范围内尽可能大一些，以便加料复合；成型面光洁度宜高一些，表面粗糙度≤1.0为宜，并要求镀铬抛光，以便加料复合过程中不致粘模。
3.复合时的加料顺序
复合模压加料顺序的影响主要与材料的性能有关。高硅氧材料的强度高韧性好，宜首先加料进行半固化成型，在加入碳纤维材料进行复合时才不致于损伤半固化坯料。当设计有特殊要求，必须先模压碳纤维坯料时，需要将高硅氧材料的树脂流动度提高，并适当提高碳纤维坯的半固化度。
4.成型压力与加压时机
复合模压制品的最终单位成型压力与单一材料基本相同，一般为30～60MPa/cm2。但复合模压成型的第二次加料成型压力应略低于第一次加料成型的压力，目的是为了防止在第二次加料成型时物料的过度流动和挤压而损伤半固化坯。
在加压时机上，复合模压成型的要求更为复杂，主要有以下几点：一是要根据模塑料的预固化度合理选择加压时机。预固化度低，则应采取阶梯加压的方式逐步打到全压，加压速度宜慢一些；反之则应及时打满全压，防止表面出现疏松现象。二是根据升温情况，在物料受热软化的情况下择机加压；三是随时观察溢料孔物料流动的情况，如溜出树脂或溜料较多，则应立即停止加压，必要时还须卸去压力后再逐步阶梯加压。
此外，模具升温速度、树脂聚合速度和粘度、压机的保压能力等因素都对复合模压成型有一定的影响，在实际生产中应酌情对这些因素进行综合分析、合理调整，在此不再赘述。
总之，复合模压成型的影响因素较多，最大难度在于如何保证首次模压的半固化坯料既有一定的强度，能够承受第二次加料复合时的翻料挤压，不被损伤，又要求有一定的未固化度，以保证两种材料界面的粘结强度，满足设计和使用要求。这就需要从前述的几个方面进行综合调节，在不同的情况下选用不同的方法，以达到最佳模压效果。
三、结束语
复合模压，除了本文所说的两种非金属材料的复合外，还有金属与非金属材料复合、金属与非金属及其它嵌件复合等。金属材料与非金属材料的复合则类似于单一材料的模压成型，比较简单；金属与非金属及其它嵌件复合模压成型则难度更大，其难度在于嵌件在非金属材料中的准确定位，目前我们也正在研制之中。有的单位也研制了一种上下结构的复合成型，即是将两种非金属材料先后加入模腔后进行固化成型，这样的成型工艺相对简单，容易实现，缺点就是成型后的复合制品没有清晰的材料界面，不能对每种材料的厚度进行精确设计和计算，给部件的设计和使用带来困难。
参考文献
[1]陈祥宝主编.聚合物基复合材料手册，第1版，北京：化学工业出版社，2004.9
[2]陈祥宝主编.复合材料工艺与设备，武汉：武汉工业大学出版社，1994
[3]黄家康等主编.复合材料成型技术.北京：化学工业出版社,1999.1