大型复合材料成型工艺的质量控制

蔡鹏 张泽英

摘要：复合材料是企业常用的一种材料，慢慢的在人们生活中常见，而随着复合材料的发展，复合材料模具的选择就成为制作高质量复合材料的关键，相比于其他复合材料模具，复合材料模具以其低的热膨胀系数，质量轻、热容小等优点慢慢开始用于制造复合材料，虽然复合材料模具目前仍然存在一些问题，但在将来，随着新材料的发现，成本的降低等，复合材料模具将被广泛运用于制造复合材料产品。

关键词：复合材料；复合材料模具工艺

引言

复合材料因其良好的力学性能和本身的特点受到各个领域的青睐，而随着复合材料的发展，越来越多的复合材料零件出现结构复杂，精密度要求高的特点，而传统的模具已经开始无法满足高要求的构件，而由于复合材料相近的热膨胀系数，低密度等的特点，复合材料模具开始成为构件制作的选择。研究复合材料模具的研究能够更好地了解复合材料构件的发展。

1复合材料成型工艺的概述与特点

1.1复合材料的基本概念

根据复合材料的使用情况来看，质量较好的复合材料，性能、可设计性等都比较好，可以在医疗、化工等行业中得到合理应用。一般在进行复合材料的成型工艺生产时，需要对制品的尺寸、性质、表面质量等给予高度重视，才能确保材料可以按照预设好的要求进行合理设置，从而保证制品的整体性能。通过上述操作，结合面、增强材料能够很好的结合在一起，并将挥发出来的气体排出，最终有效降低制品的孔隙率。但是，受到操作技能、操作人员专业水平等多种因素的影响，复合材料成型工艺生产过程会出现很多问题，大大降低制品的质量、性能等。所以，根据制品的情况，做好生产前的准备工作，选择合适的工艺、设备等，才能真正降低生产陈本，最终满足各行业的发展需求。

1.2复合材料的主要特点

复合材料会根据材料的不用组成而造成性能上的差异，但其也有一些共性的特点，如：复合材料的配比都是需要人工完成的；复合材料可以将各种普通材料的性能进行重组，可以使其具有多种优良性能；可以根据需要制作成各式各样的形状的产品，也避免了多次的复杂工序；可以有针对性的对材料根据需要对材料进行设计和加工，充分发挥复合材料的自身优势。

2 大型复合材料成型工艺的质量控制

2.1模压成型工艺

（1）近些年，把长短纤维作为增强材料，以热固性、热塑性树脂作为基础性材料的各种类别复合材料模压成型工艺发展十分迅速．产品的性价比也比较高，且生产效率高，污染环境少适合航空航天、汽车灯工业的需求。这类新型技术中以树脂传递技术比较突出，树脂传递技术是模压成型技术中的一种，是为了适应飞机的雷达成型才发展起来的经过多年的发展，已经成功的在各种纤维增强材料中成功应用。1995—2000年之间．应用树脂传递技术生产出来的产品数量在欧洲的增长率超过了11％。（2）树脂传递技术的原理就是将已经催化好的树脂注入装有增强型材料的闭合模具里．使其固化成型因为我们采用的是闭模成型，所以有材料组分能够精确控制，吸水率小、能够一次性复合成型、制件的孔隙率较低且工艺过程简单等优点。

2.2挤压成型工艺

在实践应用中，复合材料的挤压成型工艺是指在牵引结构拉力的作用下，将浸泡过树脂胶液的、连续的纤维束制作成产品的过程，通常是在固化炉或模具中固化，以将复合材料连续引拔出来。通常情况下，这种挤压成型工艺有着产品稳定性强、工艺控制较容易、生产效率较高的特点，但是，制品的横向强度很弱，不能轻易中断生产过程，生产设备有着较强复杂性，生产型材是限定的。随着社会不断发展，复合材料的挤压成型工艺有着新的发展，其制品的性能得到了有效提高，不但具有一定可设计性，还能满足更多行业的发展需求。

2.3缠绕成型工艺

缠绕成型工艺的发展已经有半个世纪，随着缠绕技术的不断更新，缠绕工艺基本已经成型，并成为玻璃纤维复合材料重要施工工艺之一。缠绕成型工艺主要就是通过将浸水的玻璃纤维复合材料按照一定的规律，缠绕在芯模中。然后通过固化脱模，最终获得制品。缠绕成型工艺的优点有：①能够根据产品的受力情况，进行缠绕规律的设计，保障纤维强度得到充分发挥。②比强度较高，纤维缠绕制品的压力与等体积的钢制容器来比，重量能够减轻近50%左右。③生产效率较高，通过采用机械化生产和自动化生产的方式，能够减少人工的参与。④成本较低，在生产中恶意选择多种材料复合，能够降低材料成本。⑤可靠性较高，由于实现了机械化生产的方式，能够在一定程度上降低保障产品质量的精准性。但是这样的工艺也具有一定的缺点：①适应性较小，只能针对外形结构能够缠绕的产品。一般外观较为复杂的产品都不能采用这样的方式进行生产。②投资较高，该工艺需要有缠绕机、芯模、加热炉、技术娴熟的工人等，因此，在施工方面投资较大，只有进行大规模生产的时候，才能保障经济效益。

2.4RTM成型工艺

RTM成型工艺是随着新技术的应用发展而新兴的一种工艺生产方式，其中RTM就是指玻璃纤维复合材料传递模塑，通过将材料注入到闭合的模具中，通过浸润的材料并固化。这种工艺能够有效的满足近些年对于制品的多样性、高质量、中批量的要求。其主要特点表现在：①表面光滑，无需进行再加工。②能够制造出表面品质较高的，精密度较高的制品。③通过计算机技术设备的使用，能够有效的提升对模具和产品的设计。④成型效率较高，能够适应中等规模的生产。⑤由于模具的闭合，在工作中挥发物质较少，有利于工人的身体健康。随着对RTM成型工艺中的不足之处的研究，近些年来，通过真空技术，能够有效的对模具进行真空试压，有效的降低了制品的缺陷问题。

3复合材料模具的发展方向

3.1新技术和新材料的研发

新技术的开发能够在保证质量的同时降低复合材料构件的生产周期，从而减少复合材料的生产成本，提高复合材料生产效率。而复合材料生产与新技术的结合可以在生产复杂型面时更加便利，也能完成多种材质，多种形状，多种功能的模具制作和生产。此外新材料的研发可以降低成本，提高模具质量。在这方面英国先进复合材料公司（ACG）开发的一种商品名为zpreg的预浸料，是一种通过条形浸渍工艺制成的新型织物预浸料。这种预浸料不但保留织物原有的良好铺贴性能，而且提高铺贴过程的排气效果。

3.2使用寿命的延长

由于复合材料模具本身的使用寿命不高，因此我们希望能够提高复合材料模具的使用寿命，而在复合材料的使用中，当孔隙过多，复合材料的强度就会下降，因此提高使用寿命的方法主要就是提高模具的硬度和强度来提高复合材料的抗损伤能力，并且减少孔隙对复合材料的影响，常见的方法就是涂覆胶衣或者金属膜。复合材料的孔隙主要包括泛树脂空隙，夹层孔隙，未浸润孔隙和小分子气化孔隙等，其中在固化工程中树脂中小分子气化中带入的空气是复合材料构件孔隙形成的主要因素。因此在实际操作中往往嵌入气密性良好的弹性薄膜来解决空气进入产生孔隙的问题。

结束语：

随着国内对复合材料的研究取得长足进步，具备新特性的复合材料不断被研发成功，复合材料的加工工艺研究也不断取得进步，极大地降低了复合材料零件的加工成本，由此扩大了复合材料零件的适用范围。因此在今后的复合材料成型工艺实施过程中，应该加强对其质量控制关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。

参考文献：

[1]张小溪.复合材料成型工艺方法及优缺点分析[J].科技与企业，2014，18：165.

[2]匡载平，梁宪珠，张西伟，等.复合材料模具技术[J].航空制造技术，2016，59（17）：86-89.