-复合材料结构分析与成形原理

树脂基复合材料缠绕成型工艺的研究与应用

姓名：刘伟萍

(西北工业大学机电学院, 陕西西安710072)

摘要：随着我国航空事业的发展，先进材料方面的需求越来越急迫，复合材料各方面的

优秀性能使得它在飞机上的应用越来越广泛。现阶段我国在复合材料方面虽然取得了一

定进展，但在成型工艺方面与欧美等国家还存在一定差距。复合材料的成型工艺方法很

多，本文主要介绍了树脂复合材料缠绕成型工艺的特点、工艺流程、及现阶段还存在的

一些问题和相应的解决办法。

关键字：树脂基复合材料缠绕成型工艺流程

The Research and Application of Winding And Forming Process of Polymer Composites

Abstract:With the development of Chinese aviation industry,the demand in the spects of advanced materials become more urgent.Because of the excellent properties of composites,it is applied more and more widely in the aircraft.Nowadays,China has made some progress in terms of composite materials ,But in terms of composites forming process,there is still a gap between China and westen developed countries like America and UN.There is A lot of methods in c omposites and winding forming process,this paper describes the characteristics、forming process of polimer composites,it also introduces some problems and corresponding solutions.

Keyword:Polymer Composites Winding And Forming Process technological process

1 绪论

1.1复合材料的应用与研究

复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料具有质量轻、比强度、比模量高，较好的延展性、抗腐蚀、隔热、隔音、耐高温、性能可设计性等特点，因此被大量用于航空航天等军事领域和民用领域，是制造飞机、火箭、航天飞行器等的理想材料。

在航空工业中，复合材料的应用越来越广泛，而且成为衡量飞机性能的重要参数。复合材料成型技术在应用过程中不断积累应用经验,提高技术水平, 完善

配套技术, 从非承力构件整流蒙皮逐渐发展到承力构件尾翼、机翼, 从简单结构层合壁板, 逐渐发展到整体复合材料结构尾翼和机翼。先进树脂基复合材料在飞机上的应用可以实现15% ～30%减重, 可有效降低飞机的结构重量, 提高飞机的机动性能和有效载荷等。飞机结构复合材料化已经成为趋势, 先进树脂基复合材料已经成为不可缺少的关键航空结构材料。从上世纪90 年代开始, 先进战斗机大量使用先进树脂基复合材料, 如F - 22飞机复合材料的用量达到约25% , F - 35 复合材料用量达到35% ,主要应用包括机翼、机身、尾翼等主要承力构件。先进树脂基复合材料在民用飞机的应用从2003 年用量得到了跨越发展, 空客公司的A380宽体客机复合材料的用量增加到24% , 波音公司的B787飞机复合材料用量达到约50% , 空客公司在研究的A350XWB复合材料用量将达到52%。随着国内先进树脂基复合材料性能的提高, 制造技术的不断成熟, 配套无损检测和装配等技术的完善, 国内先进树脂基复合材料在直升机、歼击机和大型飞机得到相当的应用。歼击机复合材料的用量已经达到6% ～9% , 主要包括机翼、平尾、垂尾、前机身、鸭翼、襟副翼、腹鳍等; 直升机复合材料用量达到25% ～33% ,主要包括旋翼系统和机身结构。先进树脂基复合材料机翼、平尾、垂尾、鸭翼、直升机机身、尾段等复合材料构件已经实现批量生产。

1.2树脂基复合材料的应用现状

复合材料按其基体材料的不同可分为聚合物复合材料、金属基复合材料和无机非金属基复合材料，我们通常所说的树脂基复合材料属于聚合物复合材料，现阶段复合材料的应用以它最广，占所有复合材料总量的90%以上。所以本文主要讲述了树脂基复合材料的成型工艺。

先进复合材料主要指热固性树脂或热塑性树脂为基体、高性能连续纤维为增强体的一类材料，对于飞机承力结构而言，尤其以碳纤维/环氧树脂基复合材料和碳纤维/双马树脂基复合材料用量最大。先进复合材料是通过一定的工艺方法由树脂和纤维复合而成的，与传统的金属材料不同，树脂基复合材料工艺过程具有材料形成和构件成型同时完成的特点，即复合材料形成时其结构尺寸与构件基本一致，只需少量的后加工便可使用。这个特点一方面使得一些对于传统材料难以加工的构件成为了可能，另一方面也决定了工艺过程对于复合材料性能和成本的重要性。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。

1.3树脂基复合材料成型工艺

树脂复合材料的成型方法主要包括两部分：热塑性树脂复合材料成型和热固性树脂复合材料成型。热塑性树脂基复合材料的成型方法包括树脂传递模塑成型法、模压成型法、注射成型法、拉挤成型法、弹性体储存成型法和纤维缠绕成型法等：热固性树脂基复合材料成型方法主要包括层压成型法、模压成型法、手糊成型法、拉挤成型法和缠绕成型法等。

1.4 本文研究方向

本文着重介绍了树脂基复合材料缠绕成型工艺及其应用，主要包括缠绕成型的原材料、工艺流程、影响制品的因素、制品容易产生的缺陷和解决办法。