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先進(jìn)碳纖維復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高、耐疲勞、各向異性和可設(shè)計(jì)性、材料與結(jié)構(gòu)的一次成型等性能，自上世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，很快獲得廣泛應(yīng)用，成為航空航天4大材料之一。隨著碳纖維材料性能和制造技術(shù)的不斷改進(jìn)，碳纖維復(fù)合材料未來(lái)在戰(zhàn)斗機(jī)、大型軍用運(yùn)輸機(jī)、無(wú)人機(jī)等平臺(tái)上必將占有重要地位。 本文來(lái)自123
copyright 123456 123456 本文來(lái)自123 123456 123,123
為滿足新一代戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)高機(jī)動(dòng)性、超音速巡航及隱身的要求，進(jìn)入90年代后，西方的戰(zhàn)斗機(jī)無(wú)一例外地大量采用碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，用量一般都在25％以上，有的甚至達(dá)到35％，結(jié)構(gòu)減重效率達(dá)30％。應(yīng)用部位幾乎遍布飛機(jī)的機(jī)體，包括垂直尾翼、水平尾翼、機(jī)身蒙皮以及機(jī)翼的壁板和蒙皮等。
無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)是未來(lái)航空武器的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。為滿足采購(gòu)政策、隱身性能、機(jī)動(dòng)性、生存力對(duì)材料的特殊需求，為盡可能地降低結(jié)構(gòu)重量、提高燃油裝載量，無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是大量應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料。以波音公司的X-45A 為例，除機(jī)身的龍骨、梁和隔框采用鋁合金外，其余的機(jī)體結(jié)構(gòu)都是由碳纖維復(fù)合材料制成。諾斯羅普?格魯門公司的X-47A的機(jī)體除一些接頭采用鋁合金外，整個(gè)機(jī)體幾乎全部采用了碳纖維復(fù)合材料。
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航空工業(yè)中制備復(fù)合材料制件的主要要求為：可支付得起；高度自動(dòng)化；好的質(zhì)量控制；降低模具成本及縮短生產(chǎn)周期。為了達(dá)到這些要求，航空工業(yè)正著眼于：編織技術(shù)；先進(jìn)的鋪帶技術(shù)；非熱壓罐技術(shù)；注射工藝；先進(jìn)的固化工藝；全質(zhì)量概念及熱塑性工藝。本文主要針對(duì)其預(yù)形件制造技術(shù)及零件成形技術(shù)進(jìn)行討論。
預(yù)成形體及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)制造及應(yīng)用技術(shù)
目前復(fù)合材料預(yù)成形體的制造技術(shù)主要有以下幾種：
（1） 縫合技術(shù)
縫合織物增強(qiáng)復(fù)合材料是采用高性能纖維和工業(yè)用縫合機(jī)將多層二維纖維織物縫合在一起，經(jīng)復(fù)合固化而成的紡織復(fù)合材料。它通過(guò)引用貫穿厚度方向的纖維來(lái)提高抗分層能力，增強(qiáng)層間強(qiáng)度、模量、抗剪切能力、抗沖擊能力、抗疲勞能力等力學(xué)性能，從而滿足結(jié)構(gòu)件的性能需求。
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到目前為止，大部分的縫合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的開發(fā)項(xiàng)目都是以美國(guó)的NASA為主進(jìn)行的。其中最著名的是利用縫合技術(shù)制造的復(fù)合材料機(jī)翼，其中采用了波音公司開發(fā)的28m長(zhǎng)的縫合機(jī)制造飛機(jī)機(jī)翼蒙皮復(fù)合材料預(yù)成形體。該縫合機(jī)能夠縫合超過(guò)25mm厚的碳纖維層，縫合速度達(dá)3000針/分。除了縫合蒙皮預(yù)成形體外，還可縫合加強(qiáng)筋?？p合完成后采用RFI 技術(shù)進(jìn)行加熱和加壓。這樣生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)件相對(duì)于同樣的鋁合金零件重量減少25%，成本降低20%。
在歐洲，EADS公司也開發(fā)了該技術(shù)，利用該技術(shù)首先制造的零件是A380后機(jī)身壓力隔框，該材料為干態(tài)碳纖維預(yù)成形體，比粘性的預(yù)浸料較易處理。每片復(fù)合材料使用自動(dòng)縫合機(jī)連接在一起，可靠性和可重復(fù)性好。采用的縫合機(jī)是幾種長(zhǎng)度的碳纖維織物并排鋪放在長(zhǎng)和寬都為8m 的臺(tái)面上。縫合頭由一個(gè)金屬橫梁帶著前后移動(dòng)，曲形針縫合材料的速度達(dá)到每分鐘100針。工程師使用一種特殊的曲形針能夠?qū)崿F(xiàn)單邊縫合，因而可以連接任何長(zhǎng)度的材料。連接后的后壓力隔框板成為一塊“毯子”。接著，“毯子”放在一個(gè)模具上被卷起來(lái)再鋪開，看起來(lái)像一個(gè)倒扣的大碗，為了獲得必要的強(qiáng)度，6塊這樣的“毯子”按不同方向交替鋪疊。預(yù)成形體的疊層板縫合在一起，然后將纖維板和樹脂一起放在熱壓罐里在真空狀態(tài)下加熱加壓熔化，最后固化。由于整個(gè)過(guò)程自動(dòng)化程度較高，因此成本低且可靠。 copyright 123456
縫合復(fù)合材料具有良好的層間性能、成本低、效率高，且可設(shè)計(jì)?？p合還可代替復(fù)合材料傳統(tǒng)的機(jī)械連接方法，從而提高整體性能。因此有望用于大型整體復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造，特別是可用于大型軍用運(yùn)輸機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)，減輕重量和降低成本。該技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)包括：專用設(shè)備的研制以及縫合工藝。
（2） 穿刺
穿刺是碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)三維加強(qiáng)的一種簡(jiǎn)單方法，在幾方面優(yōu)于縫合技術(shù)。但是它不能用于制造預(yù)成形體。在這個(gè)工藝中利用薄的削棒以正確的角度在固化前或固化時(shí)插入二維的碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料層板中，從而獲得三維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。Z向削棒可以是金屬材料（一般是鈦合金），也可采用非金屬材料（一般采用碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料）。復(fù)合材料的削棒直徑一般是0.25mm和0.5mm。將削棒插入的方式有兩種，一是采用真空袋熱壓的方法，二是采用超聲技術(shù)。真空袋熱壓法更適合于相對(duì)大或無(wú)障礙部位進(jìn)行Z向結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，而超聲法則對(duì)難到達(dá)部位或局部需要Z向加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)部位更為有效。另外，超聲法還可利用金屬削棒插入已固化的復(fù)合材料中實(shí)現(xiàn)分層復(fù)合材料的修理。
穿刺技術(shù)與縫合技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用極大改進(jìn)了復(fù)合材料的斷裂韌性，意味著復(fù)合材料能夠承受更高沖擊強(qiáng)度和剝離應(yīng)力。事實(shí)上，Z向增強(qiáng)技術(shù)已用于GE90發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片，對(duì)強(qiáng)度要求的部位進(jìn)行加強(qiáng)。在飛機(jī)上，該技術(shù)用于泡沫夾芯蒙皮結(jié)構(gòu)，是傳統(tǒng)上采用的鋁蜂窩結(jié)構(gòu)的擠壓強(qiáng)度的3倍。該技術(shù)比縫合技術(shù)更具發(fā)展?jié)摿?，主要是因?yàn)槠涔?jié)省了高成本的縫合機(jī)，尺寸不受限制，特別是能夠進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，因此是未來(lái)飛機(jī)機(jī)體應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
（3） 三維機(jī)織
該工藝目前已經(jīng)廣泛用于復(fù)合材料工業(yè)，主要用于生產(chǎn)單層、寬幅織物，作為復(fù)合材料的增強(qiáng)體。三維異型整體機(jī)織技術(shù)是國(guó)外上世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的高新紡織技術(shù)，它創(chuàng)造了一類新的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式。采用三維異型整體機(jī)織技術(shù)制造的復(fù)合材料制件具有整體性和力學(xué)的合理性兩大特點(diǎn)，是一種高級(jí)紡織復(fù)合材料。三維異型整體機(jī)織技術(shù)的突出特點(diǎn)是紡織異型整體織物，如T形、U形、工形、十字形等型材和圓管等，靈活的機(jī)織工藝還可以創(chuàng)造出許多新的復(fù)雜形狀織物。
目前主要開展纖維束排列布局的設(shè)計(jì)、編制工藝過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬，實(shí)現(xiàn)三維異型整體機(jī)織的自動(dòng)化、提高三維機(jī)織復(fù)合材料的質(zhì)量和生產(chǎn)率、加速三維異型整體機(jī)織復(fù)合材料的發(fā)展和推廣應(yīng)用。國(guó)外還利用三維機(jī)織技術(shù)在飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的其它結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了驗(yàn)證，如飛機(jī)的T型框、帶加強(qiáng)筋的壁板、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝架等，最先進(jìn)的是在Scramjet發(fā)動(dòng)機(jī)原型機(jī)上應(yīng)用了三維機(jī)織蜂窩夾芯復(fù)合材料燃燒室，材料為陶瓷基復(fù)合材料，其采用三維機(jī)織的最大益處是形成整體燃燒室結(jié)構(gòu)，解決了由一般制造方法帶來(lái)的連接和泄漏問(wèn)題。
（4） 編織
編織是一種基本的紡織工藝，能夠使兩條以上紗線在斜向或縱向互相交織形成整體結(jié)構(gòu)的預(yù)成形體。這種工藝通常能夠制造出復(fù)雜形狀的預(yù)成形體，但其尺寸受設(shè)備和紗線尺寸的限制。在航空工業(yè)，目前該技術(shù)主要集中在編織的設(shè)備、生產(chǎn)和幾何分析上，最終的目的是實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化生產(chǎn)，并將設(shè)備和工藝與CAD/CAM進(jìn)行集成。該工藝技術(shù)一般分為兩類，一類的二維編織工藝，另一類是三維編織工藝。 內(nèi)容來(lái)自123456
傳統(tǒng)的二維編織工藝能用于制造復(fù)雜的管狀、凹陷或平面零件的預(yù)成形體，它與其它紡織技術(shù)相比成本相對(duì)較低。它的研究主要集中在研發(fā)自動(dòng)化編織機(jī)來(lái)減少生產(chǎn)成本和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。它的關(guān)鍵技術(shù)包括質(zhì)量控制、纖維方向和分布、芯軸設(shè)計(jì)等。它在航空工業(yè)的應(yīng)用包括制造飛機(jī)進(jìn)氣道和機(jī)身J 型隔框。該技術(shù)通常與RTM和RFI技術(shù)結(jié)合使用，另外也可以與擠壓成形和模壓成形聯(lián)合使用。其應(yīng)用水平在洛克希德?馬丁公司生產(chǎn)F-35戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)氣道制造中最能體現(xiàn)其先進(jìn)性，加強(qiáng)筋與進(jìn)氣道殼體是整體結(jié)構(gòu)，減少了95% 的緊固件，提高了氣動(dòng)性能和信號(hào)特征，并簡(jiǎn)化了裝配工藝。為了克服二維編織厚度方面強(qiáng)度低的問(wèn)題，開發(fā)了三維編織技術(shù)，為制造無(wú)余量預(yù)成形體提供了可能。但是該技術(shù)同樣受到設(shè)備尺寸限制。
目前，一般的編織設(shè)備只能生產(chǎn)小于100mm截面的預(yù)成形體，而飛機(jī)零件的大型化則需要大尺寸且昂貴的編織機(jī)。該技術(shù)雖然從60年代就已發(fā)展起來(lái)，經(jīng)歷了四步編織、二步編織到多層互鎖編織技術(shù)。隨著三維編織機(jī)的發(fā)展，其在飛機(jī)制造的未來(lái)仍具有很大應(yīng)用潛力。三維編織的C、J、T板材和I型梁、連桿、機(jī)體大梁、F型機(jī)身隔框、機(jī)身筒形件等都已得到驗(yàn)證。 123456
（5） 針織
針織用于碳纖維復(fù)合材料的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)始于上世紀(jì)90年代。由于它的方向強(qiáng)度、沖擊抗力較機(jī)織復(fù)合材料好，且針織物的線圈結(jié)構(gòu)有很大的可伸長(zhǎng)性，易于制造非承力的復(fù)雜形狀構(gòu)件。目前國(guó)外已生產(chǎn)了先進(jìn)的工業(yè)針織機(jī)，能夠快速生產(chǎn)復(fù)雜的近無(wú)余量結(jié)構(gòu)，而且材料浪費(fèi)少。用這種方法制造的預(yù)成形體可以加入定向纖維有選擇地用于某些部位增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。另外，這種線圈的針織結(jié)構(gòu)在受到外力時(shí)很容易變形，因此適于在復(fù)合材料上成形孔，比鉆孔具有很大優(yōu)勢(shì)。但是它較低的機(jī)械性能也影響了它的廣泛應(yīng)用。
（6） 經(jīng)編
針織在航空航天工業(yè)的應(yīng)用很有潛力。而采用經(jīng)向針織技術(shù)，并與纖維鋪放概念相結(jié)合，制造的多軸多層經(jīng)向針織織物一般稱為經(jīng)編織物。這種材料由于不彎曲，因此纖維能以最佳形式排列。經(jīng)編技術(shù)可以獲得厚的多層織物且按照期望確定纖維方向，由于不需要鋪放更多的層數(shù)，極大提高經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)外目前已經(jīng)能夠在市場(chǎng)上獲得各種寬幅的碳纖維和玻璃纖維經(jīng)編織物。這種預(yù)成形體有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是與其他紡織復(fù)合材料預(yù)成形體相比成本低；二是它有潛力超過(guò)傳統(tǒng)的二維預(yù)浸帶層壓板，因?yàn)樗睦w維是直的，能夠在厚度方向增強(qiáng)從而提高材料的層間性能。但是目前限制其應(yīng)用的主要原因是原材料成本高以及市場(chǎng)化程度不夠。國(guó)外航空航天工業(yè)部門正在研究將這種技術(shù)用于次承力和主承力構(gòu)件，已經(jīng)在飛機(jī)機(jī)翼桁條和機(jī)翼壁板上進(jìn)行了驗(yàn)證，預(yù)計(jì)未來(lái)將在飛機(jī)制造中廣泛應(yīng)用。 copyright 123456
針對(duì)以上預(yù)成形體制造技術(shù)，國(guó)外近年還開展了多種研究，如美空軍實(shí)施復(fù)合材料結(jié)構(gòu)斜織預(yù)成形體開發(fā)計(jì)劃，取消鋪層工序，以降低加工整體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及成本。
（7） 層板及蜂窩結(jié)構(gòu)制造技術(shù)
纖維增強(qiáng)金屬層板（FRML）是由金屬薄板和纖維樹脂預(yù)浸料交替鋪放膠合而成的混雜復(fù)合材料。改變金屬類型和厚度、纖維樹脂預(yù)浸料系統(tǒng)、鋪貼順序、纖維方向、金屬表面處理和后拉伸度等可改變FRML的性能，以用于不同地方?，F(xiàn)在的FRML主要使用鋁合金薄板。由于使用鋁鋰合金可提高FRML的比剛度，使用鈦合金可大大可提高FRML的耐溫性，所以以鋁鋰合金或鈦合金為基的FRML也在考慮和研究中。FRML中的纖維可以是玻璃纖維、芳綸纖維和碳纖維，它們各自與鋁合金板組合后可構(gòu)成三種性能不同的FRML，分別稱為GLARE、ARALL和CARE。如今，F(xiàn)RML多指這三種材料。纖維預(yù)浸料用的膠主要是熱固性的環(huán)氧樹脂膠，也可使用熱塑性塑料如PEEK、聚苯硫醚和聚酰胺等取代熱固性樹脂膠。膠接蜂窩夾層結(jié)構(gòu)也是一種特殊的結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料，它把蜂窩開關(guān)的夾芯材料夾在兩塊面板之間并用膠粘劑粘接。因?yàn)榫哂辛己玫谋葟?qiáng)度和比剛度，因此在未來(lái)的大型軍用運(yùn)輸機(jī)及無(wú)人機(jī)等機(jī)體具有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用前景。
這些技術(shù)雖然民用更為廣泛，但在軍用飛機(jī)上的應(yīng)用潛力也很大。如A380在復(fù)合材料成熟技術(shù)支撐下，除碳纖維復(fù)合材料之外，空客還選定玻璃纖維增強(qiáng)的鋁合金層板Glare來(lái)制造27塊機(jī)身壁板。這一技術(shù)是A380 大型運(yùn)輸機(jī)將大范圍地采用創(chuàng)新材料的一個(gè)關(guān)鍵里程碑，StorkFokker公司的工廠已開始使用新型加工工藝大批量地生產(chǎn)該機(jī)機(jī)身壁板。被稱為Glare 的材料，是一種短玻璃纖維增強(qiáng)鋁合金，這種材料是由鋁合金薄板與環(huán)氧樹脂玻璃纖維夾芯粘接在一起形成的金屬和復(fù)合材料交疊結(jié)構(gòu)。Glare大約比鋁合金輕25%，有更好的抗疲勞強(qiáng)度和抗沖擊性。Glare 材料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是成形零件可以像鋁合金構(gòu)件一樣鉚接到飛機(jī)上。事實(shí)上，Glare材料可以如同整體鋁合金件一樣鉆孔和切削，因此可以使用同樣的工具進(jìn)行修理。Glare材料的使用將使A380飛機(jī)減重近1t（800kg），上機(jī)身壁板使用面積達(dá)470m2，共使用27塊Glare壁板，最長(zhǎng)的達(dá)11m。生產(chǎn)廠擴(kuò)建了12000m2以適應(yīng)這種材料的制造，目前已經(jīng)制造了機(jī)身壁板。但是Glare板比鋁合金昂貴，但如果成形為零件，如雙曲度壁板，則最終成本與拉伸鋁合金壁板幾乎一樣。這一技術(shù)在大型軍用運(yùn)輸機(jī)上具有廣泛的應(yīng)用前景。 copyright 123456
碳纖維復(fù)合材料零件成形及制造技術(shù)
目前在飛機(jī)機(jī)體上采用的碳纖維復(fù)合材料零件成形技術(shù)主要包括：
（1） 樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)
RTM工藝的主要原理是在模腔中鋪放按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)的增強(qiáng)材料預(yù)成形體，采用注射設(shè)備將專用樹脂體系注入閉合模腔，模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統(tǒng)，以保證樹脂流動(dòng)流暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤(rùn)纖維，還具有加熱系統(tǒng)，可加熱固化成形碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件。它是一種不采用預(yù)浸料，也不采用熱壓罐的成形方法。因此，具有效率高、投資、綠色等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)新一代飛機(jī)機(jī)體有發(fā)展?jié)摿Φ闹圃旒夹g(shù)。
樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)是一種低成本復(fù)合材料制造方法，最初主要用于飛機(jī)次承力結(jié)構(gòu)件，如艙門和檢查口蓋。1996年美國(guó)防務(wù)預(yù)研局開展了高強(qiáng)度主承力構(gòu)件的低成本RTM 制造技術(shù)研究。目前中小型碳纖維復(fù)合材料RTM零件的制造已經(jīng)獲得了較廣泛的應(yīng)用，而大型RTM件也在JSF的垂尾上應(yīng)用成功。該方法的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保、形成的層合板性能好且雙面質(zhì)量好，在航空中應(yīng)用不僅能夠減少本身勞動(dòng)量，而且由于能夠成形大型整體件，使裝配工作量減少。但是樹脂通過(guò)壓力注射進(jìn)入模腔形成的零件存在著孔隙含量較大、纖維含量較低、樹脂在纖維中分布不勻、樹脂對(duì)纖維浸漬不充分等缺陷，因此該技術(shù)還有改進(jìn)潛力。 123456
由于該技術(shù)還存在以上缺點(diǎn)，因此未來(lái)發(fā)展是降低工裝成本、提高結(jié)構(gòu)件性能、減少?gòu)U品率。因此，在該技術(shù)基礎(chǔ)上又開發(fā)了真空輔助樹脂注塑成形（VARI）技術(shù)，輔助樹脂被織物吸收，不僅可降低孔隙率，預(yù)成形纖維更緊密，真空形成的負(fù)壓，樹脂就順真空通路沿預(yù)成形體各層面流動(dòng)，從而充分浸漬纖維，并使纖維/樹脂分布均勻。其中提高性能，主要是為了采用RTM制造高強(qiáng)度主要結(jié)構(gòu)件，為此，美國(guó)國(guó)防預(yù)研局開發(fā)了Z向纖維增強(qiáng)RTM技術(shù)，該技術(shù)可在織物橫向或增強(qiáng)蒙皮界面處采用不連續(xù)纖維增強(qiáng)。這種新型制造理論可不通過(guò)編織或縫合實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)。該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中有幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)要解決：充填過(guò)程模擬技術(shù)、熱傳遞和固化反應(yīng)研究、注射方法研究、RTM 設(shè)備研究。
（2） 樹脂浸漬技術(shù)
RFI工藝是一種樹脂膜熔滲和纖維預(yù)制體相結(jié)合的一種樹脂浸漬技術(shù)。其成形過(guò)程是將樹脂制備成樹脂膜或稠狀樹脂塊，安放于模具的底部，其上層覆以縫合或三維編織等方法制成的纖維預(yù)制體。然后依據(jù)真空成形工藝的要點(diǎn)將模腔封裝，于熱環(huán)境下采用真空技術(shù)將樹脂由下向上抽吸。樹脂膜受熱后黏度降低，沿著預(yù)制體由下向上爬升，從而填滿整個(gè)預(yù)制體空間，隨即依照固化工藝，制成復(fù)合材料制件。該技術(shù)由于只采用傳統(tǒng)的真空袋壓成形方法，免去了RTM工藝所需的樹脂計(jì)量注射設(shè)備及雙面模具的加工，在制造出優(yōu)異的制品的同時(shí)大大降低了制品的成本。目前在航空領(lǐng)域主要應(yīng)用于飛機(jī)雷達(dá)天線罩。但是該工藝雖然不采用熱壓罐固化零件，但還需要真空袋系統(tǒng)進(jìn)行固化，而且工藝溫度要求高，所以要求核心材料和工裝能夠承受高溫。該技術(shù)包括的關(guān)鍵工藝技術(shù)包括：預(yù)形件成形（三維編織及縫合等技術(shù)）、樹脂流動(dòng)模擬及控制、編織及縫合設(shè)備研究。 123456
（3） 纖維纏繞
該工藝主要用于空心、圓形及橢圓零件，如管路及油箱。纖維束通過(guò)一個(gè)樹脂池后以各種方向和速度纏繞到芯軸上，方向和速度由纖維進(jìn)給機(jī)控制。這是一項(xiàng)已經(jīng)發(fā)展較為成熟的技術(shù)，無(wú)論是在自動(dòng)化、速度、變厚度、質(zhì)量和纖維方向上都得到了巨大改進(jìn)。它是筒形件的低成本快速制造方法。目前三維編織主要是成本高、自動(dòng)化程度低；未來(lái)可能用于昂貴的鈦合金接頭和發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等，而且在成本上有所減少。
（4） 拉擠
拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續(xù)玻璃纖維束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過(guò)擠壓模具成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)長(zhǎng)度不限的玻璃鋼型材。這種工藝最適于生產(chǎn)各種斷面形狀的玻璃鋼型材，如棒、管、實(shí)體型材（工字形、槽形、方形型材）等。拉擠成型是復(fù)合材料成型工藝中的一種特殊工藝，其優(yōu)點(diǎn)是： 123456
· 生產(chǎn)過(guò)程完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，生產(chǎn)效率高；
· 拉擠成型制品中纖維含量可高達(dá)80%，浸膠在張力下進(jìn)行，能充分發(fā)揮增強(qiáng)材料的作用，產(chǎn)品強(qiáng)度高；
· 制品縱、橫向強(qiáng)度可任意調(diào)整，可以滿足不同力學(xué)性能制品的使用要求；
· 生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)邊角廢料，產(chǎn)品不需后加工，故較其它工藝省工，省原料，省能耗；
· 制品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，長(zhǎng)度可任意切斷。拉擠成型工藝的缺點(diǎn)是產(chǎn)品形狀單調(diào)，只能生產(chǎn)線形型材，而且橫向強(qiáng)度不高。
擠成型工藝過(guò)程是由送紗、浸膠、預(yù)成型、固化定型、牽引、切斷等工序組成。無(wú)捻粗紗從紗架引出后，經(jīng)過(guò)排紗器進(jìn)入浸膠槽浸透樹脂膠液，然后進(jìn)入預(yù)成型模，將多余樹脂和氣泡排出，再進(jìn)入成型模凝膠、固化。固化后的制品由牽引機(jī)連續(xù)不斷地從模具拔出，最后由切斷機(jī)定長(zhǎng)切斷。在成型過(guò)程中，每道工序都可以有不同方法：如送紗工序，可以增加連續(xù)纖維氈，環(huán)向纏繞紗或用三向織物以提高制品橫向強(qiáng)度；牽引工序可以是履帶式牽引機(jī)，也可以用機(jī)械手；固化方式可以是模內(nèi)固化，也可以用加熱爐固化；加熱方式可以是高頻電加熱，也可以用熔融金屬（低熔點(diǎn)金屬）等。 copyright 123456
拉擠成型工藝除立式和臥式機(jī)組外，尚有彎曲形制品拉擠成型工藝，反應(yīng)注射拉擠工藝和含填料的拉擠工藝等。目前該技術(shù)在航空領(lǐng)域應(yīng)用并不廣泛，一是由于模壓技術(shù)水平難于達(dá)到其它金屬模壓質(zhì)量要求，二是相對(duì)其它金屬型材成本高。此外，該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展必須能夠制造多種截面材料，如變截面形狀和曲面型拉擠工藝。
（5） 自動(dòng)鋪放技術(shù)
該技術(shù)雖然在現(xiàn)代飛機(jī)上已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，并取得了巨大進(jìn)展。但飛機(jī)復(fù)合材料零件的生產(chǎn)由于規(guī)模有限，因此全自動(dòng)化可能并不是最經(jīng)濟(jì)的手段，但半自動(dòng)化生產(chǎn)則是較可行的制造方法?，F(xiàn)有的自動(dòng)鋪疊技術(shù)已經(jīng)在速度和準(zhǔn)確度上有很大增長(zhǎng)，而且計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)它產(chǎn)生了很大影響，鋪疊面積也有所增長(zhǎng)。雖然目前還沒有一定突破，但是技術(shù)改進(jìn)將是連續(xù)不斷進(jìn)行的。在切割技術(shù)方面近年有了很大進(jìn)展。目前有三種方法：機(jī)械、激光和水切割機(jī)，每種有其優(yōu)缺點(diǎn)。但目前還未看到有新的突破。 123,123
（6） 絲束鋪放技術(shù)
絲束鋪放(Tow Placement)相對(duì)較新并在近年格外受到關(guān)注。它兼顧了自動(dòng)鋪疊與纖維纏繞的優(yōu)點(diǎn)。能夠制造復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件，對(duì)纖維角度不限制。而且有極大減少生產(chǎn)成本的潛力。在空軍的MANTECH和NASA的ACT項(xiàng)目中，該技術(shù)的價(jià)值已得到證實(shí)。未來(lái)的開發(fā)包括最佳化控制系統(tǒng)、鋪放頭位置反饋、在線快速檢測(cè)、準(zhǔn)確和高質(zhì)量產(chǎn)品。
（7）其他
在以上技術(shù)基礎(chǔ)上，國(guó)外還開展了復(fù)合材料快步成形法（采用快步成形法將取消熱壓罐，代之以浮動(dòng)模和流動(dòng)振動(dòng)的流體進(jìn)行固化。從而將固化時(shí)間從24h降至1h。所需壓力從傳統(tǒng)熱壓罐法的60～ 200psi降至1～4psi1MPa=145psi）。）、流動(dòng)成形法（是用熱塑性復(fù)合材料來(lái)制造大型零件的一個(gè)突破，是一種低成本生產(chǎn)技術(shù)，可制出高比強(qiáng)度的復(fù)合材料。）、新注塑成形法等技術(shù)。隔膜成形原是一種為熱塑性復(fù)合材料開發(fā)的成形工藝，后發(fā)現(xiàn)用于熱固性復(fù)合材料具有很廣泛的用途。它具有成形過(guò)程中纖維不易滑動(dòng)、從而不易產(chǎn)生皺折的特殊功效，非常適用于加工大型飛機(jī)機(jī)翼前梁的C型截面。在近年推出的A400M等大型飛機(jī)前梁C 型截面中，已廣泛采用了這種工藝方法。 123456
另外還開發(fā)了復(fù)合材料連接件、低成本工裝、用磨擦發(fā)光材料檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷、應(yīng)用高溫傳感器檢測(cè)碳-碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)完整性以及層合復(fù)合材料斷裂及失效的預(yù)測(cè)技術(shù)等。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究局的資助下，得克薩斯大學(xué)和都柏林的Trinity學(xué)院的研究人員，已成功制備出連續(xù)碳納米管復(fù)合材料纖維，該種纖維可吸收的能量是目前用于制作防彈背心的Kevlar纖維的17倍。其他潛在的軍事用途還包括儲(chǔ)能“電子紡織品”，人工肌肉以及能制造微型飛行器的多功能纖維。此外，美國(guó)LVH涂層公司應(yīng)用納米復(fù)合材料技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)航空航天工業(yè)用的透明電沉積層，其耐磨性據(jù)稱是傳統(tǒng)有機(jī)涂層的10倍以上。它是在電脈涂層工藝中加入陶瓷基納米復(fù)合材料來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具有抗金屬劃傷及磨損能力。納米復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用了陶瓷球、晶體、非晶體物質(zhì)、管子或其它小于100納米的形體與有機(jī)樹脂組合而成。這種納米復(fù)合材料涂層雖是傳統(tǒng)工藝，但采用電泳進(jìn)行沉積對(duì)LVH公司帶來(lái)許多難點(diǎn)。這種技術(shù)在保留涂層透明性等裝飾性能的同時(shí)，使涂層耐劃傷及耐磨損。 123456
工藝技術(shù)存在的問(wèn)題
困擾著復(fù)合材料大量應(yīng)用的另一瓶頸技術(shù)是其工藝技術(shù)中尚存在許多有待解決的問(wèn)題。為降低復(fù)合材料成本，近年來(lái)開發(fā)了多種低成本工藝技術(shù)，包括自動(dòng)鋪帶、自動(dòng)鋪絲、液態(tài)成形、非熱壓罐固化等。其中自動(dòng)鋪帶和自動(dòng)鋪絲技術(shù)發(fā)展比較平穩(wěn)，而液態(tài)成形、非熱壓罐固化以及模具、連接等配套技術(shù)在發(fā)展中卻面臨著大量棘手問(wèn)題。
（1）紡織預(yù)成形體+ 液態(tài)成形技術(shù)問(wèn)題。
VARTM技術(shù)盡管很有發(fā)展前途，但其重復(fù)性受到限制，主要原因是：
·原材料的可變性。包括增強(qiáng)體和樹脂系統(tǒng)。
·各步工藝過(guò)程的自動(dòng)化。特別是預(yù)成形體的鋪層以及熔滲過(guò)程的自動(dòng)化。
·虛擬設(shè)計(jì)工具，主要包括樹脂流動(dòng)預(yù)測(cè)軟件、綜合化的復(fù)合材料有限元軟件包。
干的增強(qiáng)體通常以各種成卷的織物形式供應(yīng)。機(jī)織產(chǎn)品由于在織物中會(huì)產(chǎn)生皺褶，因此強(qiáng)度會(huì)有所降低。而經(jīng)編織物由于其滲透性明顯低于機(jī)織物，因而通常又不易進(jìn)行浸滲。與傳統(tǒng)預(yù)浸料相比，干的增強(qiáng)體使得獨(dú)立的絲束/纖維在切割及裝卸過(guò)程中非常易于移動(dòng)，因此有可能造成纖維取向的歪斜或?qū)е箩樋?，從而在生產(chǎn)中造成局部缺陷。目前，織物的鋪疊未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此，操作者的操作精確程度將顯著影響最終預(yù)成形體的精度。在預(yù)成形體的生產(chǎn)過(guò)程中將耗費(fèi)大量的勞動(dòng)力，因而會(huì)增加制造成本。解決的方法是研究自動(dòng)鋪放機(jī)。
普通的RTM件由于模具復(fù)雜、模具變形大、缺少低黏度樹脂，目前僅用于加工一些梁、肋、框等小型構(gòu)件。事實(shí)上，目前RTM樹脂所具備的韌性僅達(dá)到第一代環(huán)氧的水平。在F-22制造過(guò)程中，由于構(gòu)件偏大，控制模具的變形非常困難。為改進(jìn)RTM件韌性偏低的問(wèn)題，由Cytec開發(fā)了Priform技術(shù)。最近該公司展出了用新型式的Priform技術(shù)制造的后壓力隔框。標(biāo)準(zhǔn)的Priform用熱塑性增韌劑紡成纖維并與碳纖維編織在一起，新型式的Priform的增韌劑用的則是熱吹的可溶膜，該膜插入碳纖維帶之間，形成一種非編織的織物，薄膜溶解并與環(huán)氧基體交混在一起形成增韌構(gòu)件。
在RTM的各種派生技術(shù)中，在VARTM的各種派生工藝中，可控氣氛壓力樹脂熔滲（CAPRI）和真空輔助成形（VAP）是兩種比較有特點(diǎn)的方法。其中CAPRI法的優(yōu)點(diǎn)是可使纖維體積含量提高5%～10%。VAP 采用在真空袋下放置帶有微孔的掩膜，在熔滲過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)排氣，從而減少氣孔的產(chǎn)生。
（2）非熱壓罐固化技術(shù)問(wèn)題。
非熱壓罐固化在過(guò)去一直頗受爭(zhēng)議。如在787 生產(chǎn)過(guò)程中，非美國(guó)承包商原提議RFI件采用非熱壓罐固化，但波音公司經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，認(rèn)為韌性不滿足規(guī)范要求，因此還需熱壓罐固化。其中關(guān)鍵的問(wèn)題是如何界定“熱壓罐質(zhì)量”。目前，越來(lái)越多的制造商對(duì)于原有的假定產(chǎn)生質(zhì)疑。他們認(rèn)為，非熱壓罐固化確實(shí)會(huì)使纖維體積含量減少，但其影響甚小，如在VARTM技術(shù)中，單向帶及織物的纖維體積含量已分別達(dá)到60% 和56%，而熱壓罐固化所能達(dá)到的相應(yīng)值也僅為62%和58%。因此，相對(duì)于熱壓罐法而論，韌性的降低大約處于3%～4%之間。而判定一種產(chǎn)品的可接受性，僅評(píng)價(jià)性能未免偏激，減重、零件數(shù)、可制造性、加工時(shí)間、表面質(zhì)量以及成本因素也應(yīng)綜合考慮，因而，非熱壓罐固化還是前景看好。
較之VARTM和RTM更接近傳統(tǒng)方法的是采用為非熱壓罐固化開發(fā)的專用預(yù)浸料，然后在固化爐中固化。目前，先進(jìn)復(fù)合材料公司的首個(gè)熱壓罐外固化復(fù)合材料MTM44-1已取得空客認(rèn)可用做結(jié)構(gòu)件。MTM44-1是一種兩步固化（130℃～180℃）高性能韌化環(huán)氧基預(yù)浸帶，經(jīng)低壓真空袋處理后，具有低孔隙率?？芍圃齑笮驼w結(jié)構(gòu)。MTM44-1有兩種預(yù)浸帶形式（帶及織物）。目前正在應(yīng)用并進(jìn)行合格認(rèn)證的其他三種預(yù)浸帶有MTM45-1、MTM46 以及MVR444。 123456
（3）模具問(wèn)題。
先進(jìn)復(fù)合材料成形用的模具制造是一種精密的技術(shù)，必須尺寸精確、表面光潔度好，能經(jīng)受多循環(huán)的固化。因此，起制造成本高昂，特別是殷伐鋼模具的制造成本有時(shí)占結(jié)構(gòu)件制造成本的75%。為此，模具的制造需要不斷創(chuàng)新，主要表現(xiàn)在：
· 鎳合金薄殼模具；
· 采用低壓RTM；
· 在復(fù)合材料模具上采用金屬涂層；
· 碳/ 雙馬材料制的模具；
· 烘箱中固化用的模具；
· 形狀記憶聚合物模具；
· 碳泡沫材料制模具；
· 納米技術(shù)對(duì)模具的改性；
· 采用石墨/ 環(huán)氧復(fù)合材料模具。 123456
來(lái)源：碳纖維制造與行業(yè)網(wǎng)
本文來(lái)自123
