树脂基复合材料成形工艺进展七管道泵

树脂基复合材料成形工艺进展（七）

树脂基复合材料成形工艺进展（七） 2011： 工艺技术存在的问题

困扰着复合材料大量应用的另一瓶颈技术是其工艺技术中尚存在许多有待解决的问题。为降低复合材料成本，近年来开发了多种低成本工艺技术，包括自动铺带、自动铺丝、液态成形、非热压罐固化等。其中自动铺带和自动铺丝技术发展比较平稳，而液态成形、非热压罐固化以及模具、连接等配套技术在发展中却面临着大量棘手问题。

(1)纺织预成形体+液态成形技术问题。

VARTM技术尽管很有发展前途，但其重复性受到限制，主要原因是：

·原材料的可变性。包括增强体和树脂系统。·各步工艺过程的自动化。特别是预成形体的铺层以及熔渗过程的自动化。·虚拟设计工具，主要包括树脂流动预测软件、综合化的复合材料有限元软件包。

干的增强体通常以各种成卷的织物形式供应。机织产品由于在织物中会产生皱褶，因此强度会有所降低。而经编织物由于其渗透性明显低于机织物，因而通常又不易进行浸渗。与传统预浸料相比，干的增强体使得独立的丝束/纤维在切割及装卸过程中非常易于移动，因此有可能造成纤维取向的歪斜或导致针孔，从而在生产中造成局部缺陷。目前，织物的铺叠未实现自动化，因此，操作者的操作精确程度将显著影响最终预成形体的精度。在预成形体的生产过程中将耗费大量的劳动力，因而会增加制造成本。解决的方法是研究自动铺放机。

普通的RTM件由于模具复杂、模具变形大、缺少低黏度树脂，目前仅用于加工一些梁、肋、框等小型构件。事实上，目前RTM树脂所具备的韧性仅达到第一代环氧的水平。在F-22制造过程中，由于构件偏大，控制模具的变形非常困难。为改进RTM件韧性偏低的问题，由Cytec开发了Priform技术。最近该公司展出了用新型式的Priform技术制造的后压力隔框。标准的Priform用热塑性增韧剂纺成纤维并与碳纤维编织在一起，新型式的Priform的增韧剂用的则是热吹的可溶膜，该膜插入碳纤维带之间，形成一种非编织的织物，薄膜溶解并与环氧基体交混在一起形成增韧构件。

在RTM的各种派生技术中，在VARTM的各种派生工艺中，可控气氛压力树脂熔渗(CAPRI)和真空辅助成形(VAP)是两种比较有特点的方法。其中CAPRI法的优点是可使纤维体积含量提高5%～10%。VAP采用在真空袋下放置带有微孔的掩膜，在熔渗过程中可实现排气，从而减少气孔的产生。

(2)非热压罐固化技术问题。

非热压罐固化在过去一直颇受争议。如在787生产过程中，非美国承包商原提议RFI件采用非热压罐固化，但波音公司经过验证，认为韧性不满足规范要求，因此还需热压罐固化。其中关键的问题是如何界定“热压罐质量”。目前，越来越多的制造商对于原有的假定产生质疑。他们认为，非热压罐固化确实会使纤维体积含量减少，但其影响甚小，如在VARTM技术中，单向带及织物的纤维体积含量已分别达到60%和56%，而热压罐固化所能达到的相应值也仅为62%和58%。因此，相对于热压罐法而论，韧性的降低大约处于3%～4%之间。而判定一种产品的可接受性，仅评价性能未免偏激，减重、零件数、可制造性、加工时间、表面质量以及成本因素也应综合考虑，因而，非热压罐固化还是前景看好。

较之VARTM和RTM更接近传统方法的是采用为非热压罐固化开发的专用预浸料，然后在固化炉中固化。目前，先进复合材料公司的首个热压罐外固化复合材料MTM44-1已取得空客认可用做结构件。MTM44-1是一种两步固化(130℃～180℃)高性能韧化环氧基预浸带，经低压真空袋处理后，具有低孔隙率。可制造大型整体结构。MTM44-1有两种预浸带形式(带及织物)。目前正在应用并进行合格认证的其他三种预浸带有MTM45-1、MTM46以及MVR444。

(3)模具问题。

先进复合材料成形用的模具制造是一种精密的技术，必须尺寸精确、表面光洁度好，能经受多循环的固化。因此，起制造成本高昂，特别是殷伐钢模具的制造成本有时占结构件制造成本的75%。为此，模具的制造需要不断创新，主要表现在：

·镍合金薄壳模具；·采用低压RTM；·在复合材料模具上采用金属涂层；·碳/双马材料制的模具；·烘箱中固化用的模具；·形状记忆聚合物模具；·碳泡沫材料制模具；·纳米技术对模具的改性；·采用石墨/环氧复合材料模具

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