先進復合材料成型工藝過程中的質量控制

賀曉龍

摘 要：隨著先進復合材料成型工藝的不斷成熟和發展，復合材料在不同領域中的應用已經實現了突破性的提升和拓展，對復合成型工藝的質量控制的研究具有時代性價值，本文總結先進復合成型工藝的相關內容，分析了先進復合材料的特點，并討論了先進復合材料成形過程中質量控制的要點，并對復合材料成形工藝的發展現狀予以研究

關鍵詞：先進復合材料;成型工藝;質量控制

前言

傳統的復合材料在實際的應用中，具有一定的局限性，應用范圍小，經過進一步的發展，十幾年的探索，復合材料的應用范圍逐步擴大去，其成型工藝取得了很大的進步，作為一項特殊的工作，要嚴格把控其成型工藝過程中的質量，主要是對其原料和成型工藝的流程加以把控，才能更好地提高先進復合成型的應用效果。

1 先進符合材料的概述

作為新時代的工業材料，先進復合材料具有傳統材料所不具備的優勢，它主要由高分子樹脂基體與高性能碳纖維增強體構成，采用高溫強壓、固化脫模等工藝制備，具有諸多性能，不僅耐摩擦耐腐蝕，而且還具有高強高模性能，減震性能良好，可塑性強，可以屏蔽電磁干擾，其性能優于傳統材料，由于其復合性能、材料可塑性強，且功能多樣，可以應用在不同領域中，現階段先進復合材料在風電葉片、航天航空、交通等領域都取得了廣泛的應用，不僅推動了行業的發展，也促進了先進復合材料的進一步應用。在風電葉片、飛機結構上應用先進復合材料，能夠降低結構的質量，促進結構模塊化發展，在先進工藝的不斷發展下，復合材料在風電葉片、飛機結構設計上的應用更加廣泛，已經成為鋼、鈦等傳統材料之后的主要結構材料之一，現在復合材料整體成型工藝不斷發展，從原有的次要承力構件成為主要承力構件，提升了民機行業在航空航天科技制造領域的競爭力，復合材料的應用以及其先進工藝技術的應用，打開了航天領域的新大門[1]。

2 先進復合材料成型工藝過程中的質量控制要點

2.1 把控原料供給

先進復合材料成型工藝過程中，必須要把控原料供給，才能確保其質量，在成型過程中國，要保持原料供給的穩定均勻，才能促進其更好地成型，復合材料中的應用的原材料的天然纖維的結構和特點對成品有著直接關系，當天然纖維中的水分含量超過8%以上，就會影響其成型，因此要合理控制天然纖維中的水分，含水量要控制在8%以下，才能保證其質量。第一，對天然纖維粉粒進料以及粒料供給方式加以控制，在成型工藝過程中，要對進料進行質量把控，在進料前，要對天然纖維粉進行造粒處理，通過造粒處理可以提升其自身的體積 比重，接著融入混合合成樹脂、添加劑等材料進行成型工藝。比例較少的合成樹脂在錐形雙螺桿擠出機中可以實現快速熔融，經過擠壓、高溫可以融入纖維中，最終成型，這種成型方法可以優化不同材料的配比，其操作方法簡單容易。粒料的供給也十分關鍵，要把控其成型質量，就要合理控制其供給，依托單螺桿或雙螺桿擠出機進行粒料供給，在具體的操作過程中，就是將天然纖維、合成樹脂、添加劑三種材料進行造粒處理，然后加入擠壓機中進行成型，這種方法依托機器設備，生產效率較高，設備較為齊全，但是在實際的操作中，要這種等到天然纖維干燥后才能造粒[2]。

2.2 積聚進料方式與冷攪拌方式

先進復合材料成型工藝過程中，要把控進料方式，并根據不同進料方式進行針對性下料，進料方式分為兩種，一種是積聚進料方式，也稱為集成體進料方式，另一種是冷攪拌方式，積聚進料的方式依靠高速攪拌器實現作業的，將天然纖維、合成樹脂和添加劑先進行預先處理，加工成豆粒大的狀體，然后將其加進擠出機中進行加工，這一過程中就可成型，這種進料方式可以脫除原料中含有的部分水分和氣體，可以保證成型效果;冷攪拌方式是將木粉中的粉狀樹脂和添加劑進行集中攪拌，通過喂料器向擠出機中提供纖維原料，經過加工后成型，在這一成型過程中，天然纖維、合成樹脂、添加劑等材料不需要單獨制備，在其保持粉狀的形態下才能成型，并且要保證天然纖維的充分干燥。在先進復合材料成型工藝過程中，不僅要保證原料的供給，更要把控進料方式，才能確保且成型工藝的質量，提升其應用效果。

2.3 把控每一種工藝操作要點

先進復合材料成型工藝過程中，對每一種工藝的操作要點也要合理控制，才能確保其成型質量，現在先進復合材料成型工藝已經從最初的手工操作工藝發展到技術化、自動化、高生產效率的成型工藝，拓展了新的應用領域，下面對兩種工藝進行簡單介紹，要把控其成型質量，就要把控工藝要點。例如手糊成型工藝，手糊成型工藝即就是通過手工操作來實現的，是將固化劑覆于樹脂混合物的表面，然后涂刷在磨具上，依照工藝要求將準備好的短纖維設置在其上，借助壓輥擠對其施加壓力，可以促使膠液完全的、均勻的浸潤纖維，也可以通過強壓排出氣泡，為了促使成型工藝滿足工業需求，要重復此操作。當完成上述工序后，要加溫模具，隨后再次加壓并將材料固定在模具上，并促其成型，在這一成型過程中要保證樣板與模貼合緊密，保證符合材料的工藝質量，最后經過脫模完成材料制備。操作方便且成本低廉，保證了產品尺寸和形狀質量過關，適合應用在小規模的生產中，但是效率較為低下，生產耗時間[3]。再如噴射成型工藝，噴射成型工藝是借助兩側噴槍完成制備的，噴槍一側噴出混有引發劑的不飽和聚酯，另一側則噴出混有促進劑的不飽和聚酯，從噴槍中心噴出切斷玻纖粗紗，借助輥輪施加壓力，可以促使樹脂充分融進纖維，也可以排除成品中的氣體，最終促使其成型。再如灌注成型工藝，灌注成型工藝是將纖維布鋪覆在模具表面，使用真空膜密封后抽真空通過高壓排出氣泡，將合適的樹脂（環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂等）通過管道注入到纖維中，將纖維完全浸潤，最后加熱模具促進其成型，在這一成型過程中要保證玻纖高壓狀態、灌注流道及導流網等輔材的合理布置，保證產品成型后質量，該工藝大型構件也可以具有很高的纖維體積分數和較低的孔隙率，夾心結構可一次成型，可使用在風電葉片、小型游艇、火車和卡車的車身板等。

3 結語

綜上所述，當下，復合材料成型工藝申請了多項技術專利，其競爭極為激烈，很多風電企業、航空企業都要依靠先進復合材料成型工藝提升自身的競爭力和技術價值。

參考文獻：

[1]李樹健，湛利華，彭文飛，周源琦.先進復合材料構件熱壓罐成型工藝研究進展[J].稀有金屬材料與工程，2015，44（11）：2927-2931.

[2]李艷霞，顧軼卓，李敏，張佐光.先進復合材料熱壓罐工藝成型過程壓力監測技術[J].航空制造技術，2015，{4}（09）：82-86.

[3]黃其忠，任明法，陳浩然.先進格柵增強復合材料結構在軟模共固化成型過程中工藝參數研究[J].工程力學.