复合材料成型技术研究现状

复合材料成型技术研究现状

李乾

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摘要：复合材料通常是指由高分子材料、无机非复合材料或复合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。目前国内外广泛使用热固性聚合物基复合材料，其主要成分是热固性树脂气体和增强纤维。预浸料是用控制量的树脂浸渍纤维或织物制成的中间材料。根据航空航天和汽车工业对复合材料的高性能要求，预浸料被广泛用作实现这一要求的主要材料。本文介绍了树脂基复合材料的一般成型技术，分析了树脂基复合材料今后的发展趋势。

关键词：复合材料；成型技术；研究现状；

引言

由于我国复合材料的研发起步较晚，目前该技术难点主要在：成型工艺、高性能树脂基体的研发以及树脂基体与纤维浸润界面问题。随着复合材料制造技术和成型工艺的发展，未来将有更多的新型复合材料应用于航空器。此外，复合材料逐步向轨道交通、船舶、风能等领域辐射，逐步多元化，将呈现性能不断突破、应用全面普及的发展趋势，助推材料科学、技术和产业的进步。

1材料成型与控制工程的含义

对于机械工业来说，成型和控制材料是有意义的。这不仅提高了我国的机械生产水平，而且提高了在研究实践过程中加工和优化的材料的特殊要求。而材料成型是希望有一些金属单质，或者是有机复合材料根据材料等级的不同，能够充分的发挥好自己的一些化学特性与机械制造行业相联系，利用一些科学技术把这些特性放大化充分的去配置到相应的机械工艺上面。还有在材料的控制方面上也要全方面的去把控到金属工程，整个流程的运行，同时再材料的一些控制面上，避免由于一些流程所造成的复合材料浪费和没有办法把复合材料的物理性质充分的发挥出来，在材料成型与控制工程这个方面来说，相关工作人员主要是把材料在建筑流程过程中充分的发挥出自己的特性，同时利用一些科学手段和机械设备，更好的去加工工艺材料。而在材料成型和控制工程的总体含义上来说就是需要机械制造人员，经过不同的机械设备和科学手段去推动经济材料在这一方面的具体应用。

2复合材料成型技术

2.1自动铺放技术

自动包装技术主要包括自动包装和自动包装台。这两种技术的共同点都是可以使用Frifregg实现全自动化和数字化制造、速度和效率。自动布局技术非常适用于大型复合材料结构件的制造，在各种飞机，特别是大型民用飞机结构的制造中发挥着越来越重要的作用。自动包装技术的原料是带有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。与传统的手工/半自动复合构件铺层工艺相比，自动铺放设备生产的复合构件在铺层生产率、铺层劳动量、材料利用率、制造加工精度和生产成本等方面具备很大的优势。其铺设生产率比人工铺设高几十倍，适用于制造复杂复合材料结构件。自动铺带技术可以提高复合材料结构的质量与加工效率，降低生产制造成本，减轻结构重量。

2.2挤压和锻模塑性成型

对于复合材料加工过程中来说，不仅仅是对于前期的加工和加工过程的处理，而后期的挤压和锻膜塑性成型问题也是需要重点关注的。而锻膜塑性成型的核心原理，还是通过模具表面的涂层和添加润滑剂的方式去经过调整挤压之间的压力系数，从而去改善摩擦能力，确保加工工程的一定流畅性从而完善他的辅助措施和核心原理。同时在挤压和锻模塑性成型的核心原理方面上，一定要去结合具体的事情况，也可以利用一些增加高温和增加颗粒感以及提高速率等一些方式去提升和影响的效果。结合实际情况去严格控制和遵守成品质量问题。保障成型后的复合材料不会出现横向裂纹等一些问题的发生。

2.3热压罐成型

热压罐成型的原理是通过罐内的高温对气体进行压缩，将铺放好的预浸料加热加压，使材料固化成型。该工艺目前主导着工业生产，尤其是航空领域的工业生产，并在很大程度上应用于飞机、方向盘、尾部、舵、结构构架等的结构部分。近年来，温度场/热场变化对复合材料组成、严重压降、传热机理等的影响成为该过程的主要研究方向。

2.4真空辅助成型

真空辅助成型是利用真空负压排出纤维中的气体，实现树脂的流动与渗透，从而浸渍碳纤维，并在真空下固化成复合材料构件。真空辅助成型是一种从ＲＴＭ发展而来的低成本液体模塑成型工艺。通过压阻式压力传感器和原位测量压力梯度，控制树脂的注入压力和流动性。

3复合材料制造技术发展趋势

3.1复合材料零件趋于大型化、整体化

大量的装配零件和设备、人工成本占据航空复合材料零件总体制造成本的近45%，且金属紧固件的使用不利于飞机结构的轻量化。目前广泛采用的预浸料/热压罐工艺需要大量的复杂工艺步骤才能实现复合材料零件整体的成型，技术难度较大。这也是复合材料构件成本居高不下的重要原因之一。因此，利用非热压罐技术实现整体化成型是降低复合材料制件制造成本、提高制造效率行之有效的方式。可以预见，未来飞机结构中将大规模使用液体成型技术制造的复合材料零部件。

3.2复合材料制造低成本化

复合材料的高制造成本目前是限制其进一步应用与发展的主要因素之一，许多国家陆续制定和实施低成本复合材料计划，推动复合材料低成本化成为核心研究问题。原材料、设计制造、使用维护构成了航空复合材料成本，以液体成型为代表的复合材料低成本技术可从降低制造成本角度助力于航空复合材料整体成本的下降。

结束语

总而言之，我国目前在复合材料的成型与控制工程方向上有了较高的重视度，同时也认可他的发展前景是比较广泛的。也鼓励相关企业和工厂可以在现代科技的帮助之下，快速的把复合材料加工和成型控制工程能够进行一个提高。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。

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