先進復(fù)合材料主要生產(chǎn)工藝介紹

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上先進復(fù)合材料主要生產(chǎn)工藝介紹先進復(fù)合材料，具有輕質(zhì)、高強、高模量、良好的抗疲勞性、耐腐蝕性、可設(shè)計性突出、成型工藝性好和成本低等特點，是理想的航空航天及工業(yè)結(jié)構(gòu)材料，在航空產(chǎn)品上得到了廣泛應(yīng)用，已成為新一代飛機機體的主體結(jié)構(gòu)材料。復(fù)合材料先進技術(shù)的成熟使其性能最優(yōu)和低成本成為可能，從而大大推動了復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用。一些大的飛機制造商在飛機設(shè)計制造中，正逐步減少傳統(tǒng)金屬加工的比例，優(yōu)先發(fā)展復(fù)合材料制造。本文著重介紹復(fù)合材料制造過程中所涉及到的主要工藝。 復(fù)合材料的性能在纖維與樹脂體系確定后，主要取決于成型固化工藝。所謂成型固化工藝包括兩方面內(nèi)容，一是成型，這就是將預(yù)

2、浸料根據(jù)產(chǎn)品的要求，鋪制成一定的形狀，一般就是產(chǎn)品的形狀。二是進行固化，這就是使已經(jīng)鋪制成一定形狀的疊層預(yù)浸料，在溫度、時間和壓力等因素下使形狀固定下來，并能達到預(yù)計的使用性能要求。 復(fù)合材料及其制件的成型方法，是根據(jù)產(chǎn)品的外形、結(jié)構(gòu)與使用要求，結(jié)合材料的工藝性來確定的。目前，已在生產(chǎn)中采用的成型方法有：1、 手糊成型-濕法鋪層成型 2 、真空袋壓法成型3、 壓力袋成型 4、樹脂注射和樹脂傳遞成型5、噴射成型 6、真空輔助樹脂注射成型7、夾層結(jié)構(gòu)成型 8、模壓成型9、注射成型 10、擠出成型11、纖維纏繞成形 12、拉擠成型13、連續(xù)板材成型 14、層壓或卷制成型15熱塑性片狀模塑料熱沖壓成型

3、 16離心澆注成型本文主要介紹幾種常用的工藝方法1、手糊成型 手糊成型是聚合物基復(fù)合材料制造中最早采用和最簡單的方法。其工藝過程是先在模具上涂刷含有固化劑的樹脂混合物，再在其上貼一層按要求剪裁好的纖維織物，用刷子擠壓織物，使其均勻浸膠并排出氣泡后，再涂刷樹脂混合物和鋪貼第二層纖維織物，反復(fù)上述過程直至達到所需厚度。然后在一定壓力和溫度下加熱固化成型，或者利用樹脂體系固化時放出的熱量固化成型，最后脫模得到復(fù)合材料制品。手工鋪貼方法的優(yōu)點是可使蒙皮厚度有大的變化，進行局部加強，嵌入接頭用的金屬加強片，形成加強筋和蜂窩夾芯區(qū)等。 手工鋪層的缺點是生產(chǎn)效率低、成本高，不適應(yīng)大批量生產(chǎn)和大型復(fù)雜復(fù)合材料

4、制件的生產(chǎn)要求。目前，手工鋪層使用了許多專用設(shè)備來控制和保證鋪層的質(zhì)量，如復(fù)合材料預(yù)浸料自動剪裁下料系統(tǒng)和鋪層激光定位系統(tǒng)等，即采用專門的數(shù)控切割設(shè)備來進行預(yù)浸料和輔助材料的平面切割，從而將依賴于樣板的制造過程轉(zhuǎn)變?yōu)榭筛鶕?jù)復(fù)合材料設(shè)計軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件進行全面運作的制造過程。 2、擠出成型擠出成型又稱為擠塑，在加工中利用液壓機壓力在模具本身的擠出稱壓出。是指物料通過擠出機料筒和螺桿間的作用，邊受熱融化，邊被螺桿向前推送，連續(xù)通過機頭而制成各種截面制品或半制品的一種加工方法。 擠出成型技術(shù)采用有隔離襯紙的單向預(yù)浸帶，其裁剪、定位、鋪疊、輥壓均采用數(shù)控技術(shù)自動完成，由自動鋪帶機實現(xiàn)。多軸龍門式機械

5、臂完成鋪帶位置的自動控制，鋪帶頭上裝有預(yù)浸帶輸送和切割系統(tǒng)，根據(jù)待鋪放工件邊界輪廓自動完成預(yù)浸帶的鋪放和特定形狀位置的切割。預(yù)浸帶在加熱狀態(tài)時，在壓輥的壓力作用下鋪疊到模具表面。 隨著自動鋪帶設(shè)備、編程、計算機軟件、鋪帶技術(shù)以及材料的進一步發(fā)展，自動鋪帶的效率變得更高，性能更可靠，操作性更友好。與手工相比，先進鋪帶技術(shù)可降低制造成本的30%50，可成型超大尺寸和形狀復(fù)雜的復(fù)合材料制件，而且質(zhì)量穩(wěn)定，縮短了鋪層及裝配時間，工件近凈成型，切削加工及原材料耗費減少。目前，最先進的第五代鋪帶機是帶有雙超聲切割刀和縫隙光學探測器的十軸鋪帶機，鋪帶寬度最大可達到300mm，生產(chǎn)效率可達到手工鋪疊的數(shù)十倍。

6、 3、熱壓法固化成型。 熱壓罐固化成型是航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件傳統(tǒng)的制造工藝，它有產(chǎn)品重復(fù)性好、纖維體積含量高、孔隙率低或無孔隙、力學性能可靠等優(yōu)點。熱壓罐固化的缺點主要是耗能高以及運行成本高等。而目前大型復(fù)合材料構(gòu)件必需在大型或超大型熱壓罐內(nèi)固化，以保證制件的內(nèi)部質(zhì)量，因此熱壓罐的三維尺寸也在不斷加大，以適應(yīng)大尺寸復(fù)合材料制件的加工要求。目前，熱壓罐都采用先進的加熱控溫系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)，能夠有效地保證在罐內(nèi)工作區(qū)域的溫度分布均勻，保證復(fù)合材料制件的內(nèi)部質(zhì)量和批次穩(wěn)定性，如準確的樹脂含量、低或無空隙率和無內(nèi)部其他缺陷。這也是熱壓罐一直沿用至今的主要原因。 4、RTM成型。 RTM成型已是十

7、分普及的工藝，它是以樹脂轉(zhuǎn)移成型為主體，包括各種派生的RTM技術(shù)，大約有2530種之多，其中，RTM、真空輔助RTM（VARTM）、真空輔助樹脂注射成型（VARI）、樹脂膜熔浸成型（RFI）和樹脂浸漬成形（SCRIMP）被稱為RTM的5大主要成型工藝，也是目前應(yīng)用最多的RTM工藝。 RTM的優(yōu)點是成品的損傷容限高，可成型精度高、孔隙率小的復(fù)雜構(gòu)件及大型整體件。RTM成型的關(guān)鍵是，要有適當?shù)脑鰪婎A(yù)形件以及適當黏度的樹脂或樹脂膜。RTM要求樹脂在注射溫度下的黏度值低，第一代環(huán)氧樹脂的粘度要求在500cps（0.5Pas）以下，以前對于較大尺寸的構(gòu)件要求樹脂黏度低于250cps（0.25Pas），R

8、TM工藝的主要設(shè)備是各種樹脂注射機和整體密閉型模具。 隨著新型增強材料結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，編織技術(shù)和預(yù)成形體技術(shù)與RTM技術(shù)相結(jié)合，形成了新的工藝發(fā)展和應(yīng)用方向。如采用三維編織技術(shù)將增強材料預(yù)制成3D結(jié)構(gòu)，然后再與RTM工藝復(fù)合，也可將纖維織物通過縫紉或粘結(jié)的方法，直接預(yù)制成制件形狀，再采用RTM工藝成型復(fù)合材料。 5、模壓成型模壓成型是一種對熱固性樹脂和熱塑性樹脂都實用的纖維復(fù)合材料成型方法。將定量的模塑料或顆粒狀樹脂與短纖維的混合物放入敞開的金屬對模中，閉模后加熱使其融化，并在壓力作用下充滿模腔，形成與模具形狀一樣的制品，再經(jīng)加熱使樹脂進一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使熱塑性樹脂硬化，脫模后

9、得到復(fù)合材料制品。 主要優(yōu)點：生產(chǎn)效率高，便于實現(xiàn)專業(yè)化和自動化生產(chǎn)；產(chǎn)品尺寸精度高，重復(fù)性好；表面光潔，無需二次修飾；能一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品；因為批量生產(chǎn)，價格相對低廉。 模壓成型的不足之處在于模具制造復(fù)雜，投資較大，加上受壓機限制，最適合于批量生產(chǎn)中小型復(fù)合材料制品。隨著金屬加工技術(shù)、壓機制造水平及合成樹脂工藝性能的不斷改進和發(fā)展，壓機噸位和臺面尺寸不斷增大，模壓料的成型溫度和壓力也相對降低，使得模壓成型制品的尺寸逐步向大型化發(fā)展，目前已能生產(chǎn)大型汽車部件、浴盆、整體衛(wèi)生間組件等。6、復(fù)合材料數(shù)字化設(shè)計制造一體化。 復(fù)合材料零件成型獨特的工藝特點決定了它在設(shè)計制造方面與金屬零件有很大差異

10、，而且更加復(fù)雜。 復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化設(shè)計制造以復(fù)合材料設(shè)計/制造平臺和附和材料數(shù)字化制造設(shè)備為軟硬件基礎(chǔ)。改變了傳統(tǒng)復(fù)合材料的設(shè)計/制造方式，采用數(shù)字量形式對產(chǎn)品進行全面描述和數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)了設(shè)計與制造之間的無縫集成。 復(fù)合材料設(shè)計軟件與現(xiàn)有CAD系統(tǒng)的集成為設(shè)計/制造復(fù)合材料構(gòu)件提供了有力平臺。包括初步設(shè)計、工程詳細設(shè)計、制造詳細設(shè)計和制造輸出4個階段。 復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化制造過程包括預(yù)浸料下料、鋪層鋪放、固化等工序，目前復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化制造主要體現(xiàn)在預(yù)浸料自動下料、激光鋪層定位和纖維自動鋪放等方面。 復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化設(shè)計制造使實施并行工程成為可能，在設(shè)計早期階段解決制造問題，大大減少了車間修改和重復(fù)工作。設(shè)計和制造數(shù)據(jù)的無縫集成縮短了制造時間，減少了人工編程帶來的誤差，提高了構(gòu)件質(zhì)量。 結(jié)束語 綜上所述，隨著復(fù)合材料用量的遞增，使復(fù)合材料制造業(yè)迅速成為飛機制造業(yè)的主要組成部分。今后飛機50%以上的結(jié)構(gòu)件將由金屬轉(zhuǎn)為復(fù)合材料，復(fù)合材料制造將成為飛機制造的基本手段。復(fù)合材料制造工藝和專用設(shè)備