先进复合材料真空袋,热压罐成型技术

先进复合材料热压罐工艺成型过程压力监测技术李艳霞;顾轶卓;李敏;张佐光【摘要】Autoclave is one of the most impor-tant manufacturing processes commonly used to fabricate composite structures with high performances in aeronau-tical and aerospace area. If the cure process is not well controlled, the defects, such as uneven fiber distribution, bridging, waviness, delamination, and deformation, will occur, which seriously affect surface quality, mechanical properties and reliability of composite parts. The pressure monitoring technology during the autoclave process is an important experimental method to guide mould design, cure cycle optimization and the mechanism analysis of de-fect formation, and to improve the manufacturing capabil-ity of composite structures. In this paper, the test methods and their suitability of the pressures shared by ifber, resin, and prepreg stack during the autoclave process are summa-rized.%热压罐工艺是航空航天领域生产高性能复合材料构件最重要的方法，如工艺控制不利可能导致制件存在纤维架桥、屈曲、孔隙、分层、变形等缺陷，从而影响复合材料表面质量、力学性能以及可靠性。

复合材料真空袋压成型工艺复合材料是指将两种或两种以上具有不同化学成份和物理结构的材料在一定的比例和工艺条件下，通过加工制造成能够共同协同作用的新材料。

而真空袋压成型工艺则是将复合材料放在模具内，通过加压将材料压制成需要的形状，而在加压过程中配以真空吸气技术，使材料具有一定的密实度，从而提高复合材料的强度和使用寿命。

真空袋压成型工艺是一种新兴的成型技术，具有以下的优点：1. 减轻设备的负担：真空袋压成型工艺不需要使用大型压力机械设备，只需要制作好前期的模具和真空袋，并配以真空吸气技术，即可轻松完成材料的成型。

3. 降低生产成本：真空袋压成型工艺所需的设备和技术要比其他传统的复合材料生产工艺要简单，成本较低，同时可大量生产相同规格的复合材料，降低生产成本。

4. 提高生产效率：真空袋压成型工艺可以大大提高生产效率，减少对生产流程的不必要限制，加速产品生产的时间，较为理想的解决了传统复合材料生产周期长、工艺繁琐的问题。

真空袋压成型工艺的具体操作步骤如下：1. 准备模具：根据所需的成型产品，制作相应的模具，确保模具的尺寸、形状等符合要求。

2. 制备真空袋：将尺寸比模具大一定量的布料，缝制成可调节长度的袋子形状，袋口需要留出一定的余量，以备后续的成型操作。

3. 切割材料：根据所需的复合材料尺寸，对原材料进行切割。

4. 叠层：将切割好的复合材料进行叠层。

在叠层过程中需要按照一定的顺序和数量进行，确保复合材料的均匀和平整。

5. 布罩真空袋：将叠好的复合材料放入模具中，然后，将真空袋罩在复合材料的表面上。

6. 抽真空：将真空袋里的空气通过吸气口抽取出来，使其成为空心，以增强复合材料的密实度。

7. 闭袋：将真空袋口封好，以确保整个复合材料处在真空状态下。

8. 压制：通过加压的方式，将复合材料进行压制，压制时间、温度和压力等参数需要根据实际情况进行调整。

9. 反压：在压制时结束以后，在一定时间内达到特殊的反压，确保所制造的复合材料状态稳定。

一、热压罐成型工艺热压罐成型技术是航空、航天领城应用最广泛的成型技术之一，它能在宽广范圈内适应各种材料对加工工艺条件的要求。

二、工艺过程包括：1、模具清理和脱模剂涂抹。

2、预浸料裁切与铺叠。

3、真空袋组合系统制作和坯件装袋.真空袋组合系统制作需要采用各种辅助材料，其中包括:真空袋材料(改性尼龙薄膜或聚酸胺薄膜)、橡胶密封胶条、有孔或无孔隔离膜(聚四氟乙烯或改性氟塑料)。

吸胶材料、透气材料、脱模布和周边胶条等。

按图、所示顺序将坯件与各种辅助材料依次组合并装袋，形成真空组合系统。

装袋后应进行真空检漏，确认无误后，便可闭合锁锁热压罐门，升温固化。

1.真空袋.2.透气材料.3.压板04.有孔隔离层5.预浸料叠层，6.有孔脱模布，7.吸胶材料，8.隔离膜面.9.底模板，10.周边挡条.11.周边密封带 12.热压罐金属基板 13.密封胶条，14.真空管路。

4、固化。

各种树脂体系的固化制度，应根据各种不同树脂体系的固化反应特性和物理特性分别给予制定，要慎重考虑加压时机和关闭真空系统的时机。

固化完毕要控制降温速率，以防止因降温速度过快导致制品内部产生残余应力。

5、出罐脱模。

罐内温度降至接近室温时方可出罐脱模。

6、检测与修整。

三、成型过程中的危险性分析由于根据现场使用方介绍，所有预浸料工序均外委完成，该工房主要进行铺料和成型工序，在此仅对成型过程中的危险性进行分析。

1、辅助材料可燃性由下图可以看出，热压罐成型过程的物理化学变化，一般都会达到120-160℃，因此热压罐成型工艺所选择的辅助材料都应该在此温度范围内不应发生化学变化，物理性能稳定。

各种材料均选用阻燃材料，不应存在发生火灾的危险。

2、设备的阻燃性设备的系统分为：罐体、罐门、开门系统、加热系统、冷却系统、加压系统、空气循环系统、真空系统、隔热系统、控制系统等组成，产品的设计均按照国家机电产品安全标准要求设计。

设备的原材料、电气元器件均按照阻燃设计，隔热材料为阻燃材料，不存在发生火灾的隐患。

真空袋成形工艺【实验目的】1.基本掌握真空袋成形的工艺技术，基本操作；2.为复合材料力学性能测试做好准备工作。

【实验器材及材料】1.抽气机（抽真空用）2.玻璃布，脱模剂，脱模布，导流布，丙酮，树脂，密封胶条，导管，容器3.剪刀等小工具图片1 玻璃布图片2 脱模布（1）图片3 抽气管【实验过程】一．铺布1.将玻璃布剪成长方形，铺在台面上；2.剪下一条条红色的脱模布，铺在玻璃布的各个边上；3.铺一层脱模布，脱模布比玻璃大，完整的覆盖住整个实验材料4.在脱模布上铺上导流布，用来引流，使树脂可以均匀的走过玻璃布；二．贴密封胶条，铺密封膜在玻璃布外用密封胶条贴一个长方形，并将导管（抽气导管和引树脂导管）紧紧贴在胶条上，两个导管左右分开，引导树脂的导管放在导流布上。

将密封胶条撕开，铺一张密封膜，确保整个密封膜四周密封很好，不漏气，尤其是导管附近，要用胶条贴的很紧，并且密封膜要平整，以确保实验材料加工出来可以很平整。

三．抽真空，引树脂1.先抽一次检测整个真空袋是否漏气，抽气机压强在一段时间内没有变，证明密封良好，如果密封不好，有漏气，则需要继续进行密封工作，直到密封完好为止。

2.确保密封很好之后，开始抽真空。

先将真空袋内的空气抽走，整个真空袋变为扁平状，然后将引流导管插入制作好的树脂混合剂中，开始进行导流。

3.观察导流过程，发现树脂以直线的形式向抽气方向先快后慢的移动，在抽气端的导流布没有完全铺到材料上，是为了控制树脂流动速度，保证树脂可以均匀的铺满整个材料（玻璃布）。

4.等树脂充满后，取出导管，静置一段时间，启封。

启封时注意要慢，一层一层的揭开，不能太快，防止破坏材料。

揭开密封膜，一层一层去掉玻璃布上的其他铺层，轻轻的从台面上撕下制作完成的材料。

四．后续工作1.拆除装置，清洗台面，整理材料，将其剪成小的长方体，用于后来要做的力学实验。

2.制作实验报告，附图片。

【注意事项和实验心得】1.实验前要把台面清理干净，还有实验材料玻璃布要铺的平整。

先进复合材料热压罐成型技术苏鹏;崔文峰【摘要】近年来,随着复合材料在航空航天中的广泛应用,其加工制造理论和技术水平在逐步提高.其中,热压罐成型技术是复合材料结构成型中较为成熟的方法,在航空航天产品中广泛应用.但是,由于现代大型飞机中应用的复合材料整体构件轮廓复杂度越来越高,尺寸也越来越大,传统热压罐成型技术已经无法满足制造实际应用需求.因此,为提高制品的质量和工作效率,热压罐成型工艺的改进和优化依然是当前主要的途径.本文根据传统热压罐成型工艺流程和特点,从提高产品质量和效率的角度分析其工艺过程,针对下料环节、温度控制环节、压力控制环节以及模具设计等关键技术,给出现阶段的最新研究进展.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】2页(P165-166)【关键词】航空航天;复合材料;热压罐成型技术;温度场控制技术【作者】苏鹏;崔文峰【作者单位】大连长丰实业总公司,大连 116038;大连长丰实业总公司,大连116038【正文语种】中文热压罐成型工艺的工作原理是利用罐内的高温压缩气体产生的压力对复合材料坯料进行加热加压以完成固化成型。

热压罐成型系统是由罐体、冷却系统、真空系统、压力系统、加热系统、密封系统和控制系统构成。

表1是热压罐各个系统的技术要求，该技术要求的满足可使热压罐罐内压力和温度均匀分布。

热压罐工艺流程：①预浸料下料（裁剪）；②铺叠毛坯；③抽真空预压实（坯料与模具贴合）；④（组装）固化；⑤（降温）脱模；⑥无损检测；⑦切边打磨；⑧称重。

当前，在热压罐抽真空压实环节借助真空袋与模具之间抽真空形成的负压，对复合材料坯料进行加压。

现已经发展成熟的技术有真空袋成型法、压力袋成型法和双真空袋成型法。

其中，真空袋成型法加压不大于0.1MPa，只适用于薄板制作或者蜂窝夹层结构。

缺点是制品外形表面质量精度较差。

压力袋成型法是通过向橡皮囊构成的压力袋（气压室）内注入压缩气体实现对复材坯料的加压，压力可达0.25～0.5MPa，特点是对模具的刚度和强度要求高，制品的机械性能好于真空袋成型法制品。

复合材料热压罐技术原理
复合材料热压罐技术是一种先进的复合材料成型工艺，主要应用于航空、航天、电子、兵器等领域。

该技术通过真空袋封装和热压罐设备，实现复合材料制件的均匀温度和压力分布，从而制备出表面质量和内部质量高、形状复杂、面积巨大的复合材料制件。

其技术原理如下：
1. 预浸料准备：预浸料是将增强纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）与树脂基体（如环氧树脂、酚醛树脂等）混合后，经过一定的工艺处理制成的。

预浸料的质量直接影响到最终复合材料制件的质量。

2. 铺层设计：根据复合材料制件的结构和性能要求，设计合适的铺层顺序和厚度。

铺层设计对于制件的强度、刚度和疲劳性能等具有重要影响。

3. 真空袋封装：将预浸料按照设计的铺层顺序铺设在模具上，然后用真空袋将其密封。

真空袋可以有效地防止空气和水蒸气进入复合材料制件，确保制件的密实性和均匀性。

4. 热压罐设备升温、加压：将封装好的模具放置在热压罐中，热压罐设备会按照设定的升温速率对模具进行加热，同时施加压力。

这样可以使预浸料中的树脂基体发生固化反应，形成复合材料制件。

5. 保温、降温：在达到一定的温度和压力后，保持一段时间以使树脂充分固化。

随后，热压罐设备会按照设定的降温速率将模具冷却至室温。

6. 卸压、脱模：待模具冷却至室温后，卸除压力，然后脱模得
到复合材料制件。

总之，复合材料热压罐技术原理主要是通过控制温度、压力和时间等参数，实现树脂基体的固化反应，从而制备出具有高性能的复合材料制件。