先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中的質(zhì)量控制

摘 要：隨著先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝的不斷進(jìn)步，研究其過(guò)程中的質(zhì)量控制顯現(xiàn)出了重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了先進(jìn)復(fù)合材料的特點(diǎn)，然后在探討先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中原料供給的基礎(chǔ)上，研究了復(fù)合材料成型工藝發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)復(fù)合材料；成型工藝；過(guò)程；質(zhì)量控制

1 前言

作為一項(xiàng)具有較強(qiáng)特殊性的工作，先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步。研究該項(xiàng)工作過(guò)程中的質(zhì)量控制，能夠更好地提升先進(jìn)復(fù)合材料成型的最終效果。

2 概述

當(dāng)前復(fù)合材料整體成型技術(shù)在航空航天等技術(shù)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，在實(shí)際操作中這種工藝技術(shù)能夠有效的降低制作費(fèi)用，減輕機(jī)械的總體重量，在經(jīng)濟(jì)以及環(huán)保方面都能夠發(fā)揮良好的優(yōu)勢(shì)作用，因此，在航天器領(lǐng)域中人們可以通過(guò)其復(fù)合材料的使用情況來(lái)對(duì)它的先進(jìn)性進(jìn)行評(píng)斷。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)上符合材料的加入，能夠有效的增強(qiáng)飛機(jī)的輕質(zhì)化、模塊化等特點(diǎn)，隨著先進(jìn)工藝的發(fā)展，復(fù)合材料在飛機(jī)上得到了更加廣泛的使用，已經(jīng)成為繼鋁、鋼、鈦之后的第四大航空領(lǐng)域結(jié)構(gòu)材料類型，復(fù)合材料整體成型工藝在不斷的發(fā)展進(jìn)步中，從原來(lái)的次要承力件變?yōu)榱酥饕辛瑥?fù)合材料成型工藝已經(jīng)成為了主要民機(jī)行業(yè)競(jìng)相爭(zhēng)搶的主要技術(shù)之一，無(wú)疑，復(fù)合材料的應(yīng)用以及技術(shù)的先進(jìn)性也已經(jīng)成為了其先進(jìn)性、專業(yè)性的對(duì)比內(nèi)容項(xiàng)目之一。因此，在專利的申請(qǐng)方面也成為了航空企業(yè)互相競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)容之一，復(fù)合材料研發(fā)以及專利的申請(qǐng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，，波音公司在專利的申請(qǐng)上憑借它一直以來(lái)在復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的強(qiáng)大基礎(chǔ)，擁有了大量的具有技術(shù)價(jià)值的基礎(chǔ)性質(zhì)的專利。而空客公司則主要憑借歐洲航空工業(yè)在符合材料行業(yè)的強(qiáng)大基礎(chǔ)，進(jìn)行了大膽的創(chuàng)新制造，也成功的獲得了許多權(quán)威的、有價(jià)值的專利，成為了行業(yè)內(nèi)的后起之秀，從這些實(shí)際競(jìng)爭(zhēng)情況來(lái)看先進(jìn)復(fù)合材料的研發(fā)已經(jīng)成為了大勢(shì)所趨。

3 先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中的原料供給

在先進(jìn)復(fù)合材料的成型過(guò)程中必須始終保持均勻穩(wěn)定原料補(bǔ)充，這樣才能更好的使之定型，形成復(fù)合材料的原材料中的天然纖維的結(jié)構(gòu)以及特性對(duì)成品有著關(guān)鍵性的影響，如果天然纖維中的水分含量在8%以上，則會(huì)對(duì)材料的成型造成一定的影響，因此，在生產(chǎn)過(guò)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(jìn)料以及粒料供給方式分析

在進(jìn)料之前需要將天然纖維粉進(jìn)行造粒處理，提高其自身的體積比重，然后混合合成樹(shù)脂、添加劑等材料分別裝入擠出機(jī)中。比例少的合成樹(shù)脂在這種錐形雙螺桿擠出機(jī)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(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)混合比率的改變，該方式輔助設(shè)施簡(jiǎn)單容易操作。

粒料的供給是通過(guò)使用單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體的操作內(nèi)容就是將天然纖維、合成樹(shù)脂、添加劑三種材料進(jìn)行造粒處理，然后加入擠出機(jī)進(jìn)行成型。這種生產(chǎn)方式的優(yōu)勢(shì)在于現(xiàn)有設(shè)備比較齊全，但是，天然纖維需要干燥之后才能進(jìn)入造粒擠出機(jī)。

3.2 積聚（集成體）進(jìn)料方式與冷攪拌方式

積聚進(jìn)料的方式是通過(guò)使用高速攪拌器來(lái)工作的，天然纖維、合成樹(shù)脂以及添加劑需要進(jìn)行預(yù)處理，形成豆粒大塊狀體，然后將其加入擠出機(jī)中進(jìn)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(shù)脂、添加劑等進(jìn)行集中攪拌，而天然纖維則通過(guò)喂料器向擠出機(jī)中提供原料。這一過(guò)程天然纖維、合成樹(shù)脂、添加劑等材料不用單獨(dú)制作，但是必須保持粉狀形態(tài)，而且需要保持天然纖維的充分干燥。

4 復(fù)合材料成型工藝發(fā)展現(xiàn)狀

目前，世界各國(guó)已經(jīng)形成了原材料、成型工藝、機(jī)械設(shè)備、產(chǎn)品種類及性能檢驗(yàn)等一系列較完整的工業(yè)體系，與其他工業(yè)相比，發(fā)展速度比較快。樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型工藝也從最初的手工操作工藝逐步向技術(shù)密集、高度自動(dòng)化、高生產(chǎn)率、高穩(wěn)定性的成型工藝上發(fā)展，并隨著應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛開(kāi)拓，出現(xiàn)了多種成型工藝并存的現(xiàn)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(shù)脂基復(fù)合材料工業(yè)中使用最早的一種工藝方法，操作方法簡(jiǎn)單，幾乎可適用于所有的復(fù)合材料制品的生產(chǎn)，且投入小，但對(duì)操作人員技術(shù)熟練程度的依賴性較大，生產(chǎn)出的制品單面光潔，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。隨著各種新工藝形式的不斷涌現(xiàn)，手糊成型工藝所占比例逐漸降低，但手糊工藝因具有獨(dú)特的其他工藝不可替代的尤其是在生產(chǎn)大型制品方面特點(diǎn)，所以仍然在行業(yè)內(nèi)占據(jù)著重要的地位。

主要應(yīng)用領(lǐng)域：建筑雕塑領(lǐng)域如采光頂、活動(dòng)房屋等；交通設(shè)施領(lǐng)域如游艇、汽車殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)罩等；環(huán)境與能源領(lǐng)域如風(fēng)力發(fā)電機(jī)用機(jī)艙罩、葉片、沼氣池等；體育游樂(lè)設(shè)備領(lǐng)域如游樂(lè)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(shè)備將樹(shù)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(shí)排出氣泡固化，它是在手糊工藝基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，是將手糊操作中的纖維鋪覆和浸膠工作轉(zhuǎn)變?yōu)榱藱C(jī)械化來(lái)完成，是一種相對(duì)效率較高的工藝，其生產(chǎn)效率是手糊工藝的2～4倍。噴射工藝同樣對(duì)操作人員的技術(shù)水平依賴較大，且由于增強(qiáng)纖維以斷切的形式存在，樹(shù)脂含量高，制品的強(qiáng)度較低，同時(shí)由于噴射設(shè)備的原因，其采用陽(yáng)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(yīng)用領(lǐng)域：噴射成型工藝主要應(yīng)用于大型產(chǎn)品的制作及建筑物補(bǔ)強(qiáng)等，代表性的產(chǎn)品有玻璃鋼浴缸、整體衛(wèi)生間、卡車導(dǎo)流罩、凈化槽、船身等。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中質(zhì)量控制的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)工作的良好開(kāi)展有賴于對(duì)多方面技術(shù)的有效利用，有關(guān)人員應(yīng)該從先進(jìn)復(fù)合材料成型的客觀實(shí)際出發(fā)，研究制定最為可行的質(zhì)量控制方法。

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作者簡(jiǎn)介：張一錫，研究方向：材料成型及控制工程。