碳纖維復(fù)合材料零件成形及制造技術(shù)
目前在飛機(jī)機(jī)體上采用的碳纖維復(fù)合材料零件成形技術(shù)主要包括: (1) 樹(shù)脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù) RTM工藝的主要原理是在模腔中鋪放按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)的增強(qiáng)材料預(yù)成形體,采用注射設(shè)備將專用樹(shù)脂體系注入閉合模腔,模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統(tǒng),以保證樹(shù)脂流動(dòng)流暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤(rùn)纖維,還具有加熱系統(tǒng),可加熱固化成形碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件。它是一種不采用預(yù)浸料,也不采用熱壓罐的成形方法。因此,具有效率高、投資、綠色等優(yōu)點(diǎn),是未來(lái)新一代飛機(jī)機(jī)體有發(fā)展?jié)摿Φ闹圃旒夹g(shù)。 樹(shù)脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)是一種低成本復(fù)合材料制造方法,最初主要用于飛機(jī)次承力結(jié)構(gòu)件,如艙門和檢查口蓋。1996年美國(guó)防務(wù)預(yù)研局開(kāi)展了高強(qiáng)度主承力構(gòu)件的低成本RTM 制造技術(shù)研究。目前中小型碳纖維復(fù)合材料RTM零件的制造已經(jīng)獲得了較廣泛的應(yīng)用,而大型RTM件也在JSF的垂尾上應(yīng)用成功。該方法的優(yōu)點(diǎn)是環(huán)保、形成的層合板性能好且雙面質(zhì)量好,在航空中應(yīng)用不僅能夠減少本身勞動(dòng)量,而且由于能夠成形大型整體件,使裝配工作量減少。但是樹(shù)脂通過(guò)壓力注射進(jìn)入模腔形成的零件存在著孔隙含量較大、纖維含量較低、樹(shù)脂在纖維中分布不勻、樹(shù)脂對(duì)纖維浸漬不充分等缺陷,因此該技術(shù)還有改進(jìn)潛力。 由于該技術(shù)還存在以上缺點(diǎn),因此未來(lái)發(fā)展是降低工裝成本、提高結(jié)構(gòu)件性能、減少?gòu)U品率。因此,在該技術(shù)基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)了真空輔助樹(shù)脂注塑成形(VARI)技術(shù),輔助樹(shù)脂被織物吸收,不僅可降低孔隙率,預(yù)成形纖維更緊密,真空形成的負(fù)壓,樹(shù)脂就順真空通路沿預(yù)成形體各層面流動(dòng),從而充分浸漬纖維,并使纖維/樹(shù)脂分布均勻。其中提高性能,主要是為了采用RTM制造高強(qiáng)度主要結(jié)構(gòu)件,為此,美國(guó)國(guó)防預(yù)研局開(kāi)發(fā)了Z向纖維增強(qiáng)RTM技術(shù),該技術(shù)可在織物橫向或增強(qiáng)蒙皮界面處采用不連續(xù)纖維增強(qiáng)。這種新型制造理論可不通過(guò)編織或縫合實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)。該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中有幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)要解決:充填過(guò)程模擬技術(shù)、熱傳遞和固化反應(yīng)研究、注射方法研究、RTM 設(shè)備研究。 |
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