先进复合材料构件热压罐成型工艺研究进展

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1、第44卷第11期稀有金属材料与工程Vol.44,No.112015年11月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGNovember2015先进复合材料构件热压罐成型工艺研究进展111,21李树健，湛利华，彭文飞，周源琦(1.中南大学，湖南长沙410083)(2.宁波大学，浙江宁波315211)摘要：先进树脂基复合材料在航空航天领域的应用日趋广泛，热压罐成型工艺已成为航空航天领域复合材料主承力和次承力结构件成型的首选工艺之一。影响复合材料构件热压罐固化成型质量的主要因素有：由热压罐和工装系统构成的成型制造外部温度场、压力场及其作用时间，

2、由构件复杂结构及材料相变特性构成的内部热力场等。综述了近年先进树脂基复合材料热压罐固化成形工艺的主要研究进展，并结合国内外研究现状，对热压罐成型工艺的发展趋势及亟需解决的问题提出了几点思考。关键词：热压罐成型；温度场；压力场；发展趋势中图法分类号：TB33文献标识码：A文章编号：1002-185X(2015)11-2927-05先进树脂基复合材料（AdvancedPolymerMatrix对当前国内外热压罐固化成形工艺研究现状进行了Composites），主要是指以树脂作为承力载体，用碳综述。同时，对热压罐成型工艺过程亟需解决的问题[1]纤维等高性能增强相增

3、强的复合材料。自20世纪提出了思考。60年代中期问世以来，由于其可设计性、材料与结1热压罐成型工艺特点构的同一性、密度小、比强度高、耐腐蚀、独特的电热性能，以及便于大面积整体成型等显著优点，与传热压罐成型工艺是将复合材料毛坯、蜂窝夹芯结统钢、铝合金结构材料相比，综合性能更优越，使其构或胶接结构用真空袋密封在模具上，置于热压罐[2,3]在航空航天等高科技领域得到了广泛应用。图1中，在真空（或非真空）状态下，经过升温→加压→[4]为A380飞机使用的复合材料分布情况。保温（中温或高温）→降温和卸压等过程，使其成为[5]热压罐成型工艺是聚合物基复合材料构件成型所需

4、要的形状和质量的成型工艺方法。图2为典型的主要方法之一，由于其广泛应用于先进复合材料结热压罐工艺示意图。其主要特点如下：（1）罐内压力构、蜂窝夹芯结构及复合材料胶接结构的成型，已成均匀；（2）罐内空气温度均匀；（3）适用范围较广，为航空航天领域的主承力和次承力结构件成型的首模具相对简单，效率高，适合大面积复杂型面的蒙皮、选工艺。本研究主要基于热压罐固化成型工艺特点、PressurevesselPressuresystemFan加热方式以及构件成型质量的主要影响因素等方面，CFPRouterwingCFPRverticaltailAirflowPartGlar

5、eupperwallboardCFRPjoistMoldCFPRhorizontalCFPRpressuretailframeCFPRcentralwingboxCFPRleadingControlsystemVacuumsystemHeatsourceedge图1A380飞机上复合材料的应用分布图图2典型热压罐工艺示意图[4]Fig.1ApplicationofcompositematerialonA380Fig.2Typicaldiagramofautoclaveprocess收稿日期：2014-11-24基金项目：国家重点基础研究发展计划（“973”计

6、划）（2014CB046502）作者简介：李树健，男，1982年生，博士，中南大学轻合金研究院，湖南长沙410083，E-mail:smart0110@126.com·2928·稀有金属材料与工程第44卷壁板和壳体的成型；（4）成型工艺稳定可靠。尤其是生产变厚、内部结构复杂的构件，在升温较短但是，热压罐成型工艺也存在诸如生产效率低、时间内很难使罐内温度达到均匀，极易使构件内部薄成本较大、环境污染等缺点。因此，对热压罐成型工弱处首先引起固化放热反应，而厚壁部位延迟，造成艺的研究，应着重放在优化固化工艺路线，使其向着非均匀性固化的缺陷。作者认为，今后热压罐设计应

7、能源节约型、环境友好型、效率最大化方向发展。从加热方式上进行一系列研究，采用多方位、多层次、多种类热场耦合加热方式，保证固化热场环境呈现多2热压罐加热方式及控温精度维均匀固化。图3为典型热压罐设备示意图。目前，国内热压3构件固化变形及内部缺陷的影响因素罐普遍采用电热丝与电热管远红外线2种加热方式进行升温。航空材料研究院研制的有效尺寸Φ4400在热压罐复合材料构件制造工艺中，构件质量缺mm×12500mm热压罐成为目前国内最大的热压罐，陷主要表现在外部成形尺寸与内部成性两大方面，外其采用电热丝加热得到的控温精度为：（1）室温部成形尺寸缺陷主要指构件固化变形导致

8、的成形精~120℃时≤±1℃；（2）120~250℃