先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中的質(zhì)量控制

賀曉龍

摘 要：隨著先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝的不斷成熟和發(fā)展，復(fù)合材料在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了突破性的提升和拓展，對(duì)復(fù)合成型工藝的質(zhì)量控制的研究具有時(shí)代性?xún)r(jià)值，本文總結(jié)先進(jìn)復(fù)合成型工藝的相關(guān)內(nèi)容，分析了先進(jìn)復(fù)合材料的特點(diǎn)，并討論了先進(jìn)復(fù)合材料成形過(guò)程中質(zhì)量控制的要點(diǎn)，并對(duì)復(fù)合材料成形工藝的發(fā)展現(xiàn)狀予以研究

關(guān)鍵詞：先進(jìn)復(fù)合材料;成型工藝;質(zhì)量控制

前言

傳統(tǒng)的復(fù)合材料在實(shí)際的應(yīng)用中，具有一定的局限性，應(yīng)用范圍小，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的發(fā)展，十幾年的探索，復(fù)合材料的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大去，其成型工藝取得了很大的進(jìn)步，作為一項(xiàng)特殊的工作，要嚴(yán)格把控其成型工藝過(guò)程中的質(zhì)量，主要是對(duì)其原料和成型工藝的流程加以把控，才能更好地提高先進(jìn)復(fù)合成型的應(yīng)用效果。

1 先進(jìn)符合材料的概述

作為新時(shí)代的工業(yè)材料，先進(jìn)復(fù)合材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)勢(shì)，它主要由高分子樹(shù)脂基體與高性能碳纖維增強(qiáng)體構(gòu)成，采用高溫強(qiáng)壓、固化脫模等工藝制備，具有諸多性能，不僅耐摩擦耐腐蝕，而且還具有高強(qiáng)高模性能，減震性能良好，可塑性強(qiáng)，可以屏蔽電磁干擾，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料，由于其復(fù)合性能、材料可塑性強(qiáng)，且功能多樣，可以應(yīng)用在不同領(lǐng)域中，現(xiàn)階段先進(jìn)復(fù)合材料在風(fēng)電葉片、航天航空、交通等領(lǐng)域都取得了廣泛的應(yīng)用，不僅推動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展，也促進(jìn)了先進(jìn)復(fù)合材料的進(jìn)一步應(yīng)用。在風(fēng)電葉片、飛機(jī)結(jié)構(gòu)上應(yīng)用先進(jìn)復(fù)合材料，能夠降低結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，促進(jìn)結(jié)構(gòu)模塊化發(fā)展，在先進(jìn)工藝的不斷發(fā)展下，復(fù)合材料在風(fēng)電葉片、飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用更加廣泛，已經(jīng)成為鋼、鈦等傳統(tǒng)材料之后的主要結(jié)構(gòu)材料之一，現(xiàn)在復(fù)合材料整體成型工藝不斷發(fā)展，從原有的次要承力構(gòu)件成為主要承力構(gòu)件，提升了民機(jī)行業(yè)在航空航天科技制造領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，復(fù)合材料的應(yīng)用以及其先進(jìn)工藝技術(shù)的應(yīng)用，打開(kāi)了航天領(lǐng)域的新大門(mén)[1]。

2 先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 把控原料供給

先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中，必須要把控原料供給，才能確保其質(zhì)量，在成型過(guò)程中國(guó)，要保持原料供給的穩(wěn)定均勻，才能促進(jìn)其更好地成型，復(fù)合材料中的應(yīng)用的原材料的天然纖維的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)對(duì)成品有著直接關(guān)系，當(dāng)天然纖維中的水分含量超過(guò)8%以上，就會(huì)影響其成型，因此要合理控制天然纖維中的水分，含水量要控制在8%以下，才能保證其質(zhì)量。第一，對(duì)天然纖維粉粒進(jìn)料以及粒料供給方式加以控制，在成型工藝過(guò)程中，要對(duì)進(jìn)料進(jìn)行質(zhì)量把控，在進(jìn)料前，要對(duì)天然纖維粉進(jìn)行造粒處理，通過(guò)造粒處理可以提升其自身的體積 比重，接著融入混合合成樹(shù)脂、添加劑等材料進(jìn)行成型工藝。比例較少的合成樹(shù)脂在錐形雙螺桿擠出機(jī)中可以實(shí)現(xiàn)快速熔融，經(jīng)過(guò)擠壓、高溫可以融入纖維中，最終成型，這種成型方法可以?xún)?yōu)化不同材料的配比，其操作方法簡(jiǎn)單容易。粒料的供給也十分關(guān)鍵，要把控其成型質(zhì)量，就要合理控制其供給，依托單螺桿或雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行粒料供給，在具體的操作過(guò)程中，就是將天然纖維、合成樹(shù)脂、添加劑三種材料進(jìn)行造粒處理，然后加入擠壓機(jī)中進(jìn)行成型，這種方法依托機(jī)器設(shè)備，生產(chǎn)效率較高，設(shè)備較為齊全，但是在實(shí)際的操作中，要這種等到天然纖維干燥后才能造粒[2]。

2.2 積聚進(jìn)料方式與冷攪拌方式

先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中，要把控進(jìn)料方式，并根據(jù)不同進(jìn)料方式進(jìn)行針對(duì)性下料，進(jìn)料方式分為兩種，一種是積聚進(jìn)料方式，也稱(chēng)為集成體進(jìn)料方式，另一種是冷攪拌方式，積聚進(jìn)料的方式依靠高速攪拌器實(shí)現(xiàn)作業(yè)的，將天然纖維、合成樹(shù)脂和添加劑先進(jìn)行預(yù)先處理，加工成豆粒大的狀體，然后將其加進(jìn)擠出機(jī)中進(jìn)行加工，這一過(guò)程中就可成型，這種進(jìn)料方式可以脫除原料中含有的部分水分和氣體，可以保證成型效果;冷攪拌方式是將木粉中的粉狀樹(shù)脂和添加劑進(jìn)行集中攪拌，通過(guò)喂料器向擠出機(jī)中提供纖維原料，經(jīng)過(guò)加工后成型，在這一成型過(guò)程中，天然纖維、合成樹(shù)脂、添加劑等材料不需要單獨(dú)制備，在其保持粉狀的形態(tài)下才能成型，并且要保證天然纖維的充分干燥。在先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中，不僅要保證原料的供給，更要把控進(jìn)料方式，才能確保且成型工藝的質(zhì)量，提升其應(yīng)用效果。

2.3 把控每一種工藝操作要點(diǎn)

先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝過(guò)程中，對(duì)每一種工藝的操作要點(diǎn)也要合理控制，才能確保其成型質(zhì)量，現(xiàn)在先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝已經(jīng)從最初的手工操作工藝發(fā)展到技術(shù)化、自動(dòng)化、高生產(chǎn)效率的成型工藝，拓展了新的應(yīng)用領(lǐng)域，下面對(duì)兩種工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，要把控其成型質(zhì)量，就要把控工藝要點(diǎn)。例如手糊成型工藝，手糊成型工藝即就是通過(guò)手工操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，是將固化劑覆于樹(shù)脂混合物的表面，然后涂刷在磨具上，依照工藝要求將準(zhǔn)備好的短纖維設(shè)置在其上，借助壓輥擠對(duì)其施加壓力，可以促使膠液完全的、均勻的浸潤(rùn)纖維，也可以通過(guò)強(qiáng)壓排出氣泡，為了促使成型工藝滿(mǎn)足工業(yè)需求，要重復(fù)此操作。當(dāng)完成上述工序后，要加溫模具，隨后再次加壓并將材料固定在模具上，并促其成型，在這一成型過(guò)程中要保證樣板與模貼合緊密，保證符合材料的工藝質(zhì)量，最后經(jīng)過(guò)脫模完成材料制備。操作方便且成本低廉，保證了產(chǎn)品尺寸和形狀質(zhì)量過(guò)關(guān)，適合應(yīng)用在小規(guī)模的生產(chǎn)中，但是效率較為低下，生產(chǎn)耗時(shí)間[3]。再如噴射成型工藝，噴射成型工藝是借助兩側(cè)噴槍完成制備的，噴槍一側(cè)噴出混有引發(fā)劑的不飽和聚酯，另一側(cè)則噴出混有促進(jìn)劑的不飽和聚酯，從噴槍中心噴出切斷玻纖粗紗，借助輥輪施加壓力，可以促使樹(shù)脂充分融進(jìn)纖維，也可以排除成品中的氣體，最終促使其成型。再如灌注成型工藝，灌注成型工藝是將纖維布鋪覆在模具表面，使用真空膜密封后抽真空通過(guò)高壓排出氣泡，將合適的樹(shù)脂（環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂等）通過(guò)管道注入到纖維中，將纖維完全浸潤(rùn)，最后加熱模具促進(jìn)其成型，在這一成型過(guò)程中要保證玻纖高壓狀態(tài)、灌注流道及導(dǎo)流網(wǎng)等輔材的合理布置，保證產(chǎn)品成型后質(zhì)量，該工藝大型構(gòu)件也可以具有很高的纖維體積分?jǐn)?shù)和較低的孔隙率，夾心結(jié)構(gòu)可一次成型，可使用在風(fēng)電葉片、小型游艇、火車(chē)和卡車(chē)的車(chē)身板等。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)下，復(fù)合材料成型工藝申請(qǐng)了多項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)利，其競(jìng)爭(zhēng)極為激烈，很多風(fēng)電企業(yè)、航空企業(yè)都要依靠先進(jìn)復(fù)合材料成型工藝提升自身的競(jìng)爭(zhēng)力和技術(shù)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]李樹(shù)健，湛利華，彭文飛，周源琦.先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件熱壓罐成型工藝研究進(jìn)展[J].稀有金屬材料與工程，2015，44（11）：2927-2931.

[2]李艷霞，顧軼卓，李敏，張佐光.先進(jìn)復(fù)合材料熱壓罐工藝成型過(guò)程壓力監(jiān)測(cè)技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2015，{4}（09）：82-86.

[3]黃其忠，任明法，陳浩然.先進(jìn)格柵增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在軟模共固化成型過(guò)程中工藝參數(shù)研究[J].工程力學(xué).