1.1 研究背景

复合材料模具在现代工业中占据着至关重要的地位。随着科技的不断进步，各行业对产品质量和性能的要求越来越高，传统的单一材料模具已难以满足复杂的生产需求。复合材料因其独特的性能优势，逐渐成为模具制造领域的新宠。

在航空航天领域，先进复合材料被广泛应用。由于复合材料具有比强度和比模量高、热膨胀系数低、设计灵活性强等优点，其在制造高精度、复杂形状的航空航天部件中具有不可替代的作用。而复合材料模具能够更好地适应航空航天部件的制造要求，确保部件的形状、尺寸精度和表面质量。例如，欧美航空航天领域已广泛应用复合材料模具，国内相关研究机构和企业也在积极进行复合材料模具的研究和实验。

在汽车制造领域，使用复合材料模具可以制造出更轻、更坚固、更美观的汽车零部件。复合材料零部件具有更好的抗冲击性和耐腐蚀性能，能有效提高汽车的性能和使用寿命。同时，随着汽车行业对轻量化的追求，复合材料模具为实现汽车轻量化提供了有效途径。

建筑领域同样能看到复合材料模具的身影。利用复合材料模具可以制造出各种造型自由的建筑部件，如楼梯扶手、雕塑等。这些部件具有高强度和美观性，同时具备防水、防火、抗震等特点，更适合现代建筑的需求。

体育器材领域，复合材料模具可以制造出更轻、更坚固、更刚性的器材，如高尔夫球杆、自行车框架等。复合材料器材具有更好的弹性和抗疲劳性能，更能满足运动员的需求。

目前，复合材料模具的研究现状主要集中在提高模具的性能、降低制造成本、拓展应用领域等方面。研究人员不断探索新的材料配方、制造工艺和设计方法，以提升复合材料模具的质量和效率。同时，随着智能制造技术的发展，智能复合材料模具的研发也成为了一个重要的研究方向。

1.2 研究目的

本文旨在对高性能复合材料模具制作工艺进行创新与优化，以满足现代工业对高质量模具的需求。随着各行业的快速发展，对模具的性能要求不断提高，传统模具制作工艺面临诸多挑战。

一方面，传统金属模具存在热膨胀系数与复合材料不匹配、密度大、热容大等问题，难以满足高精度复合材料构件的制造要求。而复合材料模具具有热膨胀性能匹配、密度小、热容小、可修复性好、制造成本相对较低等优势，能够更好地适应现代工业的发展需求。

另一方面，现有的复合材料模具制作工艺在导热性、工艺复杂性、过程控制等方面仍存在不足。例如，传统的复合材料模具导热性差，容易导致成型构件出现缺陷和变形，影响产品质量。此外，模具制作过程中的工艺复杂性和严格的过程控制要求也增加了制造成本和生产周期。

为了解决这些问题，本文将对复合材料模具制作工艺进行深入研究，探索新的材料配方、制造工艺和设计方法。通过优化模具的结构设计、提高材料的性能、改进制造工艺等措施，提高复合材料模具的导热性、强度、精度和使用寿命，降低制造成本，提高生产效率。同时，结合智能制造技术，研发智能复合材料模具，实现模具制作的自动化、智能化，为现代工业的发展提供更加优质的模具产品。

2.1 材料特性对模具性能的影响

2.1.1 树脂材料的选择与性能分析

间苯树脂和乙烯基树脂在模具制作中具有显著优势。间苯树脂具有较高的热变形温度和低收缩率，这使得模具在高温环境下仍能保持稳定的尺寸精度。在模具制作过程中，低收缩率可以减少因树脂固化收缩而产生的内应力，从而降低模具变形的风险，提高模具的精度。同时，较高的热变形温度使模具能够承受较高的工作温度，适用于一些需要高温成型的复合材料构件制造。

乙烯基树脂同样具备优异的性能。它与纤维之间的结合力强，能够在纤维之间传递更高的剪切载荷，使复合材料模具具有更高的强度。这意味着模具可以承受更大的外力而不发生破坏，提高了模具的使用寿命。此外，乙烯基树脂还具有良好的耐化学性，能够抵抗酸、碱等化学物质的侵蚀。在一些特殊的工业应用中，如化工领域，这种耐化学性尤为重要，可以确保模具在恶劣的化学环境下仍能保持良好的性能。

2.1.2 玻纤增强材料的作用

短切毡等玻纤增强材料在复合材料模具中起到了关键的增强效果。短切毡能够最大程度地减少纤维纹路的印出，相比针织纤维毡和纤维编织类产品，其优点更为突出。在模具制作过程中，短切毡可以增加模具的强度和刚度。由于玻纤增强材料的高强度特性，它能够承受模具在使用过程中所受到的各种外力，防止模具发生变形或破裂。

同时，玻纤增强材料还可以改善模具的热稳定性。玻璃纤维具有较高的耐热性，能够在高温环境下保持稳定的性能。在复合材料模具的使用过程中，可能会遇到高温成型工艺或高温工作环境，玻纤增强材料可以确保模具在这些条件下不会因温度变化而发生性能下降或变形。

此外，玻纤增强材料还可以提高模具的尺寸稳定性。由于其与树脂的良好结合性，可以有效地限制树脂在固化过程中的收缩，从而减少模具的尺寸变化，提高模具的精度和稳定性。在模具的长期使用过程中，玻纤增强材料能够保持模具的尺寸精度，确保生产出的复合材料构件具有一致的质量。

2.2 制作工艺参数的控制

2.2.1 环境参数的合理范围

制作模具的温度、湿度等环境条件对模具质量起着至关重要的作用。温度应始终保持在 21~28℃，在这个温度范围内，树脂和胶衣的固化效果最佳，能够确保模具的性能稳定。如果温度过高或过低，都会影响固化过程，导致模具出现缺陷。例如，温度过高可能会使树脂过快固化，产生内应力，从而降低模具的强度和精度；温度过低则会延长固化时间，降低生产效率。

湿度对胶衣和树脂的固化影响也很大，理想的湿度范围为 40~60。当湿度超过 65 时，应等待至合适的生产条件再施工。高湿度环境下，模具胶衣表面容易出现大量针孔和麻点，这不仅会影响模具的外观质量，还会降低模具的强度和耐用性。为了确保模具质量，在制造模具时，应保持制造区高度清洁，并采取有效的除尘与清洁措施。同时，要保证纯净、干燥的气源供给，避免风管中空气带有水或油，以免影响模具胶衣的质量。

2.2.2 固化时间的精准控制

以巴氏硬度为指标，可以有效地说明固化时间对模具质量的影响。当积层的巴氏硬度达到完全固化硬度的 80%~90%时，就可以进行下一铺层。通过记录多个读数并算出平均值，以此作为硬度值，可以消除由于固化时间差异而产生的数据误差。这种方法比依据铺层时间计划表更加准确地判断固化程度，从而确保模具的质量。

固化时间的精准控制对于模具的性能至关重要。如果固化时间过短，树脂无法完全固化，模具的强度和硬度不足，外观无光泽，脱模时容易出现翘曲和变形等问题。相反，如果固化时间过长，不仅会降低生产效率，还可能导致过度交联，使收缩率增加，在树脂与填料间产生较大的内应力，使制品表面发暗起泡，严重时会出现制品破裂。因此，在模具制作过程中，需要根据具体的材料和工艺要求，精准控制固化时间，以确保模具的质量和性能。

3.1 胶衣材料的选择与检验

3.1.1 优质模具胶衣的特点

优质模具胶衣具有诸多性能特点。在耐热方面，例如环氧胶衣（EP）、乙烯基胶衣（VE）、不饱和聚酯胶衣（UP）等不同类型的胶衣有着不同的耐温性能。正常情况下，耐温性能为环氧胶衣＞乙烯基胶衣＞不饱和聚酯胶衣。如果是常温固化的生产工艺，选择乙烯基或者不饱和聚酯胶衣均可满足需求；而对于一些需要加温固化的模具，如热压罐工艺，由于其长时间温度超过 120℃，一般就要考虑用环氧模具胶衣。

在耐磨方面，正常情况下乙烯基和聚酯类的巴氏硬度能达到 40HBa 左右，有些品牌的模具胶衣可高达 45 - 50HBa 之间。有足够的硬度才能在产品脱模过程中起到更好的保护作用，但也不能一味地追求高硬度，因为还要考虑到其韧性强度，只有这两者平衡才能达到最佳的性能。

此外，光亮度也是优质模具胶衣的重要特点之一。胶衣的巴氏硬度不能太低，若低于 30HBa，一般就难于磨出亮度来。而且针眼少的胶衣，光亮度也会更好。同时，光亮度的持久性也很关键，有些模具胶衣刚做出来的时候亮度非常好，但做几件产品之后亮度就迅速下降了，又需要打磨、抛光等处理。

3.1.2 胶衣的质量检验流程

胶衣的质量检验需要严格按照流程进行。首先要检查生产日期，依照胶衣供应商的建议，生产者能够保证胶衣从包装到一特定时间的使用质量。因此，生产者与检查者应经常检验每桶胶衣的生产日期或日期编号，以便确认胶衣是否在有效的使用期内。

其次是检验凝胶时间。每桶模具胶衣的凝胶时间、供应商都有明确规定。检验时，样品应达到标准的测试温度 25℃，加入指定数量的固化剂并混和均匀，记录下从固化到加入到凝胶的时间。正常情况下，模具胶衣的最佳凝胶时间是在 40 - 60分钟。时间太短，不利气泡的排放，针眼会比较多；若时间太长，固化度又会上不来，直接影响其硬度。

最后是检验粘度。需要用 BROOKFIELD 粘度计测试胶衣粘度，胶衣样品的温度为 25℃。选择合适的转子置于样品中，粘度计以低速和高速旋转，记录读数并转化为粘度指标。通过对生产日期、凝胶时间、粘度等指标的严格检验，可以确保使用的胶衣质量符合模具制作的要求。

3.2 胶衣喷涂的注意事项与方法

3.2.1 喷涂设备的选择与使用

在模具胶衣喷涂过程中，选择合适的喷涂设备至关重要。目前常用的有手提式多用型喷枪和压送式胶衣喷枪等。固化剂通过手动混合，保证了准确的比例，但喷枪喷出的扇形混合物的分布产生一非常细的雾化效果，喷涂的速度比泵送系统慢，其工作时间受到原料凝胶时间的限制。手提式多用型喷枪体型轻巧，操作容易，维护简便，用途广泛。它可用于喷涂产品胶衣、模具胶衣、外喷型胶衣，也可喷涂树脂、油漆和内外墙装饰涂料，尤其能喷涂添加了聚酯颗粒的胶衣。该类喷枪结构简单，主要由枪体、枪头和料杯三部分组成。使用时需准备一台 8 公斤压力排气量 0.4 立方/分钟以上的空气压缩机，由空压机出口处连接气管至枪体底部接头处拧紧。操作时要根据原材料性能选择合适喷嘴，检查密封圈，在连接处涂上润滑油，将预促进好的胶衣倒入杯内，加入白水搅拌均匀，盖好杯盖，握住枪柄，扣住枪机，调节气量控制阀使原料雾化达到最佳状态进行喷射，停止喷射时将枪头上扬并松开枪机，使用后用清洗液洗净并涂上润滑油以备下次使用。

压送式胶衣喷枪适用于模具胶衣和产品胶衣，具体设备更多详细信息可进一步查询了解。

在使用这些喷枪时，要注意以下技巧：一是确保喷枪与模具的距离合适，避免过近导致胶衣流挂，过远影响喷涂效果；二是要注意喷枪的移动速度，保持均匀稳定，以确保胶衣厚度均匀；三是及时清洗喷枪，防止凝胶堵塞喷枪，尤其是喷嘴一定要清洗干净，可使用丙酮作为清洗剂。

3.2.2 喷涂过程中的厚度控制

胶衣厚度对模具质量有着重要影响。正确控制胶衣厚度能够提高模具的强度、耐久性和外观质量。一般建议模具胶衣厚度为 1mm，分两层喷涂，每层 0.5mm 厚，且每层喷三遍，一遍 0.15mm - 0.17mm。

为了准确控制胶衣厚度，可以使用胶衣湿膜卡尺。在胶衣喷涂后，在湿膜状态下，用卡尺垂直放置胶衣面，相对最大一个粘到胶衣的尺轮就是胶衣的湿膜厚度。通常产品涂层厚度为 400u - 500u，建议分两次喷涂，每层需等待几分钟（或完全固化后）再进行下层胶衣的操作。

在喷涂过程中，要严格按照正确的喷涂方法进行操作。先喷第一遍厚度为 0.15mm - 0.17mm 的模具胶衣，与第一遍成垂直方向喷第二遍胶衣，厚度为 0.15mm - 0.17mm，再按第一遍的方向喷最后一遍胶衣，这样第一层的胶衣厚度就是 0.5mm。为避免龟裂或起皱，应在第一层胶衣固化后，才能喷另一层胶衣。在正常温度下，固化时间为 90 分钟。

此外，在喷涂时还应注意参考喷涂面积对胶衣称重，以计算精确的固化剂添加量。考虑到最佳固化效果，推荐使用固化剂 M50，用量为 1 - 2%（胶衣重量），具体添加量参考温度、模具面积等而定。同时，可加入 2 - 5%苯乙烯以调节树脂胶衣的粘度和补充喷涂过程中发挥损失的苯乙烯。胶衣层的厚度应该精确的控制在 0.3mm - 0.5mm 之间，通常以单位面积所用的胶衣质量来控制，即胶衣的附着在模具上的用量 350 - 550g/㎡，实际用量可能达到 800g/㎡，这样便能达到上述厚度的要求。如果室内温度低于 15℃或湿度超过 80%，将不能进行胶衣喷涂作业。喷涂完毕，胶衣可常温固化（大约需要 1.5 小时），也可放置于加温间（60 摄氏度 45 分钟即可）加快固化。使用胶衣卡尺，检查湿膜厚度是否满足预期的要求。

4.1 铺层材料的选用与质量控制

4.1.1 模具树脂的要求与检验

模具树脂在复合材料模具铺层中起着关键作用。要求具有较高的热变形温度和低收缩率。热变形温度高，能确保模具在高温环境下仍能保持稳定的尺寸精度，避免因温度变化而产生变形，影响模具的质量和使用寿命。例如，在一些高温成型工艺中，热变形温度高的模具树脂能够承受较高的温度而不发生软化或变形，保证模具的形状和尺寸精度。

低收缩率特性可以减少因树脂固化收缩而产生的内应力。在模具制作过程中，树脂固化收缩是不可避免的，但如果收缩率过大，会导致模具内部产生较大的应力，从而引起模具变形、开裂等问题。通过选用低收缩率的模具树脂，可以有效降低这种风险，提高模具的质量和稳定性。

在质检方面，要像对模具胶衣那样进行严格的质量检验。首先是材料贮存期的检查，确保模具树脂在有效使用期内。根据不同的树脂类型和生产厂家，模具树脂的贮存期会有所不同，但一般来说，生产者应按照树脂供应商的建议，对每一批模具树脂进行检查，确认其生产日期或日期编号，以保证在使用时树脂的性能稳定。

其次是对每一批进行混合测试。混合测试可以检验模具树脂与其他铺层材料的相容性和混合效果。例如，在与玻纤增强材料混合时，要确保树脂能够充分浸润玻纤，形成良好的结合，以提高铺层的强度和刚度。混合测试可以通过实际的铺层操作来进行，观察树脂与玻纤的混合情况，是否存在分层、气泡等问题。

最后是测试凝胶时间和黏度。凝胶时间是指树脂从液态转变为固态的时间，它直接影响到模具的制作周期和质量。如果凝胶时间过短，可能会导致铺层过程中树脂来不及充分浸润玻纤，从而影响铺层的质量；如果凝胶时间过长，则会降低生产效率。黏度则反映了树脂的流动性，合适的黏度可以保证树脂在铺层过程中能够均匀地分布在玻纤增强材料之间，形成致密的结构。测试凝胶时间和黏度可以使用专业的测试设备，如凝胶时间测试仪和黏度计，按照标准的测试方法进行操作，确保测试结果的准确性。

4.1.2 玻纤增强材料的质量把控

短切毡等玻纤增强材料的质量对模具铺层至关重要。短切毡具有最大程度减少纤维纹路印出的优点，这使得模具表面更加光滑，提高了模具的外观质量。在铺层过程中，短切毡能够与模具树脂良好结合，增加铺层的强度和刚度。

质量把控方面，首先要关注短切毡的纤维质量。优质的短切毡应采用高强度的玻璃纤维，纤维直径均匀，无杂质。玻璃纤维的强度直接影响到铺层的强度，因此要选择具有高拉伸强度和弹性模量的玻璃纤维。同时，纤维直径的均匀性也很重要，不均匀的纤维直径会导致短切毡的性能不稳定，影响铺层的质量。

其次是短切毡的克重。不同的模具要求使用不同克重的短切毡，一般来说，小的模具可以使用较轻克重的短切毡，如 300g/㎡、450g/㎡等，而大的模具则需要使用较重克重的短切毡，以保证铺层的强度和稳定性。例如，对于 8mm 厚左右的小模具，可以采用 M450×4~5+RX×N 的积层工艺，其中短切毡的克重可以选择 450g/㎡；对于 15mm 厚左右的大模具，则需要增加短切毡的克重，以确保模具的强度。

此外，还要注意短切毡的均匀性。在铺层过程中，均匀的短切毡能够保证树脂在玻纤之间的均匀分布，避免出现局部强度不足或气泡等问题。可以通过目视检查和溶剂检验法等方法来检验短切毡的均匀性。目视检查时，观察短切毡的颜色是否一致，无结合剂团、填料团等；溶剂检验法是通过测定成型料各部分树脂的含量，来衡量短切毡的均匀性。在混好的料堆不同部位上各取数克料，分别加入酒精，搅拌溶解树脂，然后滤去溶有树脂的酒精，剩余物在 105℃进行干燥并称量。原试样与剩余物的重量差即为该试样中的树脂量，各个试样中树脂含量的差数不超过含有量的 0.1%时，便说明该料已混制均匀。

最后，在使用短切毡等玻纤增强材料时，要注意与模具树脂的配合。确保树脂能够充分浸润玻纤，形成良好的结合，同时要避免出现气泡等缺陷。在铺层过程中，要用铁滚仔细滚压铺层，确保所有气泡已赶净，并保证合理的树脂与纤维比例。当首层固化后，要对铺层做认真全面的检查，包括所有的拐角、曲面以及其他可能发生问题的地方。如发现气泡等缺陷，必须小心的将气泡去掉，并重新修补好创面。

4.2 铺层工艺的优化与实施

复合材料模具的铺层工艺直接影响着模具的质量和性能。在实际操作中，需要不断优化铺层工艺，以确保模具的强度、精度和耐用性。

4.2.1 首层铺层的关键要点

首层铺层是整个模具铺层的基础，对模具质量起着至关重要的作用。首层的质量要求非常高，要避免一切模具完成后的再修理或对胶衣造成破坏的可能性。

在材料选择上，根据模具形状的复杂程度，糊制首层时纤维选用 30 克/㎡表面毡、300 克/㎡、450 克/㎡的短切毡。这些材料能够最大程度地减少纤维纹路的印出，保证模具表面的光滑度。同时，表面毡和短切毡的结合使用，可以增加首层的强度和刚度。

在铺层操作过程中，必须用铁滚仔细滚压铺层，确保所有气泡已赶净，并保证合理的树脂与纤维比例。这一步骤非常关键，因为气泡的存在会降低铺层的强度，影响模具的质量。滚压时要注意力度均匀，避免过度滚压导致材料变形。

当首层固化后，要对铺层做认真全面的检查，包括所有的拐角、曲面以及其他可能发生问题的地方。如发现气泡等缺陷，必须小心的将气泡去掉，并重新修补好创面。检查过程中要使用专业的检测工具，如放大镜、探针等，确保缺陷被完全发现和修复。

4.2.2 增厚铺层的合理安排

增厚铺层是为了增加模具的厚度和强度，满足不同模具的使用要求。一般采用 M450×4~5+RX×N 的积层工艺，小的模具 8mm 厚左右，大的模具保证 15mm 左右。

在增厚铺层过程中，要严格按照制定的时间表进行操作。时间表的制定是根据原辅材料的化学特性决定的，企图走捷径或加速工艺，都将对模具的质量产生不良的影响。例如，某些树脂的固化时间较长，需要在首层固化后一定时间才能进行增厚铺层，否则会影响树脂的固化效果，降低模具的强度。

在铺层材料的选择上，可以继续使用短切毡等玻纤增强材料，并根据模具的厚度要求适当增加材料的克重和层数。同时，要注意每层之间的树脂浸润情况，确保树脂能够充分浸润玻纤，形成良好的结合。

在铺层过程中，要注意控制铺层的速度和压力。过快的铺层速度可能会导致树脂分布不均匀，出现气泡等缺陷；过大的压力则可能会使材料变形，影响模具的尺寸精度。可以使用专业的铺层设备，如铺层机、压辊等，来控制铺层的速度和压力，提高铺层的质量和效率。

此外，在增厚铺层过程中，还可以采用巴氏硬度仪来监测铺层的固化程度。当积层的巴氏硬度达到完全固化硬度的 80%~90%时，就可以进行下一铺层。这种方法可以消除由于固化时间差异而产生的数据误差，确保模具的质量。

5.1 外结构的作用与设计原则

5.1.1 外结构的功能分析

模具外结构在复合材料模具中起着至关重要的作用。模具在使用过程中会受到外部力量的作用，如注塑压力、热胀冷缩等，这些力量如果不能得到均匀传递，就会导致模具表面变形，从而影响模具的精度和使用寿命。模具外结构的主要功能就是将外部力量平均传递到模具表面，阻止模具的表面变形。

例如，在注塑成型过程中，模具内部会受到巨大的压力，如果没有外结构的支撑，模具很容易发生变形。模具外结构可以将注塑压力均匀地分散到整个模具表面，从而减少模具的变形。此外，在模具的加热和冷却过程中，由于不同材料的热膨胀系数不同，也会产生应力，如果不能得到有效释放，就会导致模具变形。模具外结构可以通过合理的设计，使模具在加热和冷却过程中能够自由膨胀和收缩，从而减少应力的产生，防止模具变形。

5.1.2 设计原则的具体体现

模具外结构的设计应遵循以下原则：

首先，模具外结构应悬吊在高于模具铺层面 1/4 英尺的地方。这样可以避免结构骨架直接与模面联结，防止不同的热传导引起模具表面印痕。例如，若结构骨架直接与模面联结，当模具受热时，结构骨架和模具表面的温度传导速度不同，会导致模具表面出现不均匀的热膨胀，从而产生印痕，影响模具的表面质量。

其次，在结构层与表面之间不要放置部分泡沫、层板或其他绝缘材料做垫层。该结构与铺层之间的黏结最好使用玻纤，但不要用编织布以防印痕。这是因为绝缘材料的热传导性能与模具材料不同，会影响模具的热平衡，导致模具变形。而玻纤具有良好的强度和热传导性能，可以有效地传递外部力量，同时不会产生印痕。

例如，在一些精密模具的设计中，为了保证模具的精度和表面质量，会采用高强度的玻纤材料作为外结构与模具表面的连接材料。同时，在设计过程中，还会考虑外结构的形状和尺寸，使其能够与模具表面紧密贴合，从而更好地传递外部力量，防止模具变形。

5.2 外结构的制作方法与材料选择

5.2.1 制作方法的步骤与要点

模具外结构的制作主要包括以下步骤：

首先，确定外结构的尺寸和形状。根据模具的大小和形状，以及所需承受的外部力量，设计出合适的外结构尺寸和形状。在设计过程中，要充分考虑模具的使用环境和要求，确保外结构能够有效地传递外部力量，同时不影响模具的正常使用。

其次，选择合适的制作材料。一般来说，可以选择钢架结构或胶合板的条箱结构作为模具外结构的材料。钢架结构具有强度高、稳定性好的优点，能够承受较大的外部力量；胶合板的条箱结构则具有成本低、制作方便的特点，可以根据模具的具体形状进行定制。

然后，进行外结构的组装。将选择好的材料按照设计要求进行组装，可以采用焊接、螺栓连接等方式。在组装过程中，要确保外结构的各个部分连接牢固，没有松动和间隙。同时，要注意外结构的悬吊高度，必须悬吊在高于模具铺层面 1/4 英尺的地方，以避免结构骨架直接与模面联结产生印痕。

最后，对外结构进行表面处理。为了提高外结构的耐腐蚀性和美观度，可以对外结构进行喷漆、镀锌等表面处理。在表面处理过程中，要注意选择合适的涂料和处理方法，确保外结构的表面质量和性能。

在制作模具外结构的过程中，还需要注意以下要点：

一是要严格按照设计要求进行制作，确保外结构的尺寸和形状准确无误。任何偏差都可能影响外结构的性能和模具的质量。

二是要注意材料的质量和性能。选择优质的材料可以提高外结构的强度和稳定性，延长模具的使用寿命。

三是要确保外结构的组装质量。各个部分的连接要牢固可靠，避免在使用过程中出现松动和脱落的情况。

四是要注意外结构的表面处理。良好的表面处理可以提高外结构的耐腐蚀性和美观度，同时也可以保护外结构不受外界环境的影响。

5.2.2 材料选择的依据与优势

选择钢架结构或胶合板的条箱结构作为模具外结构的材料，主要有以下依据和优势：

对于钢架结构来说，其优势在于强度高、稳定性好。钢架结构可以承受较大的外部力量，能够有效地保护模具不受变形的影响。同时，钢架结构的热传导性能较好，可以使模具在加热和冷却过程中更加均匀地膨胀和收缩，减少应力的产生。此外，钢架结构的耐用性强，使用寿命长，可以降低模具的维护成本。

而胶合板的条箱结构则具有成本低、制作方便的特点。胶合板的价格相对较低，可以降低模具外结构的制作成本。同时，胶合板可以根据模具的具体形状进行切割和组装，制作过程相对简单快捷。此外，胶合板的重量较轻，便于搬运和安装，可以提高工作效率。

在选择材料时，还需要考虑模具的使用环境和要求。如果模具需要在高温、高压等恶劣环境下使用，那么钢架结构可能是更好的选择；如果模具的尺寸较小，对成本要求较高，那么胶合板的条箱结构则更为合适。总之，要根据具体情况选择合适的材料，以确保模具外结构的性能和质量。

6.1 脱模方法与注意事项

6.1.1 脱模的步骤与技巧

模具框架结构完全固化后，就可以进行脱模操作。脱模的第一步是将模具边缘切割整齐，为后续操作做好准备。然后，使用多个脱模楔均布插入阴、阳模之间。脱模楔的选择应根据模具的大小和形状来确定，一般来说，小模具可以使用较少的脱模楔，大模具则需要更多的脱模楔以确保均匀用力。在插入脱模楔时，要注意选择合适的位置，避免插入到模具的薄弱部位或可能导致模具损坏的地方。

插入脱模楔后，均匀用力将模具慢慢分离。用力时要注意力度的大小，不要单独用力以防损坏模具，可以使用橡皮锤敲打各个应力集中部位，如模具的拐角、边缘等地方。敲打时要注意力度适中，不要用铁器敲打，以免对模具造成损伤。最后，完全脱模，将模具从制品中取出。

6.1.2 避免模具损坏的措施

在脱模过程中，为了防止模具受损，需要采取一系列措施。首先，在脱模前要仔细检查模具的状态，确保模具已经完全固化，没有未固化的部分。如果模具没有完全固化就进行脱模，可能会导致模具变形或损坏。

其次，在使用脱模楔时，要注意插入的角度和深度。插入角度要合适，避免与模具表面垂直插入，以免损坏模具。插入深度也要适中，不要插入过深或过浅，过深可能会损坏模具内部结构，过浅则无法起到有效的脱模作用。

此外，在使用橡皮锤敲打应力集中部位时，要注意力度的控制。敲打力度过大可能会导致模具表面出现凹痕或裂缝，影响模具的质量。可以先从较小的力度开始敲打，逐渐增加力度，直到模具顺利脱模。

同时，在脱模过程中，要注意保护模具的表面。可以在模具表面覆盖一层柔软的材料，如棉布或泡沫塑料，以防止在脱模过程中模具表面被刮伤或磨损。

最后，脱模后要及时对模具进行检查和维护。如果发现模具表面有损伤或缺陷，要及时进行修复，以确保模具的质量和使用寿命。

6.2 模具处理的方法与目的

6.2.1 打磨与抛光的技巧

脱模后，仔细检查模具每一个部位，任何表面的缺陷都应注意到并标记出来。若模具无法达到理想状态，通常需要按照传统的方法对模具进行打磨处理。

打磨时，首先要选择合适的水磨砂纸。一般从粗砂纸开始，如可以从600目水砂纸起步，但最好是800目水砂纸，依次递增至1000目、1200目、1500目甚至2000目，每一种砂纸都要精工细作，不能图省事跳着来，否则粗砂纸造成的粗砂痕以后细砂纸无论再砂磨也是磨不掉的。

在抛光环节，先把粗抛光剂适量涂在模具表面上，用电动抛光机抛光。抛光时，将羊毛盘平放在模具表面，开动抛光机作圆形螺旋状运转，一片片抛过去，不要漏抛。主要工作量在粗抛，所以一般粗抛起码要两遍至模具光滑为止。粗抛完毕后，换上新的羊毛盘，再用细抛光剂细抛，重复上述操作。粗细抛光剂不可同用一个羊毛盘，最好各用一台抛光机。

在打磨与抛光过程中，需要注意以下几点：一是要保持砂纸和羊毛盘的清洁，避免杂质对模具表面造成二次损伤；二是要控制好抛光机的转速和压力，避免过度抛光导致模具表面变薄或出现划痕；三是要注意安全，佩戴好防护眼镜和手套等防护用品。

6.2.2 模具处理对质量的影响

模具处理对最终产品质量有着重要的影响。首先，经过打磨和抛光处理的模具表面更加光滑，能够减少产品表面的瑕疵和缺陷，提高产品的外观质量。例如，在玻璃钢制品生产中，光滑的模具表面可以使制品表面更加平整、光洁，减少纤维纹路的印出，提高产品的美观度。

其次，模具处理可以提高模具的精度和尺寸稳定性。通过打磨和抛光，可以去除模具表面的微小缺陷和变形，使模具的尺寸更加精确，从而保证产品的尺寸精度。同时，光滑的模具表面可以减少树脂在固化过程中的收缩和变形，提高产品的尺寸稳定性。

此外，模具处理还可以延长模具的使用寿命。经过打磨和抛光处理的模具表面更加耐磨、耐腐蚀，能够抵抗树脂和其他化学物质的侵蚀，减少模具的磨损和损坏，从而延长模具的使用寿命。

综上所述，脱模后的模具处理是复合材料模具制作过程中不可或缺的环节，它能够提高模具的质量和性能，从而保证最终产品的质量和可靠性。

7.1 研究结论总结

本文深入探讨了高性能复合材料模具的制作工艺，得出以下主要结论：

首先，在材料特性方面，间苯树脂和乙烯基树脂因其较高的热变形温度和低收缩率，在模具制作中发挥了关键作用，确保了模具在高温环境下的尺寸精度和稳定性。玻纤增强材料如短切毡，能最大程度减少纤维纹路印出，增加模具强度和刚度，同时改善热稳定性和尺寸稳定性。

其次，制作工艺参数的控制至关重要。环境参数方面，温度应保持在 21~28℃，湿度在 40~60，以保证树脂和胶衣的固化效果最佳，减少模具缺陷。固化时间的精准控制以巴氏硬度为指标，可确保模具质量，消除因固化时间差异产生的数据误差。

在模具胶衣喷涂工艺中，优质模具胶衣具有耐热、耐磨、光亮度好等特点。通过严格的质量检验流程，包括检查生产日期、凝胶时间和粘度，确保胶衣质量符合要求。在喷涂过程中，选择合适的喷涂设备，如手提式多用型喷枪和压送式胶衣喷枪等，并注意喷涂厚度控制、固化剂添加量和喷涂环境条件，可提高模具质量。

模具铺层工艺中，模具树脂要求具有较高的热变形温度和低收缩率，并通过材料贮存期检查、混合测试以及凝胶时间和黏度测试进行严格质检。玻纤增强材料的质量把控包括关注纤维质量、克重和均匀性，确保与模具树脂良好结合，避免气泡等缺陷。首层铺层要选用合适材料，仔细滚压铺层，固化后全面检查并修复缺陷。增厚铺层要严格按照时间表进行，合理选择材料和控制铺层速度、压力，利用巴氏硬度仪监测固化程度。

模具外结构的设计与制作中，外结构的作用是将外部力量平均传递到模具表面，阻止模具变形。设计原则包括悬吊在高于模具铺层面 1/4 英尺的地方，结构层与表面之间不放置绝缘材料垫层，黏结使用玻纤。制作方法包括确定尺寸和形状、选择材料、组装和表面处理，要注意严格按照设计要求、材料质量、组装质量和表面处理。材料选择可根据模具使用环境和要求，钢架结构强度高、稳定性好、热传导性能好、耐用性强，胶合板条箱结构成本低、制作方便、重量轻。

脱模与模具处理中，脱模步骤包括切割模具边缘、插入脱模楔均匀用力并敲打应力集中部位，要注意检查模具固化状态、脱模楔插入角度和深度、敲打力度控制、保护模具表面以及脱模后及时检查和维护。模具处理包括打磨和抛光，要选择合适砂纸从粗到细进行打磨，使用粗、细抛光剂和不同羊毛盘进行抛光，并注意保持清洁、控制抛光机转速和压力以及注意安全。模具处理可提高产品外观质量、精度和尺寸稳定性，延长模具使用寿命。

总之，高性能复合材料模具的制作工艺需要综合考虑材料特性、制作工艺参数、胶衣喷涂、铺层工艺、外结构设计与制作、脱模和模具处理等多个方面，各环节相互配合，才能制作出高质量的模具，满足现代工业对高质量模具的需求。

7.2 未来研究方向展望

在复合材料模具制作领域，虽然已经取得了显著的进展，但仍有许多方面值得进一步探索和研究。

（一）材料创新

开发新型树脂材料：目前使用的间苯树脂和乙烯基树脂虽然具有诸多优点，但在某些性能方面仍有提升空间。未来可以研发具有更高热变形温度、更低收缩率、更好耐化学性和更高强度的新型树脂材料，以满足更加苛刻的模具制作要求。例如，研究具有自修复功能的树脂材料，当模具在使用过程中出现微小损伤时，能够自动修复，延长模具的使用寿命。

改进玻纤增强材料：短切毡等玻纤增强材料在模具制作中发挥了重要作用，但仍可以进一步改进。可以探索新型玻璃纤维的制备方法，提高纤维的强度和韧性，减少纤维纹路的印出，同时增强与树脂的结合力。此外，还可以研究其他类型的增强材料，如碳纤维、芳纶纤维等，与玻璃纤维进行复合使用，以发挥不同材料的优势，提高模具的性能。

（二）工艺优化

智能化制造：随着智能制造技术的发展，复合材料模具制作也可以向智能化方向迈进。例如，采用机器人进行模具胶衣喷涂和铺层操作，能够提高生产效率和精度，减少人为因素的影响。同时，可以利用传感器和数据分析技术，实时监测模具制作过程中的温度、湿度、压力等参数，实现工艺过程的精准控制。

快速成型技术：探索新的快速成型技术，如3D打印技术在复合材料模具制作中的应用。3D打印技术可以根据设计模型直接制造出复杂形状的模具，大大缩短模具的制作周期，降低成本。同时，还可以实现个性化定制，满足不同客户的需求。

环保工艺：关注模具制作过程中的环保问题，开发环保型的制作工艺。例如，研究水性胶衣和树脂材料，减少有机溶剂的使用，降低对环境的污染。同时，可以探索回收利用废旧模具材料的方法，实现资源的循环利用。

（三）性能提升

提高模具的导热性能：在一些高温成型工艺中，模具的导热性能对产品质量至关重要。未来可以研究开发具有高导热性能的复合材料模具，通过添加导热填料或采用特殊的结构设计，提高模具的导热系数，使模具在高温环境下能够快速散热，保证产品的质量和生产效率。

增强模具的耐磨性和耐腐蚀性：为了提高模具的使用寿命，可以研究开发具有更好耐磨性和耐腐蚀性的复合材料模具。例如，在模具表面涂覆特殊的涂层，或采用纳米技术对模具材料进行改性，提高模具的表面硬度和耐腐蚀性。

优化模具的结构设计：通过有限元分析等技术手段，对模具的结构进行优化设计，提高模具的强度和刚度，减少变形和应力集中。同时，可以考虑采用模块化设计，使模具的组装和拆卸更加方便，便于维修和更换零部件。

（四）应用拓展

拓展模具的应用领域：目前复合材料模具主要应用于航空航天、汽车制造、建筑等领域，未来可以进一步拓展其应用范围。例如，在电子、医疗、新能源等领域，开发适合这些领域特点的复合材料模具，满足不同行业对高性能模具的需求。

与其他技术结合：将复合材料模具制作技术与其他先进技术相结合，创造出更多的创新应用。例如，与微纳制造技术结合，制造出具有微纳结构的模具，用于生产高性能的微纳器件；与智能传感技术结合，实现模具的在线监测和故障诊断，提高模具的可靠性和安全性。

总之，未来复合材料模具制作领域的研究方向将围绕材料创新、工艺优化、性能提升和应用拓展等方面展开。通过不断的探索和研究，相信在不久的将来，复合材料模具将在更多领域发挥重要作用，为现代工业的发展做出更大的贡献。【苏州复合材料展】【上海复合材料展】【北京复合材料展】