先進復合材料成型工藝過程中的質量控制

摘 要：隨著先進復合材料成型工藝的不斷進步，研究其過程中的質量控制顯現出了重要的現實意義。本文首先對相關內容做了概述，分析了先進復合材料的特點，然后在探討先進復合材料成型工藝過程中原料供給的基礎上，研究了復合材料成型工藝發展現狀。

關鍵詞：先進復合材料；成型工藝；過程；質量控制

1 前言

作為一項具有較強特殊性的工作，先進復合材料成型工藝得到了長足的發展和進步。研究該項工作過程中的質量控制，能夠更好地提升先進復合材料成型的最終效果。

2 概述

當前復合材料整體成型技術在航空航天等技術領域都得到了廣泛的應用，在實際操作中這種工藝技術能夠有效的降低制作費用，減輕機械的總體重量，在經濟以及環保方面都能夠發揮良好的優勢作用，因此，在航天器領域中人們可以通過其復合材料的使用情況來對它的先進性進行評斷。

飛機結構上符合材料的加入，能夠有效的增強飛機的輕質化、模塊化等特點，隨著先進工藝的發展，復合材料在飛機上得到了更加廣泛的使用，已經成為繼鋁、鋼、鈦之后的第四大航空領域結構材料類型，復合材料整體成型工藝在不斷的發展進步中，從原來的次要承力件變為了主要承力件，復合材料成型工藝已經成為了主要民機行業競相爭搶的主要技術之一，無疑，復合材料的應用以及技術的先進性也已經成為了其先進性、專業性的對比內容項目之一。因此，在專利的申請方面也成為了航空企業互相競爭的內容之一，復合材料研發以及專利的申請競爭日益激烈，，波音公司在專利的申請上憑借它一直以來在復合材料應用領域的強大基礎，擁有了大量的具有技術價值的基礎性質的專利。而空客公司則主要憑借歐洲航空工業在符合材料行業的強大基礎，進行了大膽的創新制造，也成功的獲得了許多權威的、有價值的專利，成為了行業內的后起之秀，從這些實際競爭情況來看先進復合材料的研發已經成為了大勢所趨。

3 先進復合材料成型工藝過程中的原料供給

在先進復合材料的成型過程中必須始終保持均勻穩定原料補充，這樣才能更好的使之定型，形成復合材料的原材料中的天然纖維的結構以及特性對成品有著關鍵性的影響，如果天然纖維中的水分含量在8%以上，則會對材料的成型造成一定的影響，因此，在生產過程中需要特別注意含水比例盡量控制在8%以下。

3.1 天然纖維粉粒進料以及粒料供給方式分析

在進料之前需要將天然纖維粉進行造粒處理，提高其自身的體積比重，然后混合合成樹脂、添加劑等材料分別裝入擠出機中。比例少的合成樹脂在這種錐形雙螺桿擠出機中能夠做到快速熔融，最后分散在天然纖維之中，這種操作手段能夠比較簡便的實現混合比率的改變，該方式輔助設施簡單容易操作。

粒料的供給是通過使用單螺桿或雙螺桿擠出機等方式來實現的，具體的操作內容就是將天然纖維、合成樹脂、添加劑三種材料進行造粒處理，然后加入擠出機進行成型。這種生產方式的優勢在于現有設備比較齊全，但是，天然纖維需要干燥之后才能進入造粒擠出機。

3.2 積聚（集成體）進料方式與冷攪拌方式

積聚進料的方式是通過使用高速攪拌器來工作的，天然纖維、合成樹脂以及添加劑需要進行預處理，形成豆粒大塊狀體，然后將其加入擠出機中進行成型處理，這種方式能夠在一定程度上脫除水分、氣體。冷攪拌方式是將木粉中存有的粉狀樹脂、添加劑等進行集中攪拌，而天然纖維則通過喂料器向擠出機中提供原料。這一過程天然纖維、合成樹脂、添加劑等材料不用單獨制作，但是必須保持粉狀形態，而且需要保持天然纖維的充分干燥。

4 復合材料成型工藝發展現狀

目前，世界各國已經形成了原材料、成型工藝、機械設備、產品種類及性能檢驗等一系列較完整的工業體系，與其他工業相比，發展速度比較快。樹脂基復合材料的成型工藝也從最初的手工操作工藝逐步向技術密集、高度自動化、高生產率、高穩定性的成型工藝上發展，并隨著應用領域的廣泛開拓，出現了多種成型工藝并存的現象，而且還在不斷衍生出新的工藝類型。

4.1 手糊成型工藝

手糊成型工藝又稱低壓接觸成型工藝，是樹脂基復合材料工業中使用最早的一種工藝方法，操作方法簡單，幾乎可適用于所有的復合材料制品的生產，且投入小，但對操作人員技術熟練程度的依賴性較大，生產出的制品單面光潔，產品質量不夠穩定。隨著各種新工藝形式的不斷涌現，手糊成型工藝所占比例逐漸降低，但手糊工藝因具有獨特的其他工藝不可替代的尤其是在生產大型制品方面特點，所以仍然在行業內占據著重要的地位。

主要應用領域：建筑雕塑領域如采光頂、活動房屋等；交通設施領域如游艇、汽車殼體、發動機罩等；環境與能源領域如風力發電機用機艙罩、葉片、沼氣池等；體育游樂設備領域如游樂車、水滑梯等。

4.2 噴射成型工藝

噴射成型工藝是利用噴射設備將樹脂霧化，并與切斷的纖維在空間混合后落在模具上面，然后壓實排出氣泡固化，它是在手糊工藝基礎上發展而來的，是將手糊操作中的纖維鋪覆和浸膠工作轉變為了機械化來完成，是一種相對效率較高的工藝，其生產效率是手糊工藝的2～4倍。噴射工藝同樣對操作人員的技術水平依賴較大，且由于增強纖維以斷切的形式存在，樹脂含量高，制品的強度較低，同時由于噴射設備的原因，其采用陽模成型方便，而采用陰模成型困難較大，且大型制品比小型制品更適合于噴射成型工藝。

主要應用領域：噴射成型工藝主要應用于大型產品的制作及建筑物補強等，代表性的產品有玻璃鋼浴缸、整體衛生間、卡車導流罩、凈化槽、船身等。

5 結語

通過對先進復合材料成型工藝過程中質量控制的相關研究，我們可以發現，該項工作的良好開展有賴于對多方面技術的有效利用，有關人員應該從先進復合材料成型的客觀實際出發，研究制定最為可行的質量控制方法。

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作者簡介：張一錫，研究方向：材料成型及控制工程。