航空用树脂基复合材料的成型技术应用

◎孙锐

（作者单位：航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 工程技术部）

与其他材料相比，先进复合材料的性能相当优异，如强度较高、密度较低以及耐腐蚀能力较强等。航空航天领域、国防先进军事武器装备领域以及民用耐高温领域等都是先进复合材料应用的主要范围。其中最具代表性的就是高性能碳纤维树脂基复合材料，高性能热固性树脂以及碳纤维两部分的充分融合，是构成上述材料的基础。我们需要在真正认识到树脂基复合材料作用与价值的基础上，对其进行恰当使用。

一、先进成型技术

1.树脂传递模塑技术。

树脂传递模塑技术从本质上来说是一种固化的工艺方法。树脂最终注入闭合模具，并在此模具中完成增强材料的目标。飞机雷达罩、整流罩以及汽车保险杠等，是树脂传递模塑技术应用的主要范围。树脂传递模塑技术的优点，可在多个方面进行直观体，例如操作简单以及表面光滑性较高。在制作时涉及到较为复杂以及准确的产品也可利用该项技术，但是也不能忽略其中存在的不足。例如，在生产过程中很难顺利选择相关模具，净模腔中气泡排空工作会受到多种阻碍，树脂流动性较差等也是树脂传递模塑技术的缺陷之一。在现代技术以及科技领域大力发展的背景之下。该项技术必然会不断成熟与发展，最终作为成型工艺出现使用在复合材料行业当中。

2.真空辅助树脂传递模塑技术。

全新研发的技术VATRM 主要用于解决RTM 在注射模腔内产生气泡的问题。树脂注入工作需要在膜腔内呈现出真空状态的基础上进行。然后利用内外压差将树脂压入其中。在真正意义上提升玻璃纤维以及树脂的比率，是上述工艺的明显优势，尤其是在注入树脂过程中，不会涉及到较高的压力。但是在制作大型制件时，可能出现速度较慢以及成型周期较长的问题，需要在客观认识该项技术的基础上，对其进行科学使用。

3.树脂浸渍模塑成型。

SCRIMP 指的是新型的真空辅助注射技术，具体为：将增强材料预铺在模具型面上，再密封型腔边缘，抽真空后树脂通过内外压力差分配系统压入模腔内。主要优点在于在厚度方向通过压力作用保持缓慢的浸润，降低了缺陷产生的可能。广泛用于大型平面、加筋异型构件等制品的生产过程中。

4.树脂膜渗透成型。

RFI 是纤维缝编和树脂融渗技术结合的技术。将稠状树脂块预先安放在成型模的底部，再覆盖预成型坯，按照真空袋成型工艺进行封装，在高温环境下将树脂自下而上进行抽吸真空，固化成型。相比于RFT的优点：存贮运输方便，成形压力低，成型设备较为简单，树脂挥发少。其不足在于不适合于制造形状较为复杂的小型制件；无法满足精度较高的要求。

二、高性能碳纤维树脂基复合材料构件的应用

在工程制造方面的应用：在实际制造过程中，碳纤维树脂基复合材料在工程领域中逐渐从次承力结构发展为主承力结构。下面主要介绍采用碳纤维树脂基复合材料制备零件的实例。

1.大尺寸复材壁板。

在某项目中某壁板采用共固化工艺，是包含不同类型（Ω 型，J 型）长桁的复杂大尺寸壁板结构。从截面图可以看出其制造难度很大。该零件应用液体成型、二次胶接共固化的工艺方法成功制备了纵横加筋壁板，且外观无明显可见缺陷。

2.C 形梁的制造。

首次应用碳纤维树脂基复合材料在某项目中制造C 形梁零件，打破了以往制造工艺的空白和瓶颈。梁类制件具有以下特点：

（1）长度长、铺层数量多，增厚区较厚，铺叠困难且铺叠效率低；

（2）C 形梁结构具有收口现象，主要由于树脂体系在高温条件下与工装的热膨胀系数不同；

（3）零件R 角尺寸和厚度难以控制。

该零件的成功制造为复材C 形梁类零件制造奠定了一定的理论及技术基础。

3.不同曲率框类的制造（C 型，L 型，E 型）。

为了满足航空航天需求，碳纤维树脂基复合材料制件丰富多样，目前扩展到机身框和其它骨架零件。某项目中涉及C型，L 型，E 型曲率框。这类构件用于提升飞机的承载强度增强，维持框架的稳定性。在实际制造过程中，只有掌握关键的工艺条件并协调成型过程中出现的问题，才能推动复材框梁类结构的发展。

4.夹芯结构复合材料零件的制造技术。

高比刚度结构设计方案中最典型的例子就是夹芯结构复合材料，这种设计方案能够有效地将面板的高强度和高模量同夹芯的低密度和高刚性有效整合起来，在航空航天等领域中具有重要的应用价值。一般采用的芯材有蜂窝、泡沫等。夹芯结构也是未来主要结构及成型技术领域的发展趋势。同样承载能力下，采用夹芯复材结构件的优势在于有效减轻结构的自重，并有效协调各部分零件。

5.“工”型复材零件制造。

“工”字形结构的零件作为加强筋，用于加强壁板的强度和抗弯曲能力。“工”形蜂窝类复合材料零件增强了复合材料的零件在腹板区域的抗弯曲能力和抗挤压能力。在实际制造过程中，为避免R 角处架桥问题而导致的空隙缺陷，在工程技术上需要更加严苛的要求。只有努力开发出具有更加优异性质的树脂体系，才能跟上工程应用的步伐。因此在工程领域中，只有复材制造技术能有效融合的高性能碳纤维树脂基复合材料，才能为生产提供坚实的基础。

结语：高性能碳纤维树脂基复合材料在航空航天以及民用等各个领域中都极具代表性，应用范围不断拓宽。在客观分析碳纤维树脂基复合材料先进成型技术的基础上可进一步明确其优势与特征，并在各个领域加大使用力度。利用高性能碳纤维树脂基复合材料的作用与价值，可以推动工程制造行业的进一步发展。这充分说明了高性能碳纤维树脂基复合材料的重要性与必要性。因此，对该项材料展开的探究具有十分重要的现实作用。