樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝的發(fā)展

1、<p>　　樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝的發(fā)展</p><p>　　[摘 要]近些年，我國(guó)復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展迅猛，我國(guó)在傳統(tǒng)復(fù)合材料成型工藝的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新開(kāi)拓，將越來(lái)越多的新成型方法應(yīng)用在復(fù)合材料工業(yè)中。本文主要圍繞近幾年使用較多的RTM成型工藝的創(chuàng)新和發(fā)展進(jìn)行了闡述，分析并探討了RTM成型工藝發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝在未來(lái)的發(fā)展方向做出了進(jìn)一步的展望。 </p><p&

2、gt;　　[關(guān)鍵詞]樹(shù)脂復(fù)合材料 RTM成型工藝 發(fā)展 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TV985 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）16-0271-01 </p><p>　　一、概述樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝 </p><p>　　樹(shù)脂復(fù)合材料工藝的技術(shù)核心是：在保障制品形狀、尺寸、質(zhì)量的前提下，使增強(qiáng)材料最大程度沿著預(yù)定方向鋪設(shè)，并保證鋪設(shè)

3、的均勻程度不變，性能不會(huì)下降，達(dá)到讓基體材料充分進(jìn)行固化的目的。此外，通過(guò)排擠界面和增強(qiáng)材料間的揮發(fā)氣體，讓它們間結(jié)合的更緊密，保證制品具有較低的空隙率。 </p><p>　　樹(shù)脂基復(fù)合材料已經(jīng)成為一種十分優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料與功能材料，因?yàn)槠洫?dú)特的優(yōu)點(diǎn)和價(jià)值，為現(xiàn)代航空、航天業(yè)制造領(lǐng)域提供了關(guān)鍵材料，并被廣泛地應(yīng)用于汽車(chē)、船舶、建筑和體育用品等行業(yè)。經(jīng)過(guò)幾十年的科研人員的努力，樹(shù)脂基復(fù)合材料成型方法多達(dá)幾十種，其設(shè)

4、備和工藝不斷迎合市場(chǎng)發(fā)展的需求，單件平均成本逐漸降低。這些成型工藝各有優(yōu)劣，適應(yīng)范圍也不盡相同，因此我們?cè)谘芯繒r(shí)需要區(qū)別對(duì)待。 </p><p>　　二、樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝的發(fā)展 </p><p>　?。ㄒ唬㏑TM成型工藝 </p><p>　　RTM技術(shù)也就是樹(shù)脂傳遞模塑技術(shù)，其歷史悠久，自20世紀(jì)50年代開(kāi)始被應(yīng)用在飛機(jī)雷達(dá)罩成型過(guò)程以來(lái)，已經(jīng)更廣泛地被應(yīng)用

5、于生產(chǎn)各類(lèi)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的過(guò)程中。具體說(shuō)來(lái)，RTM是一項(xiàng)通過(guò)將樹(shù)脂注入閉合模具，由此浸潤(rùn)增強(qiáng)材料使其進(jìn)行固化的工藝技術(shù)。它適合生產(chǎn)多品種、高質(zhì)量且中批量的先進(jìn)復(fù)合材料制品，也是目前歐洲樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝的主要發(fā)展方向之一。 </p><p>　　RTM成型工藝的主要優(yōu)勢(shì)有： </p><p>　　1、在不具備膠衣涂層的條件下，也能夠讓構(gòu)件具有雙面的光滑表面；2、制作出來(lái)的復(fù)雜構(gòu)架能具

6、備良好的表面品質(zhì)和高精度結(jié)構(gòu)；3、高成型率，能保障復(fù)合材料制品的產(chǎn)出率較高；4、將計(jì)算機(jī)作為模具和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工具引入進(jìn)工作流程；5、采用此種技術(shù)能減少成型過(guò)程中的揮發(fā)性物質(zhì)，利于工作人員的身心健康并保護(hù)環(huán)境。 </p><p>　　但RTM成型工藝也存在一些缺陷，比如樹(shù)脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)效果不好，成品里的空隙率居高不下，纖維含量低，不適用于大型模具進(jìn)行模塑（樹(shù)脂的流動(dòng)效果差），不適合生產(chǎn)大型復(fù)合材料等。 </p

7、><p>　?。ǘ┱婵蛰o助RTM（VARTM）成型工藝 </p><p>　　針對(duì)RTM成型工藝的缺陷，近些年國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了一系列的研究，讓真空輔助RTM（VARTM）成型工藝得到了廣泛應(yīng)用。該工藝正是在RTM技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來(lái)，通過(guò)在樹(shù)脂注入過(guò)程中從閉合模具出口處抽取真空，增強(qiáng)模具充模的壓力，不但能夠排除纖維束中揮發(fā)的氣體，還能夠增強(qiáng)模具內(nèi)腔中樹(shù)脂的流動(dòng)速度，從而加強(qiáng)樹(shù)脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)程度。

8、不過(guò)真空輔助RTM對(duì)于模具密封性提出了更高的要求，上下模具間不可漏氣，否則制作很容易失敗。 </p><p>　　該工藝與基礎(chǔ)RTM工藝相比，具有這些優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　　單面模具即可完成整個(gè)工藝，促使模具制作更簡(jiǎn)便；抽取真空的步驟有利于提高制品的纖維含量，有利于增強(qiáng)樹(shù)脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)，并使得浸潤(rùn)更充分；真空還有利于充分排除纖維束中的空氣，降低空隙率；適用于大尺寸復(fù)合材料的制作，改善

9、了基礎(chǔ)基礎(chǔ)RTM工藝不能夠讓樹(shù)脂在結(jié)構(gòu)更大、更復(fù)雜的模具中順暢流動(dòng)的缺陷，能生產(chǎn)大型復(fù)合材料。 </p><p>　　（三）輕型RTM成型工藝 </p><p>　　輕型RTM成型工藝保留了基礎(chǔ)RTM工藝的所有的優(yōu)點(diǎn)，卻又在其基礎(chǔ)上擁有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，例如模具制作更簡(jiǎn)單、低廉，使用輕質(zhì)半剛性模為上模即可讓脫模工作更加簡(jiǎn)單便利；具有注射壓力低的特點(diǎn)，通過(guò)在上模四周設(shè)置專(zhuān)門(mén)的流道，加速樹(shù)脂的流

10、動(dòng)速度；不限制生產(chǎn)制品的尺寸大小，不管大小都能夠適用。當(dāng)然它也有缺點(diǎn)，那就是其模具的使用壽命較小，需要經(jīng)常更換。 </p><p>　?。ㄋ模崤蛎汻TM成型工藝 </p><p>　　熱膨脹RTM成型工藝是通過(guò)改變壓力源對(duì)于基礎(chǔ)RTM工藝進(jìn)行了改進(jìn)，采用了對(duì)閉合剛性陰模中的芯模進(jìn)行熱膨脹的方式，達(dá)到對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行加壓固化的目的。 </p><p>　　傳統(tǒng)的加壓固

11、化手段是通過(guò)外壓源例如負(fù)壓、熱壓罐、壓力袋、模壓等對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行加壓，熱膨脹工藝卻反其道行之，利用線(xiàn)脹系數(shù)較大的芯模對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行加壓固化。通過(guò)將復(fù)合材料放置在剛體材料（陰模）與合芯模之間，芯模材料在受熱后熱膨脹所產(chǎn)生的巨大壓力，對(duì)復(fù)合材料試壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行加壓固化的作用。 </p><p>　　該方法的技術(shù)核心即是芯模熱膨脹所產(chǎn)生的壓力，在不使用外壓源的情況下就能實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的固化過(guò)程。比較適應(yīng)于架構(gòu)

12、比較復(fù)雜的制品，對(duì)于傳統(tǒng)RTM成型工藝不能生產(chǎn)的復(fù)雜架構(gòu)制品，具有不可替代的工藝優(yōu)勢(shì)。 </p><p>　　三、復(fù)合材料成型工藝中各個(gè)步驟的發(fā)展趨勢(shì) </p><p>　?。ㄒ唬┰牧吓c預(yù)浸料的優(yōu)化 </p><p>　　1、增強(qiáng)材料的豐富和發(fā)展。 </p><p>　　碳纖維、氧化鋁纖維、碳化硅纖維、芳綸纖維、硼纖維、高密度聚乙烯纖維這些

13、材料都被作為高性能增強(qiáng)材料應(yīng)用在復(fù)合材料的生產(chǎn)過(guò)程中，增強(qiáng)了復(fù)合材料的各級(jí)性能。另外，增韌環(huán)氧樹(shù)脂、雙馬樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂逐漸取代環(huán)氧樹(shù)脂被廣泛使用，具有韌性強(qiáng)、耐溫更高的優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　2、預(yù)浸料的優(yōu)化。 </p><p>　　預(yù)浸料作為復(fù)合材料生產(chǎn)中的重要半成品，預(yù)浸料制備技術(shù)也越來(lái)越受到關(guān)注，這直接促進(jìn)其制備設(shè)備有了極大發(fā)展。例如在預(yù)浸料制備工藝方面出現(xiàn)了溶液浸漬法、熔

14、融浸漬工藝、粉末混合工藝、纖維混合法、薄膜疊層法H等創(chuàng)新型工藝技術(shù)，都最大程度地適應(yīng)了復(fù)合材料成型工藝的發(fā)展和突破。 </p><p>　?。ǘ┕袒^(guò)程和模具的優(yōu)化 </p><p>　　1、固化過(guò)程關(guān)系著復(fù)合材料制品是否能夠具備較高的固化度和基體流動(dòng)程度，以及氣泡的形成。傳統(tǒng)的熱壓罐固化技術(shù)存在周期長(zhǎng)、誤差大的缺陷，不但對(duì)操作者的要求高，也無(wú)法避免人為因素導(dǎo)致的誤差。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的引

15、入，讓新型傳感器被應(yīng)用在固化過(guò)程中，又因?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)的開(kāi)發(fā)，提高了熱壓罐技術(shù)的準(zhǔn)確性。超聲技術(shù)、電阻應(yīng)變技術(shù)和介電技術(shù)的發(fā)展則為在線(xiàn)固化的檢測(cè)提供了可能。 </p><p><b>　　2、模具的發(fā)展 </b></p><p>　　模具材料已經(jīng)朝著材料更輕便、膨脹系數(shù)更精準(zhǔn)的方向發(fā)展。模具結(jié)構(gòu)相對(duì)于過(guò)去也更為科學(xué)合理，不但熱容量小，也更方便于裝卸。 </p&g

16、t;<p>　?。ㄈ┰O(shè)備和生產(chǎn)線(xiàn)的優(yōu)化 </p><p>　　智能化技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了一系列的節(jié)省成本和提高生產(chǎn)率的手段，這些技術(shù)包括有：建立數(shù)學(xué)模型和在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)。一些大型設(shè)備例如碳纖維預(yù)浸料自動(dòng)切割機(jī)、精密控制熱壓罐、自動(dòng)鋪放設(shè)備則促使生產(chǎn)步驟更高效，也保障了高速生產(chǎn)機(jī)體結(jié)構(gòu)的發(fā)展。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p>

17、<p>　　現(xiàn)階段我國(guó)的樹(shù)脂基符合材料成型工藝仍然在不斷發(fā)展，我們根據(jù)市場(chǎng)需求應(yīng)當(dāng)更準(zhǔn)確地把握定位，繼續(xù)創(chuàng)新開(kāi)拓，從設(shè)備、工藝、技術(shù)人員、體制等各方面著手提高復(fù)合材料的生產(chǎn)水平，爭(zhēng)取為航天科工領(lǐng)域提供更多性能卓越的復(fù)合材料，推動(dòng)我國(guó)復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展。 </p><p><b>　　參考資料 </b></p><p>　　[1] 何亞飛，矯維成，楊帆等.

18、樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝的發(fā)展[J].纖維復(fù)合材料，2011，（2） </p><p>　　[2] 孫冠宏.碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料表面氧化鋁層制備及性能研究[D].2013. </p><p>　　[3] 范德智.樹(shù)脂基復(fù)合材料成型工藝可行性評(píng)價(jià)技術(shù)研究[D].2009. </p><p>　　[4] 田琳娜.碳纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型工藝及力學(xué)性能研究[