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
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。
SEET-神鹰-热压罐成型工艺安全性分析
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。
复合材料成型加工技术---
真空袋
1. 过程
制品毛坯 真空袋密封 抽真空 固化 制品
2. 特征 1）工艺简单，不需要专用设备； 2）压力较小，最大为0.1MPa，只适
用厚度1.5mm以下复合材料制品
压力袋成型
压力为0.25~0.5MPa
真空袋-热压罐成型
预浸料成型
预浸料成型（prepreg lay-up）
基本步骤：
设备：要求比RTM高，投资大
模压成型（Compression Molding）
将复合材料片材或模塑料放入金属对模中， 在温度和压力作用下，材料充满模腔，固 化成型，脱模制得产品的方法。
模具预热 模压料称量
涂刷脱模剂 预热
装模
压制 脱模
制品 检验 后处理
BMC模压 SMC、TMC模压 预浸料模压（层压）
多孔膜 密实膜 多孔织物
多孔膜
真空封装系统：透气、隔离、吸胶、透胶系统
适合加工高纤维含量（>60%）复合材料 简单和复杂构型构件均可以加工 高强度和高刚度复合材料均可以加工 劳动强度大，不适于大量加工 构件成本高 在航空和军事用先进复合材料上用途广泛
喷射成型（spray-up process）
包括：
干法缠绕： 预浸纱 湿法缠绕： 纤维纱 半干法缠绕： 纤维纱
加热软化 缠绕 浸胶 缠绕 浸胶 烘干 缠绕
非常适合制作管 状制品，如压力 容器、管道、火 箭发动机壳体、 喷管、化学品储 存罐等
配合CAD系统， 可以制作外形更 为复杂的构件
基本步骤
① 粗纱线轴放置在粗纱架上； ② 几根粗纱从导纱沟中穿过； ③ 固化剂和树脂在容器中混合后倒入树脂浸渍槽中； ④ 在卷绕滚筒上涂覆脱模剂、凝胶涂层，并将卷绕滚筒放
热压罐_VARTM组合成型新工艺设计
的成型条件，或者可以满足立体织物 强度高质量的纤维增强树脂基复合
增强低粘度树脂基复合材料的成型 材料。ＣＯＭＰＲＩＳ技术需要一个压
条件。在能够满足包括各种织物形 力容器或热压罐（或者其他提供压力
的手段）来制造复合材料部件。它 实际上就是热压罐与ＶＡＲＴＭ的组 合技术。
德国ＤＬＲ Ｇｅｒｍａｎ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｅｎｔｅｒ和ＩＮＶＥＮＴ ＧｍｂＨ的技 术人员也进行了相关的研究。他 们同样考虑将热压罐成型工艺和 ＶＡ ＲＴＭ工艺的优点结合在一起。 由此提出了所谓的ＳＬＩ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｌｉｎｅ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）技术的概念。ＳＬＩ 是指纤维预成型体抽真空和树脂体 系的注射通过同一根树脂传递管道 进行。
（１）树脂导入与流动方式。 液体成型工艺中树脂的导入方 式和流动方式决定了树脂对纤维的 浸渍质量，是影响制品性能的重要因 素。在普通的ＲＴＭ成型工艺中，树 脂流动方式均采用平面流动方式，即 树脂的流动前沿以与铺层平面平行 的方向往前推进，流动前锋过后的预 制件中均充满树脂，这种方式适合于 流动路径较短的制品。对于比较大 的制件，流动路径可能要几米甚至十 几米，这时树脂流动的原动力——压 力差会随着流动距离的增加而减弱，
居建国 研究员。在读博士，从事航天领域
先进复合材料及其制造技术的研究工 作２０余年。主要研究方向为复合材料 加工工程。
随着复合材料专业的发展，复合 材料制备技术也在不断地发展和完 善。迄今为止，已有的复合材料制备 技术有：手糊或湿法铺覆工艺，真空 袋压、真空成型和热压罐成型工艺， 模压成型工艺，热压／冷压模塑成型 工艺，注射模塑成型工艺，缠绕成型 工艺，拉挤成型工艺，复合材料液体 成型工艺等。
２００７年第１２期·航空制造技术７３
万方数据
真空袋成形工艺
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。
7复合材料热压罐成型技术解析
复合材料热压罐成型技术
主讲：梅启林 单位：材料学院
School of Materials Science and Engineering
一、前言
? 热压罐：
航空复合材料制品的主要生产设备，具有整体加热系统的大型压力容器。
? 优点：
（1）大范围内适应各种材料对加工条件的要求 高温环氧175oC，600KPa 聚酰亚胺300~400oC， 1MPa
? 主要工艺过程 （1）均匀稳定树脂膜的制备----关键 （2）树脂熔融浸渍纤维 （3）预浸料冷却 （4）预浸料收卷
School of Materials Science and Engineering
预浸料的性能
? 外观 ? 物理性能
（1）单位面积纤维的质量（ GB7192-8）7 （2）树脂含量（ GB7192-8）7 （3）挥发分含量（ GB6056-8）5 （ 4）粘性（表征预浸料铺覆性和层间粘合性的指标） （ 5）流动度（一定条件下，预浸料树脂可流出的数量占预浸料质量的百分比，
设计力学、理化性能
School of Materials Science and Engineering
预浸料的制备
? 溶液浸渍法（辊筒缠绕法、连续排铺法）
（ 1）辊筒缠绕法
特点：
间歇性、设备简单、生产效率低、批量小
实验室或小批量生产
工作原理：
一系列变速机构 ---- 调节辊筒转动、导丝辊丝杠横向移动速度比 ---- 纤维间距
工艺参数：
纤维状态（单丝根数、总纤度、捻度等 ---- 影响浸渍程度和含胶量）
胶液浓度（影响含胶量最严重的因素 ---- 调节胶液密度、温度来控制）
牵引速度
先进复合材料热压罐成型技术
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
先进复合材料真空袋,热压罐成型技术
真空袋/热压峨成塑技术是航空、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。
真空级/热压罐成型的主要工艺流程
1.模具清理和脱棋剂涂抹。
脱棋荆一定要涂抹均匀.用量要严格控制，过少影响脱模，过多污染制品。
2.预浸料裁切与铺叠。
裁切与铺叠可采取人工操作.可采取机器辅助裁切与人工铺叠相结合.也可采取全自动方式裁切与铺叠。
裁切按模板裁剪.要注意控制纤维方向偏差，一般不超过士1度。
铺叠时要按照设计的铺层顺序和方向依次铺叠，同时要注意在接缝部位采取搭接形式.且各层接缝必须错开.要注意将顶浸料展平压实，尽量排除层间空气。
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10-1所示顺序将坯件与各种辅助材料依次组合井装袋.形成真空组合系统。
在组合过程中.吸胶材料的用量要精确计算.真空袋不宜过小或过大，以舒展为宜。
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0
4.有孔隔离层,
5.预浸料叠层，
6.有孔脱模布，
7.吸胶材料，
8.隔离薄面.
9.底模版.10.周边挡条.11.周边密封带112.热压罐金属基板。
13.密封胶条，14.真空管路
3.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，要懊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，以防止因降沮速度过快导致制品内部产生残余应力。
4.出罐脱模。
罐内温度降至接近室温时方可出罐脱模。
5.检测与修整。
先进复合材料制品一般都要进行无损探伤检侧。
预没料侧备
织物预浸料是热压罐成型的半成品原材料，可采用溶液及演法和热熔浸渍法制造。
1.溶液浸渍法。
通常采用辊筒卷绕方法生产。
织物状态、胶液浓度、卷绕速度和卷绕张力对预浸料的含胶量有重要影响.烘干温度和卷绕速度对预浸料的挥发份和预固化度有重要影响.该工艺浸渍渗透性好.但固化后产品致密性差.空隙率高，力学性能偏低，生产成本高，环境污染严重。
2.热熔浸渍法.
热熔浸渍也称树脂膜浸渍，其主要优点:纤维排纱平直均匀，含胶最、带宽、带厚均能精确控制。
热压浸演。
浸渍效果好，纱束之间无间隙.有利于降低制品的空隙率:无溶剂挥发，劳动环境好等.热熔浸渍是在专用热熔浸渍机上进行。
机器开动后，牵引辊牵引上下隔离纸与连续纤维同步移动.此时被加热到熔融状态的树脂通过涂膜辊均匀涂覆到上下隔离纸相对应的单面上，上下隔离纸上的胶膜将纤维夹在中间.通过加压辊将熔融树脂压浸到纤维中间，经过冷却，最后将上下隔离纸和预浸带分别收卷待用.预浸料的含胶量可通过调节刮胶辊与涂膜辊之间的间隙和调节温度、走纸速度来控制.
热压系统与成型模具
1.热压罐系统。
热压罐系统是根据复合材料成型工艺条件设计的。
通常由如下分系统组成:压力容器;加热及气体循环系统;气体加压系统;真空系统。
控制系统;冷却系统和装卸系统组成。
2.成型模具，
热压罐成型模具要求模具材料在制品成型沮度和压力下能保持适当性能，同时还要考虑到棋具成本、寿命、梢度、强度、质最、机械加工性、热胀系数、尺寸德定性、表面处理及导热系数等。
模具的制造可选择铝、钢、镍合金、电沉积镶和碳/环氧复合材料等。
热压罐成型工艺模拟
在热压罐成型工艺过程中，将发生以下主要物理、化学变化:①树脂在纤维中流动，以促使树脂充分浸透纤维;②纤维增强网络压实，以保证复合材料构件中纤维体积分数最大化;
③合适的固化压力，以抑制树脂基体中孔隙的形成;④合适的固化温度周期。
以确保树脂充分固化。
所有这些物理化学过程，均可以通过建立树脂流动模型、纤维形变模型、纤维庆实模型、孔隙形成模型、热传递模型等进行工艺
模拟，并把这些模型统一集成到固化工艺优化的软件系统中。
热压罐成型技术可用来制作军机的主承力构件，如机身、抓盒、方向舵、升降舵、垂尾、平尾等。
在卫星和运载火箭上也有广泛用途。