在樹脂基復合材料制造技術中，模壓成型技術常見，制造歷史長。樹脂基復合材料模壓成型主要是靠壓力、溫度、時間加以控制。因此在樹脂基復合材料一定的基礎上，成型壓力、成型溫度、成型時間這三大工藝參數的合理匹配與選擇，成為材料技術性能指標達到設計要求的關鍵。三大工藝參數合理量化的指標，可通過在實際生產中采用正交試驗方法，對三大因素采取不同的試驗水平，通過科學的計算方法，確定試驗中應該采取的不同的壓力、溫度和時間，再通過對試驗的樹脂基復合材料的技術性能進行檢測，終確定佳工藝參數，以期用少的試驗，短的時間，找出合適的工藝參數，使得樹脂基復合材料的性能好。
    從微觀考慮，三大工藝參數中的成型溫度、成型時間從量變到質變的度較好掌握，容易確定。只有當溫度達到一定值時，高分子樹脂才開始聚合反應，顯然，這一特定溫度值就是量變到質變的度量。同理，時間間隔也是如此，只有持續一段充分反應的時間，才能形成完全聚合，使高分子樹脂形成網狀立體交聯結構，達到充分固化，這一特定時間間隔就是量變到質變的度量。對于成型壓力，其不確定性要比成型溫度、成型時間更大。對材料在模腔內進行受力分析時,可先不考慮溫度、時間的變化,把它們視為常量。

                      
    物料在模具內自由堆砌。假設模腔內任意圖1 物料在模具內的法向應力微元的法向應力如圖1所示。此時堆砌后的物料為靜止，靜止的流體或流體的運動速度處處相同時，每個法向應力在數值上與壓力相等，即：

                      
式中，P為單位壓力；T為軸向應力。
將方程（1）＋（2）＋（3）得：

                    
  物料在模腔內由于壓力的作用面處于流動狀態。由于每種物料的性質不同，物料之間在流動時相互之間摩擦系數不同，物料流動的取向不同，再加上受模具幾何形狀的限制，物料與模具壁的摩擦阻力在各點不盡相同，促使物料在模具內各方向的流動速度不同，因此，由牛頓流體的粘度公式：

                   
    可知，一般來說т_X≠т_y≠т_Z，即在X軸方向、Y軸方向、Z軸方向的線密度是不相等的。可以看出，模壓成型樹脂基復合材料密度達到完全均勻是非常困難的，說明樹脂基復合材料客觀存在著內應力。
1軸向應力
1.1 Z軸法向應力（т_Z）
    當陽模進入陰模后，初始陽模下降快，隨著模腔中物料密度的加大，物料內摩擦和物料與模具壁的摩擦阻力增大，陽模下降趨緩。由此可見，對物料施加的壓力與壓力對下降距離的速率（法向壓強梯度）成正比。因此，Z軸法向壓力的計算公式為：

                   
    式中，δ為壓縮比。
    依據上述，靜止的流體或流體的運動速度處處相同的特殊情況，每個法向應力在數值上與壓力相等。所以，假設此時法向應力等于壓機壓強，由公式(5)計算積分：　
    公式（6）描述了物料壓縮量與壓力之間的關系，可作為壓進尺寸所需壓力的一種判據，并可推導出所需單位壓力的計算公式：

                      
1.2 X軸切向應力（т_X）
    由牛頓流體的粘度公式可知：牛頓應力與流體速度成正比，與流體上下間距成反比。即：

                    
    式中，T為剪切應力；μ為流動粘度；U為流體速度；h為流體上下間距；為速度對間距的速率。對模具施加壓力后，模腔內的物料開始流動，且流動速率與法向壓強梯度成正比，即：
    式中，k為比例常數。
    本文所指的流動粘度為軸向綜合流動粘度系數?？稍谡扯葴y試試驗中獲得，也可利用公式計算求得。綜合流動粘度計算公式：

                
    式中，λ為流動取向比，等于橫向特征尺寸與橫向特征尺寸、縱向特征尺寸之和的比，即：a為橫向特征尺寸;b為縱向特征尺寸；φ_i為某種材料的體積分數，且有：為某種材料的流 動粘度系數，令： 為復合材料綜合流動粘度系數。
    將公式(9)、(10)代入公式（8），得到X軸切向應力的計算公式：

                  
1.3 Y軸切向應力（T_y）
    Y軸切向應力的推導過程同X軸切向應力推導過程幾乎一樣，只是流動取向有區別。
    對于Y軸綜合流動粘度計算公式：

                 
    將公式(9)、(12)代入公式(8),得到Y軸切向應力的計算公式：

               
1.4 X軸、Y軸、Z軸應力公式的推導
    張梓雄、董曾南在《粘性流體力學》一書中指出，當流體靜止時，不同方向上的正應力具有不同的數值，且有：

 
   公式(14)、(15)、(16)分別是X軸、Y軸、Z軸在一定條件（一定壓強）下的軸向應力計算公式。
2算例
   某汽車制動器襯片毛坯厚度為33mm，當壓縮至17mm時，計算各項軸向應力。假設取向比λ＝0.4、流動粘度系數D=0.7、物料壓縮比δ＝3、比例系數k＝2。
      
    通過計算得，該汽車制動器襯片橫向剪切強度約為11MPa；縱向剪切強度約為16MPa；壓縮強度約為59MPa。
    上述計算結果可能與實際試驗數據存在一些誤差，這說明工藝條件的制約，制品的內部結構的缺陷、表面紋理、晶格排列、位錯、分子的運動等等，都能影響制品的性能。
3摩擦系數的估算
    摩擦系數等于材料的剪切強度與壓縮強度之比，即：

                  
    可以看出，當λ=0.5時，即制品的橫向特性尺寸與縱向特性尺寸相等時摩擦系數小。所以摩擦系數范圍為：

                            
    通過以上論證得出結論，任何復合材料的摩擦系數都是由材料本身性質決定的，與產生摩擦系數的外部環境無關。
    依據算例，某汽車制動器襯片摩擦系數值為：

            
   在摩擦系數范圍內，如選擇一摩擦系數為定值，就能確定制動器襯片縱橫比，從而確定制動器襯片的幾何尺寸。
    復合材料的一些性能數據在配方設計時，通過計算能夠大致掌握，在產品更新換代的研發中可節約大量人力、物力和財力，縮短試制周期，降低研制費用，達到事半功倍的作用。
    樹脂基復合材料在模具內各個方向的應力保持平衡是一個理想狀態，這樣能夠減少制品內應力，抵御更多外力作用。假設X軸、Y軸、Z軸各軸向應力相等，即：т_X= т_y= т_z   

    即橫向尺寸與縱向尺寸相等時，就能獲得相等的應力，保證了軸向剪切應力的平衡，減少了制品的內應力。依據算例（其他條件不變），平衡時的剪切應力為：

                     
    剪切強度約為14MPa。
    汽車制動器襯片橫向尺寸與縱向尺寸趨于一致時，能夠獲得高的剪切應力強度，特別是重載車制動材料的縱橫尺寸比趨于1時，剪切應力趨于平衡。
4結語
    綜上所述，通過對模壓成型過程中模腔內樹脂基復合材料所受應力進行計算分析，可推導出材料在X軸、Y軸和Z軸方向的應力公式，從而得出材料在模腔內所受的縱、橫向剪切強度和壓縮強度，估算出材料的摩擦系數，確定材料的幾何尺寸。理論計算是在理想狀態下進行，沒有考慮模壓過程中工藝技術參數的波動、樹脂的牌號、模壓的溫度、時間等諸多因素，所以計算結果與實際測試尚有差距。
                           參考文獻
[1]張梓雄，董曾南．粘性流體力學[M]．北京：清華大學出版社，1998.