模压成形技术

20世纪20年代末，长纤维增强热塑性复合材料得到快速发展，并广泛地应用到汽车结构件、装饰件及覆盖件上，其成形工艺主要采用注塑和模压两种，工艺流程如图5-45所示。

图5-45 传统粒料注塑和片材模压成形工艺流程图

为解决传统注塑和模压成形低效率、高成本和高能耗等工艺缺点，20世纪90年代初期，德国、美国和法国分别开展了长纤维增强热塑性复合材料直接在线模塑成形（LFT-D）技术的研究，研发出了短流程、高效率、低能耗和低成本的成形工艺与装备，如在线注射成形工艺（LFT-D-injecting）和在线模压工艺（LFT-D-molding）。在线注射成形适用于制造各类零部件，但一般用于制造小型件和复杂零部件，在线模压成形一般用于尺寸较大、形状简单的产品，在线模压成形零件的质量占纤维增强复合材料60%以上。

相对于在线注射成形产品，在线模压成形汽车产品耐冲击性好，强度可提高10%～15%，减薄6%～10%，减重3%左右，单件平均生产周期可降低30%以上。

与传统模压成形工艺相比，先进的在线模压成形工艺省去了片材生产和运输过程，减少了成形时再次加热的工艺环节，简化了生产制造工序，降低30%以上的能耗和35%以上的制造成本，节省50%以上人力成本，大幅度降低了汽车零部件的综合成本，提升了汽车产品的市场竞争力。在线模压成形工艺流程如图5-46所示。

图5-46 在线模压成形工艺流程图

长纤维增强热塑性复合材料在线模压产品具有较高的性价比，现已被宝马、奔驰、奥迪、马自达等汽车企业广泛地应用于后背门内板、仪表板支架、前端模块、底护板、备胎仓支架、发动机气门室罩盖、油底壳等汽车关键零部件，如图5-47所示。

图5-47 用在线模压成形工艺生产的典型汽车零部件

以长城汽车股份有限公司正在开发的轻量化复合材料前端模块为例，采用汽车钢板需24个冲压件焊接成形，为此，还需开发65套模具。但采用长玻纤增强热塑性复合材料（PP-LGF30）代替汽车钢板（图5-48），只需开发一套模具，模压成形，免去焊接、涂装工序，同时提高零部件防腐能力，产品减重30%～40%，综合成本降低10%左右。

图5-48 纤维增强复合材料汽车前端模块示意图

总的来说，在线模压成形可以实现产品减重30%以上，是实现汽车轻量化的最有效手段。我国还处于探索阶段，有待深入的研究和研发投入。

碳纤维复合材料成形工艺与其他纤维增强复合材料的成形工艺一样有很多，但不同的成形加工技术对制品的性能会带来较大的影响。目前常用的车用碳纤维复合材料加工成形工艺主要包括：手糊成形、喷射成形、团状模成形、DMC成形、片状模成形、层压成形、树脂传递模塑成形、缠绕成形、反应注射成形和拉挤成形等。连续纤维增强复合材料的成形一般与制品的成形同时完成，再辅以少量的切削加工和连接即成成品。随机分布短纤维增强复合材料可先制成各种形式的预混料，然后进行挤压、模塑成形。在制造工艺方面，现有的复合材料加工成形工艺原则上均适用于碳纤维复合材料加工。汽车生产具有量大、面广的特点，碳纤维增强复合材料用于生产汽车零部件需要低成本的快速成形方法。目前模压成形工艺，如长纤维增强热塑性塑料成形技术，特别是新兴的RTM工艺，是世界上公认的低成本复合材料成形技术，该技术发展很快，并已在汽车工业中广泛采用。