热压罐∕真空辅助组合工艺成型复合材料及其质量评价

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1、热压罐／真空辅助组合工艺成型复合材料及其质量评价冰王召召1’2，潘利剑钓，庄恒飞2，段振锦懈，刘字婷2，胡秀凤2(1．东华大学材料科学与x-ff星学院，上海201620；2．东华大学民用航空复合材料协同创新中心，上海201620；3．东华大学上海市轻质结构复合材料重点实验室，上海201620)【摘要】综合分析热压罐工艺和真空辅助成型(VARI)工艺的优缺点，并对两种成型工艺进行优势整合，开发出新型的热压罐／VARI组合工艺；对该新型工艺成型质量包括纤维体积分数及其厚度等进行评价，并与VARI成型对比。

2、结果显示，热压罐／VARI组合工艺制件纤维体积分数可达60％以上，并且树脂固化前的保压时间越长，纤维体积含量越大，直至纤维体积分数到达一定数值。关键词：热压罐；真空辅助成型；纤维体积分数；制件厚度DoI：10．16080／j．issnl671-833x．2016．23／24．078王召召硕士。从事树脂基复合材料相关研究。参与项目包括大型民用客机碳纤维复合材料典型部件液体成型技术研究项目与上汽集团R'rM与热压罐成型标准样条力学性能对比研究项目。。基金项目：国家商用飞机制造工程技术研究中心创新基金项目(

3、SAMCl4一JS一15—049)；上海市科委2014年度科技创新行动计划项目(14DZll00402)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2232014D3—26)。78航空制造技术·2016年第23／24期热压罐／VARI组合工艺是一种利用热压罐设备灌注树脂并在高压下成型复合材料的一种工艺方法。该技术在分析两种工艺的优势和劣势的基础上，引入新的成型理念，将热压罐成型压力高、质量好的优点与VARI成型成本低、易铺敷川的优点进行结合，形成了模腔压力、热压罐压力以及实施温度三大工艺参数相互独立可控

4、的新的液体成型工艺方法，极大地改善了VARI成型工艺纤维体积含量较低的缺点，提高了机械性能，同时大大减少了孑L隙、干斑等缺陷的存在。目前，由于类似于热压罐／VARI组合的新工艺主要应用在航空航天等高精端领域，这些领域具有较高的保密要求，因此国内外关于热压罐／VARI组合工艺的相关报道并不多见。Goodell等口1于2003年最早研究了热压罐和VARI工艺组合的问题，并将之命名为复合材料压力树脂灌注系统(简称COMPRIS)；德国宇航局利用SLI—RTM方法生产出了飞机整流罩【3l，这实际上也是一种热压

5、罐和VARI组合的工艺；国内方面，居建国等卜剐在充分了解国际上热压罐／VARI组合技术发展状况的基础上，根据该技术的原理提出了系统方案和设计思路，并对组合工艺的优缺点进行了讨论。本文综合了已有的热压罐／VARI组合工艺，设计出风险和成本较小的组合方案，并对该新型组合工艺进行工艺参数设计与调控；对该新型组合工艺成型质量包括纤维体积分数和厚度等进行评价，并与VARI成型工艺对比，考察该新型组合工艺的有效性。热压罐，VA刚组合工艺的设计通过减少复合材料中树脂的量，可以达到提高纤维体积分数的目的，目前已报道的

6、热压罐／VARI组合工新视点艺，均是从减少复合材料的树脂含量人手，本文的设计亦是从这一角度考虑。但是，从已报道的文献来看，对热压罐设备及对应的操作系统进行了改进，这样做一方面产生了较大的额外成本，另一方面增加了操作风险，昂贵的热压罐设备也有损坏的可能。为此，本文从成本及安全考虑设计了如图1所示的组合工艺方案。制件模腔通过特制的耐高温高压树脂收集器与真空嘴相连，在排空状态下，模腔与外部大气相通，热压罐加压后即产生压力梯度，从而将模腔中的树脂排人特制的树脂收集器中，实现纤维含量的提高。树脂未同化前压力参数

7、的调节(排m树脂阶段)是决定组合工艺制件纤维含量及性能的关键。为此，在关闭罐门后，首先将压力升高到一定数值并保压一定时间，以便排除多余树脂。此方案既不需要改造热压罐设备，也不需要单独设计树脂注射的操作系统，只需添加一个特制的耐高温高压树脂收集器，因而和已报道的方案相比．此方案成本较低、风险较小．热压罐／VARI组合工艺试验材料及方法1试验设备及材料试验使用西安龙德科技发展有限公司生产的热压罐，有效1：作尺寸为妒lmx2m。适用于热压罐／VARl组合T艺的特制树脂收集器及其相关设备。此外，还有自动裁床(

8、格柏科技国际有限公司，DSC一2506—24)．真空烘箱(上海亦博实业有限公司，RUD一60LH)等。试验中所用纤维织物为单轴向碳纤维无曲织物(NCF，C—L250—12)，面密度为2509／m2：树脂为惠柏新材环氧树脂(ML一5417A)，同化剂为惠柏新材ML一5417B同化剂，树脂与同化剂质量混合比例为100：30，常温下混合黏度为MPa·s，同化制度图1热压罐／VARI组合工艺方案Fig．1Combinationoffacilityforautoc