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    热压罐成型技术在航空领域中的应用
    发布时间：2017-06-02
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    热压罐工艺开始于20世纪40年代，在60年代开始广泛使用，是针对第二代复合材料的生产而研制开发的工艺，尤其在生产蒙皮类零件的时候发挥了巨大的作用，现已作为一种成熟的工艺被广泛使用。由热压罐工艺生产的复合材料占整个复合材料产量的50%以上，在航空航天领域比重高达80%以上。热压罐工艺已经在各个复合材料零部件生产厂被大量使用。
     
    热压罐是非金属复合材料构件制品生产的关键工艺设备。由真空系统、压力系统、冷却系统、中心控制系统及配套的机械装置组成。在复合材料制品的固化工序中，根据工艺技术要求，完成对制品的真空、加热、加压，达到使制品固化的目的。热压罐系统在工作过程中，可在各加温区和制品的有关部位设立测温点，温度分布状况可由中心控制系统采集、显示，并按工艺要求调节升温和降温速率，以保证制品的固化质量。对于重要产品，在固化时，罐体内采用惰性气体保护，以防止制品在固化过程中逸出的可燃性挥发物引起燃烧或爆炸。
     
    热压罐成型是将复合材料毛胚、蜂窝夹芯结构或胶接结构用真空袋密封在模具上，置于热压罐中，在真空（或非真空）状态下，经过升温、加压、保温、降温和卸压过程，使其成为所需要求的先进复合材料及其构件的成型方法之一。用热压罐成型的复合材料构件多应用于航空航天领域等的主承力和次承力结构。该成型工艺模具简单、制件密实、尺寸公差小、空隙率低。但是该方法能耗大、辅助材料多、成本高。
     
    热压罐成型平板复合材料固化制度的制定是真空热压罐成型工艺的关键。热压罐工艺多用于树脂浸渍平面织物复合材料制件的成型。由于树脂浸渍平面织物可以采用溶剂法和热熔法来实现，因此这种工艺方法可以满足高粘度高性能树脂基复合材料的成型，但是对于立体织物增强高性能树脂基复合材料成型而言，热压罐工艺方法由于树脂浸渍的问题而不能实施。
     
    近年来，热压罐成型方法被视为“高成本”的复合材料结构制造方法，而被排除于“低成本方法”概念体系之外。其实，热压罐成型方法在工程应用上无论在成熟度还是在规模化方面仍是当今航天领域复合材料结构件的主要成型方法，这是由它的特点决定的：
     
    （1）罐内压力和温度均匀。在它们共同作用下，可满足复合材料高纤维含量的要求，其复合材料具有较高的力学性能和较稳定的物理性能，例如复合材料结构件的孔隙率低，树脂含量均匀。
     
    （2）热压罐成型方法适用范围广。例如层压结构、夹芯结构、胶接结构和缝纫结构。模具相对比较简单，效率高，尤其适用于大型的具有高性能要求的复合材料结构件的成型。
     
    为了满足飞机树脂基复合材料的发展，据不完全统计，国内航空主机制造企业已有热压罐30余台，其中1/3是从国外进口的，生产面积达20万平米，大多数设备的技术参数和厂房条件可满足民机复合材料结构件生产的要求。以此成型方法为基础，在材料改性、工艺参数优化、厚度尺寸和变形控制、模具设计及制造，无损检测、损伤修复等方面进行了大量的实验研究，其成果在工程化中得到验证，并且形成了相关标准规范。近年来飞机对复合材料的性能要求更为苛刻，为了提高复合材料结构件的生产效率和保证复合材料结构件质量的一致性，各主机制造企业先后购置复合材料专用设计/制造软件（如Fibersim软件）和与之相配套的预浸料自动下料机、激光投影仪、自动C扫描无损检测设备以及五坐标数控钻铣设备。有的航空企业还购置了或正在购置自动铺带机、超声波蜂窝铣床以及带柔性夹具的数控加工设备。复合材料结构设计/制造完整的数字化生产线正在被打通，年产85t以上复合材料结构件的生产能力已经形成。
     
    至于热压罐成型方法如何降低成本，国内也做了不少的研究工作，例如，预浸料“零吸胶”的实现，辅助材料的国产化，共固化模具结构热效率的提高和组装形式的优化，结构件进罐的合理组合以及随炉件测试项目的合理化等方面都有效地促进了制造成本的降低。以某飞机复合材料结构件为例，每生产1kg复合材料结构件，可以节约制造成本1200多元。若在制造大型复合材料结构件中预浸料铺覆改为采用自动铺叠，生产效率会明显提高，制造成本将继续下降。因此，将其视为“高成本”的制造方法是不准确的，该成型方法经过了30多年的技术发展，其完整性及成熟度无疑对大型飞机结构复合材料的应用进入快行道具有重要的意义。
     
    另外，由于真空辅助成型（VARI）工艺在降低复合材料制造成本及大型构件整体成型方面的优势，近年来受到业界的广泛重视。国内有关单位开发了适用于VARI工艺的树脂体系，并验证了其工艺方法，研究了其复合材料的性能，试制了相关的典型件。尽管该工艺试制的复合材料性能与热压罐法的基本相当，但要满足高性能复合材料结构的要求还有不少的研究工作要做。因此，现阶段应发挥热压罐加压固化的优点，弥补VARI工艺真空加压的不足，扬长避短，这也是降低热压罐成型方法制造成本的一条有效技术途径。（来源：复材应用技术网）

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