热固性树脂基复材预浸料实现模压与灌注（RTM/真空灌注）工艺兼容的核心，在于通过树脂流变特性的精准调控、预浸料结构的精细化设计以及工艺参数的深度协同，平衡“模压所需的低流动性与高粘结性”和“灌注所需的高浸润性与树脂流动适配性”这两大核心矛盾，同时保障不同工艺成型制品的力学性能一致性与量产稳定性。这一“一料多工艺”的技术突破，打破了传统预浸料“一料一工艺”的应用局限，大幅提升了材料利用率与生产线灵活性，为航空航天、新能源汽车、风电等多领域的复合材料构件制造提供了高效、低成本的解决方案，推动复合材料工业化生产向更高效、更灵活的方向转型。
一、兼容的核心逻辑与材料设计突破
兼容型预浸料的开发首要任务是实现材料层面的性能平衡，其中树脂体系的精准调控是基础，预浸料的结构与制备工艺优化则是关键支撑，两者协同确保预浸料既能适配模压的高压快速成型，又能满足灌注的低压树脂浸润需求。
在树脂体系调控方面，核心是打造具备“双窗口”特性的树脂配方，即常温下保持稳定以保障铺层操作性，中温下呈现可控流动性以适配灌注浸润，高温下实现快速交联固化以提升生产效率。具体而言，通过采用双氰胺-咪唑复合潜伏型固化剂搭配活性稀释剂（如丁基缩水甘油醚），可将树脂室温黏度精准控制在2000–5000mPa·s，这一黏度范围能够确保预浸料在模压铺层过程中不会因流动性过强而发生滑移，同时具备足够的粘结力保障铺层整体性；当温度升高至120–140℃时，树脂黏度可降至500–1500mPa·s的理想浸润区间，能够顺利渗透预浸料内部及铺层间隙，满足灌注工艺对树脂流动性的要求；而在150℃环境下，树脂可在30–60分钟内快速固化，且整体操作窗口能够维持在60分钟以上，充分兼顾了铺层操作的充裕时间与不同工艺的固化效率需求。为避免单纯调控流动性导致制品力学性能下降，还需在树脂体系中引入核壳橡胶粒子（CSR）或热塑性低聚物（如聚醚砜PES）等增韧成分，在不影响树脂流动特性的前提下显著提升层间韧性，使层间剪切强度达到40–45MPa，有效避免模压成型时的层间剥离问题与灌注成型时的干斑缺陷。同时，通过严格控制树脂挥发分含量≤0.5%，可减少模压固化过程中挥发物逸出形成的孔隙；引入非离子表面活性剂改善树脂与纤维的界面相容性，则能使灌注过程中树脂渗透率提升30%，干斑率降至1%以下，从源头保障两种工艺成型制品的致密性。
预浸料的结构与制备工艺优化，需围绕“同时满足模压的致密铺层与灌注的树脂补充浸润”这一核心目标，实现含胶量、预固化度、纤维形态等关键参数的精准控制与梯度设计。在含胶量控制上，摒弃传统单一含胶量设计思路，采用32%–42%的宽范围含胶量并实施分区设计，即边缘区域采用较低含胶量预留树脂补充空间，中心承力区域采用较高含胶量保障结构强度，整体含胶量偏差严格控制在±1.5%以内，既满足了模压对含胶量稳定性的要求以保障层间粘结，又适配了灌注工艺对树脂补充空间的需求。在预固化度调控方面，通过分步烘干工艺实现15%–25%的梯度预固化设计，表层预固化度控制在25%左右以提升铺层过程中的抗滑移能力，芯层预固化度降至15%以确保灌注时能与注入树脂良好融合，避免因预固化度过高导致树脂无法渗透或融合不良。纤维形态选择上，采用“0°/90°主承力+45°辅助渗透纱”的混编结构，既通过主承力纤维保障了构件的力学性能基础，又借助辅助渗透纱构建了高效的树脂流动通道，解决了致密织物不利于灌注浸润的难题。在制备工艺上，优先采用热熔浸渍法替代传统溶液浸渍法，通过“树脂熔融挤出-压辊浸渍-冷却定型”的连续生产线，精准控制压辊压力、浸渍温度与线速度，确保树脂均匀渗透至纤维内部，同时避免溶剂残留导致的挥发分升高问题；对于碳纤维预浸料，还需通过等离子体表面处理引入羟基、羧基等活性基团，提升纤维表面粗糙度，强化树脂与纤维的界面结合强度，确保在模压高压与灌注低压两种不同成型环境下，界面结合稳定性均能得到保障，强度保留率≥95%。此外，所有预浸料在出厂前均需经过80–100℃、1–2h的预烘处理，将挥发分进一步控制在0.4%以下，从源头减少成型过程中的气泡与孔隙缺陷。
二、模压-灌注工艺兼容的参数协同方案
材料层面的突破为工艺兼容提供了基础，而模压与灌注工艺的参数协同优化则是实现兼容落地的关键，需针对两种工艺的特性差异，制定针对性的参数方案，同时明确工艺切换的核心控制要点，确保不同工艺成型的制品性能一致。
在模压工艺适配方面，核心是通过温度、压力与排气的精准控制，保障预浸料在高压环境下快速固化成型，同时确保制品致密性与尺寸精度。预处理阶段，需将预浸料在80℃下预烘1h，彻底去除材料内部的微量水分与残留挥发分，避免固化过程中因水分蒸发或挥发物逸出形成孔隙；铺层过程中，需按模具型腔精准裁剪预浸料，采用错缝铺层方式减少搭接缝隙，同时将铺层张力控制在50–80N，防止纤维松弛导致的制品力学性能下降。成型参数方面，模具需提前预热至120℃，装料完成后迅速加压至10–30MPa，随后升温至140–150℃保温30–40分钟，确保树脂充分固化；固化完成后，需冷却至60℃以下再进行脱模，避免因温差过大导致制品产生内应力。在这一参数体系下，模压成型的制品孔隙率可控制在0.8%以下，弯曲强度≥1500MPa，能够完美适配新能源汽车结构件、无人机机身等批量生产需求，生产节拍可达40–60件/小时。
在灌注工艺适配方面，核心是将预浸料作为“增强骨架”，通过预制体设计与成型参数优化，保障树脂在低压环境下高效、均匀浸润，实现复杂结构构件的一体化成型。预制体设计阶段，需在预浸料铺层完成后，根据构件形状与尺寸预留合理的树脂流道，如在边缘设置沟槽或在铺层间保留特定间隙，将预制体孔隙率控制在10%–15%，为树脂流动与浸润提供充足空间；同时，可在关键区域增设导流介质，进一步提升树脂流动效率。成型参数方面，模具预热温度控制在110–120℃，树脂注入温度同步维持在120℃，确保树脂处于500–1000mPa·s的理想流动黏度区间；采用真空灌注时，真空度控制在0.08–0.1MPa，采用HP-RTM工艺时，注胶压力控制在1–3MPa，注胶完成后保压10分钟，随后升温至150℃固化30分钟。通过这一参数协同，树脂浸润率可达99%以上，能够有效避免干斑、气泡等缺陷，适配风电叶片主梁、航空蒙皮等大型复杂构件的制造需求，成型周期可缩短至2–4小时。
工艺切换的核心控制要点在于预固化度的动态调整与排气、保压环节的协同优化。模压成型前，需确保预浸料预固化度维持在20%–25%，以提升铺层稳定性；而灌注成型前，需通过80℃/30min的预加热处理，将预固化度降至15%–20%，提升预浸料与注入树脂的融合性。排气环节，模压工艺采用“加压→泄压→再加压”的分段排气方式，在升温过程中多次短暂泄压，排出材料内部的挥发物与残留空气；灌注工艺则需在注胶前提前抽真空10分钟，注胶过程中保持真空环境，注胶完成后保压排气，避免气泡残留。通过这些精细化的参数控制与工艺协同，可确保两种工艺成型的制品性能波动控制在±5%以内，实现真正意义上的工艺兼容。
三、量产落地的关键技术与质控体系
兼容型预浸料从实验室走向量产线，需攻克工艺装备适配、成本控制与全流程质量管控三大核心难题，通过技术创新与管理优化，实现高效、稳定的规模化生产。
在工艺装备适配与效率提升方面，需针对模压与灌注两种工艺的特性，优化装备配置并实现生产线的柔性切换。模压侧采用快速换模液压机搭配红外加热系统，通过模具流道的数字孪生优化设计，将成型周期缩短至30–40分钟，适配新能源汽车结构件等批量产品的生产需求，生产节拍可达40–60件/小时；灌注侧采用HP-RTM设备搭配在线黏度监测系统，精准控制注胶压力与树脂流动速度，注胶时间可控制在5分钟以内，配合自动化铺层设备，良品率可提升至95%以上。为实现“一料多线”的柔性生产，生产线需采用模块化设计，预浸料卷料通用，仅需根据不同工艺需求更换模具与调整工艺参数，生产线切换时间可控制在2小时以内，设备利用率提升40%以上，大幅降低了批量生产的设备投入成本。
成本控制方面，通过原材料国产化替代、配方优化与工艺革新多路径协同发力。在原材料层面，推动潜伏型固化剂、活性稀释剂等关键助剂的国产替代，可使树脂体系成本降低30%以上；采用国产T700/T800级碳纤维替代进口产品，进一步降低预浸料的基础材料成本。在配方优化层面，采用“梯度含胶量”与“混杂纤维”设计思路，在非承力区域减少高性能树脂与碳纤维的用量，用成本更低的玻纤或普通树脂替代，在保障性能满足需求的前提下，可使预浸料成本降低20–40%。在工艺革新层面，通过热熔浸渍工艺的连续化生产提升制备效率，材料利用率达95%以上；同时，模压与灌注工艺的兼容减少了不同工艺专用预浸料的库存积压，降低了库存成本与资金占用，全生命周期成本可降低25%以上。
全流程质量管控是保障量产稳定性的核心，需构建覆盖原材料、预浸料制备、成型过程与成品检测的全链条质控体系。原材料检测环节，严格把控树脂的黏度、固化特性与挥发分含量，以及纤维的强度、模量等关键指标，每批次原材料均需抽样检测，确保性能达标。预浸料制备环节，通过激光在线监测系统实时监控纤维体积分数与树脂含量，精度控制在±0.5%以内；采用红外热像仪监测浸渍温度与树脂流动状态，确保浸润均匀性，干斑率控制在0.1%以下。成型过程中，模压工艺通过红外热像仪实时监控固化度，灌注工艺通过光纤传感器监测树脂流动前沿，结合AI算法动态调整温度、压力等工艺参数，确保成型过程稳定，孔隙率控制在1%以内。成品检测环节，采用超声C扫描技术对成品进行全面探伤，配合力学性能抽样检测，确保制品弯曲强度波动≤±5%，层间剪切强度≥40MPa，不同工艺成型的制品性能无显著差异，全面保障批量产品的质量稳定性。
四、典型应用案例与价值体现
兼容型热固性树脂基复材预浸料已在多个领域实现规模化应用，通过“一料多工艺”的技术优势，大幅提升了产品性能、降低了生产成本，展现出显著的应用价值。
在新能源汽车领域，某车企采用兼容型环氧预浸料制造电池包上盖，创新性地采用“模压成型边框+真空灌注成型中心加强筋”的复合工艺，边框采用模压工艺确保高强度与致密性，中心加强筋采用真空灌注工艺适配复杂结构设计，实现了构件的一体成型。该方案使电池包上盖减重40%以上，抗冲击强度达50kJ/m²，满足新能源汽车的轻量化与安全需求；同时，生产节拍达50件/小时，成本降低25%，已成功适配特斯拉、比亚迪等车企的量产线，年降本超8000万元。
在风电领域，金风科技采用兼容型预浸料制造16MW风机叶片主梁，通过“模压成型主梁缘条+真空灌注成型腹板”的工艺组合，缘条采用模压工艺保障高强度与尺寸精度，腹板采用真空灌注工艺适配复杂的中空结构设计，生产周期从传统工艺的15天缩短至5天，材料利用率达95%以上。该方案使风机叶片减重20%，气动效率提升0.8%，度电成本下降0.01元/kWh，为大型风电装备的低成本、高效制造提供了可靠支撑。
在航空航天领域，某无人机企业采用兼容型预浸料实现机翼的一体化制造，翼梁采用模压工艺保障高强度，蒙皮采用RTM灌注工艺适配复杂曲面设计，成型周期从传统工艺的3天缩短至8小时，良品率从82%提升至95%。制品减重35%以上，涡流损耗降低30%，飞行续航时间延长15%，显著提升了无人机的作战效能与任务半径。
五、挑战与未来趋势
尽管兼容型预浸料技术已实现规模化应用，但当前仍面临树脂流动与固化速率平衡、厚壁件兼容以及成本控制等核心挑战。在树脂流动与固化速率平衡方面，快速固化特性可能导致灌注过程中树脂未充分浸润就提前凝胶，需通过AI算法优化固化剂配比与温度场分布，实现固化速率的动态调控；在厚壁件兼容方面，厚壁（＞20mm）制品易出现模压时内部未固化、灌注时树脂滞留等问题，需进一步优化预浸料的含胶量梯度设计与模具温度场的均匀性；在成本控制方面，潜伏型固化剂与增韧体系的成本仍相对较高，需通过材料合成技术创新与规模化生产进一步降低成本。
未来，兼容型热固性树脂基复材预浸料将向智能材料设计、工艺融合升级与生物基替代三大方向迭代发展。智能材料设计方面，引入可逆动态键树脂体系，在实现“一料多工艺”的基础上，赋予复合材料可回收特性，适配低空经济、新能源等领域的低碳发展需求；工艺融合升级方面，开发HP-RTM与模压复合工艺，实现复杂结构构件的一次成型，成型周期可进一步缩短至20–30分钟，成本降低40%以上；生物基替代方面，采用香草醛基、糠醇基等生物基环氧树脂替代传统石油基树脂，在保障兼容性能的前提下，使材料碳足迹降低40%以上，助力双碳目标实现。
热固性树脂基复材预浸料实现模压与灌注工艺兼容，是材料配方革新、结构设计优化与工艺参数协同的综合成果，通过打破传统工艺壁垒，实现了“一料多工艺”的高效生产模式，大幅提升了复合材料制造的灵活性与经济性。这一技术突破不仅解决了多领域复合材料构件制造的核心痛点，更推动了复合材料工业化生产向高效、低碳、智能化方向转型。随着技术的持续迭代与创新，兼容型预浸料将在更多高端装备领域实现应用突破，为推动制造业高质量发展提供核心材料支撑。
