CN104786521A - 一种聚合物基复合材料的成型装置及成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合物基复合材料的成型装置及成型方法，包括注射系统、模具系统和真空系统，模具系统包括成型模具、半透模腔和袋膜模腔，成型模具包括阴模、阳模和成型模腔，成型模腔上、下端分别设有出胶口、注胶口；注胶口连接成型模腔与注射系统，出胶口连接成型模腔与半透模腔，半透模腔被袋膜模腔包裹，并通过气体通道与真空系统连接；半透模腔采用半透膜Ⅰ和密封胶带Ⅰ封装，半透膜Ⅰ为气体能够透过但树脂胶液不能透过的薄膜。本发明成型方法能够有效避免气泡缺陷、成本低、质量稳定均匀、一步整体成型、工艺效率高、产品质量好，能够实时排出制备过程中产生的气泡，制备出浸渍充分、纤维分布均匀、而且双表面光滑的高性能复合材料制品。

Description

一种聚合物基复合材料的成型装置及成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料的制备装置及方法，尤其涉及一种聚合物基复合材料的成型装置及成型方法。

背景技术

聚合物基复合材料因其具有高比强度、高比模量、性能可设计和轻质高强等优点，广泛应用于航空航天、能源和轨道交通等领域。制备是最终实现复合材料优越性能的关键，为此国内外学者开发了一系列复合材料制备技术，典型的有手糊工艺、模压工艺、热压罐工艺、缠绕工艺、拉挤工艺、自动铺丝/铺带技术和液相成型技术等。热压罐和自动铺丝/铺带技术属于预浸料成型技术：纤维预先浸渍，浸渍充分，分布均匀，制备的复合材料质量稳定性高，缺点是价格昂贵。液相成型技术是一种低成本复合材料制备技术，其原理是将液态树脂体系注入铺放好纤维增强材料预成型体（简称增强体）的闭合成型模腔中，或加热熔化预先放入模腔内的树脂膜，树脂胶液流动浸润模腔中的增强材料和排除模腔中的气体，浸润完成后固化成型得到复合材料制品的一类制备工艺。液相成型技术是一种低成本的先进复合材料成型工艺，可一步浸渍成型带有夹芯、加筋和预埋件的大型复合材料构件，可按性能和结构要求设计和铺放增强材料，具有高性能、低成本的制造优势。常见的液相成型技术主要有树脂膜熔渗工艺（Resin Film Infusion, RFI）、树脂传递模塑工艺（Resin Transfer Molding, RTM）和真空导入模塑工艺（VIMP，Vacuum Infusion Molding Process）。

液相成型技术虽然具有高性能、低成本的制造优势，但制备过程中产生的气泡难以脱除，容易导致复合材料制品缺陷。除此之外，目前典型的几种液相成型技术还存在自身不足的缺点：（1）RFI工艺需要加热熔渗和特殊的树脂膜，且只能制备单面光滑的复合材料制品；（2）RTM（其工艺流程如图5所示）工艺能够制备双面光滑的复合材料制品，但难以保证树脂充分浸润增强材料和避免气泡缺陷；（3）VIMP工艺利用真空负压灌注树脂，极限灌注压力不可能超过一个大气压，因而树脂的灌注速度以及树脂对增强材料的浸润效果都会受到限制，而且只能制备单面光滑的复合材料制品。

为了实现制备低成本化，有效避免制备过程中的气泡缺陷，获得质量稳定、浸渍充分、纤维分布均匀和双面表面光滑的高性能复合材料制品，开发和研制新的液相成型技术具有重要的现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种能够有效避免气泡缺陷、成本低、质量稳定均匀、一步整体成型、工艺效率高、产品质量好的聚合物基复合材料构件的制备方法及成型装置，该制备方法能够实时排出制备过程中产生的气泡，制备出浸渍充分、纤维分布均匀、而且双表面光滑的高性能复合材料制品。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种聚合物基复合材料的成型装置，包括注射系统、模具系统和真空系统，所述模具系统包括成型模具、半透模腔和袋膜模腔，所述成型模具包括阴模、阳模和成型模腔，所述成型模腔上、下端分别设有出胶口、注胶口；所述注胶口连接成型模腔与注射系统，所述出胶口连接成型模腔与半透模腔，所述半透模腔被袋膜模腔包裹，并通过气体通道与真空系统连接；所述半透模腔采用半透膜Ⅰ和密封胶带Ⅰ封装，所述半透膜Ⅰ为气体能够透过但树脂胶液不能透过的薄膜（例如上海赛赢实业有限公司半透膜L100m/W1.47m）。（该薄膜材料一般为两层结构，属于本领域技术人员可以市购和常规选择的产品）。

在出胶口所在模具面上，采用柔性半透膜和密封胶带封装，得到出胶口模具面-半透膜-密封胶带形成的半透模腔，半透模腔与成型模腔相通，联通通道即为出胶口。在相同的出胶口模具面上，半透模腔外围，采用真空袋膜和密封胶带封装，得到出胶口模具面-真空袋膜-密封胶带形成的袋膜模腔，包裹半透模腔。所述袋膜模腔与半透模腔之间为半透膜，半透膜能够透过气体，因此，成型模腔、半透模腔和袋膜模腔形成的总模腔之间气道相通。

上述的成型装置中，优选的，所述真空系统包括真空泵和连接管，所述注胶口下端设有一带阀门接头Ⅳ，所述带阀门接头Ⅳ与真空泵的连接管路上设有半透性阀门接头，所述半透性阀门接头为气体能透过但树脂胶液不能透过的带阀门的连接接头，由内至外分别包括透气毡、半透膜Ⅱ、密封胶带Ⅱ与刚性外套。

所述真空袋膜和密封胶带Ⅰ（例如上海沥高科技股份有限公司真空袋膜R90HA）、密封胶带Ⅱ（例如上海沥高科技股份有限公司密封胶带LG1502W）为制备用辅助材料，属于本领域技术人员可以市购和常规选择的产品。

上述的成型装置中，优选的，所述注射系统包括静力压渗装置与储胶罐，所述静力压渗装置包括高压气瓶与调压连接接头，所述储胶罐上端与调压连接接头的连接管路上设有带阀门接头Ⅱ；所述储胶罐上、下端的连接管路（耐压连接管）由液面计连通，（所述液面计是根据连通器原理设置在储胶罐上与储胶罐连通的透明连通管，连通管内树脂胶液的液面与储胶罐内树脂胶液的液面平齐）。

上述的成型装置中，优选的，所述储胶罐下端有一带阀门接头Ⅲ，所述带阀门接头Ⅲ与带阀门接头Ⅳ之间的连接管路上设有带阀门接头Ⅴ，所述气体通道与真空泵之间的连接管路上设有带阀门接头Ⅰ，所述半透性阀门接头与真空泵之间的连接管路上设有带阀门接头Ⅵ；所述阴模和阳模均为刚性模具，所述储胶罐由金属制成，所述高压气瓶为高压氮气瓶。（阴模、阳模的形状、大小依据制品进行设计、加工，阴、阳模具都是刚性模具时，制备的复合材料制品具有双面光滑的优点。）

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种利用上述成型装置制备成型聚合物基复合材料的方法，包括以下步骤：

（1）打磨成型模具表面，涂覆脱模剂或脱模蜡（根据复合材料制品表面光洁度的要求，修整和将模具表面打磨光滑，清理干净，涂覆封孔剂，然后涂覆脱模剂或脱模蜡，完成模具准备。）；剪裁增强材料（按制品结构和性能要求裁剪纤维、织物等增强材料，并进行烘干处理、称重和记录。所述增强材料是指在聚合物基复合材料中起主要承载作用的成份，通常是各种纤维及其织物，例如玻璃纤维、碳纤维和石英纤维等。）；选择基体树脂体系，测试树脂体系的粘度、凝胶时间和树脂用量；（测试树脂体系的粘度-温度特性曲线、粘度-时间特性曲线和凝胶时间，确定其工艺操作窗口（温度和时间）；根据设计的纤维体积分数和上述称量的增强材料重量，计算和确定树脂胶液的用量。所述树脂体系是指各种高分子聚合物，通常由树脂和固化剂、添加剂等成份组成，例如不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等）；

（2）采用有限元分析软件（商用ANSYS或ABQUS软件平台）对复合材料构件的铺层结构进行优化设计，根据铺层结构的优化设计结果，在成型模具内进行铺层、缝合、缠绕、编织处理，制备得到纤维预成型体，（所述纤维预成型体由干态纤维增强材料铺放、构筑而成，初步具有最终制品的结构和形状，树脂胶液将其浸润后、固化即可得到复合材料制品）。纤维预成型体制备完成后，进行阴、阳模具系统的合模和装配，使纤维预成型体恰好置于闭合成型模腔中，关闭带阀门接头Ⅳ，密封成型模具的模腔、半透模腔与袋膜模腔，连接真空泵，打开带阀门接头Ⅰ，关闭带阀门接头Ⅵ，抽真空，检验气密性；

（3）真空吸渗：混配树脂胶液，搅拌均匀后注入储胶罐，抽真空，依次打开带阀门接头Ⅲ、Ⅴ和Ⅳ，利用真空吸力将树脂胶液注入成型模具的模腔，浸渍所述纤维预成型体；

（4）半透真空脱泡：树脂胶液注射完成后，关闭带阀门接头Ⅳ和带阀门接头Ⅴ，继续保持抽真空，排出模腔内树脂胶液中的气泡；

（5）循环浸渍：所述半透真空脱泡后，关闭真空泵，打开抽气口与大气相通，采用半透性阀门接头连接注胶口和真空泵，打开带阀门接头Ⅳ和带阀门接头Ⅵ，开启真空泵抽真空，利用树脂自身重力和真空吸力使树脂胶液向下回流浸润纤维预成型体；

（6）关闭带阀门接头Ⅳ和带阀门接头Ⅵ，连接气体通道与真空泵，开启真空泵吸渗树脂胶液，使树脂胶液向上浸润纤维预成型体；

（7）重复步骤（5）、（6），反复循环浸润纤维增强材料，具体循环次数根据树脂体系凝胶时间确定；

（8）再脱泡：所述循环浸渍完成后，关闭带阀门接头Ⅳ和带阀门接头Ⅵ（20），保持抽真空状态，排出模腔内树脂胶液中的气泡；

（9）固化：保持抽真空状态，直至树脂完全固化（为避免树脂胶液局部固化反应过于激烈，通常将树脂体系的固化过程分为预固化、固化和后固化三个阶段）；

（10）脱模及后处理：固化完全后，冷却至室温状态，脱除成型模具，清除飞边，得到所述聚合物基复合材料。

上述的成型方法中，优选的，所述真空吸渗时，实时观察和监测储胶罐的液面下降速度，若液面匀速持续下降，则直接利用真空吸渗方式完成树脂注射和浸润纤维预成型体；若液面只是在开始吸渗时持续下降，然后下降非常缓慢或基本停止下降，则开启静力压渗系统：保持抽真空，开启带阀门接头Ⅱ，向储胶罐加压，加载压力驱使罐内树脂胶液匀速地注入成型模具的模腔，浸渍纤维预成型体。

上述的成型方法中，优选的，所述向储胶罐加压时，按从小到大的顺序调节压力，使树脂匀速注入成型模腔，所述调节压力范围为1~10atm。

上述的成型方法中，优选的，所述步骤中抽真空，直至成型模具中的模腔真空度达到-1.0atm并保持1h以上。

上述的成型方法中，优选的，所述反复循环浸润纤维增强材料的次数优选为3~5次，所述固化的时间和温度根据树脂体系自身的固化动力学反应机理确定。

上述的成型方法中，优选的，所述半透真空脱泡的时间为10~30min，所述步骤（5）、（6）的持续时间优选为5~10min，所述再脱泡的持续时间优选为大于60min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，采用真空吸渗和真空辅助静力压渗相结合的注射方法，注射压力可调，操作简单，可实现树脂胶液流动和浸润质量的有效控制，而且是一种简便有效的方法；其次，采用半透膜辅助真空脱泡的方法，能够实现制备过程中实时排除模腔中的气体，有效避免气泡缺陷的产生，制品质量稳定均匀；此外，采用真空袋膜、半透膜、半透性通气接头组成的模具系统，能够实现注射过程中树脂胶液对纤维增强材料的循环浸渍，确保树脂完全、充分浸润增强材料，避免局部缺胶，保证一次整体成型得到高质量的复合材料制品；而且能够制备出双表面光滑的高性能复合材料制品。综上可知，本发明的成型装置、成型方法是具有高性能、低成本制造优势的新型液相成型技术，在高性能复合材料领域具有良好的市场应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的复合材料承力筒的结构示意图。

图2为图1中A-A处的剖面图。

图3为本发明实施例中复合材料承力筒制备的工艺原理和装置示意图。

图4为本发明实施例中半透性阀门接头的结构示意图。

图5为背景技术RTM工艺流程图。

图6为本发明聚合物基复合材料的成型工艺流程图。

图7为本发明实施例1中测试树脂体系的粘度-温度特性曲线图。

图8为本发明实施例1中测试树脂体系的粘度-时间特性曲线图。

图示说明：

1-成型模具；2-真空泵；3-静力压渗装置；4-半透模腔；5-袋膜模腔；6-气体通道；7-带阀门接头Ⅰ；8-带阀门接头Ⅱ；9-带阀门接头Ⅲ；10-带阀门接头Ⅳ；11-阴模；12-阳模；13-注胶口；14-出胶口；15-带阀门接头Ⅴ；16-半透性阀门接头；31-储胶罐；32-高压气瓶；33-液面计；34-调压连接接头；41-半透膜Ⅰ；42-密封胶带Ⅰ；161-透气毡；162-半透膜Ⅱ；163-密封胶带Ⅱ；164-刚性外套；17-承力筒筒身；18-外法兰；19-内法兰；20-带阀门接头Ⅵ；21-成型模腔。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的聚合物基复合材料的成型装置，如图3所示，包括注射系统、模具系统和真空系统，模具系统包括成型模具1、半透模腔4和袋膜模腔5，成型模具1包括阴模11、阳模12（阴模11和阳模12均为刚性模具）和成型模腔21，成型模腔21上、下端分别设有出胶口14、注胶口13；注胶口13连接成型模腔21与注射系统，出胶口14连接成型模腔21与半透模腔4，半透模腔4被袋膜模腔5包裹，并通过气体通道6与真空系统连接；半透模腔4采用半透膜Ⅰ41和密封胶带Ⅰ42（上海沥高科技股份有限公司，密封胶带LG1502W）封装，半透膜Ⅰ41为气体能够透过但树脂胶液不能透过的薄膜（上海赛赢实业有限公司，半透膜L100m/W1.47m）。

在出胶口14所在模具面上，采用柔性半透膜和密封胶带封装，得到出胶口模具面-半透膜-密封胶带形成的半透模腔4，半透模腔4与成型模腔21相通，联通通道即为出胶口14。在相同的出胶口14模具面上，半透模腔4外围，采用真空袋膜（上海沥高科技股份有限公司，密封胶带LG1502W）和密封胶带封装，得到出胶口模具面-真空袋膜-密封胶带形成的袋膜模腔5，包裹半透模腔4。袋膜模腔5与半透模腔4之间为半透膜Ⅰ41，半透膜Ⅰ41能够透过气体，因此，成型模腔21、半透模腔4和袋膜模腔5形成的总模腔之间气道相通。

真空系统包括真空泵2和连接管，注胶口13下端设有一带阀门接头Ⅳ10，带阀门接头Ⅳ10与真空泵2的连接管路上设有半透性阀门接头16，半透性阀门接头16为气体能透过但树脂胶液不能透过的带阀门的连接接头，如图4所示，由内至外分别包括透气毡161、半透膜Ⅱ162、密封胶带Ⅱ163与刚性外套164。

注射系统包括静力压渗装置3与储胶罐31，所述静力压渗装置3包括高压气瓶32（高压气瓶32为高压氮气瓶）与调压连接接头34，所述储胶罐31上端与调压连接接头34的连接管路上设有带阀门接头Ⅱ8；储胶罐31由金属制成，由罐盖和罐体组成，罐盖和罐体上设计有螺纹孔，两者可通过螺杆和螺接方式合在一起，储胶罐31上、下端的连接管路（耐压连接管）由液面计33连通，（液面计是根据连通器原理设置在储胶罐上与储胶罐连通的透明连通管，连通管内树脂胶液的液面与储胶罐内树脂胶液的液面平齐）。储胶罐31下端有一带阀门接头Ⅲ9，带阀门接头Ⅲ9与带阀门接头Ⅳ10之间的连接管路上设有带阀门接头Ⅴ15，气体通道6与真空泵2之间的连接管路上设有带阀门接头Ⅰ7，半透性阀门接头16与真空泵2之间的连接管路上设有带阀门接头Ⅵ20。

本实施例制备如图1所示的聚合物基复合材料：复合材料承力筒，如图2所示，包括承力筒筒身17、外法兰18和内法兰19，该承力筒主要由碳纤维增强聚合物（CFRP，Carbon Fiber Reinforced Polymer）制成。（本实施例选用面密度300g/m²碳纤维双轴向T300编织布和面密度200 g/m²碳纤维T300单轴向布）。

本实施例的聚合物基复合材料的成型方法（其工艺流程如图6所示），包括以下步骤：

（1）模具系统制作和准备：按如图1所示的复合材料承力筒的结构和形状，设计和制作设置有注胶口13、缓冲槽、出胶口14和密封系统的成型模具系统。阴模11、阳模12的形状、大小依据制品进行设计、根据复合材料制品表面光洁度的要求，修整和将模具表面打磨光滑，清理干净，涂覆封孔剂，然后涂覆脱模剂或脱模蜡，完成模具准备。

增强材料准备：按制品结构和性能要求裁剪增强材料（16层面密度为300g/m²的碳纤维双轴向T300编织布和12层面密度为200 g/m²的碳纤维T300单轴向布），并进行烘干处理、称重和记录（烘干前碳纤维的总重量为1140g，烘干后重量为1121g）。选择基体树脂体系（广州博汇树脂股份有限公司提供的环氧树脂3325A/B，其中3325A为双酚A型环氧树脂，3325B为胺类固化剂，两者质量配比为100：30，该树脂体系室温25℃条件下的凝胶时间为300min），测试树脂体系的粘度-温度特性曲线（见图7）、粘度-时间特性曲线（见图8）和凝胶时间（室温25℃下300min），确定其工艺操作窗口（由图7中A可看出，室温15~40℃范围内树脂体系的粘度低于500mPa·s，满足工艺操作要求，选择操作温度的原则是：室温最优，能室温则室温；操作时间根据凝胶时间确定为300min）；根据设计的纤维体积分数（设计纤维体积分数为50%）和上述称量的增强材料重量（1121g），计算和确定树脂胶液的用量（纤维和树脂的质量存在这样的关系：（纤维密度×纤维体积）/（树脂密度×树脂体积）=纤维重量/树脂重量，纤维密度为1.8g/cm，纤维体积分数为50%，树脂密度为1.2g/cm，树脂体积分数为50%，纤维重量为1121g，根据上式可计算出树脂用量至少为750g）。

（2）采用商用ANSYS软件平台对复合材料构件的铺层结构进行优化设计，根据铺层结构的优化设计结果，在预处理模具上进行铺层、缝合、缠绕、编织等处理，制备得到纤维预成型体。纤维预成型体制备完成后，进行阴、阳模具系统的合模和装配，使纤维预成型体恰好置于闭合的成型模腔21中，紧固、密封，连接注胶口13与静力压渗装置3、气体通道6与真空泵2，密封处理并关闭带阀门接头Ⅳ10，打开带阀门接头Ⅰ7，关闭带阀门接头Ⅵ 20，抽真空、检查模腔的气密性，反复检验成型模腔21、半透模腔4和袋膜模腔5三者形成的总模腔的气密性，直至模腔的真空度达到-1.0atm并保持1h以上，则表示成型模具系统密封合格。

（3）真空吸渗：混配树脂胶液，搅拌均匀后注入储胶罐31，抽真空，依次打开带阀门接头Ⅲ 9、带阀门接头Ⅴ15和带阀门接头Ⅳ10，利用真空吸力将树脂胶液注入成型模腔21，浸渍纤维预成型体；真空吸渗时，实时观察和监测储胶罐31的液面下降速度，液面只是在开始吸渗时持续下降，然后下降非常缓慢，开启静力压渗装置3：保持抽真空，开启带阀门接头Ⅱ8，向储胶罐31加压，加载压力驱使罐内树脂胶液匀速地注入成型模腔21，浸渍纤维预成型体。向储胶罐加压时，按从小到大的顺序调节压力，使树脂匀速注入成型模腔21，调节压力范围为1~10atm。

（4）半透真空脱泡：树脂胶液注射完成后，关闭带阀门接头Ⅳ10和带阀门接头Ⅴ15，继续保持抽真空，排出模腔内树脂胶液中的气泡，持续30min。

（5）循环浸渍：半透真空脱泡后，关闭真空泵2，打开抽气口与大气相通，采用半透性阀门接头16连接注胶口13和真空泵2，打开带阀门接头Ⅳ10和带阀门接头Ⅵ 20，开启真空泵2抽真空，利用树脂自身重力和真空吸力使树脂胶液向下回流浸润纤维预成型体，持续10min。

（6）关闭带阀门接头Ⅳ10和带阀门接头Ⅵ 20，连接气体通道6与真空泵2，开启真空泵2吸渗树脂胶液，使树脂胶液向上浸润纤维预成型体，持续10min。

（7）重复步骤，反复循环浸润纤维增强材料4次，固化的时间和温度根据树脂体系自身的固化动力学反应机理确定（预固化温度为45℃，时间为4h；固化温度为70℃，时间为8h，然后自然冷却至室温）。

（8）再脱泡：循环浸渍完成后，关闭带阀门接头Ⅳ10和带阀门接头Ⅵ 20，保持抽真空状态，排出模腔内树脂胶液中的气泡，持续70min。

（9）固化：保持抽真空状态，直至树脂完全固化；（为避免树脂胶液局部固化反应过于激烈，通常将树脂体系的固化过程分为预固化、固化和后固化三个阶段）。

（10）脱模及后处理：固化完全后，冷却至室温状态，脱除成型模具，清除飞边，得到所述聚合物基复合材料。

Claims (10)

1.一种聚合物基复合材料的成型装置，包括注射系统、模具系统和真空系统，其特征在于，所述模具系统包括成型模具（1）、半透模腔（4）和袋膜模腔（5），所述成型模具包括阴模（11）、阳模（12）和成型模腔（21），所述成型模腔（21）上、下端分别设有出胶口（14）、注胶口（13）；所述注胶口（13）连接成型模腔（21）与注射系统，所述出胶口（14）连接成型模腔（21）与半透模腔（4），所述半透模腔（4）被袋膜模腔（5）包裹，并通过气体通道（6）与真空系统连接；所述半透模腔（4）采用半透膜Ⅰ（41）和密封胶带Ⅰ（42）封装，所述半透膜Ⅰ（41）为气体能够透过但树脂胶液不能透过的薄膜。

2.根据权利要求1所述的成型装置，其特征在于，所述真空系统包括真空泵（2）和连接管，所述注胶口（13）下端设有一带阀门接头Ⅳ（10），所述带阀门接头Ⅳ（10）与真空泵（2）的连接管路上设有半透性阀门接头（16），所述半透性阀门接头（16）为气体能透过但树脂胶液不能透过的带阀门的连接接头，由内至外分别包括透气毡（161）、半透膜Ⅱ（162）、密封胶带Ⅱ（163）与刚性外套（164）。

3.根据权利要求2所述的成型装置，其特征在于，所述注射系统包括静力压渗装置（3）与储胶罐（31），所述静力压渗装置（3）包括高压气瓶（32）与调压连接接头（34），所述储胶罐（31）上端与调压连接接头（34）的连接管路上设有带阀门接头Ⅱ（8）；所述储胶罐（31）上、下端的连接管路由液面计（33）连通。

4.根据权利要求3所述的成型装置，其特征在于，所述储胶罐（31）下端有一带阀门接头Ⅲ（9），所述带阀门接头Ⅲ（9）与带阀门接头Ⅳ（10）之间的连接管路上设有带阀门接头Ⅴ（15），所述气体通道（6）与真空泵（2）之间的连接管路上设有带阀门接头Ⅰ（7），所述半透性阀门接头（16）与真空泵（2）之间的连接管路上设有带阀门接头Ⅵ（20）；所述阴模（11）和阳模（12）均为刚性模具，所述储胶罐（31）由金属制成，所述高压气瓶（32）为高压氮气瓶。

5.一种利用如权利要求1~4所述的成型装置制备成型聚合物基复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）打磨成型模具（1）表面，涂覆脱模剂或脱模蜡；剪裁增强材料；选择基体树脂体系，测试树脂体系的粘度、凝胶时间和树脂用量；

（2）采用有限元分析软件对复合材料构件的铺层结构进行优化设计，根据铺层结构的优化设计结果，在成型模腔（21）内进行铺层、缝合、编织处理，制备得到纤维预成型体，关闭带阀门接头Ⅳ（10），密封成型模腔（21）、半透模腔（4）与袋膜模腔（5），连接真空泵（2），打开带阀门接头Ⅰ（7），关闭带阀门接头Ⅵ（20），抽真空，检验气密性；

（3）真空吸渗：混配树脂胶液，搅拌均匀后注入储胶罐（31），抽真空，依次打开带阀门接头Ⅲ（9）、带阀门接头Ⅴ（15）和带阀门接头Ⅳ（10），利用真空吸力将树脂胶液注入成型模腔（21），浸渍所述纤维预成型体；

（4）半透真空脱泡：树脂胶液注射完成后，关闭带阀门接头Ⅳ（10）和带阀门接头Ⅴ（15），继续保持抽真空，排出模腔内树脂胶液中的气泡；

（5）循环浸渍：所述半透真空脱泡后，关闭真空泵（2），打开抽气口与大气相通，采用半透性阀门接头（16）连接注胶口（13）和真空泵（2），打开带阀门接头Ⅳ（10）和带阀门接头Ⅵ（20），开启真空泵（2）抽真空，利用树脂自身重力和真空吸力使树脂胶液向下回流浸润纤维预成型体；

（6）关闭带阀门接头Ⅳ（10）和带阀门接头Ⅵ（20），连接气体通道（6）与真空泵（2），开启真空泵（2）吸渗树脂胶液，使树脂胶液向上浸润纤维预成型体；

（7）重复步骤（5）、（6），反复循环浸润纤维增强材料，具体循环次数根据树脂体系凝胶时间确定；

（8）再脱泡：所述循环浸渍完成后，关闭带阀门接头Ⅳ（10）和带阀门接头Ⅵ（20），保持抽真空状态，排出模腔内树脂胶液中的气泡；

（9）固化：保持抽真空状态，直至树脂完全固化；

（10）脱模及后处理：固化完全后，冷却至室温状态，脱除成型模具，清除飞边，得到所述聚合物基复合材料。

6.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，所述真空吸渗时，实时观察和监测储胶罐（31）的液面下降速度，若液面匀速持续下降，则直接利用真空吸渗方式完成树脂注射和浸润纤维预成型体；若液面只是在开始吸渗时持续下降，然后下降非常缓慢或基本停止下降，则开启静力压渗装置（3）：保持抽真空，开启带阀门接头Ⅱ（8），向储胶罐（31）加压，加载压力驱使罐内树脂胶液匀速地注入成型模腔（21），浸渍纤维预成型体。

7.根据权利要求6所述的成型方法，其特征在于，所述向储胶罐（31）加压时，按从小到大的顺序调节压力，使树脂匀速注入成型模腔（21），所述调节压力范围为1~10atm。

8.根据权利要求5所述的成型方法，其特征在于，所述步骤（2）中抽真空，直至成型模腔（21）的真空度达到-1.0atm并保持1h以上。

9.根据权利要求5~8中任一项所述的成型方法，其特征在于，所述反复循环浸润纤维增强材料的次数为3~5次，所述固化的时间和温度根据树脂体系自身的固化动力学反应机理确定。

10.根据权利要求5~8中任一项所述的成型方法，其特征在于，所述半透真空脱泡的时间为10~30min，所述步骤（5）、（6）的持续时间均为5~10min，所述再脱泡的持续时间大于60min。