復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及其成型原理

碳纖維復(fù)合材料(西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，陜西西安710072)摘要：碳纖維復(fù)合材料與金屬材料相比，其密度小、比強(qiáng)度、比模量高，具有優(yōu)越的成型性和其他特性，具有極大的發(fā)展?jié)摿?。本文介紹了碳纖維復(fù)合材料的特點(diǎn)及其應(yīng)用，總結(jié)了碳纖維復(fù)合材料的成型工藝及每種成型工藝的特點(diǎn)，并從材料和成型兩個(gè)方面指出了它的發(fā)展方向。關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；碳纖維；成型工藝；工藝流程CarbonFiberReinforcePlastic(SchoolofMechatronics,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072,China)Abstract:Comparedtometals,carbonfiberreinforceplastichasgreatpotentialfordevelopmentwithlowerdensity,higherspecificstrengthandmodulus,andexcellentmoldabilityandothercharacteristics.Thisarticledescribesthecharacteristicsandapplicationsofcarbonfiberreinforceplasticandsumupthemanufacturingprocessofcarbonfiberreinforceplasticandtheircharacteristics.Finally,thisarticlepointsoutthedevelopmentofcarbonfiberreinforceplasticfromtwoaspects:materialandmanufacturingprocess.Keywords:composites;carbonfiber;manufacturingprocess;process1引言纖維增強(qiáng)塑料是工程塑料應(yīng)用的一種重要形式，而碳纖維復(fù)合材料就是其中的佼佼者，它以其所具有的低密度、高比強(qiáng)度、高比模量和優(yōu)越的成型性和其他物理、化學(xué)特性在軍事、航天、航空、電子等領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用，具有極大的發(fā)展?jié)摿?。尤其是在航空領(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件是航空航天結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，常用于飛機(jī)的內(nèi)部骨架以及發(fā)動(dòng)機(jī)等零件的固定支架。所以，進(jìn)一步研究碳纖維復(fù)合材料對(duì)發(fā)展我國(guó)制造業(yè)尤其是航空制造業(yè)具有重要的意義。本文從碳纖維復(fù)合材料的特點(diǎn)及其應(yīng)用出發(fā)，總結(jié)了它的成型工藝及每種成型工藝的特點(diǎn)，并從材料和成型兩個(gè)方面指出了它的發(fā)展方向。2碳纖維復(fù)合材料及其應(yīng)用2.1碳纖維的結(jié)構(gòu)碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維，其含碳量隨種類不同而異，一般在90%以上。碳纖維具有一般碳素材料的特性，如耐高溫、耐摩擦、導(dǎo)電、導(dǎo)熱及耐腐蝕等，但與一般碳素材料不同的是，其外形有顯著的各向異性、柔軟、可加工成各種織物，沿纖維軸方向表現(xiàn)出很高的強(qiáng)度。碳纖維比重小，因此有很高的比強(qiáng)度。碳纖維是由含碳量較高，在熱處理過(guò)程中不熔融的人造化學(xué)纖維，經(jīng)熱穩(wěn)定氧化處理、碳化處理及石墨化等工藝制成的。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強(qiáng)度即材料的強(qiáng)度與其密度之比可達(dá)到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強(qiáng)度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。與此同時(shí)，其力學(xué)性能又是其它纖維無(wú)法比擬的。表l給出了碳纖維的力學(xué)性能與其它種類纖維的比較。表1碳纖維與其它纖維力學(xué)性能的比較纖維種類密度g/cm3拉伸強(qiáng)度GPa拉伸彈性模量GPa性能高強(qiáng)碳纖維1.505.70280質(zhì)輕、高強(qiáng)，大絲束成本低聚乙烯纖維0.972.59120超高分子量玄武巖纖維2.803.00?4.8079?93耐酸堿，耐高溫，密度大E-玻璃纖維2.553.4072.40主流增強(qiáng)材料，密度S-玻璃纖維2.504.5086.9大，模量偏低，耐濕熱性能較差2.2碳纖維復(fù)合材料盡管碳纖維可單獨(dú)使用發(fā)揮，但它畢竟屬于脆性材料，只有將它與基體材料牢固地結(jié)合在一起時(shí)，才能有效地發(fā)揮其優(yōu)異的力學(xué)性能。因此，碳纖維可用作復(fù)合材料中的增強(qiáng)相⑵，以提高產(chǎn)品得強(qiáng)度、減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命和增加安全可靠性。因此，從國(guó)防軍工到民用工業(yè)，包括航空航天、土木建筑、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，碳纖維復(fù)合材料都獲得了進(jìn)一步的應(yīng)用。碳纖維在復(fù)合材料中用作增強(qiáng)材料時(shí)，根據(jù)使用目的不同可選用不同的基體材料和復(fù)合方式達(dá)到要求的復(fù)合效果。碳纖維可用來(lái)增強(qiáng)樹脂、水泥、橡膠、碳、金屬等，而目前使用最多、最廣泛的就是樹脂基復(fù)合材料。在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中，碳纖維起到增強(qiáng)作用，而樹脂基體則使復(fù)合材料成型為承載外力的整體，并通過(guò)界面?zhèn)鬟f載荷于碳纖維。所用基體樹脂主要分為兩大類，一類是熱固性樹脂(Thermosettings，TS)，另一類是熱塑性樹脂(Thermoplastics,TP)。熱固性樹脂由反應(yīng)性、低分子量預(yù)聚體或帶有活性基團(tuán)高分子量聚合物組成。成型過(guò)程中，在固化劑或熱作用下進(jìn)行交聯(lián)、縮聚，形成不熔不溶的交聯(lián)體型結(jié)構(gòu)。常用的有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、雙馬來(lái)亞酰胺樹脂等。熱塑性樹脂由線型高分子量聚合物組成，在一定條件下溶解和熔融，只發(fā)生物理變化。常用的有聚乙烯、尼龍、聚醚醚酮等。2.3碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復(fù)合，制成結(jié)構(gòu)材料。碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其比強(qiáng)度、比模量綜合指標(biāo)，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴(yán)格要求的領(lǐng)域，在要求高溫、化學(xué)穩(wěn)定性高的場(chǎng)合，碳纖維復(fù)合材料都頗具優(yōu)勢(shì)。碳纖維是50年代初應(yīng)火箭、宇航及航空等尖端科學(xué)技術(shù)的需要而產(chǎn)生的，現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于體育器械、紡織、化工機(jī)械及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。隨著尖端技術(shù)對(duì)新材料技術(shù)性能的要求日益苛刻，促使科技工作者不斷努力提高。80年代初期，高性能及超高性能的碳纖維相繼出現(xiàn)，這在技術(shù)上是又一次飛躍，同時(shí)也標(biāo)志著碳纖維的研究和生產(chǎn)已進(jìn)入一個(gè)高級(jí)階段。由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強(qiáng)度高而成為一種先進(jìn)的航空航天材料。因?yàn)楹教祜w行器的重量每減少1公斤，就可使運(yùn)載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業(yè)中爭(zhēng)相采用先進(jìn)復(fù)合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)，它所用的碳纖維復(fù)合材料已占全機(jī)重量的1/4，占機(jī)翼重量的1/3。據(jù)報(bào)道，美國(guó)航天飛機(jī)上3只火箭推進(jìn)器的關(guān)鍵部件以及先進(jìn)的MX導(dǎo)彈發(fā)射管等，都是用先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料制成的。現(xiàn)在的F1(世界一級(jí)方程錦標(biāo)賽)賽車，車身大部分結(jié)構(gòu)都用碳纖維材料。頂級(jí)跑車的一大賣點(diǎn)也是周身使用碳纖維，用以提高氣動(dòng)性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度碳纖維可加工成織物、氈、席、帶、紙及其他材料。傳統(tǒng)使用中碳纖維除用作絕熱保溫材料外，一般不單獨(dú)使用，多作為增強(qiáng)材料加入到樹脂、金屬、陶瓷、混凝土等材料中，構(gòu)成復(fù)合材料。碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料可用作飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽除電材料、人工韌帶等身體代用材料以及用于制造火箭外殼、機(jī)動(dòng)船、工業(yè)機(jī)器人、汽車板簧和驅(qū)動(dòng)軸等。表2為碳纖維的重點(diǎn)開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域；圖2為最近幾年世界碳纖維的需求量；圖3為世界碳纖維按應(yīng)用領(lǐng)域需求的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)。表2碳纖維的重點(diǎn)開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域典型件制造工藝汽車等交通工具車身，傳動(dòng)軸，板型構(gòu)件等鋪層，纏繞，模壓，注射成型電子外殼，支架，底板等熱塑性樹脂注射成型等土木建筑增強(qiáng)水泥，鋼筋，橋墩，層壓板拉擠，手工鋪層等能源風(fēng)力發(fā)電葉片，燃料電池等纖維纏繞，鋪層，模壓等航海桅桿，纜索，甲板，船身等手工鋪層，纖維纏繞等離岸石油浮標(biāo)，抽油桿，防火裝置等拉擠，手工鋪層等其它工業(yè)應(yīng)用壓力氣罐，軸類件，飛輪等纖維纏繞等其他休閑用品高爾夫球桿，網(wǎng)球拍，滑雪桿等纖維纏繞，鋪層，模壓等350003000。25000200001500010000500012%10%8%6%4%2%0%2001350003000。25000200001500010000500012%10%8%6%4%2%0%2001200220032004200520062007200820092010年份碳纖維需求總/同比增長(zhǎng)圖2世界碳纖維的需求量00需求*oO5O2215000天動(dòng)閑業(yè)用航運(yùn)休工應(yīng)1000050002001200220032004200520062007200820092010年份3碳纖維復(fù)合材料成型工藝成型工藝是將原材料轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵工藝步驟。碳纖維復(fù)合材料的加工成型工藝很多，不同的成型加工技術(shù)對(duì)制品的性能會(huì)帶來(lái)較大的影響。目前常用的碳纖維復(fù)合材料加工成型工藝主要有：手糊成型(HandLaying-up)、噴射成型(SprayMoulding)、真空袋成型法、團(tuán)狀模塑料(DoughMoldingCompound，DMC)成型、片狀模塑料(SheetMoldingCompound，SMC)成型、層壓成型(LaminationProcess)>熱膨脹成型、樹脂傳遞模塑成型(ResinTransferMolding，RTM)、纏繞成型(WindingProcess)>反應(yīng)注射成型(ReactionInjectionMolding，RIM)和拉擠成型(PuhrusionProcess)等。本文重點(diǎn)介紹手糊成型工藝、真空袋成型工藝、熱膨脹成型工藝、拉擠成型工藝、RTM成型工藝模壓成型工藝。3.1手糊成型手糊成型［3］是指在模具型腔表面涂布或鋪迭脫模劑、膠衣、粘度適中的樹脂(膠衣凝膠后涂覆)和碳纖維，手持輥?zhàn)踊蛩⒆邮弓h(huán)氧樹脂浸漬碳纖維，并驅(qū)除氣泡，壓實(shí)基層。鋪層操作反復(fù)多次，直到達(dá)到制品的設(shè)計(jì)厚度。具體工藝流程如圖4所示。圖4手糊成型流程圖該工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是：可室溫成型；設(shè)備投資少，模具折舊費(fèi)低；上馬快，技術(shù)較易掌握；無(wú)論構(gòu)件尺度大小，造型如何復(fù)雜，都可以制作出來(lái)。主要缺點(diǎn)是：屬于勞動(dòng)密集型生產(chǎn)，制品質(zhì)量由工人技術(shù)熟練程度決定；手糊用樹脂分子量低，通常可能較分子量高的樹脂對(duì)人的健康和安全有害。3.2真空袋成型真空袋成型法是指在環(huán)氧樹脂固化時(shí)，通過(guò)抽真空的方式使袋內(nèi)復(fù)合材料坯件受到均勻壓力來(lái)制備復(fù)合材料制品的成型方法。其過(guò)程為：將手糊或噴射好的積層在環(huán)氧樹脂的A階段與模具在一起，在積層上覆以真空袋，周邊密封，然后抽真空形成負(fù)壓，大氣通過(guò)真空袋對(duì)毛坯加壓，使積層受到不大于101kPa的壓力而被壓實(shí)、成型。真空袋用延展性好、強(qiáng)度高的尼龍膜等材料制成，用粘性的密封膠條與模具粘結(jié)在一起，真空袋內(nèi)通常要放有導(dǎo)氣氈以使真空通路暢通。固化完全后卸模取出制件。真空袋法封裝示意圖如圖5所示。圖5真空袋法封裝示意圖其工藝流程如圖6所示。

圖6真空袋成型工藝流程圖真空袋成型工藝簡(jiǎn)單，不需要專用設(shè)備，常用來(lái)制造室溫固化的制件，也可在固化爐內(nèi)成型高、中溫的制件。由于真空袋法產(chǎn)生的壓力小，較適用于環(huán)氧和聚酯樹脂，通?？色@得高碳纖維含量的復(fù)合材料，碳纖維可較好地浸漬環(huán)氧樹脂，制出的制品表面光滑，精度較高。主要缺點(diǎn)是額外的工藝過(guò)程增加了勞動(dòng)力和成本，并且要求操作人員有較高的技術(shù)水平；生產(chǎn)效率不高［56］。3.3熱膨脹成型熱膨脹工藝是指復(fù)合材料預(yù)浸料在閉合剛性陰模中通過(guò)硅橡膠芯模的熱膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料加壓固化的成型工藝方法。它以熱膨脹系數(shù)較大的材料為芯模，剛體材料為陰模，復(fù)合材料置于芯模與陰模之間。如圖7所示。當(dāng)模具受熱后，由于芯模材料的熱膨脹系數(shù)比陰模材料大幾十倍，芯模的體積膨脹受到陰模的限制，則在模腔內(nèi)產(chǎn)生壓力，這種壓力稱為熱脹壓力陰模(TEP)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料固化過(guò)程的加壓［7］。陰模芯模復(fù)合材料圖7熱膨脹成型組裝模具示意圖熱膨脹成型工藝靠芯模熱膨脹產(chǎn)生壓力，無(wú)需外壓源，適合于復(fù)雜結(jié)構(gòu)制品的整體共固化。在某些多腔體結(jié)構(gòu)中，克服了外壓難以均勻傳遞的缺點(diǎn)，具有不可替代的優(yōu)點(diǎn)。但此方法要求模具有很好的剛度，否則會(huì)影響制品的精度。3.4拉擠成型拉擠成型是指將浸漬了環(huán)氧樹脂的連續(xù)碳纖維經(jīng)加熱模拉出形成預(yù)定截面型材的過(guò)程。碳纖維儲(chǔ)放在軸架上.由導(dǎo)引裝置拉出，而后進(jìn)入樹脂浸漬槽進(jìn)行樹脂浸漬，也可直接進(jìn)入口模.在口模內(nèi)靠壓力作用迫使樹脂與纖維結(jié)臺(tái)。前一種方法碳纖維的浸漬比較完全，生產(chǎn)線速度快，成本低，產(chǎn)品厚度不受限制；后一種方法的優(yōu)點(diǎn)是碳纖維易于控制，產(chǎn)品的表面光潔度好。碳纖維浸漬樹脂后進(jìn)入預(yù)成型口模，使其排列整齊，溢出過(guò)剩的樹脂。繼而，浸漬的碳纖維進(jìn)入加熱口模固化成型，再經(jīng)拉拔裝置牽引，按需切割成最終的型材或制品。其工藝流程如圖8所示。圖8拉擠成型工藝流程拉擠成型工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是制造速度快，拉擠成型材料的利用率為95%(手糊成型材料的利用率僅為75%)；樹脂含量可精確控制；由于纖維呈縱向，且體積分?jǐn)?shù)可較高(40%?80%)，因而型材軸向結(jié)構(gòu)特性可非常好。主要缺點(diǎn)是模具費(fèi)用較高；一般限于生產(chǎn)恒定橫截面的制品［8］。3.5RTM成型工藝為了降低苯乙烯的排放，低成本、低污染的成型工藝RTM在整個(gè)復(fù)合材料行業(yè)得到了飛速的發(fā)展。RTM的原理是：在壓力注入或真空輔助條件下，模具型腔中鋪放好增強(qiáng)材料的預(yù)成型體，低粘度樹脂體系被注射到模具中，排出模具內(nèi)的氣體以徹底浸潤(rùn)纖維，由模具的加熱系統(tǒng)加熱樹脂，固化后為FRP構(gòu)件［910］。圖9是RTM成型工藝流程示意圖。圖9RTM成型工藝流程示意圖RTM成型工藝的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）閉模成型，產(chǎn)品尺寸和外型精度高，適合成型多品種、中批量、高質(zhì)量的復(fù)合材料整體構(gòu)件；（2）初期投資小，且制品公差小、表面光潔度高；（3）生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化適應(yīng)性強(qiáng)、成型效率高；（4）環(huán)境污染小。但樹脂通過(guò)壓力注射進(jìn)入模腔形成的制品存在著孔隙含量較大、纖維含量較低、樹脂在纖維中分布不勻、樹脂對(duì)纖維浸漬不充分等缺陷。3.6模壓成型工藝模壓成型工藝是目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)復(fù)合材料最成熟的成型技術(shù)之一，該工藝使用預(yù)浸布為原料，從葉根向葉尖以漸薄的方式進(jìn)行纏繞，最后模壓成形,其工藝流程如圖10所示［1112］。圖10模壓成型工藝流程具體過(guò)程：用模板法或沖模法截取各個(gè)鋪層，將鋪層以一定順序裝在模具上，按工藝參數(shù)進(jìn)行固化；脫模后對(duì)葉片進(jìn)行去毛刺、修整和鉆孔，在葉片前緣鋪上膠膜、絲網(wǎng)并裝配金屬保護(hù)板后，再加熱、加壓固化；對(duì)葉片表面進(jìn)行吹砂、打底漆、涂聚氨酯涂料，干燥即可。復(fù)合材料的尖部邊緣有剝離趨向，葉片前緣、后緣及葉尖都包有鈦合金條，可以消散外物損傷能量。該工藝生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和自動(dòng)化生產(chǎn)；產(chǎn)品尺寸精度高，重復(fù)性好；表面光潔，無(wú)需二次修飾；能一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品；因?yàn)榕可a(chǎn)，價(jià)格相對(duì)低廉。但不足之處在于模具制造復(fù)雜，投資較大，加上受壓機(jī)限制，最適合于批量生產(chǎn)中小型復(fù)合材料制品。4碳纖維復(fù)合材料的發(fā)展碳纖維屬高新技術(shù)、高附加值產(chǎn)品，具有其他材料不可比擬的優(yōu)異性能，具有廣泛的用途和良好的發(fā)展前景。為了進(jìn)一步開發(fā)市場(chǎng)，搶占先機(jī)，開發(fā)新型的碳纖維復(fù)合材料及其成型工藝非常必要。4.1綠色復(fù)合材料現(xiàn)在人們使用天然增強(qiáng)材料來(lái)取代過(guò)去的玻璃纖維和碳纖維，比如洋麻和麻等天然纖維，基材中采用的可生物降解樹脂組成的低環(huán)境污染FRP屬于環(huán)境友好型復(fù)合材料，該類材料即使排放到土壤中，隨著時(shí)間的推移.能夠分解成水和二氧化碳，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。如熱塑性復(fù)合材料，與熱固性復(fù)合材料相比，熱塑性復(fù)合材料質(zhì)量輕、抗沖擊性能好、生產(chǎn)周期短，且可回收利用［13］。而且若在風(fēng)機(jī)的制造中采用熱塑性復(fù)合材料，每臺(tái)風(fēng)機(jī)重量可降低10%，抗沖擊性能將大幅度提高，制造周期降低1/3，并可100%回收利用。4.2碳納米管復(fù)合材料碳納米管(CNT)是1991年發(fā)現(xiàn)的新的純碳物質(zhì)，直徑是從幾納米到幾十納米不等，長(zhǎng)度為幾十微米，如圖11所示。管子的抗拉強(qiáng)度是鋼的幾十倍(幾十?幾百GPa)，拉伸彈性模量非常大，是鋼的5倍(1TPa)，有望成為21世紀(jì)最重要的新材料之一。CNT中有單層碳納米管(SWCNT)和多層CNT套在一起的多層碳納米管(MWCNT)兩種。碳原子是圓錐結(jié)構(gòu)，就像一個(gè)個(gè)茶杯套在一起.形成彼此相連的纖維狀，此外還有直徑為50-200nm的茶杯套接型碳納米管(CSCNT)。過(guò)去用氣相法合成的氣相成長(zhǎng)碳纖維(VGCF)，直徑從幾十到幾百納米不等，比CNT粗，長(zhǎng)度與CNT相同，樹脂分散性好，價(jià)格低廉，容易獲取，可應(yīng)用于復(fù)合材料。采用該納米材料增強(qiáng)高分子復(fù)合材料，有望開發(fā)出具有新特性的結(jié)構(gòu)材料和功能材料［14］。圖11三種類型的納米管a）單壁納米管b）鋸齒型納米管c）手性納米管因此，今后在纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料領(lǐng)域，應(yīng)開發(fā)適合各種各樣滿足先進(jìn)的FRP材料要求的樹脂。在增強(qiáng)纖維目前所具備的良好特性基礎(chǔ)上，通過(guò)添加納米管進(jìn)行改性，提高基材樹脂的成型性、浸漬性以及與纖維的界面強(qiáng)度，努力開發(fā)出高溫下特性優(yōu)越的樹脂材料。4.3電子束固化技術(shù)碳纖維復(fù)合材料成型工藝一般是先把預(yù)成型的CFRP（即環(huán)氧樹脂浸漬碳纖維的基體材料）放進(jìn)成型模具中，然后一起在成型機(jī)中給予一定的壓力和溫度.使樹脂完全固化。隨著零件尺寸的增大。熱壓成型設(shè)備的投資和生產(chǎn)的能耗都非常大。從而增加了制造成本，因此開發(fā)復(fù)合材料的非熱壓成型工藝非常必要。電子束固化技術(shù)是近年來(lái)研究的意在取代傳統(tǒng)熱固化的新技術(shù)，它采用電子射線使預(yù)成型CFRP完全固化的方法。圖12是電子射線固化過(guò)程的模式圖。圖12電子射線固化過(guò)程的模式圖它的獨(dú)特之處在于成本低，固化溫度可調(diào)，固化時(shí)間非常短，工藝匹配性好，環(huán)境污染小。4.4超聲連續(xù)改性處理技術(shù)超聲處理技術(shù)是一種新型的處理技術(shù)，它具有對(duì)增強(qiáng)體碳纖維進(jìn)行表面改性和改善浸膠工藝的雙重作用，因此超聲處理技術(shù)既是一種纖維表面改性技術(shù)，又是一種新型的復(fù)合材料浸膠工藝［15］。超聲作用于樹脂體系，促使樹脂內(nèi)部空化泡漲落的交替作用，誘發(fā)空化效應(yīng)，產(chǎn)生巨大的能量，克服樹脂體系分子運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力，降低樹脂體系粘度；另一方面，超聲的聲流作用提供給樹脂體系內(nèi)分子一個(gè)很大的加速度，使其迅速運(yùn)動(dòng)，也使樹脂體系的粘度降低。同時(shí)，超聲波的負(fù)壓相可產(chǎn)生強(qiáng)大的抽吸作用，除去纖維表面吸附的雜質(zhì)和氧化物，使其表面能提高。樹脂的粘度降低、纖維的表面能提高，這就使充模過(guò)程中樹脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)性提高，進(jìn)而提高浸潤(rùn)速率，界面粘結(jié)性能也得到改善。4.5低成本制造技術(shù)制造成本大約占復(fù)合材料制件總成本的80%左右，所以低成本復(fù)合材料技術(shù)的核心是低成本制造技術(shù)，它的發(fā)展對(duì)碳纖維工業(yè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義［16］。其主要方面有：自動(dòng)化制造技術(shù)：發(fā)展以自動(dòng)鋪帶(ATL)和纖維自動(dòng)鋪放(AFP)為核心的自動(dòng)化制造技術(shù)。該技術(shù)可節(jié)省時(shí)間、勞力，速度較手工鋪層提高10倍左右，而且提高了制件精度、質(zhì)量，節(jié)省了原材料，有效的降低了成本。以共固化/共膠接為核心的大面積整體成型技術(shù)：大面積整體成型可大大減少零件數(shù)目，減少緊固件數(shù)目，降低連接和裝配成本，減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，從而有效的降低了總成本。以RTM技術(shù)為核心的低成本制造技術(shù)的研究和發(fā)展：可不用預(yù)浸料、熱壓罐，有效地降低設(shè)備成本，成型成本。該項(xiàng)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展很快，在飛機(jī)、汽車、艦船等領(lǐng)域應(yīng)用日廣，并研究發(fā)展出RFI、VARTM、SCRIMP、SPRINT等多種分支，滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。罐外成型技術(shù)：熱壓罐法成型是目前航空航天制件最主要的成型工藝方法，但其生產(chǎn)周期長(zhǎng)、設(shè)備成本高、能源消耗大，故其生產(chǎn)成本高。為降低制造成本，人們?cè)谂で鬅釅汗尥獬尚头椒?。最近日本的JAMCO公司發(fā)展了一種ADP(AdvancedPultrusion)技術(shù)，是一種創(chuàng)新的低成本的自動(dòng)化技術(shù)。其不同于常規(guī)的拉擠，拉擠進(jìn)去的不是纖維束，而是航空級(jí)的預(yù)浸料，中間有停頓進(jìn)行固化和后固化?，F(xiàn)該技術(shù)已用于生產(chǎn)A380上艙地板橫梁，該梁長(zhǎng)5.92m，I型截面，兩端固支橫穿整個(gè)機(jī)身，受載很大。5結(jié)語(yǔ)隨著先進(jìn)復(fù)合材料及其相關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，世界航空復(fù)合材料新時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨并將會(huì)不斷發(fā)展壯大。新的碳纖維復(fù)合材料的不斷涌現(xiàn)和新的成型工藝的產(chǎn)生，給全世界帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。在機(jī)遇和挑戰(zhàn)面前，國(guó)內(nèi)應(yīng)看準(zhǔn)方向，著力自主創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，促使我國(guó)復(fù)合材料制造技術(shù)逐步趕上國(guó)際先進(jìn)水平。參考文獻(xiàn)李一民.淺談碳纖維復(fù)合材料成型工藝技術(shù)[J].廣東科技