树脂基复合材料低成本技术
航空级树脂基复合材料的低成本制造技术 宋岩
航空级树脂基复合材料的低成本制造技术宋岩摘要：低成本复合材料技术是目前复合材料结构技术研究的重点。
本文阐述了航空级树脂基复合材料的低成本制造技术。
关键词：航空；树脂基复合材料；低成本制造技术一、树脂基复合材料简介1、概述。
树脂基复合材料是由以有机聚合物为基体的纤维增强材料，通常使用玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或芳纶等纤维增强体，它在航空、汽车、海洋工业中有着广泛的应用。
2、优点。
1）比模量、比强度高；2)抗疲劳性好；3）减震性好；4）过载安全性好；5）具有多种功能（耐烧蚀性好、有良好的耐摩擦性能、高度的电绝缘性能、优良的耐腐蚀性能、有特殊的光学、电学、磁学性能）；6）成型工艺简单；7）材料的结构、性能具有可设计性。
二、自动铺放技术1、自动铺带技术。
在自动铺带领域，目前铺带宽度最大可达到300mm，铺带速度达1.3～20.4kg/h，生产效率可达到手工铺叠的数十倍。
所有787翼面及翼盒构件均采用自动铺带技术制造。
同时，针对批生产开发了定制的专用自动化设备，如波音787地板的龙门式铺带机采用双头的“大力神”设备。
A350XWB将采用“TORRESLAYUP”11轴的龙门式高速铺带机，可铺300、150mm和75mm的宽带，铺带头内装有预浸带缺陷检测系统。
2、自动丝束铺放技术。
该技术适用于大曲率机身和复杂曲面成型，目前铺丝速度可达6.8～11.3kg/h，最高可达23kg/h，最新的Viper6000系统可铺放并控制32个纤维束，每束宽3.2mm，以前的机器为24个丝束，从而使铺层带宽从7.6cm增到10.2cm。
铺放速度达到30m/min，精度±1.3mm。
787全部机身采用了自动铺放技术，可铺放6.5m直径、17m长的工件。
Spirit航空系统公司将用最新的Eleetroimpaet自动铺放机铺787的机身41段，该设备为模块式纤维铺放机，模块更换时间30s，丝束宽6mm及12mm。
三、低温固化技术该技术通常指固化温度小于100℃，可在自由状态下进行高温后处理的复合材料相关制造技术。
航空级树脂基复合材料的低成本制造技术
航空级树脂基复合材料的低成本制造技术发表时间：2018-11-21T11:14:26.433Z 来源：《新材料·新装饰》2018年6月上作者：刘杰[导读] 复合材料液体成型工艺是一种近年来出现的先进复合材料低成本制造技术。
本文介绍了树脂传递模塑成型RTM和RTM的衍生工艺V ARTM、SCRIMP、RFI等几种复合材料液体成型工艺(LCM)的特点,并分析了几种不同LCM工艺的优缺点及应用领域。
关键词（航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150060）摘要：复合材料液体成型工艺是一种近年来出现的先进复合材料低成本制造技术。
本文介绍了树脂传递模塑成型RTM和RTM的衍生工艺V ARTM、SCRIMP、RFI等几种复合材料液体成型工艺(LCM)的特点,并分析了几种不同LCM工艺的优缺点及应用领域。
关键词：复合材料；液态成型工艺；RTM；RTM衍生工艺1 树脂传递模塑(RTM)成型工艺树脂传递模塑成型简称RTM(Resin Transfer Molding),是一种闭模成型技术,可以生产出两面光的制品。
它的基本原理是先在模腔内预先铺放增强材料预成型体、芯材和预埋件,然后在压力或真空作用下将树脂注入闭合模腔,浸润纤维,经固化、脱模、后加工而成制品的工艺。
RTM在航空航天和军事领域的应用主要体现大型结构部件的整体成型方面,国外RTM成型技术在航空航天领域的应用主要有雷达罩、螺旋桨、隔舱门、直升机的方向舵、整体机舱、飞机的机翼等。
RTM技术是一种非常具有竞争力的复合材料成型技术,可以作为预浸料/热压罐技术的补充或替代技术。
热压罐成型的最大缺点是其体积大,结构复杂,且是压力容器。
因此建设投资费用高。
同时对于较大体积的热压罐。
其升温和加压的速度比较慢。
场内温度控制不均匀。
与预浸料模压工艺相比,RTM工艺无须制备、运输、贮藏冷冻的预浸料,无须繁杂的手工铺层和真空袋压过程,也无须热处理时间,操作简单,技术开发和应用灵活。
飞机用复合材料构件的典型低成本成型技术
飞机用复合材料构件的低成本成型技术随着航空业的快速发展，飞机用复合材料构件的应用越来越广泛。
复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，因此在飞机制造中得到了大量应用。
然而，复合材料的成型成本较高，给飞机制造带来了一定压力。
如何降低复合材料构件的成型成本成为了研究的热点之一。
本文将介绍一些典型的低成本成型技术，以期为飞机制造业的发展做出贡献。
一、纺粘成型技术1. 简介纺粘成型技术是一种利用纺织原理制备复合材料的方法。
通过在纺织机上将纤维和树脂混合，再经过卷绕、成型、固化等工艺，最终制备出复合材料构件。
这种技术成本低，适用于中小尺寸的复合材料构件制备。
2. 优缺点优点：成本低，适用于少量生产。
缺点：生产效率不高，适用于中小尺寸构件。
二、注塑成型技术1. 简介注塑成型技术是一种将熔融的树脂注入模具中，然后在高压下使其固化成型的方法。
这种技术适用于生产大批量的复合材料构件，成本低、效率高。
2. 优缺点优点：适用于大批量生产，成本低、效率高。
缺点：需要大型注塑设备，不适用于小批量生产。
三、预浸料成型技术1. 简介预浸料成型技术是一种将预先浸渍好树脂的纤维布料置于模具中，然后加热固化成型的方法。
这种技术成本适中，适用于中小批量的复合材料构件制备。
2. 优缺点优点：适用于中小批量生产，成本适中。
缺点：对生产工艺要求较高，不适用于大批量生产。
四、压缩成型技术1. 简介压缩成型技术是一种将预先浸渍好树脂的纤维布料置于模具中，然后施加高压使其固化成型的方法。
这种技术比较灵活，适用于小批量的复合材料构件制备。
2. 优缺点优点：适用于小批量生产，灵活性高。
缺点：对模具和设备要求高，不适用于大批量生产。
总结飞机用复合材料构件的低成本成型技术有多种选择，每种技术都有其适用的范围和特点。
对于飞机制造企业来说，要根据实际情况选择合适的成型技术，并不断加强研发，提高生产效率，降低制造成本，推动飞机制造业的快速发展。
飞机用复合材料构件的低成本成型技术是航空制造领域的一个重要课题。
国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状
国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状第一篇：国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状国内外先进复合材料低成本制造技术的发展现状从低成本成型的研发现状看，大致可分为以下5方面的内容：（1）对热固性复合材料一直沿用的方法进行改进和提高效率，如Filament Winding（FW，纤维缠绕）、Pultrusion（拉挤）、Braiding（编织）、T ow placement（丝束排布）、自动成套裁剪、预浸材料激光样板切割（Laser template）等自动化技术。
（2）湿法工艺技术：RTM、RFI等在纤维增强体的预型件上再注入浸渍树脂。
（3）热塑性复合材料的易成型新材料开发及IN-SITU（原位）成型方法：Direct consolidate（直接固结）、Commingled yarn（搀混纱线）、Powder coated towpreg（粉末涂覆丝束预浸）等新成型方法。
（4）不用热压罐的新固化技术，用微波、电子束、超声波、X线等高效率能量的新固化方法。
（6）CAD/CAM模拟技术：铺层、浸渍、成型、固化等工序的模型化/模拟技术，有助于保证产品质量，提高生产效率。
低成本成型技术当前发展的主流是湿法成型技术，也称液体模塑成型技术（简称LCM），主要有树脂传递模塑、真空辅助树脂传递模塑（VARTM）、树脂渗透成型工艺（SCRIMP）和结构反应注射模塑等。
其中最重要的是树脂传递模塑技术（RTM）以及由此而发展起来的VARTM。
RTM免除了将纤维制成预浸料，再切割成层片然后再铺叠成预型件的过程，摆脱了大投资的热压罐，工艺易于实现自动化，具有生产周期短、劳动力成本低、环境污染少、制造尺寸精确、外形光滑、可制造复杂产品等优点。
是目前国际上发展应用最快，并在航空工业应用最多的低成本技术之一。
从国际上看，美国在湿法成型技术上处于领先地位，特别是在航空航天领域内，在过去十年里，美国应用RTM技术的增长率为20-25%。
先进树脂基复合材料的现状及应用
先进树脂基复合材料的现状及应用第一篇：先进树脂基复合材料的现状及应用先进树脂基复合材料的现状及应用摘要：先进树脂基复合材料以其比强度比模量高、良好的耐疲劳性能、良好的抗腐蚀性能、成型工艺的多选择性等独特优点获得广泛应用和迅速发展。
本文简要介绍了先进树脂基复合材料的特性，并结合其特性从应用的角度总结了先进树脂基复合材料的应用和前景。
关键字：树脂基复合材料现状应用前言先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成,具有明显优于原组分性能的一类新型材料[ 1 ]。
先进树脂基复合材料具有比传统结构材料优越得多的力学性能，可设计性优良，还兼有耐化学腐蚀和耐候性优良、热性能良好、振动阻尼和吸收电磁波等功能。
目前，随着复合材料工业的迅速发展，树脂基复合材料正凭借其本身固有的轻质高强、成型方便、不易腐蚀、质感美观等优点，越来越受到人们的青睐。
先进树脂基复合材料的现状据有关部门的统计，全世界树脂基复合材料制品共有4万多种，全球仅纤维增强复合材料产量目前达到750多万t，从业约45万人，年产值415亿欧元，其生产能力与市场分布情况为：北美32%、亚太地区35%、欧洲30%、其他地区3%[ 2 ]。
目前，全世界高性能树脂基复合材料的产量超过300万t，高性能热塑性复合材料的产量为120多万t，其应用领域主要为：汽车行业占23%、建筑业21%、航空业17%、体育运动领域11%[ 3 ]。
从全球发展趋势来看，近几年欧美复合材料生产均持续增长，亚洲的日本发展缓慢，而中国特别是中国内地的市场发展迅速。
我国树脂基复合材料研究，经过多年的发展，在生产技术、产品种类、生产规模等方面迈过了由小到大的台阶，产量已经仅次于美国，居世界第2位，其市场分布为：建筑40%、管罐24%、工业器材12%、交通6%、船艇4%、其他14%[ 4-6 ]。
我国高性能树脂基复合材料发展水平不高，所采用的基体主要有环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等。
树脂基复合材料
树脂基复合材料树脂基复合材料》是一种具有广泛应用潜力的新型材料。
它是由树脂基质和增强材料组成的复合材料，兼具树脂的优良性能和增强材料的高强度特性。
树脂基复合材料在现代工程和科技领域中得到了广泛应用。
它的出现主要是为了解决传统材料的局限性，例如金属材料的重量和腐蚀问题，以及陶瓷材料的脆性。
树脂基复合材料具有优异的物理性能和化学稳定性，能够满足多种应用需求。
树脂基复合材料的基本结构包括树脂基质和增强材料。
树脂基质通常是一种聚合物，如环氧树脂、聚酯树脂或聚丙烯等。
增强材料可以是纤维（如碳纤维、玻璃纤维）或颗粒（如陶瓷颗粒、金属颗粒）等。
通过将树脂基质与增强材料结合起来，形成了具有优异性能的树脂基复合材料。
树脂基复合材料具有许多优点。
首先，它们具有较低的密度和高强度，使其成为替代传统材料的理想选择。
其次，树脂基复合材料具有良好的耐腐蚀性和耐热性，在恶劣环境下仍能保持稳定性。
此外，它们还具有良好的可加工性，可以通过各种加工方法制备成不同形状和尺寸的产品。
总之，《树脂基复合材料》是一种具有广泛应用潜力的新型材料，通过将树脂基质与增强材料结合，能够满足多种工程和科技领域的需求。
树脂基复合材料主要由树脂和增强物构成。
树脂是树脂基复合材料的主要基质，在其中起到粘结和固化增强物的作用。
树脂可以是不同类型的聚合物，如环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等。
这些树脂具有良好的粘结性和成型性，能够满足不同应用需求。
增强物是树脂基复合材料中的另一个关键组成部分，用于增强材料的机械性能和耐久性。
常见的增强物包括纤维材料、颗粒材料和填料等。
纤维材料常用的有玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维等，它们具有较高的强度和刚度，可在复合材料中增强和增加承载能力。
颗粒材料可用于提高复合材料的硬度和耐磨性。
填料可以改善复合材料的流动性和加工性能。
树脂和增强物的选择根据应用需求和性能要求而定，通过合理的配方可以获得具有优异性能的树脂基复合材料。
这种复合材料在航空航天、汽车、建筑和电子等领域具有广泛的应用前景。
树脂基复合材料和应用
缩短产品研发周期。
连续纤维增强技术
02
优化连续纤维增强复合材料的制造工艺，提高纤维的排布密度
和增强效率，以获得更好的力学性能。
绿色制造技术
03
采用环保型的制造工艺和原材料，降低复合材料生产过程中的
环境污染和资源消耗。应用来自域的拓展新能源汽车领域
利用树脂基复合材料的轻质、高强度特点，开发新能源汽车车身、 底盘等关键部件，提高车辆能效和安全性。
纤维增强工艺是将纤维增强材料 与树脂基体进行复合的过程，是 树脂基复合材料制造的关键环节
之一。
常见的纤维增强工艺包括手糊成 型、喷射成型、模压成型和层压 成型等，不同的工艺适用于不同
类型和规模的复合材料制品。
纤维增强工艺对复合材料的性能 和外观质量有重要影响，因此需 要选择合适的工艺参数和技术条
件。
树脂基复合材料和应用
• 树脂基复合材料简介 • 树脂基复合材料的制造工艺 • 树脂基复合材料的应用领域 • 树脂基复合材料的优势与局限性 • 未来发展方向与前景
01
树脂基复合材料简介
定义与特性
定义
树脂基复合材料是由有机高分子 化合物（树脂）作为基体，与纤 维、填料、添加剂等经过复合工 艺结合而成的材料。
电子产品
电路板
树脂基复合材料可以作为电子产品的电路板，具有优良的绝缘性能和耐热性。
手机外壳
手机外壳通常采用树脂基复合材料制造，具有轻量化和美观等特点。
04
树脂基复合材料的优势与局限性
材料优势
高强度与轻量化
树脂基复合材料具有高强度和轻量化的特点，能 够满足现代工业对高性能材料的需求。
可设计性强
树脂基复合材料的组成和结构可以根据需要进行 调整，具有很强的可设计性。
先进树脂基复合材料技术发展及应用现状
先进树脂基复合材料技术发展及应用现状摘要：先进树脂基复合材料是由有机高分子基体材料与高性能纤维增强材料经过特殊成型工艺复合而成的具有２相或２相以上结构的材料，具有性能可设计、高比强度和比刚度、疲劳性能好、耐腐蚀、可整体成型和多功能一体化等优点。
关键词：先进树脂基；复合材料技术发展；应用现状；一、先进树脂基复合材料技术发展1.树脂基复合材料继续向高性能化发展。
树脂基结构复合材料通过提高强度、韧性、抗损伤容限和耐温性能等以实现结构承载能力、耐环境性能和抗冲击性能的提高，持续向高性能化发展。
为适应超高声速飞行器发展的要求，为了进一步提高树脂基复合材料的使用温度，开展了第４代耐温４５０℃有机无机杂化聚酰亚胺复合材料树脂基体研究，初步获得了玻璃化转变温度高达４８９℃，可在４２５℃以上长期使用的第４代有机无机杂化Ｐ２ＳＩ９００ＨＴ聚酰亚胺复合材料。
树脂基复合材料的成本一直是制约其在民用领域规模化应用的主要原因之一。
随着低成本碳纤维技术的发展和液体成型、缠绕成型和自动铺放成型等高效工艺技术的应用，先进树脂基复合材料的成本将不断降低，结构复合材料产业也已跨越到由应用不断扩张带动成本持续降低的新阶段。
先进树脂基复合材料不仅在航空航天领域应用比例大幅度提高，还向能源、交通、工程建筑和体育休闲等民用领域快速渗透和规模扩张。
民用工业领域已经逐渐发展为先进树脂基结构复合材料产业的主导力量。
2.结构功能一体化树脂基复合材料呈现多功能化和尖端化趋势。
结构吸波复合材料通过引入新的吸波机制，进一步改善低频吸波性能、使用温度和力学性能。
基于“超材料”结构的吸波复合材料明显拓展了宽频吸收特性，基于“超材料”结构的透波复合材料将彻底改变目前雷达天线罩的设计思路，实现多频透波和透波／吸波一体化，以及通过相关致热和传热机制研究，改善耐大功率密度性能和耐高温性能，以满足大功率发射的要求。
结构抗弹树脂基复合材料将采用碳纤维和聚苯基苯并双噁唑纤维作为主要增强材料，进一步提高部件的刚性、防护性能和力学性能以及发展复合材料车体、炮塔等大型部件的整体制造技术。
先进树脂基复合材料制造技术探析
先进树脂基复合材料制造技术探析引言早在1990年末，关于复合材料飞机有关的概念就已被人们提出，但至今，这一构想仍然没有实现，究其主要原因是，构成复合材料的成本要比铝合金构件的成本高很多，因而较高的成本使得航空航天等相关领域难以运用此技术。
所以，基于此，当前在复合材料界一致认为在原先已有的主要材料基础上，再进行新复合材料的开发很有必要。
1 树脂基复合材料制造技术综述及应用1.1低温固化技术在复合材料中低温固化技术一般是指固化时的温度不超过100摄氏度，能够在自由的形态下对复合材料进行高温处理的一种制造技术。
对低温固化技术进行研究，能够有效降低复合材料在生产中使用的昂贵模具、耗能较多的设备以及性能较高的工艺辅料时需要的费用。
除此以外，低温固化复合材料构件具有较高精度的尺寸，且固化残余的应力不够高，因此很适合用在制备大型的且形态比较复杂的复合材料构件，还能够对复合材料结构进行修补以及复合材料工装材料上。
低成本制造技术中最为重要的一个组成部分即是复合材料低温固化技术，由于低温固化复合材料，尤其是由于真空压力而形成的复合材料，成型时受到的压力较低，温度也不够高，因此，复合材料的孔隙率会比较高，对于复合材料的力学性能以及湿热性能有着十分严重的影响。
所以，在复合材料的低温固化技术的具体应用中，最需要关注的问题就是如何降低材料孔隙率。
1.2 树脂传递模塑技术所谓的树脂传递模塑技术又称之为RTM技术，其是一种比较适用于品种较多，批量中等，质量较高的复合材料构件的一种成本较低的成型技术，该技术的基本原理是将预成型的增强体放置在模具中，待模具闭合后，在模具内注入所需的树树脂，当材料被树脂充分浸润后，再进行固化加热，而后脱模，从而获得新产品。
树脂传递模塑技术最为突出的一个特点就是能够将树脂浸润的过程，固化成型的过程、增强纤维结构设计和制造等环节分开进行，这样一来便能够确保设计者创造出的材料设计剪裁足够独特，以达到技术上精确且复杂的要求。
树脂基复合材料
树脂基复合材料的研究进展摘要：树脂基复合材料具有良好的成型工艺性、高的比强度、高的比模量、低的密度、抗疲劳性、减震性、耐腐蚀性、良好的介电性能、较低的热导率等特点，广泛应用于各种武器装备，在军事工业中，对促进武器装备的轻量化、小型化和高性能化起到了至关重要的作用。
由于与许多材料相比具有独特的性能，树脂基复合材料在航空航天、汽车、电子、电器、医药、建材等行业得到广泛的应用。
目前，随着复合材料工业的迅速发展，树脂基复合材料正凭借它本身固有的轻质高强、成型方便、不易腐蚀、质感美观等优点，越来越受到人们的青睐。
关键字：树脂基复合材料，材料性能，应用领域一、前言复合材料在国民经济发展中占有极其重要的地位，以至于人们把一个国家和地区的复合材料工业水平看成衡量其科技与经济实力的标志之一[1]。
树脂基复合材料是以纤维为增强剂、以树脂为基体的复合材料，所用的纤维有碳纤维、芳纶纤维、超高模量聚乙烯纤维等，所采用的基体主要有环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等有机材料。
其中热固性树脂是以不饱和聚脂、环氧树脂、酚醛树脂等为主；热塑性树脂是指具有线型或分枝型结构的有机高分子化合物。
树脂基复合材料的特点：各向异性（短切纤维复合材料等显各向同性）；不均质或结构组织质地的不连续性；呈粘弹性；纤维体积含量不同，材料的物理性能差异；影响质量因素多，材料性能多呈分散性。
树脂基复合材料的优点如下：(1)密度小，约为钢的1／5，铝合金的1／2，且比强度和比模量高。
这类材料既可制作结构件，又可用于功能件及结构功能件。
(2)抗疲劳性好：一般情况下，金属材料的疲劳极限是其拉伸强度的20～50％，CF增强树脂基复合材料的疲劳极限是其拉伸强度的70～80％；（3）减震性好；(4）过载安全性好；（5）具有多种功能，如：耐烧蚀性好、有良好的耐摩擦性能、高度的电绝缘性能、优良的耐腐蚀性能、有特殊的光学、电学、磁学性能等；（6）成型工艺简单；（7）材料结构、性能具有可设计性。
碳纤维增强树脂基复合材料成型方式
碳纤维增强树脂基复合材料成型方式
碳纤维增强树脂基复合材料是一种高性能材料，具有轻质、高强、高
刚度、耐腐蚀等优点，被广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等
领域。
而其成型方式也是影响其性能的重要因素之一。
碳纤维增强树脂基复合材料的成型方式主要有手工层叠法、自动化层
叠法、注塑成型、压缩成型、热压成型等多种方式。
手工层叠法是最早的成型方式，其特点是工艺简单，成本低，但生产
效率低，质量难以保证。
自动化层叠法则是在手工层叠法的基础上发
展起来的，通过机器人自动叠放纤维布，提高了生产效率和产品质量。
注塑成型是将预浸料放入模具中，通过注塑机将树脂注入模具中，然
后进行固化。
这种成型方式适用于复杂形状的零件，但需要专门的注
塑设备和模具，成本较高。
压缩成型是将预浸料放入模具中，然后通过压力将树脂浸透纤维，最
后进行固化。
这种成型方式适用于大批量生产，但需要专门的压力设
备和模具。
热压成型是将预浸料放入模具中，然后通过高温和高压将树脂浸透纤
维，最后进行固化。
这种成型方式适用于高性能复合材料的生产，但需要专门的高温高压设备和模具。
总的来说，不同的成型方式适用于不同的产品和生产需求。
在选择成型方式时，需要考虑产品的形状、尺寸、数量、质量要求以及生产成本等因素。
同时，还需要注意成型过程中的温度、压力、固化时间等参数的控制，以确保产品的性能和质量。
树脂填料降低成本的方法
树脂填料降低成本的方法有以下几点：
原材料选购和管理。
选购价格合理的优质原材料，与供应商长期合作获得更优惠的价格。
设备维护和节能降耗。
定期检查设备，及时更换易损件，防止设备故障带来的损失；采用合理的能源管理措施，使用节能型设备。
生产计划和管理。
合理分配生产任务，避免生产线停产；具体落实生产管理制度，优化生产流程，提高生产效率。
质量控制和技术创新。
优化工艺、加强质量控制，减少生产中的浪费和不必要的损失；技术创新提高树脂生产效率，降低成本。
复合材料低成本制造
复合材料低成本制造前言一般而言，先进复合材料主要是指由高性能的碳纤维增强体与高性能的树脂基体用专门的成型技术复合而成的一种高性能的新材料体系。
其主要的优点是轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳，到目前为止，首选的应用仍是航空航天工程的结构材料，与传统的铝合金相比，复合材料制件的减重效果可高达40%，这对于减少飞行器的自重、提高飞行速度和承载能力非常有利，从而大大降低油耗，获得巨大的经济效益。
随着先进复合材料技术日趋成熟，越来越多的复合材料构件取代传统的材料用在商用飞机上，如波音和空客飞机的舱门、地板梁、整流器、控制板及尾翼结构件，包括方向舵、稳定器和升降舵等。
最近，大型商用客机上启动大量采用复合材料的计划。
波音公司已宣布，正在研制的“梦想”飞机（Dreamliner）波音787 上，复合材料的用量将占全机结构总重量的 50%，这将是世界上第一架采用复合材料机翼和机身的大型商用噴气客机，表明复合材料在航空工业上的又一次突破。
由于大量采用复合材料而使飞机的结构重量大幅度降低，燃油效率可提高20%。
另一家大型民用客机制造商“欧洲空客”公司在开发复合材料的应用方面也有突破，例如在超大型客机A380 上将采用 25 % 的复合材料，其中外翼、中央翼盒、垂尾、平尾、地板梁、后承压框等均采用复合材料。
复合材料在其它领域应用的范围不断扩大，在所有工程材料市场中，从常规制品到特殊复杂应用制品，先进复合材料都占有可观的份额。
随着新型的聚合物树脂基体以及高性能的玻纤、碳纤和芳纶增强体的采用，先进复合材料在产量、品种和应用等方面都得到持续的发展，除国防工业和航空工业外，先进复合材料还在一些新的应用领域取得进展，如：具有防爆功能的装甲复合材料，天然气作动力的汽车发动机汽缸，风力发电机旋叶桨，机械驱动轴，高速路高架桥承载梁，桥面，码头建筑，甚至纸制的搓杆或搓管等。
先进复合材料同样在一些特殊的建筑结构上得到广泛的应用，展现出美学和生态学的风格。
先进树脂基复合材料制造技术综述
先进树脂基复合材料制造技术综述单位：西北工业大学机电学院作者：阎龙史耀耀段继豪树脂基复合材料以其比强度和比刚度高、可设计性强、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成型的独特优点在飞机上得到了大量应用，可实现飞机结构相应减重25%~30%[1-2]。
此外，通过复合材料结构/ 材料/ 工艺综合研究和材料/ 工艺/ 设计/ 电子/ 气动等学科交叉，深层次开发复合材料结构与功能可设计性潜力，可进一步提高飞机的综合性能。
早在20世纪80 年代，人们就预测到2000 年飞机的绝大部分结构将采用复合材料，甚至出现全复合材料飞机。
然而，到目前为止，这一预言尚未实现，其主要原因是复合材料构件的成本还远远高于铝合金构件，高成本阻碍了复合材料技术在航空航天等领域的更广泛应用[1]。
因此，在已有主要材料体系基础上开发先进的低成本制造技术成为当今复合材料界的共识。
目前可降低复合材料制造成本的主要技术途径有：复合材料低温固化技术、复合材料RTM 成型技术、自动缠绕与铺放技术、复合材料电子束固化技术、复合材料结构修理技术[1]。
复合材料低温固化技术复合材料低温固化技术通常指固化温度小于100℃，可以在自由状态下进行高温后处理的复合材料相关制造技术[1]。
发展复合材料构件的低温固化技术，可以大大降低由昂贵模具、高能耗设备以及高性能工艺辅料等带来的高费用。
此外，低温固化复合材料构件的尺寸精度高，固化残余应力低，适于制备大型和形状复杂的复合材料构件，也可用于复合材料工装材料以及复合材料结构件的修补等。
复合材料低温固化技术是低成本制造技术的重要组成部分。
复合材料低温固化技术的研究始于20 世纪70 年代，ACG 公司于1975 首先发展了第一个低温固化树脂体系LTM10。
到20 世纪80 年代中期，低温固化复合材料开始应用于工装领域。
20 世纪90 年代早期，低温固化复合材料首次用于航空结构件，如1985 年洛克希德·马丁公司采用LTM45 低温固化体系制备了UAV构件；1986 年NASA 和McDonel-Douglas 公司使用LTM10 体系/ 真空袋成型技术制造了X36 无人战斗机和UAV 的外蒙皮。
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树脂基复合材料低成本技术摘要：树脂基复合材料因其比强度高、比模量大而广泛的应用于航空航天等领域。
然而其高昂的价格仍然是限制树脂基复合材料广泛应用的一大障碍。
目前，已经有多国学者针对树脂基复合材料低成本化进行了研究，并取得了部分积极成果。
本文主要介绍了几种低成本制造技术，如自动铺放技术、低温成型预浸料技术、电子束固化技术、液体成型技术以及树脂模渗透成型（RFI）技术。
关键词：树脂基复合材料低成本技术前言与传统金属材料相比，复合材料具有密度低、比强度和比模量高、可设计性强、抗疲劳性能好、耐腐蚀性能好和结构尺寸稳定性好等优点，在航空航天领域获得了广泛的应用。
从20世纪70 年代开始，复合材料就首先在军用飞机上少量使用，到了80 年代已在民用飞机上进行了试用。
应用基本是从非承力结构到次承力结构最后到主承力结构，从部位来说是从尾翼到机翼最后到机身。
随着技术的不断成熟，复合材料在飞机上的用量越来越多，减重效果也越来越明显[1]。
长期以来，限制复合材料在飞机上扩大应用的原因主要有2个：一是技术成熟度没有金属高；二是复合材料成本太高，复合材料构件的成本远远高于铝合金构件。
要想扩大复合材料在航空上的应用，就必须降低复合材料的成本。
本文旨在介绍几种复合材料低成本制造技术的发展现状，如自动铺放技术、低温成型预浸料技术、电子束固化技术、液体成型技术以及树脂模渗透成型（RFI）技术。
一、自动铺放技术用于航空航天器的先进复合材料构件主要采用热压罐成型技术制造。
自动铺放是替代预浸料人工铺叠，提高质量和生产效率的重要手段。
根据预浸料形态，自动铺放可分为自动铺带[2-3]与自动铺丝[4-5]两类：自动铺带(Tape laying)采用有隔离衬纸单向预浸带(25-300 mm)，多轴机械臂(龙门或卧式)完成铺放位置定位，铺带头自动完成预浸带输送剪裁、加热铺叠与辊压，整个过程采用数控技术自动完成（图1a所示）；自动铺丝(Fiber placement)采用多束(最多可达32根)预浸纱/分切的预浸窄带(3-25 mm)，分别独立输送、切断，由铺丝头将数根预浸纱在压辊下集束成为一条宽度可变的预浸带(宽度通过控制预浸纱根数调整)后铺放在芯模表面，加热软化预浸纱并压实定型（图1b所示）。
自动铺带与自动铺丝的共同特点是自动化高速成型，质量可靠，主要适于大型复合材料构件成型；其中自动铺带主要用于小曲率曲面构件(如翼面、壁板)的自动铺叠，由于预浸带较宽，以高效率见长；而自动铺丝侧重于实现复杂形状双曲面(如机身、翼身融合体)，适应范围宽，但效率逊于前者。
自动铺放技术是数控机床技术、CAD/CAM软件技术和材料工艺技术的高度集成。
图1 自动铺带与自动铺丝技术原理自动铺放源于上世纪60年代，在美国空军实验室支持下起步，后经ACT、CAI(计算机辅助设计)等计划支持，迅速发展：自动铺带机、自动铺丝机、各种预浸带/纱已经形成系列产品供应，用于多种航空航天器制造。
欧洲自动铺放技术近年来长足进步，形成自己的特色：如自动铺带的双头两步法和多带同步铺放技术，自动铺丝的旋转切割与预浸纱快速续接技术，这些技术大大提高了生产效率和适用性。
由于自动铺放成形采用的材料体系成熟度高，设计成型方法继承性好，易于数字化设计和自动化制造，已经成为发达国家飞机复合材料大型构件的主要成型方法：新一代大型飞机B787、A350的所有翼面采用自动铺带，而所有机身构件采用自动铺丝。
复合材料的大量应用推动了自动铺放技术的快速发展，各类新技术层出不穷[6]。
二、低温成型预浸料技术低温成型预浸料技术(Low Temperature Moulding Prepreg Technology)是一种低成本复合材料生产技术。
先进复合材料公司早在70年代就开始研制开发这种技术，经过80年代和90年代的进一步开发，已经成为一种有效的低成本复合材料生产技术[7]。
用低温压制预浸料技术来生产复合材料结构件有许多特点，在原材料、工艺、生产技术、模具、适用性和成本方面有下列特色：（1）不采用热压罐固化；（2）低温（通常在60℃左右）固化；（3）低压或真空袋固化；（4）采用无支撑后固化；（5）采用廉价材料制造的模具；（6）采用特种树脂体系；（7）预浸料存放寿命较短；（8）可以制造整体大构件；（9）适用于单件或小批量生产；（10）成本可降低50%~70%。
低温成型预浸料技术生产复合材料构件必须采用特殊的原材料——专用的树脂体系。
一般树脂体系由三部分组成：基础树脂或其混合物、固化剂或其混合物和增韧剂或其他附加剂。
对极大部份复合材料构件而言都采用环氧树脂体系。
在过去20多年期间研究发展的环氧树脂体系，其固化剂都致力于延长存放寿命和较高固化温度，亦即树脂体系的反应性很低，预浸料的稳定性很好，较高固化温度是为了获得良好的机械性能，虽然这样的看法并不正确。
为了得到可在低温下固化的树脂体系，而且可以采用无支撑后固化，先进复合材料公司研制发展了专用的LTM预浸料和树脂体系，包括：LTM10系列、LTM20系列、LTM30体系、LTM40系列和LTM100体系，它们的固化温度从50~80℃，使用温度干态下125~250℃、湿态下80~150℃，类型则有高温、韧性、高温韧性和高温异氰酸酯。
MTM预浸料和树脂体系是先进复合材料公司研制开发的中温高性能材料，供制作飞机、赛车、网球拍、钓鱼杆、快艇桅杆、自行车、滑雪板、高尔夫球杆等应用。
低温固化LTM树脂体系有良好的工艺性能和力学性能，室温寿命约3~6d，-18℃存放期大于6个月，固化和后固化后的Tg温度在75~199℃，成型性良好，采用不同原材料和增强材料时的孔隙率在0%~3%。
三、电子束固化技术电子束（EB）固化是以电子加速器产生的高能（150-300 kev）电子束为辐射源诱导经特殊配制的100%反应性液体快速转变成固体的过程[8-9]。
电子束固化通常由2道工序组成，第一步是铺层、压实；第二步是采用电子束辐照固化，辐照工序要求电子束穿透整个工件厚度以及任何真空袋或模具材料。
该技术的特点是：涂料中挥发性有机溶剂含量低，环境污染小；固化速度很快，反应完全，能耗低；固化温度低，特别适合热敏基材；设备紧凑，可控性强；固化产品性能优越。
由于这些特点，使其在行业技术改造、产品升级换代、降低能耗、减少环境污染等方面具有独特的作用，被誉为“面向二十一世纪绿色工业的新技术”[10]。
最早从事该技术研究的是70年代初期的美国福特汽车公司，在近20多年的时间里，美国、日本、澳大利亚、原苏联和欧洲的许多国家也纷纷加入到研究和开发利用该技术的行列中，并在纸张、木材、金属和纺织品等诸多行业已得到工业化利用。
我国在80年代曾有一些高校和科研单位从事过该技术的应用及基础研究，但到目前为止，还没有一家企业应用该技术进行工业化生产，其原因除了该技术本身的一些特殊限制外，主要是人们对该技术缺乏了解。
四、液体模塑成型技术复合材料液体模塑成型技术（Liquid Composite Molding，简称LCM）是指将液态聚合物注入铺有纤维预成型体的闭合模腔中，或加热熔化预先放入模腔内的树脂膜，液态聚合物在流动充模的同时完成树脂/纤维的浸润并经固化成型为制品的一类制备技术。
树脂传递模塑（Resin Transfer Molding, RTM）、真空辅助树脂传递模塑(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding, VARTM)、树脂浸渍模塑成型工艺(See-mann Composites Resin Infusion ManufacturingProcess，SCRIMP)、树脂膜渗透成型工艺(Resin Film Infusion，RFI)和结构反应注射模塑成型(Structural Reaction Injection Molding，SRIM)是最常见的先进LCM工艺技术。
这类工艺的共同特点是将纤维预成型体放入模腔内，再将一种或多种液态树脂(通常为热固性树脂)在压力作用下注入闭合模中，液态热固性树脂浸渍纤维预成型体待树脂固化脱模后得到产品。
这种作用压力可通过模腔内形成真空(真空浸渍)、重力，或者由压力泵或压力容器来提供[11-13]。
与其他的纤维复合材料制造技术相比，LCM技术具有诸多优势：可生产的构件范围广，可一步浸渗成型带有夹芯、加筋、预埋件等的大型构件，可按结构要求定向铺放纤维，且具有高性能低成本制造优势。
与传统的模压成型和金属成型工艺相比，LCM模具质量轻、成本低、投资小。
另外，LCM为闭模成型工艺，能满足日趋严格的苯乙烯挥发控制法规的要求。
LCM工艺技术最早起源于20世纪40年代的Macro法，Macro法相当简单，对模腔抽真空以驱动浸渍过程，美国海军承包商用这种方法开发出了大型玻璃钢增强塑料船体。
在20世纪50年代称为RTM工艺，该工艺可以生产双面光滑的产品，树脂的注射压力适中，比手糊工艺优越，所以得到了发展。
20世纪50年代至70年代，RTM的应用很少。
到了20世纪80年代，随着飞行器的承力构件及次承力构件、国防应用、汽车结构件以及高性能体育用品等的开发，RTM工艺取得了显著的进展，并且在此基础上开发了VARTM、SCRIMP、RFI、SRIM等这些先进的LCM工艺技术。
LCM工艺技术是先进复合材料低成本制备技术的主要发展方向[14]。
据报道，欧美等先进工业国家在该领域开展了大量的研究工作，其研究开发耗资巨大。
我国“863”计划在“九五”期间在RTM成型技术取得重要研究进展的基础上，部署了应用LCM技术制备车用大型结构件以降低高品质复合材料制造成本的研究计划。
五、树脂模渗透成型（RFI）技术树脂膜渗透(RFI-resin film infusion)工艺是一种树脂膜熔渗和纤维预制体相结合的树脂浸渍技术。
其工艺过程[15]是将预催化树脂膜或树脂块放人模腔内，然后在其上覆以缝合或三维编织等方法制成的纤维预制体等增强材料，再用真空袋封闭模腔，抽真空并加热模具使模腔内的树脂膜或树脂块融化，并在真空状态下渗透到纤维层(一般是由下至上)，最后进行固化制得制品的一种复合材料成型工艺技术。
近年来由于环境法的要求和对产品要求的提高，使敞模成型复合材料日益受到限制，同时也促进了RFI技术的快速发展。
RFI成型工艺基本原理如图2所示：图2 RFI成型工艺示意图RFI工艺属复合材料的液体成型工艺技术（Liquid Composite Molding），是目前综合性能最佳的复合材料成型工艺之一，主要具有以下特点[16]：（1）操作简单，加工周期短，废品率低，可经济快速的成型结构尺寸大、精度要求高的制品；（2）RFI属闭模成型工艺，树脂体系挥发物质少，VOC含量符合IMO标准，更有利于环境保护；且成型过程中增强材料与树脂的浸润由真空袋压加热树脂在密闭模具中渗透完成，不同于手糊和喷射工艺中的手工浸润，也不同于预浸料和SMC工艺中昂贵的机械化浸润，无须RTM工艺所需的树脂计量注射设备及双面模具的加工，免去了庞大的成形设备，在制造出性能优异的复合材料制品的同时大大降低了其成本，是一种低成本、高质量的半机械化的纤维/树脂浸润方法；（3）RFI采用与制品形状相近的增强材料预成型体技术，预成型体无需固定在模具上，增强材料可以是短切毡，连续纤维、纤维布、三维针织物及三维编织物，选择具有高度的灵活性和组合性，并可根据制品性能要求进行单向增强、局部增强以及采用预埋和夹心结构，能够实现“材料的优化设计”；（4）树脂膜反应体系的选择比RTM工艺广泛，可选用高分子量的树脂，树脂分布均匀、浸渍路线短，成型的复合材料空隙率低(0%-0.1%)，纤维含量高(重量含量接近70%)，性能优异。