復(fù)合材料熱壓罐成型技術(shù)解析課件

1、 復(fù)合材料制備新技術(shù) 復(fù)合材料熱壓罐成型技術(shù) 主講：梅啟林 單位：材料學(xué)院一、前言熱壓罐： 航空復(fù)合材料制品的主要生產(chǎn)設(shè)備，具有整體加熱系統(tǒng)的大型壓力容器。優(yōu)點(diǎn)：（1）大范圍內(nèi)適應(yīng)各種材料對加工條件的要求 高溫環(huán)氧175oC，600KPa 聚酰亞胺300400oC， 1MPa（2）加壓靈活性強(qiáng)，均勻缺點(diǎn)：（1）尺寸、溫度、壓力要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本昂貴 小型：D1m，L2m，10萬美元， 大型 ：100萬美元（2）升溫、加壓速度慢，溫度控制精度小二、預(yù)浸料概念 纖維浸漬樹脂后形成的片狀材料。 熱壓罐成型的主要原材料 半成品 特點(diǎn) 鋪層設(shè)計(jì) 調(diào)整纖維角度、單層厚度、層數(shù) 設(shè)計(jì)力學(xué)、理化性能

2、組成、質(zhì)量 決定制品性能預(yù)浸料的制備（1）濕法：溶液浸漬法（2）干法：熱融浸漬法 Ws=t/d Ws-預(yù)浸料單位面積纖維質(zhì)量（g/cm2) t-絲束纖度（tex，即g/103m) d-預(yù)浸料纖維間距（10-3m）預(yù)浸料的制備溶液浸漬法（輥筒纏繞法、連續(xù)排鋪法）（1）輥筒纏繞法 特點(diǎn)： 間歇性、設(shè)備簡單、生產(chǎn)效率低、批量小 實(shí)驗(yàn)室或小批量生產(chǎn) 工作原理： 一系列變速機(jī)構(gòu)-調(diào)節(jié)輥筒轉(zhuǎn)動、導(dǎo)絲輥絲杠橫向移動速度比-纖維間距 工藝參數(shù)： 纖維狀態(tài)（單絲根數(shù)、總纖度、捻度等-影響浸漬程度和含膠量） 膠液濃度（影響含膠量最嚴(yán)重的因素-調(diào)節(jié)膠液密度、溫度來控制） 牽引速度 高-浸漬時(shí)間短，浸漬程度低和含膠量

3、低 低-浸漬充分和含膠量高，效率低 纖維張力（高-含膠量低，影響外觀）預(yù)浸料的制備（2）連續(xù)排鋪法 特點(diǎn)： 連續(xù)性、效率高、適合大規(guī)模生產(chǎn) 基本過程： 若干絲束-整經(jīng)分絲-浸膠-擠膠-烘干-墊隔離紙-壓實(shí)-收卷 工藝參數(shù)： 膠液濃度 浸漬時(shí)間 -影響浸漬程度主要因素 牽引速度 擠壓輥間隙-控制含膠量關(guān)鍵部件 烘干溫度、時(shí)間-（目的-除去揮發(fā)分，初步固化（調(diào)節(jié)粘性）熱融浸漬法制備預(yù)浸料特點(diǎn)：不使用溶劑，預(yù)浸料揮發(fā)分低，降低環(huán)境污染和人體危害產(chǎn)品空隙率小，力學(xué)性能好外觀好，樹脂含量控制精度高節(jié)省了溶劑成本熔融直接浸漬法膠膜法對樹脂的要求： （1）能在成膜溫度下形成穩(wěn)定膠膜 （2）具有一定粘性，便于

4、預(yù)浸料鋪貼 （3）熔融時(shí)最低粘度不能太高，便于浸漬主要工藝過程 （1）均勻穩(wěn)定樹脂膜的制備-關(guān)鍵 （2）樹脂熔融浸漬纖維 （3）預(yù)浸料冷卻 （4）預(yù)浸料收卷預(yù)浸料的性能外觀物理性能（1）單位面積纖維的質(zhì)量（GB7192-87）（2）樹脂含量（GB7192-87）（3）揮發(fā)分含量（GB6056-85）（4）粘性（表征預(yù)浸料鋪覆性和層間粘合性的指標(biāo)）（5）流動度（一定條件下，預(yù)浸料樹脂可流出的數(shù)量占預(yù)浸料質(zhì)量的百分比，GB5260-85）（6）凝膠時(shí)間（GB5259-85）化學(xué)性能化學(xué)成分（紅外光譜GB5416-88）反應(yīng)熱焓（DSC，Q/6S 975-91）三、熱壓罐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與成型模具熱壓罐系

5、統(tǒng)的結(jié)構(gòu) (中溫低壓120oCx0.275MPa-高溫高壓760oCx69MPa)（1）壓力容器 絕熱層由內(nèi)向外:鍍鋁鋼板、陶瓷纖維、壓力容器結(jié)構(gòu)層 絕熱層-防止熱量外散，減少能量損失 鍍鋁鋼板-防止熱輻射損失 -防止熱氣體竄入陶瓷纖維層（2）加熱與氣體循環(huán)系統(tǒng) 加熱方式： 間接氣體點(diǎn)火-常用方式 熱油（聯(lián)苯400oC，硅油425oC）-可燃-潛在危險(xiǎn) 蒸汽加熱-150oC180oC-溫度低，使用少 電加熱-（適用直徑小于2米）-運(yùn)營成本高 氣體循環(huán)系統(tǒng)（保證溫度場的均勻性） 最佳氣流速度：1m/s 太高-撕開真空袋 太低-溫度不均勻三、熱壓罐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與成型模具（3）氣體加壓系統(tǒng) 常用壓縮氣

6、體： 空氣：0.7.0MPa,溫度上限120oC-低成本、但助燃,150oC以上使用危險(xiǎn) 氮?dú)猓ㄒ旱鹤畛Ｓ茫?.4.55MPa-抑制燃燒、易于分散到空氣中 -成本高 二氧化碳（液態(tài)）：2.05MPa-密度大，對人體有害 -不易分散到空氣中（4）真空系統(tǒng) 最重要的輔助系統(tǒng) 水封型真空泵最可靠，油泵易被固化揮發(fā)分副產(chǎn)物腐蝕（5）控制系統(tǒng) 對固化工藝進(jìn)行監(jiān)控-使工藝參數(shù)合理化、降低成本 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)安裝微處理控制器，以防計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)失靈（6）其它輔助系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)、裝卸系統(tǒng)等三、熱壓罐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與成型模具成型模具要求：（1）在成型溫度和壓力下保持適當(dāng)?shù)男阅埽?）成本、壽命、精度、強(qiáng)度、

7、質(zhì)量、機(jī)加工性、熱膨脹系數(shù)、尺寸穩(wěn)定性、表面處理及熱導(dǎo)率等模具材料類別：（1）室溫至中溫：樹脂基復(fù)合材料（2）低溫至高溫：金屬材料（3）超高溫：陶瓷和石墨材料三、熱壓罐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與成型模具鋁、鋼、殷鋼模具良好的表面處理性能、可多次重復(fù)使用-應(yīng)用最廣殷鋼硬度與鋼相似，熱膨脹系數(shù)比鋼和鋁更小-理想模具材料鋁：軟、熱膨脹系數(shù)大、但密度小，易搬動，機(jī)加工性較殷鋼好熱膨脹系數(shù)（鋁26.2,鋼13.2 (C),17.8(NI),鑄鐵11.1,殷鋼0.28,金屬-陶瓷7.2,聚酰胺4.68)電成型鎳 采用電鍍工藝將鎳沉積到母模(石膏) 表面光潔、耐磨、易修補(bǔ)、脫模好，但成本高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料模具熱膨脹

8、與復(fù)合材料相似表面光潔、輕質(zhì)、易加工使用溫度不能高于其玻璃化溫度，耐壓低、耐用性、耐劃傷性等不及金屬三、熱壓罐系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與成型模具膨脹橡膠模具原理：利用橡膠受熱過程的膨脹可控性，提供復(fù)合材料固化所需壓力作用：強(qiáng)化成型壓力或傳遞壓力優(yōu)點(diǎn)：可塑性成型、膨脹可控、均衡壓力等缺點(diǎn)：壽命短、導(dǎo)熱性差等石墨及陶瓷模具 石墨模具：優(yōu)點(diǎn)：熱膨脹系數(shù)低、質(zhì)輕、易制造、導(dǎo)熱性好，使用溫度高達(dá)2000oC缺點(diǎn)：易脆、重復(fù)使用次數(shù)小于10次 陶瓷模具： 適用成型耐高溫聚酰亞胺、熱塑性樹脂基復(fù)合材料等四、固化成型工藝流程工藝輔助材料（1）真空袋材料與密封膠條 100oC以下-PE薄膜 200oC以下-改性尼龍薄膜 耐高

9、溫聚酰亞胺、熱塑性樹脂基復(fù)合材料成型-耐高溫聚酰亞胺薄膜（2）有空或無空隔離薄膜 作用：防止粘模 PTFE、改性氟塑料薄膜（3）吸膠材料 吸收多余樹脂，控制、調(diào)節(jié)纖維體積含量 玻璃布、濾紙、各種纖維非織布、 200oC以下-多、廉價(jià)-滌綸非織造布（4）透氣材料 疏導(dǎo)真空袋內(nèi)氣體。厚滌綸非織造布，高溫200oC用玻璃布（5）脫模布 讓多余樹和揮發(fā)分通過并進(jìn)入吸膠層；防止粘模 一般采用0.1mmPTFE玻璃布（6）周邊擋條-橡膠四、固化成型工藝流程成型工藝流程 模具準(zhǔn)備-裁減與鋪疊-組合與裝袋-固化與出罐脫模-檢測-修整-二次成型-裝配五、熱壓罐成型工藝的仿真模擬熱壓罐固化成型過程中發(fā)生的主要物理

10、化學(xué)變化：（1）促進(jìn)樹脂流動，確保浸漬充分，和預(yù)浸料準(zhǔn)確到位（2）纖維網(wǎng)絡(luò)壓實(shí)，實(shí)現(xiàn)纖維體積含量最大化（3）合適的壓力以抑制基體中空隙的形成（4）合適的成型溫度保證固化充分成型過程的數(shù)值仿真模擬（1）樹脂流動（2）纖維變形（3）纖維壓實(shí)（4）空隙形成（5）固化工藝優(yōu)化熱傳導(dǎo)六、熱壓罐成型技術(shù)的應(yīng)用復(fù)合材料制件F-14F-15F-16F-18B-1AV-8BDC-10Demo門方向舵升降舵垂尾平尾副翼擾流板襟翼翼盒機(jī)身六、熱壓罐成型技術(shù)的應(yīng)用復(fù)合材料制件DC-1011Demo737 Demo727757767Lear Fan門方向舵升降舵垂尾平尾副翼擾流板襟翼翼盒機(jī)身六、熱壓罐成型技術(shù)的應(yīng)用六、

11、熱壓罐成型技術(shù)的應(yīng)用Thanks for your attention！激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的名言格言220、每一個(gè)成功者都有一個(gè)開始。勇于開始，才能找到成功的路。221、世界會向那些有目標(biāo)和遠(yuǎn)見的人讓路（馮兩努香港著名推銷商）222、絆腳石乃是進(jìn)身之階。223、銷售世界上第一號的產(chǎn)品不是汽車，而是自己。在你成功地把自己推銷給別人之前，你必須百分之百的把自己推銷給自己。224、即使爬到最高的山上，一次也只能腳踏實(shí)地地邁一步。225、積極思考造成積極人生，消極思考造成消極人生。226、人之所以有一張嘴，而有兩只耳朵，原因是聽的要比說的多一倍。227、別想一下造出大海，必須先由小河川開始。228、有事者，

12、事竟成；破釜沉舟，百二秦關(guān)終歸楚；苦心人，天不負(fù)；臥薪嘗膽，三千越甲可吞吳。229、以誠感人者，人亦誠而應(yīng)。230、積極的人在每一次憂患中都看到一個(gè)機(jī)會，而消極的人則在每個(gè)機(jī)會都看到某種憂患。231、出門走好路，出口說好話，出手做好事。232、旁觀者的姓名永遠(yuǎn)爬不到比賽的計(jì)分板上。233、怠惰是貧窮的制造廠。234、莫找借口失敗，只找理由成功。（不為失敗找理由，要為成功找方法）235、如果我們想要更多的玫瑰花，就必須種植更多的玫瑰樹。236、偉人之所以偉大，是因?yàn)樗c別人共處逆境時(shí)，別人失去了信心，他卻下決心實(shí)現(xiàn)自己的目標(biāo)。237、世上沒有絕望的處境，只有對處境絕望的人。238、回避現(xiàn)實(shí)的人，未來將更不理想。239、當(dāng)你感到悲哀痛苦時(shí)，最好是去學(xué)些什么東西。學(xué)習(xí)會使你永遠(yuǎn)立于不敗之地。240、偉人所達(dá)到并保持著的高處，并不是一飛就到的，而是他們在同伴們都睡著的時(shí)候，一步步艱辛地向上爬241、世界上那些最容易的事情中，拖延時(shí)間最不費(fèi)力。242、堅(jiān)韌是成功的一大要素，只要在門上敲得夠久、夠大聲，終會