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 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。
航空用树脂基复合材料的成型技术及应用
（作者单位：航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司工程技术部）◎贾超龙航空用树脂基复合材料的成型技术及应用拥有超高的强度以及超强的耐腐蚀性能，是先进复合材料的明显特征。
在耐疲劳、减震性能以及密度方面，先进复合材料远远优于其他材料。
航空航天、国防先进军事武器装备领域都是应用先进复合材料的主要范围，为我国航空航天事业发展做出极大贡献。
航空用树脂基复合材料在使用过程中同样涉及到控制成本的问题，通过控制成本以及提升应用率的方式，减少能源资源破坏的可能性。
需要正确看待先进复合材料的优势与不足，对其进行恰当使用。
一、先进成型技术的类型将纤维预成体预先铺设到指定位置固化成型，就是指LCM 技术。
成型前注意控制一定温度，将其加热融化，这也是液体模塑成型技术的实质，在此过程中注意保障树脂以及纤维的完全浸润状态。
该项技术已经在大型构件中得到大面积应用，最为明显的为加筋以及夹芯等。
在放置碳纤维时避免盲目性与随意性，需严格遵循设计需求以及设计现状，开展碳纤维铺放工作。
不仅不会涉及到较高成本，也不需要投入过多资金，是该项技术在使用过程中发挥的明显优势。
1.树脂传递模塑技术。
树脂传递模塑其实是一种用于固化的工艺方法。
增强材料会在固化过程中被完全浸润。
闭合模具是工艺成型的主要位置，在成型前需要将适当树脂注入其中。
飞机雷达罩以及整流罩等是最开始应用树脂传递模塑技术的范围。
在不断发展与应用的同时，该项技术的应用范围有所扩大。
现阶段飞机机翼框以及汽车保险杠等，都会结合实际恰当利用树脂传递模塑技术。
操作简单以及制品精准是该项技术的明显优势与特征，再制造复杂制品时同样可利用该项技术。
所获取的产品在表面上具有较高的光滑性能。
需要客观认识树脂传递模塑技术，虽然其可发挥自身优点用于工业建造，但这并不代表我们可以忽略树脂传递模塑技术的缺陷。
例如，在作业之前很难快速准确的选择到闭合模具。
气泡难以排出以及进入性能较差等，都是制约树脂传递模塑技术的重要因素。
通用飞机复合材料低成本设计及工艺概述
匹配铺贴模具与成型零件的热膨胀系数。零件成型多为中温固 化，因此复合材料工装的树脂体系在低成本制造工程中尤为关 键，一般选择低温固化树脂，脱模后进行后固化使其达到做要 求Tg值，树脂基体的固化工艺要求关系到复合材料工装过渡模 的材料选择。低温固化树脂可降低对过渡模的要求，从而降低 成本，一般较低成本过渡模材料为泡沫、代木等，密度不小于 0.8g/mm³，耐温50℃左右。工装的真空灌注工艺成型相对于预 浸料成型成本较低且技术较为成熟，研制阶段工装可采用真空 灌注工艺可降低设计更改造成的成本风险，但模具刚性相对预 浸料成型工艺较低，批产阶段建议使用预浸料成型工艺制造复 合材料工装。
材料的选择不仅要考虑其本身成本，更要综合考虑后续相 应制造工艺成本、检测工艺成本等。在这方面，航空级玻璃纤 维相对碳纤维的优势尤为突出，尤其是在后续检测成本方面。 在满足载荷要求的情况下，飞机的次承力件和非承力件可采用 玻璃纤维预浸料作为主要材料，主要关重件可选用碳纤维预浸 料作为主要材料。
3 模具 模具成本在飞机研发总费用中占比15%至30%，降低模具
2019/7/16 17:33:43
1 概述 复合材料飞机低成本模式需要从研制阶段开始保证。飞机
的研制过程是一个漫长的过程，每一架优秀飞机型号的诞生都 是在研制阶段反复修改后确定下来的。低成本的研究就要从初 始的材料、模具、设备、工艺等各方面进行长远考虑。
2 材料 材料选择是飞机结构设计的基础，也是飞机制造成本的重
要组成部分。按CCAR-23部适航标准审定的正常类通用飞机一 般重量在5700kg以下，常规航空级复合材料可满足其设计载荷 要求，因此降低复合材料本身成本尤为重要[1]。
低成本通用飞机复合材料设计制造一体化技术_马瑛剑
料的工程过程，可以使设计人员同时在零件几何、材料、结构要求以及工艺过程约束之间进行权衡。
设计人员使用FiberSIM 软件能快速可视化铺层形状和纤维方向，在设计阶段即发现制造问题，并采取相应的纠正措施；从初步设计、详细设计直到制造车间，最终得到复合材料零件。
研究内容1 铺层分片、对接区偏移量的研究预浸料有一定的幅宽限制，大型复杂复合材料构件通过仿真分析，如果铺层超出了材料的幅宽限制则需要在适当的位置将铺层进行分割，分开的铺层片之间需要进行对接或搭接，偏移量的大小要根据设计要求，通过软件进行设计[3]。
2 复杂曲面下的铺层分析及铺层展开设计研究低成本通用飞机复合材料设计制造一体化技术中航工业通用飞机设计研究院 马瑛剑本文结合演示验证件通过对通用飞机复合材料结构件的数字化设计制造，应用复合材料设计软件FiberSIM 与自动下料系统和激光铺层定位系统等的集成，打通了复合材料构件设计、工艺、制造的数字化生产线。
Composites Design and Manufacturing Integration Technology on Low-CostGeneral Aircraft低成本复合材料设计制造一体化技术已经成为世界通用飞机制造商必须要面对和解决的问题之一。
采用数字化设计制造技术可以提高产品的研制生产效率，保障产品质量，降低产品成本[1]。
该技术克服了原有复合材料制造过程中主要依赖于模线-样板而导致的铺层和层间马瑛剑硕士，现就职于中航工业通用飞机设计研究院通用飞机所结构强度室，复合材料结构主管设计师，主要负责通用飞机复合材料结构设计工作。
的定位不准、材料裕度过大导致的浪费。
高性能连续纤维复合材料为生产轻质高性能的产品提供了巨大的机会，但是高的材料成本、设计和产品制造的复杂性在很大程度上抵消了复合材料的使用效益。
为了降低成本，提高复合材料生产效率，缩短复合材料产品的开发时间，减少材料浪费，降低工具损耗及生产时间，美国VISTAGY 公司在CATIA [2]软件平台上开发了用于复合材料制造和分析的软件FiberSIM。
飞机用复合材料的低成本制造设备及工艺
FORUM论坛航空制造技术年第期飞机用复合材料的低成本制造设备及工艺中国航空工业发展研究中心陈亚莉本文分析了复合材料低成本制造工艺及设备。
指出在降低复合材料成本方面，制造技术有着广泛机遇，其关键是自动化设备。
在低成本工艺方面，非热压罐技术潜力巨大，代表着未来的发展方向。
Low -Cost M anuf act ur i ng Equi pm ent and Pr ocess of Com posi t es f or A i r cr af t波音787已开始交付用户，A 350的格局已定，A320和波音737将重新换发，F-35正进入20年生产初期。
飞机将成为下一个10年制造的主角，且将不再是以金属为主要结构的装备。
材料系统的选择以及结构设计业已确定，金属及复合材料之间的平衡也已肯定下来。
在这种情况下，制造技术将进一步提高生产效率和降仍有待改进。
例如花大量时间来置入紧固件，由于紧固件类别不同，需要一方面看图纸，在蒙皮上做标记，然后再将紧固件置入蒙皮。
飞机复合材料结构正在开发一系列缩短周期、降低成本的先进技术。
例如，从三维设计数据库中自动取出零件的几何尺寸数据是飞机制造商的优先项目。
当飞机产量大或要求制造精度高时，需要自动化设备进入生产车间进行铺层、切削加工、钻孔及在生产线上进行检验。
铺层自动化对于复合材料制造来说，自动化是关键。
碳纤维可提供所需的性能改进，但产量必须提高，成本才能降低。
波音787、A 350以及F -35投产时就必须提高生产率。
随着从手工铺层到自动化铺层，碳纤维在模具上的铺层就成了关键性的推手。
低成本，即使材料及结构方面大的决策已定，在制造方面仍有充分的改进空间。
由于空客及波音已将下一代窄体飞机推迟到2020年以后，复合材料与金属材料之争已冷却下来，即使这样，先进材料及制造技术的发展仍有机遇，只是不同飞机的机遇不同罢了。
例如，对于A 320neo 和波音737MAX 这样的飞机，要改变材料的机遇有限，而结构及技术仍将采用标准形式。
复合材料在直升机领域的应用及其低成本制造技术
复合材料在直升机领域的应用及其低成本制造技术【摘要】复合材料由于其特殊的性能，在直升机领域得到了较大规模的应用。
但复合材料的高成本成为限制其扩大应用与发展的主要因素之一，因此研究其低成本制造技术就成为了国内外专家学者关注的重点所在。
本文主要结合复合材料在直升机领域的应用情况来研究探讨复合材料低成本制造技术方法。
【关键词】复合材料；低成本制造技术；直升机；应用引言作为21世纪的主导材料，复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良和耐化学腐蚀等诸多优异性能，这些都是直升机结构所盼望的理想性能，因而在直升机设计制造中占有重要的地位。
但复合材料的高成本成为限制其扩大应用与发展的主要因素，因而复合材料低成本化就成为复合材料技术发展研究的核心问题。
本文主要在介绍复合材料在直升机制造领域的广泛应用的基础上，对复合材料的低成本制造技术进行介绍。
1 复合材料在直升机结构中应用直升机具有的飞行高度低、速度慢，无气动热问题，载荷相对较小等特点，为直升机结构采用复合材料设计提供了得天独厚的条件。
直升机采用复合材料不仅可减重，且对于改善直升机抗坠毁性能意义重大，因而复合材料在直升机结构中应用更广、用量更大，不仅机身结构，而且由桨叶和桨毂组成的升力系统、传动系统也大量采用树脂基复合材料。
目前相继出现了全复合材料的机体，据报道S-75，MD-900，D292、波音-360，PAN-2，V-22，N11-90和BR-117等直升机均属全复合材料机体。
美国的RAH-66（科曼奇）武装直升机的机身蒙皮、舱门、中央龙骨大梁、整流罩、旋翼等结构均由复合材料制造，其复合材料用量达到了总重的51%，是目前世界上使用复合材料最多的实用直升机。
我国在这方面虽然起步较晚，但仍取得了不俗的成果。
国产Z9型直升机的复合材料用量达到了总重的25%，其旋翼、涵道垂尾、尾桨叶、机身等部件均由复合材料制造。
在直升机产业应用最为广泛的复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP），其具有比重小、比强度高、耐高温、减振性好、耐疲劳性好等优点。
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。
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。
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一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展，先进树脂基复合材料作为一种高性能、轻质、高强度的材料，已经在航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等众多领域得到了广泛应用。
本文旨在对先进树脂基复合材料技术的发展历程进行深入剖析，并探讨其在各个领域的应用现状。
通过对国内外相关研究的综述，本文将总结先进树脂基复合材料技术的发展趋势，以及面临的挑战和机遇，以期为推动该领域的技术进步和产业发展提供参考。
在文章的结构上，本文首先将对先进树脂基复合材料的定义、分类及特点进行阐述，为后续的研究奠定理论基础。
接着，文章将回顾先进树脂基复合材料技术的发展历程，分析其在不同历史阶段的主要特点和成就。
在此基础上，文章将重点探讨先进树脂基复合材料在各个领域的应用现状，包括航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等。
文章还将关注先进树脂基复合材料技术在实际应用中面临的挑战，如成本、性能优化、环保等问题，并提出相应的解决方案。
文章将展望先进树脂基复合材料技术的发展前景，探讨其在未来可能的发展趋势和创新点。
通过对先进树脂基复合材料技术的深入研究和分析，本文旨在为相关领域的科研人员、工程师和管理者提供有益的参考和启示，推动先进树脂基复合材料技术的持续发展和创新。
二、先进树脂基复合材料技术的发展先进树脂基复合材料技术的发展经历了从简单的层压复合材料到高性能、多功能复合材料的演变。
近年来，随着科技的不断进步，该领域取得了显著的突破和进展。
树脂体系的创新：树脂作为复合材料的基体，其性能直接影响着复合材料的整体性能。
传统的树脂体系如环氧树脂、酚醛树脂等，虽然在很多领域有广泛应用，但随着性能要求的提升，新型树脂体系如聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂等逐渐崭露头角。
这些新型树脂具有更高的热稳定性、更低的介电常数和介电损耗，以及更好的机械性能，为先进树脂基复合材料的发展提供了强大的支撑。
增强材料的多样化：增强材料是复合材料中的关键组成部分，其种类和性能直接影响着复合材料的力学性能和功能特性。
北京航空航天大学科技成果——树脂基复合材料制造模拟与优化技术
北京航空航天大学科技成果——树脂基复合材料制造模拟
与优化技术
成果简介
北航针对复合材料结构制造低成本化和数字化的发展需求，在多项国家重大研究项目的支持下，对热压工艺和液体成型工艺的固化成型基础理论、制造缺陷形成机理与控制方法、工艺过程数值模拟与优化技术、材料工艺特性测试表征方法与工艺特性数据库等方面进行了系统深入的研究，在复合材料制造过程数字化技术上填补了多项国内外空白。
已建立先进树脂基复合材料制造模拟与优化技术及相应的软件，用于先进复合材料制造过程的分析、缺陷预测和工艺参数的优化，适用于各种结构形式和制造方法，可明显提高产品质量，降低制造成本，缩短研制周期，提高材料的利用率，对促进复合材料用量和应用水平的提高具有非常重要的意义，在航空航天、风电叶片、汽车等领域具有广泛的应用前景。
研究成果已在多家航空航天研究院所及主机厂的工程实际中得以应用，如雷达罩、防热套、波形梁、飞机鸭翼梁以及直升机起落架等，取得了良好的效果，显著缩短了制造周期、降低了制造成本、提高了产品合格率。
相关成果在2009年获得了国防科技进步一等奖和国家科技进步二等奖，并获批国家发明专利5项。
复合材料低成本制造工艺与航空应用
10% 修剪
铺贴 52%
件制造工时的一半
17%
封装固化
3%
2020-11-17
12
复合材料成型技术的发展
航空复合材料 结构
主承力 复合材料结构
次承力 复合材料结构
热压罐成型工艺为主，正 在发展非热压罐成型工艺
逐步开始应用 非热压罐成型工艺
VARI液体 真空压力成型工艺
VBO预浸料 真空压力成型工艺
闭模
主要优点：制造高纤维体积含量的大型复杂构型的零件， 保持较高的结构设计效率。
17
OOA技术2-VARI
真空辅助树脂渗透成型（Vacuum Assisted Resin Infusion）技术 将按照结构和性能要求制备好的纤维预成型体放置在模具上，在一个
真空作用下使液态树脂在预成型体内流动并浸润纤维，再经升温固化、 冷却脱模得到能够承载的复合材料构件。
聚酰亚胺
AC729RTM
10
9
8
HT-350RTM
PETI330
7
6
5
4
3
2
1
0
240
260
280
300
320
340
360
Temperature/℃
注射温度~280℃
固化温度120℃
固化温度180℃
固化温度200℃ 固化温度350℃
Tg = 120℃ 服役温度~70℃
Tg = 210℃ 服役温度~130℃
21
国外OOA技术与应用
东丽
• 2007年制造技术创新计划启 动，非热压罐制造是5个核心 领域之一。建立开发OOA体系 目标，提供可达到热压罐固 化质量水平材料
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。
航空复合材料成型与加工技术
航空复合材料成型与加工技术摘要：复合材料通常是指由高分子材料、无机非金属材料或金属材料复合而成的一种新材料。
复合材料可定义为出两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。
具有重量轻、设计制造性能好、复合效应高等特点，以及比强度和比模量高、疲劳寿命长、抗腐蚀性能好等优点。
关键词：航空复合材料；成型；加工技术一、复合材料成型技术1.1自动铺放技术自动铺放技术主要有自动铺丝和自动铺带两种技术，这两种技术的共同点是都采用了预浸料，并能实现全自动化与数字化制造，高速高效。
自动铺放技术非常适用于制造大型复合材料结构件，在各种飞行器，尤其是大型民用飞机结构的制造中所占比重越来越大。
自动铺带技术的原材料是带隔离衬纸的单向预浸带。
切割、定位、堆叠和轧制均采用数控技术自动完成，并由自动铺带机实现。
多轴龙门机械手可用于完成胶带铺设位置的自动控制，核心部件——铺带头配备有预浸带输送和切割系统，可根据待铺设工件的轮廓自动完成预浸带预定形状的切割。
加热后，预浸料带在压辊的作用下铺设在模具表面。
该方法具有高质量、高效率、高可靠性和低成本的特点。
主要用于平面或低曲率弯曲部件或准平面复合材料部件的层压制造。
特别适用于大型复杂零部件的制造，减少了组装件的数量，节约了制造和组装成本，大大降低了材料的废品率和制造时间。
1.2热压罐成型热压罐成型工艺是目前复合材料结构件制造过程中应用最广泛的方法之一。
它利用热压罐内的高温压缩气体对复合材料坯料进行加热和加压，以完成固化目的。
热压罐主要由罐门及罐体、风机系统、加热系统、冷却系统、真空系统、压力系统、控制系统和安全系统等机械辅助设施组成。
在复合材料结构制品的固化过程中，按照工艺和技术要求完成制品的抽真空、加热和加压，以达到制品固化的目的。
热压罐成型具体工艺流程如下：第一步是材料准备，主要是预浸料，根据设计要求裁剪预浸料；第二步是模具准备，在铺放预浸料前需要用甲乙酮或丙酮等溶剂清洗模具的表面。
树脂基复合材料低成本技术
树脂基复合材料低成本技术摘要：本文详细介绍了树脂基复合材料低成本技术。
包括原材料低成本、制造技术低成本关键词：树脂基复合材料，低成本，制造技术1、前言1.1复合材料低成本的发展复合材料具有突出的优点，其中包括：高比强度、高比模量、优异的热物理性能、化学稳定性、阻尼减振降噪特性和物理、力学性能的可设计性等，对实现武器装备的小型化、轻型化，提高其可靠性和生存能力都具有十分重要的意义。
因此，在航空航天和高技术领域获得了极为广泛的应用。
在70—80年代，航空航天工业对材料的要求，主要是考虑如何实现高性能，价格问题则放在次要位置。
但90年代以后情况发生了根本的变化，价格问题已成为首要考虑的问题之一。
复合材料的成本构成如下：设计成本（规范制定、设计发图、计算分析、软件研发等）纤维材料成本树脂（基体）辅助材料成本设备成本模具成本成行成本制造成本制造成型成本劳动力工时成本装配成本能源成本检测成本使用维护成本（包括修理成本）低成本复合材料技术中，低成本制造技术是核心。
调低成本制造技术已是国内外研究开发的热点和重点，成本已成为材料工艺研究和生产者必须解决的一个重大问题。
围绕低成本制造技术，国内外已经并正在进行大量的研究工作，取得了一定的成绩，国内进行的有树脂传递模塑(RTM)技术、先进的编缝与缝纫技术和高能电子束快速固化技术等，其中RTM得到了较为迅速的发展和工程应用。
近年来，先进树脂基复合材料发展很快，已成为现代航空航天工业的主要结构材料之一，是航空航天领域用量最大，应用最广的结构复合材料。
航空用复合材料与其它民用材料不同，必须具备一系列很苛刻的性能要求。
其主要性能为①质量轻的同时具备高强度和高模量；②能够在苛刻的环境条件下（如耐热性、耐溶剂性、耐候性、耐水性等）长时间使用；③确保高质量（制品的性能高，并稳定）。
因此限制了能满足这些要求的的树脂基复合材料的种类。
该类复合材料应有效利用纤维的强度和刚度，树脂具有耐溶剂性、耐化学药品性、耐热性、耐候性和高强度。
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。
通用飞机复合材料结构低成本制造技术
圜
Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
Ｆ Ｏ Ｃ Ｕ Ｓ Ｅ丑
构， 经真 空 袋封 装按 工艺 在 热压 罐 中
行 多 个大 型 零 件 或 多 喧焊 接 面 的 焊
件 来确 定桨 叶上 的应 力分 布 ， 根据 设 汁结 果 采用泡 沫 夹芯结 构 ， 芯 材表 面
膜及 表 面 防雷 击 材 料 采用 激 光 投 影
辅 助 手 工铺 放 。 在芯轴上铺完后， 从 铝芯 轴 上 取 下置 于 阴模 内 ， 阴模 为 ２
部 分 碳／ 环 氧 材 料 组 成 的蛤 形 件 结
少 了机体 的检测 、 维护 和维修 费用 。 ④
改善 气动 外形 ： 复 合材料 结构 的成 型
ｆ
￣
Ｆ Ｏ Ｃ Ｕ Ｓ
通用飞机复合材料结构低成本制造技术
■ 文 ／陈 静 程文礼 李贤德 。
１ ．中航 复合材料有限责任公 司
２ ．中航 工业 制造 院复合材料技术 中心
３ ． 中航通 飞华南飞机 工业有限公 司
一
概述
通 用 飞机 在 近 十 几 年 的 飞 速 发
转 换 的竞 争优 势 。 这 主要 归 功于复 合
材料 的以下优 点 ：
①更 好 的抗冲 击性 ： 碳 纤维复 合
客 比奇 公司 的“ 首相 Ｉ” 。 复 合 材料 结 构件 用材 的 比例 已经成为飞机 先进性 的重 要标 志 。 为 进一 步提 高 市场 竞争 力， 低 成本 复 合 材 料 结 构 设 计一 制 造
不 受 金属 材料 生产 的 限制 ， 可 以实 现
个筒 体 在机 翼处 连接 。 筒体 蜂 窝夹层 结构 采用辛辛那提 公司 （ Ｃｉ ｎ ｃ ｉ ｎ ｎ ａ ｔ ｉ ） ＶＩ ＰＥＲ 自动 纤维铺放 设备 在铝合 金 芯 模上 进 行丝 束铺 放 。 预浸 料所 用 碳 纤 维为 东 邦Ｔｅ ｎａ Ｘ 美 国公 司 的Ｇ４ ０ — ８ ０ ０ 和赫 氏 （ Ｈｅ ｘ ｃ ｅ １ ） 公司 的Ｉ Ｍ７ ， 环 氧 树脂 采用氰特 （ Ｃｙ ｔ ｅ ｃ ） 工程材料公 司
树脂基复合材料低成本技术
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）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
RTM技术存在的难点是由于在成型阶段树脂和纤维通过浸渍过程实现赋形,纤维在模腔中的流动、纤维浸渍过程以及树脂的固化过程都对最终产品的性能有很大的影响,因而导致了工艺的复杂性和不可控性增大。
主要问题有:①树脂对纤维的浸渍不够理想,制品里存在空隙率较高、干纤维的现象;②制品的纤维含量较低;③大面积、结构复杂的模具型腔内,模塑过程中树脂的流动不均衡,不能进行预测和控制。
2 RTIM的衍生工艺
2.1V ARTM(真空辅助RTM)工艺
真空辅助树脂传递模塑(V ARTM)是在RTM的基础上开发得到的。
V ARTM是在真空状态下排除纤维增强体中的气体,通过树脂的流动、渗透,实现对纤维及其织物的浸渍,并在室温下进行固化,形成一定树脂与纤维比例的工艺方法。
V ARTM是一种吸出空气的闭模工艺,与常规的RTM工艺相比:①RTM工艺在树脂注入时,模具型腔内可积起几吨压力,通过抽真空V ARTM 工艺可减少这种压力,因而增加了使用更轻模具的可能性;②真空的使用也可提高玻璃纤维对树脂的比率,使制品纤维含量更高;③真空还有助于树脂对纤维的浸渍,使纤维浸渍更充分;④真空还起到排除纤维束内空气的作用,使纤维的浸润更充分,从而减少了微观空隙的形成,得到空隙率更低的制品;⑤V ARTM工艺生产的构件机械性能更好。
V ARTM工艺制造的复合材料制件具有成本低、空隙含量小、成型过程中产生的挥发气体少、产品的性能好等优点,并且工艺具有很大的灵活性。
2.2Light-RTM成型工艺
Light-RTM通常称为轻质RTM,该工艺是在真空辅助RTM工艺的基础上发展而来的,适用于制造大面积的薄壁产品。
Light-RTM典型特征是下模为刚性的模具,而上模采用轻质、半刚性的模具,通常厚度为6mm~8mm。
工艺过程使用双重密封结构,外圈真空用来锁紧模具,内圈真空导入树脂。
注射口通常为带有流道的线性注射方式,有利于快速充模。
由于上模采用了半刚性的模具,模具成本大大降低,同时在制造大面积的薄壁产品时,模具锁紧力由大气压提供,保证了模具的加压均匀性,模制产品的壁厚均匀性非常好。
2．3树脂浸渍模塑成型工艺(SCRIMP)
SCRIMP是一种新型的真空辅助注射技术(V ARTM),是1990年美国Seemann Composites(西曼复合材料公司)在美国获得专利权的真空树脂注入技术。
SCRIMP工艺的基本原理是在真空状态下排除纤维增强体中的气体,通过树脂的流动、渗
透,实现对纤维的浸渍。
在模具型面上铺放增强材料和各种辅助材料,用真空袋将型腔边缘密封严密,在型腔内抽真空,再将树脂通过精心设计的树脂分配系统在真空作用下注入模腔内,最后固化成型。
SCRIMP工艺的树脂分配系统改善了浸渍效果,减少了缺陷发生,使模塑部件具有很好的一致性和重复性,同时也克服了V ARTM在生产大型平面、曲面的层合结构以及加筋异型构件等制品时,纤维浸渍速度慢、成形周期长等不足。
与传统的RTM工艺相比,SCRIMP工艺只需一半模具和一个弹性真空袋,这样可以省去一半的模具成本,成型设备简单。
由于真空袋的作用,在纤维周围形成真空,可提高树脂的浸湿速度和浸透程度。
同时它只需在大气压下浸渍,固化;真空压力与大气压之差为树脂注入提供动力,从而缩短成型时间。
SCRIMP工艺适用于中、大型复合材料构件,施工安全、成本较低。
SCRIMP工艺制造的部件性能与航空航天领域广泛采用的热压罐工艺相媲美。
随着SCRIMP技术从军事应用向民用工业的转移,在建筑、汽车行业将有很大的拓展空间,如大尺寸的屋面、建筑平台等公用工程构件。
2．4树脂膜渗透成型工艺(RFI)
RFI工艺是在RTM的基础上发展起来的树脂膜渗透成型工艺。
它是一种树脂融渗和纤维预成型坯相结合的技术。
RFI采用单模和真空袋来驱动浸渍过程,工艺过程是:将预制好的树脂膜铺放在模具上,再铺放纤维预成型体并用真空袋封闭模具;将模具置于烘箱或热压下加热并抽真空,达到一定温度后,树脂膜熔融成为黏度很低的液体,在真空或外加压力的作用下树脂沿厚度方向逐步浸润预成型体,完成树脂的转移;继续升温使树脂固化,最终获得复合材料制品。
RFI工艺加热时树脂流动是厚度方向的流动,大大缩短了流程,使纤维更容易被树脂浸润。
相对于RTM工艺,RFI工艺能制造出纤维含量高、孔隙率极低、力学性能优异、制品重现性好、壁厚可随意调节的大型复合材料制件和复杂形状的制件,并可根据性能要求进行结构设计。
RFI工艺采用真空袋压成型方法,免去了RTM工艺所需的树脂计量注射设备及双面模具加工无需制备预浸料,挥发物少,成型压力低,生产周
期短,劳动强度低,满足环保要求和低成本高性能复合材料的要求。
RFI工艺不足之处表现在:①对树脂体系要求严格,不太适合于成型形状复杂的小型制件;②制品表面精度受内模影响,达不到所需要的复杂程度和精度要求;③RFI工艺中,树脂的用量不能精确计量,需要吸胶布等耗材除去多余树脂,因而固体废物较RTM工艺多。
3结语
RTM、V ARTM、SCRIMP、RFI都是LCM技术的范畴,近几年来发展都特别快,是生产高性能、低成本复合材料制品的有效途径。
目前LCM工艺技术已经成为先进复合材料低成本制备技术的主要发展方向,是复合材料领域研究的热点。
每一种成型工艺有各自的特点,通过提高原材料的各项性能、工艺的改进、模具设计制造技术的提高等方面来扬长避短,更好地发展复合材料液体模塑技术,开拓新的应用领域。
参考文献
[1]益小苏,许亚洪,唐邦铭,等．复合材料结构一功能一体化技术与吸能结构的研究[J]．材料工程,2014(9):3-8．
[2]马俊龙．复合材料LCM 整体成型工艺发展及应用[J]．科技创新与应用,2015(10):109 -113．
[3]刘志杰,闰超,罗辑,等．复合材料多隔板框梁结构的RTM工艺成型[J]．玻璃钢/复合材料,2015(1):82-87。