复材制件固化过程温度控制的探讨与实践

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1、论坛FORUM复材制件固化过程温度控制的探讨与实践陈贵勇，何凯，张冕（航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，成都610092）[摘要]复合材料制件在成型过程中温度均匀性的控制，是影响产品各项力学性能的关键因素之一。通过对实际生产中典型碳纤维/环氧复合材料固化过程进行分析，分别从零件构型、工装结构和热电偶模拟方式3个方面对碳纤维/环氧复合材料制件固化过程热温度控制进行研究。分析得出该类复材制件固化时零件温度控制的一般规律，为后续同类型零件的温度控制研究打下基础。关键词：碳纤维/环氧复合材料；固化；温度控制DOI:10.16080/

2、j.issn1671-833x.2017.16.046[8-9]研究热点。零件固化过程的不可逆用。性使得固化温度、真空、加压时机、本文以实际生产中典型碳纤维/恒温时间等固化参数的过程控制至环氧复合材料为研究对象，选取了两关重要；其中，固化温度的控制尤为种材质的工装，对不同构型工装和零[1]关键。在国内外的相关研究中，学件的固化过程进行监控，通过分析零者们主要研究了理论模型中温度在件成型过程中温度控制因素，最终得[2-6]复合材料成型中的分布。杨云仙出该类复材制件固化时零件温度控[7]等从复合材料零件在热压罐内的制的一般规律。加热/控

3、温方式和加热速率等方面探讨了零件在热压罐内的温度场影试验装置与方法响因素。本文按照图1的研究思路对环以上工作主要集中于理论方面氧树脂/碳纤维复合材料制件热分和热压罐控温因素的研究，而零件布进行了研究。环氧树脂/碳纤维陈贵勇-工装体系在热压罐里的内在温度复合材料零件固化采取常见的热压工程师,研究方向为先进复合材料成型工艺。控制因素却未见报道。目前，工业罐-真空袋固化方式，典型热压罐结生产使用的加热设备是根据零件-构及原理如图2所示。工装体系最慢温度点（滞后点）达为了使零件-工装体系受热到固化温度作为开始固化程序的依均匀，消除罐内摆放位

4、置不同带来据，以最快温度点（超前点）的热电的操作误差，本文所有的试验件固偶达到固化温度直至固化结束的时化体系罐内摆放位置为中心受热区间作为总的固化时间。因此，准确域，见图3。温度是影响复合材料零件成型地掌握零件超前、滞后温度点才能质量的一个重要因素，零件内部的顺利进行零件固化，从而对制件最结果与讨论温度场分布一直是复材领域的一个终外观及内部质量起着决定性的作1工装构型对温度控制的影响46航空制造技术·2017年第16期MouldingTechnologyforComposites复合材料成型技术1.1不同材质工装导热率的影响a和b工

5、装、c和d工装生产的零件参数均一致，在热压罐内的摆放位置常见的碳纤维/环氧复合材料构型基本一致，工装结构见图6。都处于正中间，保证受热均匀。经固零件工装的材质分为钢和铝两种。本组试验中，4个零件的主材均化数据分析，结果如表3所示。根据傅立叶定律，物质导热系数的计为碳纤维/环氧预浸料，所用的固化由表3可知，在相同的固化参数算公式为：-1工装结构分析Kx=-qx·（''∂T/∂x）（1）温度测试方案测试数据温度控制方案式中，x为热流方向；qx''为该方向上零件构型分析设计制定分析2的热流密度，W/m；∂T/∂x为该方向热电偶模拟方式上的

6、温度梯度，K/m；导热系数的单位为W/（m·K），它代表了物质传热修改测试方案[10]的能力。工程上常用的铝材、钢图1复材零件温度测试流程图[11]Fig.1Flowchartofcompositeparttemperaturecontrol材和T300碳纤维/环氧复合材[12-13]料的导热系数见表1。罐内壁罐外壁风扇由表1可知，碳纤维/环氧复材制件在铺叠工装上的热传导率主要罐门电热阻丝受工装材质的影响。本文选取了国外某项目型号零件为试验样本（简称A、B项目），进行了对比试验。A项目零件采用铝工装进行铺叠固化，B项目零件采用钢工装

7、进行出口铺叠固化；A、B项目零件形状均为循环气体循环水管平板，尺寸相近，且主材均为碳纤维/图2典型热压罐结构及工作原理环氧复合材料，工装均为等厚度平板Fig.2Typicalstructureandworkprincipleofautoclave类型；两项目零件固化时分别都放罐门置在热压罐正中间区域，保证其受热循环气体均匀。进行试验时，在充分考虑两个项目工装-零件体系的温度测试点的前提下，对零件固化热性能进行监控，监控使用常用的国产J型热电偶（thermocouple，TC）。热电偶测试位零件工装置见图4。底部平台经过固化后数据收集

8、、分析，得到的结果如表2所示。A、B项目零件固化曲线见图5。由表2可知，虽然两个零件体系固化参数有所不同，但是图5中两项目零件固化后的数据仍然表明：A项目零件最快罐尾与最慢区域之间的温差相对较小，B图3零件-工装体系罐内摆放位置项目零