先進(jìn)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(jìn)復(fù)合材料主要生產(chǎn)工藝介紹先進(jìn)復(fù)合材料，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模量、良好的抗疲勞性、耐腐蝕性、可設(shè)計(jì)性突出、成型工藝性好和成本低等特點(diǎn)，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(jī)機(jī)體的主體結(jié)構(gòu)材料。復(fù)合材料先進(jìn)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(dòng)了復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用。一些大的飛機(jī)制造商在飛機(jī)設(shè)計(jì)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(guò)程中所涉及到的主要工藝。 復(fù)合材料的性能在纖維與樹(shù)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(jìn)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(shí)間和壓力等因素下使形狀固定下來(lái)，并能達(dá)到預(yù)計(jì)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(lái)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(shù)脂注射和樹(shù)脂傳遞成型5、噴射成型 6、真空輔助樹(shù)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(jiǎn)單的方法。其工藝過(guò)程是先在模具上涂刷含有固化劑的樹(shù)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(shù)脂混合物和鋪貼第二層纖維織物，反復(fù)上述過(guò)程直至達(dá)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(shù)脂體系固化時(shí)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(diǎn)是可使蒙皮厚度有大的變化，進(jìn)行局部加強(qiáng)，嵌入接頭用的金屬加強(qiáng)片，形成加強(qiáng)筋和蜂窩夾芯區(qū)等。 手工鋪層的缺點(diǎn)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(lái)控制和保證鋪層的質(zhì)量，如復(fù)合材料預(yù)浸料自動(dòng)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(lái)進(jìn)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(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榭筛鶕?jù)復(fù)合材料設(shè)計(jì)軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行全面運(yùn)作的制造過(guò)程。 2、擠出成型擠出成型又稱為擠塑，在加工中利用液壓機(jī)壓力在模具本身的擠出稱壓出。是指物料通過(guò)擠出機(jī)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(guò)機(jī)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(dòng)完成，由自動(dòng)鋪帶機(jī)實(shí)現(xiàn)。多軸龍門式機(jī)械

5、臂完成鋪帶位置的自動(dòng)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(dòng)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(shí)，在壓輥的壓力作用下鋪疊到模具表面。 隨著自動(dòng)鋪帶設(shè)備、編程、計(jì)算機(jī)軟件、鋪帶技術(shù)以及材料的進(jìn)一步發(fā)展，自動(dòng)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(jìn)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(shí)間，工件近凈成型，切削加工及原材料耗費(fèi)減少。目前，最先進(jìn)的第五代鋪帶機(jī)是帶有雙超聲切割刀和縫隙光學(xué)探測(cè)器的十軸鋪帶機(jī)，鋪帶寬度最大可達(dá)到300mm，生產(chǎn)效率可達(dá)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(wú)孔隙、力學(xué)性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。熱壓罐固化的缺點(diǎn)主要是耗能高以及運(yùn)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(jìn)的加熱控溫系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)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(zhǔn)確的樹(shù)脂含量、低或無(wú)空隙率和無(wú)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(shù)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(shù)脂注射成型（VARI）、樹(shù)脂膜熔浸成型（RFI）和樹(shù)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(diǎn)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(dāng)?shù)脑鰪?qiáng)預(yù)形件以及適當(dāng)黏度的樹(shù)脂或樹(shù)脂膜。RTM要求樹(shù)脂在注射溫度下的黏度值低，第一代環(huán)氧樹(shù)脂的粘度要求在500cps（0.5Pas）以下，以前對(duì)于較大尺寸的構(gòu)件要求樹(shù)脂黏度低于250cps（0.25Pas），R

8、TM工藝的主要設(shè)備是各種樹(shù)脂注射機(jī)和整體密閉型模具。 隨著新型增強(qiáng)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(qiáng)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(guò)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(duì)熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂都實(shí)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(shù)脂與短纖維的混合物放入敞開(kāi)的金屬對(duì)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(shù)脂進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而固化，或者冷卻使熱塑性樹(shù)脂硬化，脫模后

9、得到復(fù)合材料制品。 主要優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和自動(dòng)化生產(chǎn)；產(chǎn)品尺寸精度高，重復(fù)性好；表面光潔，無(wú)需二次修飾；能一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品；因?yàn)榕可a(chǎn)，價(jià)格相對(duì)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(jī)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(jī)制造水平及合成樹(shù)脂工藝性能的不斷改進(jìn)和發(fā)展，壓機(jī)噸位和臺(tái)面尺寸不斷增大，模壓料的成型溫度和壓力也相對(duì)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(jì)制造一體化。 復(fù)合材料零件成型獨(dú)特的工藝特點(diǎn)決定了它在設(shè)計(jì)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(jì)制造以復(fù)合材料設(shè)計(jì)/制造平臺(tái)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(jì)/制造方式，采用數(shù)字量形式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面描述和數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與制造之間的無(wú)縫集成。 復(fù)合材料設(shè)計(jì)軟件與現(xiàn)有CAD系統(tǒng)的集成為設(shè)計(jì)/制造復(fù)合材料構(gòu)件提供了有力平臺(tái)。包括初步設(shè)計(jì)、工程詳細(xì)設(shè)計(jì)、制造詳細(xì)設(shè)計(jì)和制造輸出4個(gè)階段。 復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化制造過(guò)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(dòng)下料、激光鋪層定位和纖維自動(dòng)鋪放等方面。 復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化設(shè)計(jì)制造使實(shí)施并行工程成為可能，在設(shè)計(jì)早期階段解決制造問(wèn)題，大大減少了車間修改和重復(fù)工作。設(shè)計(jì)和制造數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成縮短了制造時(shí)間，減少了人工編程帶來(lái)的誤差，提高了構(gòu)件質(zhì)量。 結(jié)束語(yǔ) 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(jī)制造業(yè)的主要組成部分。今后飛機(jī)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(jī)制造的基本手段。復(fù)合材料制造工藝和專用設(shè)備