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通过压模具定制橡胶模面的紧压,使热复合材料层压板部分固化、固结丹尼尔²乌里扎克贾瑞恩²古波斯凯西霍夫曼机械部，航空航天，核工程，伦斯勒理工学院，110八街，特洛伊，纽约12180收稿日期：2010年6月23日，修订：2010年11月13日，出版日期：2011年1月5日制造商规定：热固性复合材料固化巩固层压板夹层结构时，通常需要真空装袋，形成一个较薄壁模具，放置在一釜中，它服从整个机组温度，真空，压力周期。

通常认为高压灭菌由于消耗高资金和生产成本，产生废物和处理的可扩展性成为阻碍使用先进复合材料的主要瓶颈。

一个称为“热按固化”的固化整合过程，被提出并证明可以作为替代高压灭菌的方法。

该设计过程涉及一套特殊模具压缩的复合层压，一个加热的金属模具和配套橡胶覆盖的模具被制成绝缘材料，以提供均匀的金属模具表面温度和压力，也就是模仿由一个高压灭菌器提供的工艺条件。

热固化过程是证明第一次使用一个简单的二维轴对称形状设置一个模的时间。

嵌入式铝固化炉电阻盒模具设计启发并提供在模具表面上统一操作温度为177℃的一个目标值。

模具集压缩八层碳/环氧复合材料工件福祉各方面隔音，比同等蒸压减少操作可能显着提高的压力，均匀压缩橡胶面具所表现出的形状改变的面具功耗至少有一到两个数量级的降低。

即使没有一个优化的橡胶层形状和厚度，八铺设复合材料零件也已经成功实验完成。

今后工作计划在以下文章中所讨论。

© 2011年美国机械工程师学会目录内容简介............................................ 错误！未定义书签。

背景............................................ 错误！未定义书签。

热紧压固化 ...................................... 错误！未定义书签。

A、注射模设计................................. 错误！未定义书签。

B、模具制造................................... 错误！未定义书签。

C、橡胶面具制作............................... 错误！未定义书签。

D、热紧压固化工艺 ............................. 错误！未定义书签。

设计二维热硫化紧压模具制作........................ 错误！未定义书签。

工艺示范........................................ 错误！未定义书签。

A、热特性..................................... 错误！未定义书签。

B、压力表征................................... 错误！未定义书签。

统计表........................................... 错误！未定义书签。

结论和工作计划.................................... 错误！未定义书签。

答谢.. (10)参考文献 (10)简介全球复合材料市场（航空航天，汽车，坦克和管道，海洋，体育用品，风力能源，电力，建筑，铁路，工业领域）预计将达到2014亿美元的规模。

特定的细分市场预期具有最高的年度增长率，包括建造业（20％），交通（15％），航空（10％），风能（10％），以及管道和罐（10％）。

先进的热固性复合材料 - 聚合物如环氧树脂，乙烯基酯基质，以不饱和聚酯（UP）的树脂具有高强度钢筋，高模量增强，如碳纤维或芳纶 - 目前弥补市场的10％（与90％玻璃纤维），而需求预计增长，因为它们的结构和加工可以根据工程应用中需要的那样-高强度，高刚度，低重和/低导热性。

例如，碳纤维复合材料市场全球经济增长预计将增长10％，到2014年每年为24亿美元。

连续纤维增强热塑性塑料（矩形钢管混凝土）复合材料也将越来越大（即12％的预期增长速度在今后五年是两千万美元在2014年为[3]），因为简单制造（无固化要求），而且在许多高韧性的案件。

然而，热固性复合材料目前在市场占主导地位，并会在不久的将来继续这样做。

虽然复合材料通常比金属及其合金工程昂贵（例如，〜$ 15-50/kg航天级碳/比>环氧树脂预浸结构钢1/kg美元），限制其使用的主要原因之一是产品和部件的制造时间和费用很高。

有可用影响包括手上篮，树脂传递成型，面板贴合，喷雾式，大宗模塑料成型/片状模塑料（BMC的/校董会），纤维缠绕，注塑成型，拉挤成型热固性复合材料部件的许多过程。

提到这些，最流行的工艺是先进的热固性材料（即总数的14％的市场份额占[1]）预浸渍树脂复合材料部件（称为“半固化片”），要么是手织/单向纤维上篮其次是蒸压养护格式。

一个典型的制造步骤包括以下顺序：1、去除从冷库热固性预浸辊，并允许它达到室温2、削减个人预浸层使用计算机数值控制（CNC）与真空按住成“洁”表及装配层刀3、工作到一个单独的手硫化模具（又名“手上篮”）或通过使用简单的工具和核心的热量（例如，热风枪），形成复合或夹层。

4、真空装袋未固化的复合材料的使用层5、固化的高热量和压力下在一釜复合夹层（见图。

图1（a））的一段时间内，通常要用几个小时6、综合工件，修剪，及后加工的几何特征7、检查8、紧固或其它结构粘接Figure 1.当然，不是每个复合体系和生产的部分要求都满足所有上述劳动、时间和能源密集的工序，但也更具挑战性的应用，特别是在减轻重量和性能方面，如与航空部件的驱动因素。

事实证明，主要由复合材料所制成的手上篮和高压灭菌是由业内人士和专家参照最近的工业期刊航天制造[4] [5] [6]几篇文章证明确认。

至于巩固和固化复合材料部件，这是本文探讨的重点，一个作者竟然说“消除高压是'复合材料制造商所面临的问题。

本文介绍了一种全新的，正在申请专利[7]对于巩固和固化形成热固性复合材料层压板，其中涉及压紧橡胶模具的过程，并演示了一个完整使用简单二维（平面）模具的几何形状的过程。

这个过程中，将被称为“热固化”，比传统的灭菌可以大大降低成本，能源和相关的时间与固化复合材料。

在此之前的热固性复合材料的巩固和固化将讨论在第二部分。

背景在固化过程开始一方或半固化片使热固性复合材料部件通常是真空袋装去除空气，称为合并或减瘤前。

由材料制造商建议巩固和固化真空袋装复合材料层压板的最常用方法是使用高压蒸气：一个压力容器，允许同时适用于真空袋装的一部分，适用于外部压力的袋子外面提供更高的压差，提高并保持层压板的温度[9]。

惰性气体（通常是氮气）是用在高压灭菌器，以防止氧化和爆炸的组件。

一个典型的真空和压力信息釜温度循环图所示。

1（b）项。

与灭菌的复合材料行业一致，一些研究和开发工作已经消除该反应釜流程步骤，例如使用基体材料，其中暴露在紫外线辐射，重点突出[10]，电子束，γ射线，和微波[11]。

然而，更实用的方法是替代复合材料固化过程解决当前行业需要开发热固性基体材料的工作已经上市。

一种可以替代的灭菌是“预浸热压成型”预浸热压是放在成型模中，再打开位置匹配模腔，并通过使阳极和阴极的模具，模具是半封闭的共同施压为进一步巩固预浸热压。

后一部分已治愈，模具半分开，部分被删除。

布莱克莫尔[12] [13]发明了一种固化复合材料部件，其中包含每个模具半导电层，它提供了固化预浸复合材料部件电阻加热压缩成型系统。

模具必须构建一个具有类似的扩张和收缩系数的材料，为压力和温度提供保证。

管状热固性，复合材料部件，如网球拍，需要通过囊状包装周围的预浸料，放入加热的“抓式挖土机”模具的装配，并施压，迫使囊状复合模具表面内部加压直至成型[9]。

这就是所谓的“紧压成型”这消除了需要一个单一的热流体循环水槽的必要，与囊状成型正好相反巩固和固化热固性复合管部分使用来自外部的压力液体。

一个由专家[14]讨论了很长时间的环形专利囊状型内压圆柱形容器。

预浸复合材料部件将插入，两端封闭，加热加压流体通过囊状信封循环的复合材料零件来完成它。

在温度急剧变化，实现了流体控制系统，可以在三个大型储罐液维持不同的温度范围。

这消除了需要一个单一的热流体循环水槽的问题。

与格雷厄姆[15]发明的一种固化复合材料非常相似，[14]仪器和方法。

使用这种方法，首先是一个半固化片层压形成了一薄壁工具（金属或复合），使零件成形和释放涂层，真空袋装类似高压灭菌。

然后夹在灵活的隔膜，加热和加压的有机热载体（导热油）提供隔膜夹层落后于真空层压板和半固化片袋装工具相对较低的压力下，成功完成了后者。

上述可振动膜片导热油，真空绘制在固化周期中被删除。

该技术在商业上可通过科技有限公司[16]。

肯普[17]专利这个过程被称为“固定量被困橡胶成型”那里的热橡胶模具是局限于一个固定的体积热膨胀压力热提供所需的巩固和热固性复合材料层压板完成的一部分。

热紧压固化如前所述，按热固化过程和一个三维（3D）先进的匹配模具刚性模具加热（称为固化模具）和匹配的橡胶模面组成复合材料层板（称为一个带有橡胶面具基地模具）。

这个过程与现有技术不同，此过程的优势将在后文讨论。

完整的模具开发和冲压工艺 - 包括模具设计和制造及具体的制造步骤 - 图所示2，在本节描述。

应该指出的是图 2，只显示为清晰二维的形状，而实际的过程是复杂的三维形状。

Figure 2.A、注射模设计。

模具的热固化过程中设置和按设计要求对固化时间作为一个综合系统中使用（光纤+矩阵），类似的例子在图所示的函数温度，时间，压力，真空规格。

1（b）项。

固化模具表面具有零件的模具侧面形状和抛光和密封。

采用有限元分析（FEA）与特定硬度橡胶硫化模具之间的面具/部分和底座模具压制（在固化温度）模型必须创建一套综合的模具。

该形状和厚度的橡胶分布几何组合（表示为T（s）在图。

2，其中S是一个模具表面上的基地位置）合成的有限元分析模拟（如Nastran软件/ Patran的）和优化算法（外部计算机程序与有限元分析的综合）产生均匀的静水压力时层压橡胶模具硫化模具完全压缩到所需的复合材料在固化温度。

橡胶厚度是通过改变基模，铸造如上所述在介乎基模具和硫化模具在固定的位置形成了一套差距橡胶形状。

这个文件的算法细节没有讨论。

压缩的橡胶面具模仿均匀的压力从高压釜的压力。

基模的形状是建立在计算机辅助设计（CAD）的三维曲面拟合（如非均匀有理基础样条（NURBS）），以有限元分析合成的形状。

橡胶面具的形状和厚度分布是指由基模具和硫化模具的形状由一个特定的距离分开。

额外的几何体在基模需要包括注入之间的基础和固化形成的腔模具浇注料橡胶，以便对登记的橡胶面具造型特征和战略位置。