热压罐成型和VARI成型工艺

成本较低，强度和 耐热性较差，主要 应用于船舶领域。
性能相对较高，主要 应用于航空航天领域， 风机叶片也大多采用 环氧树脂。
2.3 VARI树脂低粘度平台（工艺窗口）预报
VARI树脂两个重要工艺参数：注胶温度，操作时间
树脂粘度-温度曲线
树脂粘度-时间曲线
VARI树脂要求：粘度 低，操作时间长
对同一种树脂，通常二者 不可兼得
AFP
❖ 优点(与ATL相比）
✓适合于大曲面的制件
❖ 应用实例
B787机身，A380后机身非承压部分
自动铺丝视频
第四步：封装 抽真空
密封胶带
热压罐成型工艺
真空袋 透气毡 有孔隔离膜1 吸胶毡 有孔隔离膜2 脱模布 预浸料 脱模布 脱模剂 模具
热压罐成型工艺
•真空袋：提供真空环境 •透气毡：保持真空袋内均一的真空压力（分压） •有孔隔离膜1：防止树脂流动至透气毡，但是需要小分子气体能够通过至 透气毡 •吸胶毡：吸收被挤出而过剩的树脂 •有孔隔离膜2：让树脂和小分子气体能够通过 •脱模布：让复合材料制品表面具有布纹便于后续粘接或喷漆工序，同时 脱模布应能够从制件表面剥离 •脱模剂：防止树脂粘住模具表面
真空辅助工艺
液体成型工艺
大型，超大型壳类部件
1.2 VARI成型工艺流程
准备模具
模具清理， 脱模剂的涂抹
喷涂胶衣
材料铺放 封 装
纤维织物，脱模布，
密封胶带，真空袋
导流网，导流管和真空管
抽真空
连接树脂收集器 和真空泵 保压，检查气密性
配树脂
脱泡
导入树脂 脱模修整
按固化工艺固化
2.1 VARI工艺对树脂要求
整体化成型技术优点 ❖ 减少零件数目和连接件数目 ❖ 易于实现翼身融合体布局 ❖ 增加机体表面光滑完整程度 ❖ 避免钻孔，减少构件加工损伤
A340垂直安定面： 零件数2000件100件
A310、A330垂直安定面： 零件数2000件 20件
整体化成型实例
平尾工艺方案-整体共固化
整体化成型实例
平尾外伸盒端工艺方案
复合材料制品与设计标准不符，外形曲率等参量发生变化的一种缺陷 形式
❖ 控制方式
✓ 铺层设计(角度、比例、顺序) ✓ 工艺优化(固化温度、降温速度) ✓ 模具种类(材料类型、结构形式) ✓ 强迫矫正(加强筋、施加应力)
热压罐固化典型缺陷 ❖ 孔隙
复合材料成型过程中形成的微观小孔
❖ 气孔
孔隙长大到一定程度，成宏观状态出现的一种缺陷形式
❖ 二次胶接(Secondary Bonding)
两个或多个预固化的复合材料零件通过胶接而连在一起，其间仅有 的化学或热的反应是胶膜的固化（Boeing定义)
❖ 共胶接(Co-bonding)
把一个或多个已经固化成型而另一个或多个尚未固化的零件通过胶 粘剂(一般为胶膜）在一次固化中固化并胶接成一个整体制件的工艺 方法，是共固化与二次胶接的组合。
热压罐成型工艺
第三步：预浸料铺放
❖手工铺放：适合小型复杂结构，工程中需 激光投影定位，过程中需要预压实
❖自Hale Waihona Puke Baidu铺放：自动铺带、自动铺丝适合大型 相对简单结构
热压罐成型工艺
第三步：预浸料铺放
热压罐成型工艺
第三步：预浸料铺放
自动铺带技术 ATL
ATL: Automated Tape Laying
❖ 优点
✓ 适合大型结构件铺层 ✓ 大幅度节省时间、劳力，速度较手工
提高10倍 ✓ 节省原材料，废品率仅3-5%(手工25-30%) ✓ 纤维铺贴角度更准，重复性好
❖ 应用实例
A380中央翼盒、尾翼、襟翼，B787机翼蒙皮
热压罐成型工艺
第三步：预浸料铺放 AFP: Automated
Fiber
Plac自em动en铺t 丝技术
热压罐成型工艺
放辅料、打真空袋
热压罐成型工艺
第五步：热压罐内固化成型
温度
树脂粘度变化
外加压力
真空压力
时间
热压罐固化工艺的设定，主要包括温度，压力，时间，真空度，升温速 率等参数设定，不同树脂体系，固化工艺不同
热压罐成型工艺
用于制造B787机身筒体的热压罐 (23.2×9.1米)
热压罐固化用成型模具 ❖ 选材原则
孔隙
气孔
热压罐固化典型缺陷 ❖ 脱粘
两层复合材料胶接界面之间发生大面积的脱开现象
❖ 富脂与贫胶
复合材料制件中部分区域树脂含量过高，称为富脂；部分区域树脂含 量过低，称为贫胶。
❖ 夹杂
制造过程中无意间带进制件中的杂质，如颗粒、碎片、膜片等
整体化成型技术 ❖ 共固化(Co-curing)
两个或两个以上的零件经一次固化成型而制成一个整体制件的工艺 方法
整体化成型技术风险 ❖ 成型：大件报废，风险增大
❖ 模具：大而复杂，工装成本上升 ❖ 检测：大型件的无损检测 ❖ 材料：胶粘剂，特殊材料
需要在成型与装配成本之间进行平衡
液体成型工艺
真空辅助工艺
真空树脂注入成型特点： •衍生自RTM工艺 •基本特点与RTM相同 •树脂流动由真空压力驱动(与RTM不同) •仅需半面模具，另一面为真空袋 •制品一面光滑 •低成本工装设备 •模具通常需要加热以固化树脂• 生产周期较长•机械化，自动化程度低 •制品力学性能较高，缺陷少 •适合制造大型，超大型部件
1 黏度低，粘度范围：0.1-0.3Pa.s; 2 足够长时间内黏度不变，有利于浸透、排气; 3 可在较低温度下完全固化; 4 固化时无需额外压力，只需真空压力; 5 具有良好的力学性能，满足结构使用要求; 6 具有较高的玻璃化转变温度，满足耐热要求。
2.2 VARI工艺树脂种类
聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、双马树脂、氰酸酯树脂等。
航空复合材料结构制造基本原理 第二课 热压罐成型和VARI成型工艺
潘利剑
内容提要
热压罐成型 真空辅助成型
热压罐成型
热压罐成型工艺
热压罐成型工艺过程
热压罐成型工艺
第一步：预浸料制备（纤维浸润树脂）
热压罐成型工艺
第二步：预浸料裁剪（根据结构几何尺寸）
手工下料 自动下料：拖刀、高频振荡刀、超声刀
✓ 足够的刚度、强度以保证不变形 ✓ 良好的热传导性和热稳定性 ✓ 与构件相匹配的热膨胀系数 ✓ 易于成型和加工，低成本
热压罐固化典型缺陷 ❖ 分层
由于层间应力或制造缺陷引起的层与层之间的分离，即层间的 脱胶或开裂。
❖ 控制方式
✓ 设计和工艺上减小残余应力 ✓ 提高树脂韧性
分层的显微照片
热压罐固化典型缺陷 ❖ 变形