热压罐工艺成型先进复合材料构件的温度场研究综述

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复合材料结构件热压罐成型温度场闭环模拟

其是当热压罐尺寸较大，零件较厚时，罐内温度影响因素复杂（图1所示）。

一方面，存在温度控制延时的问题，尤其是对于大尺寸零件，其高温区温度上升较快，而低温区温度上升速率较低，而实际工艺中要求低温区的滞后偶监测的温度必须达到保温条件才开始进行保温处理，因此在实际过程中有很长的等待时间；另一方面，在升温过程中由于零件内部的固化放热，还将导致局部温度过冲以及固1 引言在民用航空领域，研制高性能飞机离不开复合材料成型技术，波音B787飞机的复合材料用量已经达到了50%，而大尺寸复合材料结构件的使用是提高其用量的关键[1-3]。

热压罐工艺是目前制备高性能复合材料结构件的主要方法，成型时零件温度变化满足工艺规范要求是保证零件质量的前提，而实际成型过程中热压罐内温度场影响因素复杂，尤摘要针对民用飞机复合材料结构件热压罐成型工艺，开展起成型过程温度场闭环模拟研究。

结合Fluent 软件初步建立了基于监测偶温度变化动态反馈调整热源功率的热压罐温度场模拟的闭环控制程序，试算标准固化程序，结果得到试验验证。

建立了多监测点耦合控温算法，实现了实际热压罐工作过程中，空气偶、领先偶和滞后偶协同控温过程，初步建立了小尺寸热压罐工装热分布模型，实现了热压罐成形过程中，罐内温度场及工装热分布模拟，能较好的反应热压罐工作过程中不同位置温度差异情况以及热压罐控温延迟效果，为复合材料热压罐生产工艺提供指导。

关键词复合材料；热压罐；温度场；闭环模拟复合材料结构件热压罐成型温度场闭环模拟汪敏，李振友，徐鹏，刘小林，刘奎（中国商飞上海飞机制造有限公司，上海 200123）ABSTRACT Closed-loop simulation of temperature field in the process of autoclave forming for composite structural parts of civil aircraft was carried out in this paper. Combined with Fluent software, a closed-loop control program which can change the heat source of the autoclave based on the dynamic feedback of a monitoring thermalcouple was preliminarily established.The standard curing program was calculated and the results were verified by experiments. A temperature control algorithm based on multi thermalcouples is established. And the algorithm can realize the cooperative temperature control process based on the air thermocouple, the leading thermocouple and the lagging thermocouple during the autoclave process. The heat distribution model of small-size tooling was established preliminarily, and the temperature distribution in the tank and tooling heat distribution in the process of autoclave forming was realized. It can better reflect the temperature difference at different positions and the delay effect of temperature control during the working process of autoclave, and provide guidance for the production process of composite.KEYWORDS composites; autoclave; temperature field;closed-loop simulation第4期2019年9月No. 4 57Sep. , 2019FIBER COMPOSITES纤维复合材料Temperature Field Closed-loop Simulation of Autoclave Molding forComposite StructuresWANG Min,Li Zhenyou, XU Peng,LIU Xiaolin,LIU Kui(COMAC Shanghai Aircraft Manufacturing Co.,Ltd.,Shanghai 200123)582019年纤维复合材料程度较低，无法反应复合材料内部固化放热现象以及实际过程中的控温延时问题。

热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策

热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策【摘要】热压罐成型复合材料成型工艺在实践中存在着一些常见缺陷，如材料质量不稳定、成型工艺参数不合理、设备维护不及时、操作人员技能水平不足等问题。

为了解决这些缺陷，可以采取一系列对策：首先要控制材料质量，确保原材料符合标准要求；其次需要优化成型工艺参数，提高成型的精度和稳定性；同时加强设备维护保养，确保设备运行良好；最后要提高操作人员的技能水平，培训和指导操作人员。

通过采取这些对策，可以有效地提高热压罐成型复合材料成型工艺的质量和效率，推动产业的发展。

【关键词】热压罐、复合材料、成型工艺、缺陷、对策、材料质量、成型工艺参数、设备维护、操作人员技能、总结1. 引言1.1 背景介绍热压罐成型复合材料成型工艺是一种常见的制备复合材料的方法，通过热压罐中的高温高压条件，将树脂和纤维材料进行压制成型。

这种工艺具有制备速度快、成型工艺简单等优点，因此在航空航天、汽车制造等领域得到广泛应用。

在实际生产过程中，热压罐成型复合材料也存在着一些常见的缺陷，如气泡、褶皱、尺寸不一致等问题。

为了提高产品质量和生产效率，需要对这些常见缺陷进行深入分析，并制定相应的对策来解决这些问题。

本文将从控制材料质量、优化成型工艺参数、加强设备维护保养、提高操作人员技能水平等方面进行讨论，为热压罐成型复合材料成型工艺的改进提供参考。

2. 正文2.1 热压罐成型复合材料成型工艺存在的常见缺陷热压罐成型复合材料是一种常用的制备工艺，在许多领域都有广泛的应用。

这种工艺也存在一些常见的缺陷，影响材料的质量和性能。

以下是热压罐成型复合材料成型工艺存在的一些常见缺陷：1. 母材和增强材料不充分混合：在成型过程中，如果母材和增强材料没有充分混合，会导致材料性能不均匀，出现局部强度不足的现象。

2. 难以排气：在热压罐成型过程中，由于材料层间存在气泡，导致成型后出现气孔，影响材料的密实性和强度。

3. 成型温度控制不当：如果成型温度过高或过低，都会影响材料的物理性能，例如过高的温度会导致材料烧损，过低的温度则会影响材料的结晶度。

复合材料热压罐设备制备树脂基复合材料的性能研究

复合材料热压罐设备制备树脂基复合材料的性能研究复合材料是一种由两种或多种不同物质组成的材料，具有优异的机械性能、化学性能和热性能等特点，在诸多领域具有广泛的应用前景。

其中，树脂基复合材料作为一种常见的复合材料，具有较好的成型性能、强度、刚度和耐腐蚀性能，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑和电子等领域。

本文将对复合材料热压罐设备制备树脂基复合材料的性能进行研究，包括强度、硬度、断裂韧性、耐热性等方面的试验分析，并进一步探讨树脂基复合材料在实际应用中的潜力和优势。

首先，研究表明，复合材料热压罐设备制备的树脂基复合材料在强度方面具有较好的性能。

通过改变热压罐设备中的温度、压力和压制时间等工艺参数，可以调控复合材料内部的纤维分布和树脂固化程度，从而改变其强度水平。

试验结果显示，适当的工艺参数可以使树脂基复合材料的强度达到或超过传统材料，满足实际应用的要求。

其次，复合材料热压罐设备制备的树脂基复合材料在硬度方面也具有显著的优势。

硬度是衡量材料抗压性能的重要指标，可以反映材料的刚性和耐磨性。

通过调控热压罐设备的工艺参数，可以使树脂基复合材料的硬度得到精确控制。

试验结果表明，增加压力和提高温度等参数可以显著提高硬度值，进一步提升材料的耐用性和使用寿命。

此外，复合材料热压罐设备制备的树脂基复合材料在断裂韧性方面也具有良好的表现。

断裂韧性是材料在受力过程中吸收能量的能力，直接决定了材料对抗外界冲击和振动的能力。

实验结果显示，树脂基复合材料具有较高的断裂韧性，表明该材料能够在受到外界冲击时保持较好的稳定性，从而减少事故和损坏的发生率。

最后，针对复合材料热压罐设备制备的树脂基复合材料耐热性能进行了研究。

耐热性是复合材料在高温环境下能否保持稳定性和性能的重要指标。

试验结果显示，树脂基复合材料在高温下具有较好的稳定性和耐热性，能够承受高温环境下的长时间使用。

这种优异的耐热性使得树脂基复合材料成为一种理想的材料选择，在高温环境下应用广泛。

热压罐时效成形模具温度场优化研究

１建立模型
通过ＣＤ的方法［主要应用ＦＵＮＦ，ＬＥＴ一系
图２框架式模具模型
列软件，对热压罐和模具建立模型，图１示。如所
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张旭生
甘
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张海燕
热压罐时效成形模具温度场 ……
３１
１００ｍ×７０ ×２００ｒａ５ｍｍ５ｍｍ。模具插挡风板的部位均开了３ｍｍ的小槽，由于槽很小，网格划分中在
会带来更多的体分割，这里把槽忽略，不影响气体和固体的耦合传热。装配过程中的螺钉螺栓孔对模拟没有影响，里也忽略。模具型面部分简化为这
一
薄铝板。模具划分为规则的六面体网格，网格数模具采用的是六面体网格，圆柱体采用的是而
量为５０。５２０
六面体和四面体的混合网格。在靠近模具的部位要适当地加密网格，网格总数为２２２０将划分好９０，的网格文件．ｓ文件导入ＦＵＮａｒｈＬＥＴ进行计算。
３０
２１０１年１０月中国制造业信息化
第４０卷
第１９期
热压罐时效成形模具温度场优化研究
张旭生，甘忠，海燕张
（西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安
７０７）１０２
摘要：过计算流体力学方法（Ｆ，用软件ＦＵＥ通ＣＤ）应ＬＮＴ对热压罐以及模具进行建模模拟，一对字型、十字型、Ｔ型３种不同风道进行了模拟仿真。分析结果表明，Ｔ型风道对改善温度场均匀性

复合材料热压罐设备制备铝基复合材料的工艺研究

复合材料热压罐设备制备铝基复合材料的工艺研究铝基复合材料是一种具有优异性能和广泛应用前景的材料。

为了实现铝基复合材料的大规模生产，热压罐设备的制备工艺研究显得尤为重要。

本文将探讨利用复合材料热压罐设备制备铝基复合材料的工艺研究。

铝基复合材料在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广泛应用。

其性能优异，包括高强度、高刚度、低密度和优良的耐热性能。

然而，由于铝和常用的增强材料之间存在较大的悬殊，传统的加工方法难以实现材料的有效复合，因此需要研究新的制备工艺。

复合材料热压罐设备是一种常见的制备铝基复合材料的工艺。

该设备主要由热压机、热压模具和控制系统组成。

在制备过程中，首先将铝基材料切割成所需形状，并将增强材料分布在铝基材料表面。

然后，将该组合放入热压模具中，并根据所需的温度和压力条件进行热压。

热压过程中的温度和压力条件是制备铝基复合材料的关键因素。

在热压过程中，温度和压力的选择应根据铝和增强材料的特性进行。

通过控制热压罐设备中的温度和压力，可以实现铝基材料和增强材料的有效结合，形成强度高、刚度好的复合材料。

此外，为进一步提高铝基复合材料的性能，可以采用预先处理和增强材料的表面改性等方法。

预先处理可以在复合材料热压罐设备制备之前对铝基材料和增强材料进行表面清洁和粗化处理，以增加它们之间的物理和化学吸附力。

表面改性则可以通过在增强材料表面涂覆一层特殊涂层，提高其与铝基材料之间的相容性和界面结合力。

除了温度、压力和表面处理等工艺参数的选择外，还需要对热压时间进行控制。

适当的热压时间可以保证材料内部的温度和压力均衡，并使铝基材料和增强材料间的界面结合更牢固。

通过调整热压时间，可以获得不同性能要求的铝基复合材料。

当然，复合材料热压罐设备的制备工艺也还存在一些挑战和问题。

例如，因为铝和增强材料之间的熔点和热膨胀系数差异较大，热压过程中易出现热应力集中和裂纹形成。

此外，在复合材料内部容易产生气泡和夹杂物，这对材料的性能和密度也会产生负面影响。

热压罐温度场分析与影响因素研究

热压罐温度场分析与影响因素研究贾云超;关志东;李星;邵严;晏冬秀【摘要】热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间工装表面不均匀的温度场分布会使材料产生残余应力,从而影响材料的使用性能.翼梁采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,建立了热压罐固化过程温度场模拟的有限元模型,分析了工装表面温度场的分布特点,给出了不同位置的温度曲线.研究了不同因素对工装表面温差的影响.计算结果表明,提高罐内气流流速、增大升温速率、选用低比热容与高热导率的工装材料能够减小工装表面的温差,有利于提高复合材料的成型质量.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】6页(P90-95)【关键词】热压罐;温度场;复合材料;工装【作者】贾云超;关志东;李星;邵严;晏冬秀【作者单位】北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100191;上海飞机制造有限公司,上海200436;上海飞机制造有限公司,上海200436【正文语种】中文复合材料作为一种轻质高强的用于飞行器的理想材料，具有诸多优点[1]。

在目前的常用制造工艺方法中，热压罐工艺仍是生产大型复合材料构件的首选[2]，工装表面的温度场分布是影响成型材料质量的重要因素。

研究表明，复合材料发生初始破坏的主要原因是在成型过程中由于温度场的不均匀性而产生的残余变形和残余应力[3]。

因此，有必要对热压罐工艺固化中温度场的分布特点及其影响因素进行分析和研究。

在国内外的相关研究中，Loos等[4]针对环氧树脂基体的复合材料层合板，推导了固化过程中的一维热化学模型，并分析了固化度和温度场的状态。

Kays等[5]针对厚截面的层合板，建立了一维固化数值模型，研究了影响成型过程温度场的截面几何形状等因素。

Zhu等[6]通过理论模型研究了空间坐标﹑温度和固化度之间的影响，分析了固化度和温度在复合材料成型过程中的分布。

复合材料热压罐设备中热压温度对复合材料性能的影响

复合材料热压罐设备中热压温度对复合材料性能的影响在复合材料制造过程中，热压是一种常用的加工方法，通过应用高温和高压，将树脂与纤维增强剂结合在一起，形成结构坚固、具有优异性能的复合材料制品。

热压温度作为热压工艺中的一个重要参数，对复合材料的性能有着关键的影响。

本文将就复合材料热压设备中热压温度对复合材料性能的影响进行深入探讨。

首先，热压温度对复合材料的固化反应速率和程度有着明显的影响。

在热压过程中，温度的升高会促进树脂体系的固化反应，使树脂分子间发生交联反应，形成高分子网络结构。

随着热压温度的增加，固化反应速率加快，分子交联程度增强，进而提高了复合材料的密实度和结构强度。

因此，适当提高热压温度可以有效促进树脂的固化，提高复合材料的力学性能。

其次，热压温度对复合材料的微观结构和成分分布有着影响。

树脂在高温下会发生流变行为，使纤维增强剂在树脂基体中均匀分散，并填充到纤维束之间，从而形成复合材料的结构强度。

适当提高热压温度可以促进树脂的流动性和纤维增强剂与树脂的相互作用，增强纤维的强度，改善复合材料的界面结构。

另一方面，在高温下，可能出现树脂的热分解，过高的热压温度会导致树脂在热压过程中发生瞬间剥离或氧化分解，从而破坏复合材料的结构，降低其性能。

此外，热压温度还对复合材料的热性能和耐热性能产生影响。

热压过程中，热压温度的提高会导致复合材料的热膨胀系数增大，热导率降低。

这使得复合材料具备更好的绝缘性能和耐高温性能，适用于高温环境下的工程应用。

同时，热压温度的增加也会使复合材料的摩擦系数下降，提高抗摩擦和耐磨性能，增加其使用寿命。

然而，热压温度的提高并不是盲目增加的，需要根据具体复合材料的组成和制造工艺进行科学调整。

过高的热压温度可能会导致复合材料内部的应力积累和热应力失控，引发裂纹和变形等问题。

因此，在确定热压温度时，需要综合考虑复合材料的材料特性、热压工艺参数等因素，找到一个合适的平衡点。

综上所述，热压温度对复合材料的性能具有重要的影响。

复合材料热压罐设备制备聚合物基复合材料的性能研究

复合材料热压罐设备制备聚合物基复合材料的性能研究近年来，随着科技的不断进步和人们对材料性能要求的提高，复合材料热压罐设备制备聚合物基复合材料的性能研究成为了材料科学领域的热点之一。

本文将围绕该主题展开研究，探讨了复合材料热压罐设备制备聚合物基复合材料的工艺以及性能研究结果。

首先，复合材料热压罐设备是一种常用的制备聚合物基复合材料的技术手段。

通过将树脂基体与增强材料共同放入热压罐中进行热压，使得树脂基体与增强材料之间结合紧密，形成具有优异性能的复合材料。

复合材料热压罐设备制备工艺的关键是控制压力、温度和时间等参数，以调控复合材料内部结构和性能。

此外，填料选择和填充方式也对复合材料的性能具有重要影响。

合理的工艺参数和填料选择能够提高复合材料的力学性能、热学性能以及耐化学腐蚀性能等综合性能。

其次，本研究中聚焦在聚合物基复合材料的性能研究。

聚合物基复合材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、耐磨损等诸多优点，因而在航空航天、汽车制造、电子器件等领域有着广泛的应用前景。

基于此，我们采用了多种表征方法对聚合物基复合材料的性能进行了深入研究。

我们首先对复合材料的力学性能进行了研究。

通过拉伸测试、弯曲测试和压缩测试等力学性能测试方法，我们得到了复合材料的强度、弹性模量以及断裂延伸率等力学性能参数。

结果显示，与传统材料相比，聚合物基复合材料具有更高的强度和刚度，且断裂延伸率较大，显示出优异的力学性能。

同时，我们还对复合材料的热学性能进行了测试和研究。

采用热重分析仪对复合材料进行了热稳定性和热导率测试。

结果表明，与传统材料相比，聚合物基复合材料具有较好的热稳定性，能够在高温环境下保持较好的力学性能。

此外，复合材料的热导率也较低，具有良好的隔热性能，在一些特殊场合有着广泛的应用前景。

另外，我们还对复合材料的耐化学腐蚀性能进行了研究。

通过浸泡试验和化学介质侵蚀试验等方法，我们考察了复合材料在各种腐蚀介质中的性能表现。

研究结果表明，聚合物基复合材料具有较好的耐化学腐蚀性能，能够在酸、碱、盐等多种环境下保持稳定的性能。

热压罐时效成形模具温度场优化研究

热压罐时效成形模具温度场优化研究
张旭生;甘忠;张海燕
【期刊名称】《机械设计与制造工程》
【年(卷),期】2011(040)019
【摘要】通过计算流体力学方法(CFD),应用软件FLUENT对热压罐以及模具进行建模模拟,对一字型、十字型、T型3种不同风道进行了模拟仿真.分析结果表明,T 型风道对改善温度场均匀性效果最优.
【总页数】4页(P30-32,37)
【作者】张旭生;甘忠;张海燕
【作者单位】西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,陕西西安710072;西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,陕西西安710072;西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,陕西西安710072
【正文语种】中文
【中图分类】V260.5
【相关文献】
1.热压罐时效成形过程的有限元分析 [J], 成武冬;甘忠;王田修;张志国
2.复合材料热压罐成形模具型面补偿设计方法研究 [J], 唐兴龄;宿昊;司朝润
3.热压罐时效成形2124铝合金的弯曲回弹预测研究 [J], 李二伟;成武冬;于洋
4.热压罐时效成形模具温度场优化研究 [J], 张旭生;甘忠;张海燕
5.热压罐时效成形对2124铝合金金相结构的影响 [J], 甘忠;吴玉娉;张旭生;许旭东;袁胜
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【论文介绍】基于温度曲线优化的复合材料热压罐固化时间与固化质量协同控制

【论文介绍】基于温度曲线优化的复合材料热压罐固化时间与固化质量协同控制研究背景碳纤维增强树脂基复合材料因其卓越的比强度、比模量、可设计性，在航空、航天、轨道交通、新能源等高端装备领域得到广泛应用。

热压罐成型工艺是纤维增强树脂基复合材料主要使用的成型技术，尤其适用于大尺寸复合材料构件的成型。

由于成型过程中热压罐内需要保持长时间的高温与高压条件，相对于非热压罐工艺，热压罐成型通常会导致较高的电力能源消耗。

显然，减少热压罐成型时间可以有效降低能源消耗，但是如果缺乏合理的工艺设计，成型时间的缩短会直接造成固化不充分等缺陷，从而降低复合材料构件的固化质量。

温度曲线是复合材料热压罐成型的重要工艺参数，一个完整的固化温度曲线包括升温速率、恒温温度、恒温时间、降温速率等参数，对温度曲线进行合理的优化设计，可以实现对成型时间与固化质量（固化程度、固化均匀性、固化变形）的协同控制。

近年来基于工艺优化的热压罐成型过程控制得到了广泛研究，特别是随着复合材料固化成型数值模拟方法的日益完善，基于数值模拟结果对工艺参数进行优选或结合优化算法对工艺参数进行优化设计，为复合材料热压罐成型控制提供了重要参考。

现有研究工作大多针对复合材料构件成型后的残余应力、固化变形，或者成型过程中的温度均匀性、固化度均匀性、温度峰值等开展工艺优化，如何在控制质量的前提下缩短成型周期仍然存在很多问题，所以考虑对成型时间与固化质量的协同控制优化成为目前国内外学者的研究重点。

主要创新点本文考虑了固化成型过程中复合材料构件的固化程度、固化均匀性，以及内应力导致的构件固化变形，建立复合材料固化成型的数值模拟方法。

数值模拟方法包括固化动力学方程、热-化学耦合传热模型以及考虑固化收缩与热变形的本构模型。

针对复合材料C形构件开展了固化成型的数值仿真，固化变形预测结果与实验测试结果吻合较好，验证了计算方法的合理性。

在此基础上，发展了DOE与粒子群算法集成的优化策略，以温度曲线的关键参数为设计变量，考虑成型时间与固化质量的协同控制需求，开展了温度曲线优化设计研究。

热压罐成型复合材料固化变形机理及控制研究

热压罐成型复合材料固化变形机理及控制研究摘要：先进树脂基复合材料热压罐成形工艺模拟特色实验，以自主开发的热压罐工艺成形工艺数值模拟平台为基础，基于计算机模拟的热压罐工艺理论分析，掌握复合材料热压工艺过程复杂的物理化学变化及其对复合材料成形质量的影响，提升实验设计及分析能力，深入理解热压罐成形原理和工艺控制理论。

结果表明，通过实验的自主设计，可以有效掌握热压成形工艺数值模拟方法和工艺原理，为材料科学以及与试验相关的其它学科的研究提供一种研究思路和研究途径。

关键词：树脂基复合材料热压罐工艺实验1引言复合材料热压成型工艺模拟软件平台是在多个国家级重点基础项目支撑下，基于实验和数值理论方法，建立的复合材料热压成型过程数字化模拟与工艺评价平台，对于缩短复合材料研制周期、提高制件质量可靠性、改变传统的复合材料研制模式（试错法和经验法），具有重要的意义[7-8]。

基于软件平台，自主设计改变材料、工艺、结构因素，分析制件内温度、固化度、树脂压力、纤维体积分数等分布及变化规律，对于深入理解热压罐成形原理和工艺控制理论，提升实验设计及分析能力具有重要意义，同时为材料科学以及与试验相关的其它学科的研究提供一种研究思路和研究途径。

2 实验方案在树脂基体工艺特性分析基础上，设计三组工艺参数（T-t，P-t），基于复合材料热压成型过程数值模拟平台，针对等厚层板计算不同工艺条件下层板内纤维体积分数及其分布，根据制备层板的纤维体积分数判定工艺参数的合理性，理解工艺参数对于成型过程的重要性；工艺参数不变，改变铺层方式，考察层板内纤维体积分数及其分布，了解铺层方式对成型过程的影响；改变材料体系，了解不同材料体系工艺特性的区别。

3 实验案例3.1 复合材料热压罐成形热传导/树脂固化反应过程数值模拟（1）实验问题的详细描述。

以30层玻纤布/环氧层板为对象，层板尺寸为100×100 mm，初始厚度为3.86 mm，初始纤维体积分数59%，平面尺寸远大于厚度尺寸，仅考虑层板厚度方向温差。

复合材料热压罐成型工艺仿真技术研究综述

复合材料热压罐成型工艺仿真技术研究综述发布时间：2021-12-21T05:16:21.523Z 来源：《防护工程》2021年26期作者：刘箭[导读] 当前，高压罐成型技术是航空复合材料构件制造领域应用最广泛的成型方法之一，而工艺仿真是支撑大型复合材料构件生产的重要技术。

基于此，本文分析了复合材料热压罐成型工艺仿真技术。

刘箭惠阳航空螺旋桨有限责任公司河北保定 071000摘要：当前，高压罐成型技术是航空复合材料构件制造领域应用最广泛的成型方法之一，而工艺仿真是支撑大型复合材料构件生产的重要技术。

基于此，本文分析了复合材料热压罐成型工艺仿真技术。

关键词：复合材料；热压罐成型；工艺仿真随着复合材料成型工艺基础理论、复合材料构件成型实践经验、有限元模拟技术的发展，热压罐成型工艺仿真技术逐渐发展起来，包括复合材料工装结构设计、热效率分析、复合材料硬化变形预测、工装型面补偿等。

通过对热压罐过程的模拟，可优化工装支撑结构设计，满足实际情况下刚度和强度稳定性要求，提高工装结构热效率，并且优化了热压罐工艺参数，提高了复合材料构件质量，大幅降低了大型复合材料构件开发成本及风险。

一、热压罐成型工艺特点热压罐成型工艺是在热压罐真空中对复合材料坯料或交接结构进行密封，在罐体内均匀温度场对成型中零件施加温度压力，以达到所需形状和质量的一种成型工艺法。

成型过程特点是罐内压力均匀，真空带内零件在均匀压力下成型。

应用范围广，成型过程稳定，热压罐温度条件几乎可满足聚合物基复合材料成型工艺的所有要求。

热压罐成型工艺生产的层合板孔隙率低，力学性能稳定。

热压罐工艺存在一些缺陷，大型热压罐建设成本高，需专人操作，成型过程中能耗大，复杂的结构不适合高压罐成型工艺，可根据实际情况选择低成本的RTM成型工艺。

二、复合材料热压罐成型工装仿真工装是复合材料预制件固化中的载体，其结构形式与特征严重影响产品质量。

工装设包括材料选择、结构刚强度设计、温度均匀性分析等。

复合材料成型技术研究现状

复合材料成型技术研究现状发布时间：2022-10-30T02:32:59.514Z 来源：《科学与技术》2022年13期作者：刘强[导读] 复合材料是一种新型材料，通常由聚合物、无机非金属或金属材料组成。

刘强天津泰达西区热电有限公司天津 300451摘要：复合材料是一种新型材料，通常由聚合物、无机非金属或金属材料组成。

复合材料可以被定义为由具有不同化学或物理性质的两种或多种基团材料组成的新材料，并且在基团材料之间具有明显的界面。

优点:重量轻，设计和生产性能好，组合效果好，强度和系数大，疲劳寿命长，腐蚀性好。

目前，热固性聚合物基复合材料在国内外的应用比较广泛，其主要成分为热固性树脂基体与增强纤维。

预浸料是用控制量的树脂浸渍纤维或织物后形成的中间材料，并随着航空航天领域和汽车行业对复合材料的高性能要求，预浸料作为实现该要求的主要材料得到了更广泛的应用。

基于此，本篇文章对复合材料成型技术研究现状进行研究，以供参考。

关键词：复合材料；成型技术；研究现状引言复合材料产品的质量保证是成型方法、工艺设计和检验共同作用的结果，反映了复合材料制造技术的综合性。

成型过程中各工序的控制是保证生产合格产品的关键。

目前，复合材料制品技术发展迅速。

追求高效率、高质量、低成本的完成复合材料成型，确保复合材料产品的工艺稳定、性能稳定及可靠性要求是未来研究复合材料成型技术的重中之重。

1热压罐成型热压原理是通过高温压缩罐内气体、加热包装好的预浸料，使材料在压力下硬化。

目前，该技术在工业生产中占有主要地位，尤其是在航空领域，广泛应用于飞机的机身、方向舵、尾翼、升降舵、机翼蒙皮等结构部件。

近年来，复合材料构件成型过程中温度场/热场的变化、高压密封、传热机理等影响因素已成为该工艺的主要研究方向。

2复合材料自动铺丝技术(1)自动丝织品设备的结构设计。

针对纱线自动运动的高速惯性驱动要求，外部自动纱线的机械结构有针对性地以高达60米/分钟的速度设计。

复合材料热压罐设备制备陶瓷基复合材料的性能研究

复合材料热压罐设备制备陶瓷基复合材料的性能研究摘要：本研究旨在探究复合材料热压罐设备制备陶瓷基复合材料的性能，通过实验室制备陶瓷基复合材料，使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等对其物理、化学、力学性能进行测试分析。

结果表明经过复合材料热压罐制备的陶瓷基复合材料具有优异的耐磨、耐腐蚀和高温稳定性能，具备良好的应用潜力。

引言：随着科技的不断发展，复合材料在工业领域得到了广泛的应用。

陶瓷基复合材料作为一种重要的功能性材料，在高温、耐磨、耐腐蚀等方面具有出色的性能，因此受到了越来越多的关注。

本研究旨在利用复合材料热压罐设备制备陶瓷基复合材料，并对其性能进行研究，为相关行业的材料选择与应用提供参考依据。

1. 实验方法1.1 材料制备在实验过程中，通过将陶瓷基体与增强相进行搅拌混合，获得含有不同配比的陶瓷基复合材料试样。

其中，陶瓷基体选用氧化铝作为主要成分，增强相选用碳纤维。

通过调节陶瓷基体与增强相的比例，获得不同配比的复合材料试样。

1.2 设备与工艺参数本实验采用复合材料热压罐设备进行试样制备。

设备采用高温高压环境，使陶瓷基体和增强相在高温下反应，形成结合良好的复合材料。

工艺参数包括温度、压力和保压时间等。

1.3 性能测试通过X射线衍射仪对试样进行物相分析，验证复合材料中的物相组成。

扫描电子显微镜(SEM)用于观察材料表面形貌和结构。

力学性能包括强度、韧性和硬度等方面的测试。

2. 结果与分析2.1 物相组成经过X射线衍射分析，可以确定复合材料中的物相组成。

结果显示，随着陶瓷基体与增强相配比的变化，复合材料中的物相组成也发生了变化。

不同配比的陶瓷基复合材料中存在不同的物相结构，这些物相的存在对材料的性能起到了重要的影响。

2.2 表面形貌和结构通过SEM观察，可以看出复合材料的表面形貌和结构。

在合适的配比下，陶瓷基体和增强相之间形成了良好的界面结合，增强相均匀分布于陶瓷基体中。

这种界面结合和均匀分布的特点决定了复合材料的力学性能。

复合材料构件热压罐成型模具温度均匀性分析

数值模拟分析 1
基本方程 1. 1
复合材料在热压罐固化成型过程中往往伴随着复杂的热量交换和化学反应 [10]，其中模具型面温度分布的均匀性在成型过程中起到非常关键的作用。热压罐内主要包括的换热方式为热对流和热传导。物体在高温情况下常伴随热辐射现象，而热压罐成型期间罐内温度一般低于 200 ℃，因此不予
第 51 卷第 3 期 2019 年 6 月
南京航空航天大学学报
Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics
Vol. 51 No. 3 Jun. 2019
DOI：10. 16356/j. 1005‑2615. 2019. 03. 013
明，支撑板厚度越薄，温度均匀性越好，与进气风口平行方向的支撑板对温度均匀性的影响更为显著，因此可优
先考虑增加与进气风口垂直方向支撑板厚度来增加模具刚度。在保持面积不变的前提下，改变散热孔的形状，
发现菱形与圆形散热孔具有较强的抗变形能力，而方形散热孔使得型板表面温度分布更加均匀。通过控制散热
基金项目：研究生创新基地（实验室）开放基金（kfjj20180506）资助项目；航空科学基金（20161852018）资助项目。收稿日期：2 019 ‑02 ‑2 7 ；修订日期：2 0 1 9 ‑0 5‑2 0 通信作者：安鲁陵，男，教授，博士生导师，E ‑m ail:anllm e@ 。

国内外复合材料工艺设备发展述评之八热压罐成型

三、发展趋势和挑战
随着科学技术的不断进步和市场需求的变化，复合材料工艺设备的发展趋势也在不断变化。未来，模压成型设备将更加注重自动化、智能化和绿色化。例如，通过引入机器人技术和先进的数控系统，实现设备的自动化操作和无人化生产；通过采用新型的环保材料和节能技术，实现生产的绿色化和可持续性。
然而，在发展的过程中，我们也面临着一些挑战。首先，如何将先进的自动化技术应用到传统的复合材料生产中，实现两者的有机结合，是一个亟待解决的问题。其次，随着环保要求的日益严格，如何在保证产品质量的前提下，实现生产的环保和可持续性，也是一个重要的课题。最后，如何提高设备的可靠性和稳定性，降低设备的维护成本，也是我们需要解决的一个重要问题。
3、个性化和多样化：随着消费者需求的多样化，复合材料制品的形状、尺寸和性能也要求更加多样化和个性化。因此，设备制造商需要针对不同领域和产品的需求，提供更加灵活和多样化的设备方案。
4、智能化和自动化：通过引入人工智能、机器视觉等技术，实现设备的智能化和自动化控制，可以提高设备的精度和稳定性，减少人工干预和操作失误，提高产品质量和生产效率。
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存在的问题与挑战
虽然国内外在热压罐成型技术方面取得了一定的进展，但仍存在一些问题和挑战。具体表现在以下几个方面：
1、设备成本高：目前，高端热压罐成型设备的价格较高，给一些中小型企业带来较大的经济压力。
2、技术水平有待提高：与发达国家相比，我国在热压罐成型技术方面还存在一定差距，需要进一步提高技术水平和研发能力。
国内外复合材料工艺设备发展述评之八热压罐成型
目录
01 引言
03 国内外发展现状
02 热压罐成型技术概述 04 参考内容
引言

热压罐工艺的传热分析和框架式模具温度场分布 (1)

2013年第19期（总第262期）NO.19.2013( CumulativetyNO.262 )1　热压罐工艺的传热设计1.1　热压罐工艺的传热分析（以热压罐开门处为例）热压罐工艺的传热分析一般会使用Ｃｏｓｍｏｓ软件，应用它能直接地观察热压罐的温度分布情况。

Ｃｏｓｍｏｓ软件的工作实质是应用能量守恒原理的热平衡方程，结合有限元的方法计算出节点的温度，最后导出其他热物理参数。

Ｃｏｓｍｏｓ软件的热分析主要包括热传导、热对流、热辐射等，但是在Ｃｏｓｍｏｓ程序中对热分析主要有以下两类：第一类是稳态传热分析。

指热压罐系统内的温度场不随时间的变化而变化，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于最终流出系统的热量，系统一直处于动态的热稳态中，系统任意节点的温度也不会随时间的变化而变化。

用热平衡表达式表达为：Ｑ流入＋Ｑ生成－Ｑ流出＝０。

第二类是瞬态传热分析。

指热压罐系统内部温度场随时间变化明显，这一传热分析方法常用于分析一个系统内加热和冷却的变化过程。

在此过程中，热压罐系统内部的温度、热边界条件、热流率均明显随时间变化而变化。

利用Ｃｏｓｍｏｓ软件能对不同传热设计的方案作出分析、比较，最后得到最佳方案，能起到降低投资、提高设计效率、改善热压罐设计工艺的作用。

例如对于热压罐开门处而言，其有多种设计结构，但是常用的结构主要由罐封头、罐筒体、连接弯角、硅酸铝纤维棉、不锈钢内衬等组成，其中使用的硅酸铝纤维棉材料具有良好的保温、填充能力，主要应用在罐体和不锈钢内衬之间。

利用Ｃｏｓｍｏｓ软件对热压罐开门处进行传热分析，经过对边界条件的限定分析和内部节点温度的观察记录，得到提高热压罐热效率的措施如下：一是增加填充物即硅酸铝纤维棉的厚度；二是减短开门处两个连接弯角之间的距离；三是应用热导率低的材料连接弯角。

1.2　热压罐工艺成型时的传热路径和传热方式热压罐工艺成型设计时，一般会以电热阻丝作为加热源，以流体介质作为传热载体（空气应用于低温条件下，惰性气体等应用于高温条件下），以风机等其他机械作为动力，协作完成对模具的循环加热过程和利用循环水蒸发带走热量的降温过程。

复合材料模压成型设备中热压技术新技术研究与优化

复合材料模压成型设备中热压技术新技术研究与优化随着科技的进步和产业的发展，复合材料在众多领域中得到广泛应用。

而复合材料的制备过程中，热压技术是一种重要的成型方法。

热压技术能够通过温度和压力的控制，使得复合材料在高温下形成固态。

然而，随着材料的多样化和应用领域的不断拓展，热压技术也需要不断研究和优化。

1. 热压技术的现状分析目前，热压技术在复合材料制备中已经得到广泛应用。

其中，传统的热压技术主要包括一次热压和多次热压两种方式。

一次热压是指在一定的温度和压力下，将预浸料或干纱布和树脂粘合剂加热压制的方法。

多次热压则是在多个不同温度和压力下进行多次热压制作。

这些传统的热压技术已经能够满足一定程度上的材料制备需求，但在某些特殊领域和对材料性能要求更高的情况下，这些技术仍然存在一些局限性。

2. 新技术的研究与发展为了克服传统热压技术的局限性，研究人员提出了一系列新的热压技术。

其中，最为重要和具有潜力的包括增压热压、电场辅助热压和超声波辅助热压等技术。

2.1 增压热压增压热压技术是将传统的热压技术与增压技术相结合的一种新型技术。

通过增加热压过程中的压力，可以提高热压过程中的温度和压力，并促进复合材料中的树脂流动和纤维重排，从而改善材料的密实性和性能。

2.2 电场辅助热压电场辅助热压技术是利用电场作用对复合材料进行热压的一种新技术。

通过在热压过程中施加电场，可以在复合材料中引入电热效应，从而加快材料的热传导和树脂的流动，提高材料的成型效率和性能。

2.3 超声波辅助热压超声波辅助热压技术是利用超声波振动对复合材料进行热压的一种新技术。

通过超声波的作用，可以改变材料中的温度分布和应力分布，促进树脂的流动和纤维的重排，从而提高材料的成型质量和性能。

3. 优化热压技术的方法与措施除了研究新技术外，还可以通过优化传统热压技术的参数和工艺流程来提高热压技术的质量和效率。

首先，可以通过调整热压过程中的温度和压力参数，来控制材料的成型时间和成型温度。

先进复合材料热压罐成型技术的应用

先进复合材料热压罐成型技术的应用作者：祖英俊来源：《经济技术协作信息》 2018年第24期一、传统热压罐成型工艺罐内会不可避免的存在压缩气体，针对这部分气体进行加热加压完成固化成型的目标就是热压罐成型工艺的主要工作原理，罐体、冷却系统、真空系统等是热压罐成型系统不可缺少的组成部分，注意压力系统、加热系统以及密封系统等也在上述范围的涵盖之内。

该项工艺在实际使用过程当中必须对各种技术需求进行进一步满足，这也是帮助热压罐实现对自身压力以及温度均匀分布目标的重要前提。

热压罐工艺流程：1预浸料下料（裁剪）；2铺叠毛坯；3抽真空预压实（坯料与模具贴合）；4（组装）固化；5（降温）脱模。

缺点是制品外形表面质量精度较差。

压力袋成型法是通过向橡皮囊构成的压力袋（气压室）内注入压缩气体实现对复材坯料的加压，压力可达025一0.5MPa，特点是对模具的刚度和强度要求高，制品的机械性能好于真空袋成型法制品。

双真空袋压成型法起源于美国空军，采用湿法环氧预浸料对飞机复合材料结构修补。

它有两套真空系统，适用于挥发分含量较高的树脂体系，如酚醛和聚酰亚胺。

热压罐成型工艺已由最初制备飞机承力较小的构件扩张到垂尾，方向舵和平尾发展到当前的机翼、机身等主承力结构。

综合热压罐的技术要求和工艺特点，热压罐成型工艺的优点有：热压罐内的温度和压力均匀变化，保证了固化过程制品受热均匀；使用范围广泛，模具相对比较简单，效率高，适合大面积复杂型面的蒙皮、壁板和机身的成型；热压罐内的温度、压力几乎能满足所有聚合物基复合材料的成型工艺要求，如低温成型的聚酯基复材、高温高压成型的聚酰亚胺等；成型工艺稳定可靠。

缺点有：采用人工铺叠和下料效率低，耗时长，劳动强度大，废料较多；固化过程中用到的辅助材料价格昂贵。

热压罐成型过程中，具有较大调控和改进空间的工艺有：预浸料下料环节、加热环节、加压环节和模具材料和设计。

二、先进热压罐成型工艺的研究进展l工艺研究进展。

共固化以及共胶接是现阶段热压罐成型工艺在整体成型技术当中所使用的两种主要形式，这不仅可促使零件以及紧固件树木在原有基础上不断减少，同时也促使复合材料实现—体化成型的目标。

热压罐罐体设计温度的探讨

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｃｌａｖｅ；Ｄｅｓｉｇｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；Ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ；Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｉｐｅ；Ｔａｎｋｂｏｄｙ
设计温度和设计压力是容器设计的设计载荷条件。ＧＢ１５０．１—１５０．４—２０ｌ１《压力容器》对设计温度作了定义：容器在正常工作情况下，设定的元件金属温度（沿元件金属截面的温度平均值）。热压罐是一种典型的齿啮式压力容器，容器的最高工作温度不高（常规为２５０ｏＣ），因此在设计时，常常直接采用最高工作温度作为设计温度。然而，随着设备向大型化以及高参数（压力、温度都较高）方向发展，再继续采用最高工作温度作为设计温度，不符合设计经济合理性以及节能的要求。例如．容器内径３．５ＩＴＩ，设计压力１．５４ＭＰａ，腐蚀裕量取１ｍｍ，焊接接头系数取ｌ，３６个齿，壳体材质采用Ｑ３４５Ｒ钢板，由不同设计温度计算的壳体名义壁
ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｏｎＤｅｓｉｇｎＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆＡｕｔｏｃｌａｖｅＢｏｄｙ
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