航空用樹脂基復(fù)合材料的成型技術(shù)應(yīng)用

◎?qū)O銳

（作者單位：航空工業(yè)哈爾濱飛機工業(yè)集團有限責(zé)任公司 工程技術(shù)部）

與其他材料相比，先進復(fù)合材料的性能相當(dāng)優(yōu)異，如強度較高、密度較低以及耐腐蝕能力較強等。航空航天領(lǐng)域、國防先進軍事武器裝備領(lǐng)域以及民用耐高溫領(lǐng)域等都是先進復(fù)合材料應(yīng)用的主要范圍。其中最具代表性的就是高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料，高性能熱固性樹脂以及碳纖維兩部分的充分融合，是構(gòu)成上述材料的基礎(chǔ)。我們需要在真正認(rèn)識到樹脂基復(fù)合材料作用與價值的基礎(chǔ)上，對其進行恰當(dāng)使用。

一、先進成型技術(shù)

1.樹脂傳遞模塑技術(shù)。

樹脂傳遞模塑技術(shù)從本質(zhì)上來說是一種固化的工藝方法。樹脂最終注入閉合模具，并在此模具中完成增強材料的目標(biāo)。飛機雷達罩、整流罩以及汽車保險杠等，是樹脂傳遞模塑技術(shù)應(yīng)用的主要范圍。樹脂傳遞模塑技術(shù)的優(yōu)點，可在多個方面進行直觀體，例如操作簡單以及表面光滑性較高。在制作時涉及到較為復(fù)雜以及準(zhǔn)確的產(chǎn)品也可利用該項技術(shù)，但是也不能忽略其中存在的不足。例如，在生產(chǎn)過程中很難順利選擇相關(guān)模具，凈模腔中氣泡排空工作會受到多種阻礙，樹脂流動性較差等也是樹脂傳遞模塑技術(shù)的缺陷之一。在現(xiàn)代技術(shù)以及科技領(lǐng)域大力發(fā)展的背景之下。該項技術(shù)必然會不斷成熟與發(fā)展，最終作為成型工藝出現(xiàn)使用在復(fù)合材料行業(yè)當(dāng)中。

2.真空輔助樹脂傳遞模塑技術(shù)。

全新研發(fā)的技術(shù)VATRM 主要用于解決RTM 在注射模腔內(nèi)產(chǎn)生氣泡的問題。樹脂注入工作需要在膜腔內(nèi)呈現(xiàn)出真空狀態(tài)的基礎(chǔ)上進行。然后利用內(nèi)外壓差將樹脂壓入其中。在真正意義上提升玻璃纖維以及樹脂的比率，是上述工藝的明顯優(yōu)勢，尤其是在注入樹脂過程中，不會涉及到較高的壓力。但是在制作大型制件時，可能出現(xiàn)速度較慢以及成型周期較長的問題，需要在客觀認(rèn)識該項技術(shù)的基礎(chǔ)上，對其進行科學(xué)使用。

3.樹脂浸漬模塑成型。

SCRIMP 指的是新型的真空輔助注射技術(shù)，具體為：將增強材料預(yù)鋪在模具型面上，再密封型腔邊緣，抽真空后樹脂通過內(nèi)外壓力差分配系統(tǒng)壓入模腔內(nèi)。主要優(yōu)點在于在厚度方向通過壓力作用保持緩慢的浸潤，降低了缺陷產(chǎn)生的可能。廣泛用于大型平面、加筋異型構(gòu)件等制品的生產(chǎn)過程中。

4.樹脂膜滲透成型。

RFI 是纖維縫編和樹脂融滲技術(shù)結(jié)合的技術(shù)。將稠狀樹脂塊預(yù)先安放在成型模的底部，再覆蓋預(yù)成型坯，按照真空袋成型工藝進行封裝，在高溫環(huán)境下將樹脂自下而上進行抽吸真空，固化成型。相比于RFT的優(yōu)點：存貯運輸方便，成形壓力低，成型設(shè)備較為簡單，樹脂揮發(fā)少。其不足在于不適合于制造形狀較為復(fù)雜的小型制件；無法滿足精度較高的要求。

二、高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料構(gòu)件的應(yīng)用

在工程制造方面的應(yīng)用：在實際制造過程中，碳纖維樹脂基復(fù)合材料在工程領(lǐng)域中逐漸從次承力結(jié)構(gòu)發(fā)展為主承力結(jié)構(gòu)。下面主要介紹采用碳纖維樹脂基復(fù)合材料制備零件的實例。

1.大尺寸復(fù)材壁板。

在某項目中某壁板采用共固化工藝，是包含不同類型（Ω 型，J 型）長桁的復(fù)雜大尺寸壁板結(jié)構(gòu)。從截面圖可以看出其制造難度很大。該零件應(yīng)用液體成型、二次膠接共固化的工藝方法成功制備了縱橫加筋壁板，且外觀無明顯可見缺陷。

2.C 形梁的制造。

首次應(yīng)用碳纖維樹脂基復(fù)合材料在某項目中制造C 形梁零件，打破了以往制造工藝的空白和瓶頸。梁類制件具有以下特點：

（1）長度長、鋪層數(shù)量多，增厚區(qū)較厚，鋪疊困難且鋪疊效率低；

（2）C 形梁結(jié)構(gòu)具有收口現(xiàn)象，主要由于樹脂體系在高溫條件下與工裝的熱膨脹系數(shù)不同；

（3）零件R 角尺寸和厚度難以控制。

該零件的成功制造為復(fù)材C 形梁類零件制造奠定了一定的理論及技術(shù)基礎(chǔ)。

3.不同曲率框類的制造（C 型，L 型，E 型）。

為了滿足航空航天需求，碳纖維樹脂基復(fù)合材料制件豐富多樣，目前擴展到機身框和其它骨架零件。某項目中涉及C型，L 型，E 型曲率框。這類構(gòu)件用于提升飛機的承載強度增強，維持框架的穩(wěn)定性。在實際制造過程中，只有掌握關(guān)鍵的工藝條件并協(xié)調(diào)成型過程中出現(xiàn)的問題，才能推動復(fù)材框梁類結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

4.夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料零件的制造技術(shù)。

高比剛度結(jié)構(gòu)設(shè)計方案中最典型的例子就是夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，這種設(shè)計方案能夠有效地將面板的高強度和高模量同夾芯的低密度和高剛性有效整合起來，在航空航天等領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價值。一般采用的芯材有蜂窩、泡沫等。夾芯結(jié)構(gòu)也是未來主要結(jié)構(gòu)及成型技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。同樣承載能力下，采用夾芯復(fù)材結(jié)構(gòu)件的優(yōu)勢在于有效減輕結(jié)構(gòu)的自重，并有效協(xié)調(diào)各部分零件。

5.“工”型復(fù)材零件制造。

“工”字形結(jié)構(gòu)的零件作為加強筋，用于加強壁板的強度和抗彎曲能力。“工”形蜂窩類復(fù)合材料零件增強了復(fù)合材料的零件在腹板區(qū)域的抗彎曲能力和抗擠壓能力。在實際制造過程中，為避免R 角處架橋問題而導(dǎo)致的空隙缺陷，在工程技術(shù)上需要更加嚴(yán)苛的要求。只有努力開發(fā)出具有更加優(yōu)異性質(zhì)的樹脂體系，才能跟上工程應(yīng)用的步伐。因此在工程領(lǐng)域中，只有復(fù)材制造技術(shù)能有效融合的高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料，才能為生產(chǎn)提供堅實的基礎(chǔ)。

結(jié)語：高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料在航空航天以及民用等各個領(lǐng)域中都極具代表性，應(yīng)用范圍不斷拓寬。在客觀分析碳纖維樹脂基復(fù)合材料先進成型技術(shù)的基礎(chǔ)上可進一步明確其優(yōu)勢與特征，并在各個領(lǐng)域加大使用力度。利用高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料的作用與價值，可以推動工程制造行業(yè)的進一步發(fā)展。這充分說明了高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料的重要性與必要性。因此，對該項材料展開的探究具有十分重要的現(xiàn)實作用。