先进复合材料成型工艺过程中的质量控制

贺晓龙

摘 要：随着先进复合材料成型工艺的不断成熟和发展，复合材料在不同领域中的应用已经实现了突破性的提升和拓展，对复合成型工艺的质量控制的研究具有时代性价值，本文总结先进复合成型工艺的相关内容，分析了先进复合材料的特点，并讨论了先进复合材料成形过程中质量控制的要点，并对复合材料成形工艺的发展现状予以研究

关键词：先进复合材料;成型工艺;质量控制

前言

传统的复合材料在实际的应用中，具有一定的局限性，应用范围小，经过进一步的发展，十几年的探索，复合材料的应用范围逐步扩大去，其成型工艺取得了很大的进步，作为一项特殊的工作，要严格把控其成型工艺过程中的质量，主要是对其原料和成型工艺的流程加以把控，才能更好地提高先进复合成型的应用效果。

1 先进符合材料的概述

作为新时代的工业材料，先进复合材料具有传统材料所不具备的优势，它主要由高分子树脂基体与高性能碳纤维增强体构成，采用高温强压、固化脱模等工艺制备，具有诸多性能，不仅耐摩擦耐腐蚀，而且还具有高强高模性能，减震性能良好，可塑性强，可以屏蔽电磁干扰，其性能优于传统材料，由于其复合性能、材料可塑性强，且功能多样，可以应用在不同领域中，现阶段先进复合材料在风电叶片、航天航空、交通等领域都取得了广泛的应用，不仅推动了行业的发展，也促进了先进复合材料的进一步应用。在风电叶片、飞机结构上应用先进复合材料，能够降低结构的质量，促进结构模块化发展，在先进工艺的不断发展下，复合材料在风电叶片、飞机结构设计上的应用更加广泛，已经成为钢、钛等传统材料之后的主要结构材料之一，现在复合材料整体成型工艺不断发展，从原有的次要承力构件成为主要承力构件，提升了民机行业在航空航天科技制造领域的竞争力，复合材料的应用以及其先进工艺技术的应用，打开了航天领域的新大门[1]。

2 先进复合材料成型工艺过程中的质量控制要点

2.1 把控原料供给

先进复合材料成型工艺过程中，必须要把控原料供给，才能确保其质量，在成型过程中国，要保持原料供给的稳定均匀，才能促进其更好地成型，复合材料中的应用的原材料的天然纤维的结构和特点对成品有着直接关系，当天然纤维中的水分含量超过8%以上，就会影响其成型，因此要合理控制天然纤维中的水分，含水量要控制在8%以下，才能保证其质量。第一，对天然纤维粉粒进料以及粒料供给方式加以控制，在成型工艺过程中，要对进料进行质量把控，在進料前，要对天然纤维粉进行造粒处理，通过造粒处理可以提升其自身的体积 比重，接着融入混合合成树脂、添加剂等材料进行成型工艺。比例较少的合成树脂在锥形双螺杆挤出机中可以实现快速熔融，经过挤压、高温可以融入纤维中，最终成型，这种成型方法可以优化不同材料的配比，其操作方法简单容易。粒料的供给也十分关键，要把控其成型质量，就要合理控制其供给，依托单螺杆或双螺杆挤出机进行粒料供给，在具体的操作过程中，就是将天然纤维、合成树脂、添加剂三种材料进行造粒处理，然后加入挤压机中进行成型，这种方法依托机器设备，生产效率较高，设备较为齐全，但是在实际的操作中，要这种等到天然纤维干燥后才能造粒[2]。

2.2 积聚进料方式与冷搅拌方式

先进复合材料成型工艺过程中，要把控进料方式，并根据不同进料方式进行针对性下料，进料方式分为两种，一种是积聚进料方式，也称为集成体进料方式，另一种是冷搅拌方式，积聚进料的方式依靠高速搅拌器实现作业的，将天然纤维、合成树脂和添加剂先进行预先处理，加工成豆粒大的状体，然后将其加进挤出机中进行加工，这一过程中就可成型，这种进料方式可以脱除原料中含有的部分水分和气体，可以保证成型效果;冷搅拌方式是将木粉中的粉状树脂和添加剂进行集中搅拌，通过喂料器向挤出机中提供纤维原料，经过加工后成型，在这一成型过程中，天然纤维、合成树脂、添加剂等材料不需要单独制备，在其保持粉状的形态下才能成型，并且要保证天然纤维的充分干燥。在先进复合材料成型工艺过程中，不仅要保证原料的供给，更要把控进料方式，才能确保且成型工艺的质量，提升其应用效果。

2.3 把控每一种工艺操作要点

先进复合材料成型工艺过程中，对每一种工艺的操作要点也要合理控制，才能确保其成型质量，现在先进复合材料成型工艺已经从最初的手工操作工艺发展到技术化、自动化、高生产效率的成型工艺，拓展了新的应用领域，下面对两种工艺进行简单介绍，要把控其成型质量，就要把控工艺要点。例如手糊成型工艺，手糊成型工艺即就是通过手工操作来实现的，是将固化剂覆于树脂混合物的表面，然后涂刷在磨具上，依照工艺要求将准备好的短纤维设置在其上，借助压辊挤对其施加压力，可以促使胶液完全的、均匀的浸润纤维，也可以通过强压排出气泡，为了促使成型工艺满足工业需求，要重复此操作。当完成上述工序后，要加温模具，随后再次加压并将材料固定在模具上，并促其成型，在这一成型过程中要保证样板与模贴合紧密，保证符合材料的工艺质量，最后经过脱模完成材料制备。操作方便且成本低廉，保证了产品尺寸和形状质量过关，适合应用在小规模的生产中，但是效率较为低下，生产耗时间[3]。再如喷射成型工艺，喷射成型工艺是借助两侧喷枪完成制备的，喷枪一侧喷出混有引发剂的不饱和聚酯，另一侧则喷出混有促进剂的不饱和聚酯，从喷枪中心喷出切断玻纤粗纱，借助辊轮施加压力，可以促使树脂充分融进纤维，也可以排除成品中的气体，最终促使其成型。再如灌注成型工艺，灌注成型工艺是将纤维布铺覆在模具表面，使用真空膜密封后抽真空通过高压排出气泡，将合适的树脂（环氧树脂、不饱和聚酯树脂等）通过管道注入到纤维中，将纤维完全浸润，最后加热模具促进其成型，在这一成型过程中要保证玻纤高压状态、灌注流道及导流网等辅材的合理布置，保证产品成型后质量，该工艺大型构件也可以具有很高的纤维体积分数和较低的孔隙率，夹心结构可一次成型，可使用在风电叶片、小型游艇、火车和卡车的车身板等。

3 结语

综上所述，当下，复合材料成型工艺申请了多项技术专利，其竞争极为激烈，很多风电企业、航空企业都要依靠先进复合材料成型工艺提升自身的竞争力和技术价值。

参考文献：

[1]李树健，湛利华，彭文飞，周源琦.先进复合材料构件热压罐成型工艺研究进展[J].稀有金属材料与工程，2015，44（11）：2927-2931.

[2]李艳霞，顾轶卓，李敏，张佐光.先进复合材料热压罐工艺成型过程压力监测技术[J].航空制造技术，2015，{4}（09）：82-86.

[3]黄其忠，任明法，陈浩然.先进格栅增强复合材料结构在软模共固化成型过程中工艺参数研究[J].工程力学.