航空工業復合材料制件成型工藝進展 zund m-1200-碳纖維樹脂複合材料台中雷射雕刻－呂新帆焦點新聞熱搜

　　【摘要】復合材料因其突出的性能，廣泛的應用于航空工業的制造中。復合材料成型工藝的研究成為了當今復合材料領域的熱點問題。并且成型工藝在逐漸的發展和改進，現就航空工業復合材料制件成型中的關鍵性工藝的進展進行闡述。
　　【關鍵詞】航空工業;復合材料;成型工藝
　　1.復合材料
　　復合材料不同于傳統的工藝材料，是將兩種或者兩種以上具有不同性能和形態的組分材料經過復合手段的組合而得到的一種新型的多相材料。各種組分材料能夠在性能上取長補短，獲得良好的協同效應。復合材料自20世紀40年代發展以來，因其具有的普通傳統材料所不具備的高比強度、高硬度、耐疲勞、破損安全性高和可設計性等各項突出的性能，很快獲得了廣泛的應用。根據結構特點的不同復合材料又能分成纖維增強、細粒等多種復合材料。
　　2.復合材料在航空工業中的應用
　　由于復合材料的熱穩定性強，又具有高比強度和高比剛度、可設計性等優良的性能，成為航空工業制造中常用的4大材料之一。常用于航空航天這種尖端技術所用的復合材料是經過改良的先進符合材料，用于航空工業設計的是以各種不同的高性能纖維為增強材料的先進復合材料。根據聚合基不同得到的材料性能也有所差異。由于樹脂基復合材料其突出的高比強度和高比剛度使其成為早應用于航空工業并且保持大應用量。但該材料工作溫度受限于400℃，飛機發動機上的大量零部件需要再長期的高溫環境中工作，因此常用碳復合以及陶瓷復合而成的耐高溫性能優越的金屬基材料。使用的復合材料在航空工業制造中所占比重大，所應用的部位有垂直和水平尾翼、機身和機翼蒙皮。復合材料性能和制造技術在不斷改進以更好的應用于未來的航空工業中。
　　3.航空工業復合材料制件成型工藝
　　傳統的復合材料結構的制造過程大多由人力完成,這種手工操作方式致使制件的精度難以保證，而且耗費巨大，生產效率低下。所以降低復合材料制件工藝的成本致使了自動化生產技術的發展。尤其在航空工業中，制備復合材料制件過程需要具有高度的自動化以及較好的質量控制，降低模具成本并且要縮短生產周期。這些要求都需要先進的制件成型工藝來保證達到。用于航空工業的復合材料制件成型的工藝有：編制技術；固化工藝；鋪帶技術；非熱壓罐技術等。下面就常用的重要工藝的發展進行簡要的闡述。
　　3.1常用于復合材料預成型的工藝
　　3.1.1編制工藝
　　編織工藝中包含有編織、針織、經編等工藝。
　　編織工藝一般分為二維和三維兩種不同的工藝。能夠運用于精細復雜形狀的制件成型，傳統的二維工藝在航空工藝的應用主要由飛機進氣道和機身J型隔框等這種制造較為復雜的零件。但是該技術編織的構件厚度方面強度低，為了克服該問題促使了三維編織工藝的出現和發展，該技術在未來的飛機制造業中具有很大的應用潛能。
　　針織工藝
　　針織是較為傳統的工藝，該工藝得到的復合材料抗沖擊力強，方向強度好，并具有較大的伸長性，能夠用于非承力的復雜形狀構件的制造。借助于該工藝將定向纖維加入材料中能夠增強特定部位的機械性能。
　　經編工藝
　　經編工藝其實真正采用的是針織技術，之所以稱為經編是將采用經向針織技術，該工藝獲得的多層編織物中的纖維能夠定向，并且能節約鋪放的纖維，經濟效益高。該技術并沒有廣泛的應用于航空工業制造中，但是正在研究將該技術運用到次承力以及主承力構件的制造中。
　　3.1.2縫合和穿刺工藝
　　縫合工藝取代了傳統的機械連接方法，得到的紡織復合材料是將多層的二維材料織物用高性能纖維以及工業用的縫合技術縫合得到，采用的高性能纖維貫穿厚度方向因此材料的抗分層能力、抗剪切力、抗沖擊力等性能提高，從而縫合復合材料能夠提高材料的整體性能。運用在航空工業中的大型軍用運輸機的機體結構件的制造不僅大大減輕了機體重量并降低了制造成本。
　　穿刺工藝。雖然該技術無法用于制造預成型體但是在很多方面是優于縫合技術的，該技術避免了高成本縫合機的使用，一般采用真空袋熱壓或者超聲技術把薄的削片穿刺進為固化的二維碳纖維復合材料板中，從而組合成三維的加強復合材料。而且制得的復合材料不受尺寸的限制，這使得該技術能夠廣泛的對飛機制造中局部的材料進行加強。
　　3.2復合材料零件成形的工藝
　　3.2.1纖維纏繞工藝
　　該工藝是復合材料自動成型的初工藝形式，該工藝主要用于圓形及橢圓零件，如火箭發動機殼體。該技術已經發展較為成熟，但是無法用于非圓柱結構件的制造成型。
　　3.2.2樹脂浸漬工藝
　　該綜合工藝中的關鍵工藝在于三維編織及縫合等技術預成型、編織縫合工藝、樹脂流動模擬及控制等。該技術在航空領域常應用于飛機雷達天線罩的制造。該工藝有高溫要求。該技術采用的材料是樹脂以及纖維預制體，在高溫環境下樹脂形成樹脂膜或者稠狀的樹脂塊填滿三維編織獲縫合成的纖維預制體，經固化得復合材料制件。
　　3.2.3自動鋪放工藝
　　自動鋪放技術是數控機床、材料工藝技術和軟件技術的綜合體，已廣泛應用于現代飛機制造業中。但是由于受計算機技術的限制，現在的自動鋪放技術雖在速度和精確度上有提高但是鋪放面積仍是瓶頸問題。
　　3.2.4絲束鋪放工藝
　　絲束鋪放是近些年被高度重視的新技術。因為該技術集成了自動鋪放的數控性以及纖維纏繞工藝的操作簡單等一系列的優勢。能夠減少生產成本，并能制造復雜的無纖維角度限制的構件。必將在未來的航空工業中大有可為。
　　4.總結
　　復合材料在航空工業領域將日益發揮重要的作用，復合材料制件成型工藝在逐步的發展和完善的進程中，但是工藝中尚存的許多瓶頸技術如：成本過高、制件機械性能差等仍困擾著復合材料的大量應用。仍需要進一步的研究來解決工藝中的問題，使復合材料能更好的應用在航空工業領域。

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