航空用樹脂基復合材料的成型技術應用

◎孫銳

（作者單位：航空工業哈爾濱飛機工業集團有限責任公司 工程技術部）

與其他材料相比，先進復合材料的性能相當優異，如強度較高、密度較低以及耐腐蝕能力較強等。航空航天領域、國防先進軍事武器裝備領域以及民用耐高溫領域等都是先進復合材料應用的主要范圍。其中最具代表性的就是高性能碳纖維樹脂基復合材料，高性能熱固性樹脂以及碳纖維兩部分的充分融合，是構成上述材料的基礎。我們需要在真正認識到樹脂基復合材料作用與價值的基礎上，對其進行恰當使用。

一、先進成型技術

1.樹脂傳遞模塑技術。

樹脂傳遞模塑技術從本質上來說是一種固化的工藝方法。樹脂最終注入閉合模具，并在此模具中完成增強材料的目標。飛機雷達罩、整流罩以及汽車保險杠等，是樹脂傳遞模塑技術應用的主要范圍。樹脂傳遞模塑技術的優點，可在多個方面進行直觀體，例如操作簡單以及表面光滑性較高。在制作時涉及到較為復雜以及準確的產品也可利用該項技術，但是也不能忽略其中存在的不足。例如，在生產過程中很難順利選擇相關模具，凈模腔中氣泡排空工作會受到多種阻礙，樹脂流動性較差等也是樹脂傳遞模塑技術的缺陷之一。在現代技術以及科技領域大力發展的背景之下。該項技術必然會不斷成熟與發展，最終作為成型工藝出現使用在復合材料行業當中。

2.真空輔助樹脂傳遞模塑技術。

全新研發的技術VATRM 主要用于解決RTM 在注射模腔內產生氣泡的問題。樹脂注入工作需要在膜腔內呈現出真空狀態的基礎上進行。然后利用內外壓差將樹脂壓入其中。在真正意義上提升玻璃纖維以及樹脂的比率，是上述工藝的明顯優勢，尤其是在注入樹脂過程中，不會涉及到較高的壓力。但是在制作大型制件時，可能出現速度較慢以及成型周期較長的問題，需要在客觀認識該項技術的基礎上，對其進行科學使用。

3.樹脂浸漬模塑成型。

SCRIMP 指的是新型的真空輔助注射技術，具體為：將增強材料預鋪在模具型面上，再密封型腔邊緣，抽真空后樹脂通過內外壓力差分配系統壓入模腔內。主要優點在于在厚度方向通過壓力作用保持緩慢的浸潤，降低了缺陷產生的可能。廣泛用于大型平面、加筋異型構件等制品的生產過程中。

4.樹脂膜滲透成型。

RFI 是纖維縫編和樹脂融滲技術結合的技術。將稠狀樹脂塊預先安放在成型模的底部，再覆蓋預成型坯，按照真空袋成型工藝進行封裝，在高溫環境下將樹脂自下而上進行抽吸真空，固化成型。相比于RFT的優點：存貯運輸方便，成形壓力低，成型設備較為簡單，樹脂揮發少。其不足在于不適合于制造形狀較為復雜的小型制件；無法滿足精度較高的要求。

二、高性能碳纖維樹脂基復合材料構件的應用

在工程制造方面的應用：在實際制造過程中，碳纖維樹脂基復合材料在工程領域中逐漸從次承力結構發展為主承力結構。下面主要介紹采用碳纖維樹脂基復合材料制備零件的實例。

1.大尺寸復材壁板。

在某項目中某壁板采用共固化工藝，是包含不同類型（Ω 型，J 型）長桁的復雜大尺寸壁板結構。從截面圖可以看出其制造難度很大。該零件應用液體成型、二次膠接共固化的工藝方法成功制備了縱橫加筋壁板，且外觀無明顯可見缺陷。

2.C 形梁的制造。

首次應用碳纖維樹脂基復合材料在某項目中制造C 形梁零件，打破了以往制造工藝的空白和瓶頸。梁類制件具有以下特點：

（1）長度長、鋪層數量多，增厚區較厚，鋪疊困難且鋪疊效率低；

（2）C 形梁結構具有收口現象，主要由于樹脂體系在高溫條件下與工裝的熱膨脹系數不同；

（3）零件R 角尺寸和厚度難以控制。

該零件的成功制造為復材C 形梁類零件制造奠定了一定的理論及技術基礎。

3.不同曲率框類的制造（C 型，L 型，E 型）。

為了滿足航空航天需求，碳纖維樹脂基復合材料制件豐富多樣，目前擴展到機身框和其它骨架零件。某項目中涉及C型，L 型，E 型曲率框。這類構件用于提升飛機的承載強度增強，維持框架的穩定性。在實際制造過程中，只有掌握關鍵的工藝條件并協調成型過程中出現的問題，才能推動復材框梁類結構的發展。

4.夾芯結構復合材料零件的制造技術。

高比剛度結構設計方案中最典型的例子就是夾芯結構復合材料，這種設計方案能夠有效地將面板的高強度和高模量同夾芯的低密度和高剛性有效整合起來，在航空航天等領域中具有重要的應用價值。一般采用的芯材有蜂窩、泡沫等。夾芯結構也是未來主要結構及成型技術領域的發展趨勢。同樣承載能力下，采用夾芯復材結構件的優勢在于有效減輕結構的自重，并有效協調各部分零件。

5.“工”型復材零件制造。

“工”字形結構的零件作為加強筋，用于加強壁板的強度和抗彎曲能力。“工”形蜂窩類復合材料零件增強了復合材料的零件在腹板區域的抗彎曲能力和抗擠壓能力。在實際制造過程中，為避免R 角處架橋問題而導致的空隙缺陷，在工程技術上需要更加嚴苛的要求。只有努力開發出具有更加優異性質的樹脂體系，才能跟上工程應用的步伐。因此在工程領域中，只有復材制造技術能有效融合的高性能碳纖維樹脂基復合材料，才能為生產提供堅實的基礎。

結語：高性能碳纖維樹脂基復合材料在航空航天以及民用等各個領域中都極具代表性，應用范圍不斷拓寬。在客觀分析碳纖維樹脂基復合材料先進成型技術的基礎上可進一步明確其優勢與特征，并在各個領域加大使用力度。利用高性能碳纖維樹脂基復合材料的作用與價值，可以推動工程制造行業的進一步發展。這充分說明了高性能碳纖維樹脂基復合材料的重要性與必要性。因此，對該項材料展開的探究具有十分重要的現實作用。