熱壓罐成型和VARI成型工藝

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1、潘 利 劍航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理第 二 課熱 壓 罐 成 型 和 VARI成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 熱 壓 罐 成 型真 空 輔 助 成 型內(nèi) 容 提 要 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 熱 壓 罐 成 型 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 熱 壓 罐 成 型 工 藝 過(guò) 程熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù)

2、 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 熱 壓 罐 成 型 工 藝第 一 步 ： 預(yù) 浸 料 制 備 （ 纖 維 浸 潤(rùn) 樹(shù) 脂 ） 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 n手 工 下 料n自 動(dòng) 下 料 ： 拖 刀 、 高 頻 振 蕩 刀 、 超 聲 刀第 二 步 ： 預(yù) 浸 料 裁 剪 （ 根 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 幾 何 尺 寸 ）熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理

3、第 三 步 ： 預(yù) 浸 料 鋪 放v手 工 鋪 放 ： 適 合 小 型 復(fù) 雜 結(jié) 構(gòu) ， 工 程 中 需激 光 投 影 定 位 ， 過(guò) 程 中 需 要 預(yù) 壓 實(shí)v自 動(dòng) 鋪 放 ： 自 動(dòng) 鋪 帶 、 自 動(dòng) 鋪 絲 適 合 大 型相 對(duì) 簡(jiǎn) 單 結(jié) 構(gòu)熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 第 三 步 ： 預(yù) 浸 料 鋪 放 熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 自 動(dòng) 鋪 帶 技 術(shù) ATL

4、v 優(yōu) 點(diǎn) 適 合 大 型 結(jié) 構(gòu) 件 鋪 層 大 幅 度 節(jié) 省 時(shí) 間 、 勞 力 ， 速 度 較 手 工 提 高 10倍 節(jié) 省 原 材 料 ， 廢 品 率 僅 3-5%(手 工 25-30%) 纖 維 鋪 貼 角 度 更 準(zhǔn) ， 重 復(fù) 性 好v 應(yīng) 用 實(shí) 例A380中 央 翼 盒 、 尾 翼 、 襟 翼 ， B787機(jī) 翼 蒙 皮ATL: Automated Tape Laying第 三 步 ： 預(yù) 浸 料 鋪 放 熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 自 動(dòng) 鋪 絲 技 術(shù) AFP

5、v 優(yōu) 點(diǎn) (與 ATL相 比 ）適 合 于 大 曲 面 的 制 件v 應(yīng) 用 實(shí) 例B787機(jī) 身 ， A380后 機(jī) 身 非 承 壓 部 分AFP: Automated Fiber Placement自 動(dòng) 鋪 絲 視 頻第 三 步 ： 預(yù) 浸 料 鋪 放 熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 真 空 袋透 氣 氈有 孔 隔 離 膜 1吸 膠 氈有 孔 隔 離 膜 2脫 模 布預(yù) 浸 料脫 模 布脫 模 劑模 具抽 真 空密 封 膠 帶第 四 步 ： 封 裝 熱 壓 罐 成 型 工 藝 航

6、空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 真 空 袋 ： 提 供 真 空 環(huán) 境透 氣 氈 ： 保 持 真 空 袋 內(nèi) 均 一 的 真 空 壓 力 （ 分 壓 ）有 孔 隔 離 膜 1： 防 止 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 至 透 氣 氈 ， 但 是 需 要 小 分 子 氣 體 能 夠 通 過(guò) 至透 氣 氈吸 膠 氈 ： 吸 收 被 擠 出 而 過(guò) 剩 的 樹(shù) 脂有 孔 隔 離 膜 2： 讓 樹(shù) 脂 和 小 分 子 氣 體 能 夠 通 過(guò)脫 模 布 ： 讓 復(fù) 合 材 料 制 品 表 面 具 有 布 紋 便 于 后 續(xù) 粘 接 或 噴 漆 工

7、 序 ， 同 時(shí)脫 模 布 應(yīng) 能 夠 從 制 件 表 面 剝 離脫 模 劑 ： 防 止 樹(shù) 脂 粘 住 模 具 表 面熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 放 輔 料 、 打 真 空 袋 熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理熱 壓 罐 固 化 工 藝 的 設(shè) 定 ， 主 要 包 括 溫 度 ， 壓 力 ， 時(shí) 間 ， 真 空 度 ， 升 溫 速率 等 參 數(shù) 設(shè) 定 ， 不 同 樹(shù) 脂 體 系

8、， 固 化 工 藝 不 同真 空 壓 力外 加 壓 力 溫 度時(shí) 間第 五 步 ： 熱 壓 罐 內(nèi) 固 化 成 型 樹(shù) 脂 粘 度 變 化熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 用 于 制 造 B787機(jī) 身 筒 體 的 熱 壓 罐(23.2 9.1米 ) 熱 壓 罐 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 熱 壓 罐 固 化 用 成 型 模 具v 選 材 原 則 足 夠 的 剛 度 、 強(qiáng) 度 以 保 證 不

9、變 形 良 好 的 熱 傳 導(dǎo) 性 和 熱 穩(wěn) 定 性 與 構(gòu) 件 相 匹 配 的 熱 膨 脹 系 數(shù) 易 于 成 型 和 加 工 ， 低 成 本材 料 特 點(diǎn)鋁 導(dǎo) 熱 性 和 加 工 工 藝 性 好 ， 但 熱 膨 脹 系 數(shù) 大 ， 并 且 硬 度 低 ， 易 受 損 傷鋼 剛 性 大 ， 使 用 溫 度 高 ， 但 升 溫 速 率 慢 。 高 溫 成 型 大 型 制 件 時(shí) 需 考 慮 熱 膨 脹碳 纖 維復(fù) 合 材 料 熱 膨 脹 系 數(shù) 與 所 成 型 的 復(fù) 合 材 料 構(gòu) 件 一 致 ， 剛 度 大 ， 但 材 料 成 本 高 ， 耐 溫 低 ，有 吸 濕 問(wèn) 題Invar鋼

10、熱 膨 脹 系 數(shù) 低 ， 使 用 溫 度 高 ， 但 價(jià) 格 昂 貴 ， 升 溫 速 率 低 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 熱 壓 罐 固 化 典 型 缺 陷v 分 層由 于 層 間 應(yīng) 力 或 制 造 缺 陷 引 起 的 層 與 層 之 間 的 分 離 ， 即 層 間 的脫 膠 或 開(kāi) 裂 。v 控 制 方 式 設(shè) 計(jì) 和 工 藝 上 減 小 殘 余 應(yīng) 力 提 高 樹(shù) 脂 韌 性 分 層 的 顯 微 照 片 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本

11、原 理 熱 壓 罐 固 化 典 型 缺 陷v 變 形復(fù) 合 材 料 制 品 與 設(shè) 計(jì) 標(biāo) 準(zhǔn) 不 符 ， 外 形 曲 率 等 參 量 發(fā) 生 變 化 的 一 種 缺 陷形 式 v 控 制 方 式 鋪 層 設(shè) 計(jì) (角 度 、 比 例 、 順 序 ) 工 藝 優(yōu) 化 (固 化 溫 度 、 降 溫 速 度 ) 模 具 種 類 (材 料 類 型 、 結(jié) 構(gòu) 形 式 ) 強(qiáng) 迫 矯 正 (加 強(qiáng) 筋 、 施 加 應(yīng) 力 ) 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 熱 壓 罐 固 化 典 型 缺 陷v 孔 隙復(fù) 合 材 料 成 型

12、過(guò) 程 中 形 成 的 微 觀 小 孔v 氣 孔孔 隙 長(zhǎng) 大 到 一 定 程 度 ， 成 宏 觀 狀 態(tài) 出 現(xiàn) 的 一 種 缺 陷 形 式 孔 隙 氣 孔 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 熱 壓 罐 固 化 典 型 缺 陷v 脫 粘兩 層 復(fù) 合 材 料 膠 接 界 面 之 間 發(fā) 生 大 面 積 的 脫 開(kāi) 現(xiàn) 象v 富 脂 與 貧 膠復(fù) 合 材 料 制 件 中 部 分 區(qū) 域 樹(shù) 脂 含 量 過(guò) 高 ， 稱 為 富 脂 ； 部 分 區(qū) 域 樹(shù) 脂 含量 過(guò) 低 ， 稱 為 貧 膠 。v 夾 雜制 造 過(guò) 程

13、中 無(wú) 意 間 帶 進(jìn) 制 件 中 的 雜 質(zhì) ， 如 顆 粒 、 碎 片 、 膜 片 等 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 整 體 化 成 型 技 術(shù)v 共 固 化 (Co-curing)兩 個(gè) 或 兩 個(gè) 以 上 的 零 件 經(jīng) 一 次 固 化 成 型 而 制 成 一 個(gè) 整 體 制 件 的 工 藝方 法v 二 次 膠 接 (Secondary Bonding)兩 個(gè) 或 多 個(gè) 預(yù) 固 化 的 復(fù) 合 材 料 零 件 通 過(guò) 膠 接 而 連 在 一 起 ， 其 間 僅 有的 化 學(xué) 或 熱 的 反 應(yīng) 是 膠 膜

14、 的 固 化 （ Boeing定 義 )v 共 膠 接 (Co-bonding) 把 一 個(gè) 或 多 個(gè) 已 經(jīng) 固 化 成 型 而 另 一 個(gè) 或 多 個(gè) 尚 未 固 化 的 零 件 通 過(guò) 膠 粘 劑 (一 般 為 膠 膜 ） 在 一 次 固 化 中 固 化 并 膠 接 成 一 個(gè) 整 體 制 件 的 工 藝 方 法 ， 是 共 固 化 與 二 次 膠 接 的 組 合 。 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 整 體 化 成 型 技 術(shù) 優(yōu) 點(diǎn)v 減 少 零 件 數(shù) 目 和 連 接 件 數(shù) 目v 易 于 實(shí) 現(xiàn) 翼 身

15、 融 合 體 布 局v 增 加 機(jī) 體 表 面 光 滑 完 整 程 度v 避 免 鉆 孔 ， 減 少 構(gòu) 件 加 工 損 傷 A340垂 直 安 定 面 ：零 件 數(shù) 2000件 100件A310、 A330垂 直 安 定 面 ： 零 件 數(shù) 2000件 20件 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 平 尾 工 藝 方 案 -整 體 共 固 化整 體 化 成 型 實(shí) 例 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 平 尾 外 伸 盒 端 工 藝 方 案整 體

16、 化 成 型 實(shí) 例 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 整 體 化 成 型 技 術(shù) 風(fēng) 險(xiǎn)v 成 型 ： 大 件 報(bào) 廢 ， 風(fēng) 險(xiǎn) 增 大v 模 具 ： 大 而 復(fù) 雜 ， 工 裝 成 本 上 升v 檢 測(cè) ： 大 型 件 的 無(wú) 損 檢 測(cè)v 材 料 ： 膠 粘 劑 ， 特 殊 材 料 需 要 在 成 型 與 裝 配 成 本 之 間 進(jìn) 行 平 衡 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 真 空 樹(shù) 脂 注 入 成 型 特 點(diǎn) ：衍 生 自 RT

17、M工 藝基 本 特 點(diǎn) 與 RTM相 同樹(shù) 脂 流 動(dòng) 由 真 空 壓 力 驅(qū) 動(dòng) (與 RTM不 同 )僅 需 半 面 模 具 ， 另 一 面 為 真 空 袋制 品 一 面 光 滑低 成 本 工 裝 設(shè) 備模 具 通 常 需 要 加 熱 以 固 化 樹(shù) 脂 生 產(chǎn) 周 期 較 長(zhǎng) 機(jī) 械 化 ， 自 動(dòng) 化 程 度 低制 品 力 學(xué) 性 能 較 高 ， 缺 陷 少適 合 制 造 大 型 ， 超 大 型 部 件真 空 輔 助 工 藝 液 體 成 型 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理大型，超大型殼類部件 液 體

18、成 型 工 藝真 空 輔 助 工 藝 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 脫 模 修 整封 裝材 料 鋪 放導(dǎo) 入 樹(shù) 脂噴 涂 膠 衣配 樹(shù) 脂模 具 清 理 ，脫 模 劑 的 涂 抹 纖 維 織 物 ， 脫 模 布 ，導(dǎo) 流 網(wǎng) ， 導(dǎo) 流 管 和 真 空 管 密 封 膠 帶 ， 真 空 袋連 接 樹(shù) 脂 收 集 器和 真 空 泵保 壓 ， 檢 查 氣 密 性 脫 泡 按 固 化 工 藝 固 化 1.2 VARI成 型 工 藝 流 程準(zhǔn) 備 模 具抽 真 空 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航

19、空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 2.1 VARI工 藝 對(duì) 樹(shù) 脂 要 求n 1 黏 度 低 ， 粘 度 范 圍 ： 0.1-0.3Pa.s; n 2 足 夠 長(zhǎng) 時(shí) 間 內(nèi) 黏 度 不 變 ， 有 利 于 浸 透 、 排 氣 ; n 3 可 在 較 低 溫 度 下 完 全 固 化 ; n 4 固 化 時(shí) 無(wú) 需 額 外 壓 力 ， 只 需 真 空 壓 力 ; n 5 具 有 良 好 的 力 學(xué) 性 能 ， 滿 足 結(jié) 構(gòu) 使 用 要 求 ; n 6 具 有 較 高 的 玻 璃 化 轉(zhuǎn) 變 溫 度 ， 滿 足 耐 熱 要 求 。 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基

20、本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 2.2 VARI工 藝 樹(shù) 脂 種 類聚 酯 樹(shù) 脂 、 乙 烯 基 樹(shù) 脂 、 環(huán) 氧 樹(shù) 脂 、 雙 馬 樹(shù) 脂 、 氰 酸 酯 樹(shù) 脂 等 。成 本 較 低 ， 強(qiáng) 度 和 耐 熱 性 較 差 ， 主 要應(yīng) 用 于 船 舶 領(lǐng) 域 。 性 能 相 對(duì) 較 高 ， 主 要應(yīng) 用 于 航 空 航 天 領(lǐng) 域 ，風(fēng) 機(jī) 葉 片 也 大 多 采 用環(huán) 氧 樹(shù) 脂 。 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 2.3 VARI樹(shù) 脂 低 粘 度 平 臺(tái) （ 工 藝

21、窗 口 ） 預(yù) 報(bào)樹(shù) 脂 粘 度 -溫 度 曲 線 樹(shù) 脂 粘 度 -時(shí) 間 曲 線 對(duì) 同 一 種 樹(shù) 脂 ， 通 常 二 者不 可 兼 得 VARI樹(shù) 脂 兩 個(gè) 重 要 工 藝 參 數(shù) ： 注 膠 溫 度 ， 操 作 時(shí) 間 根 據(jù) 具 體 結(jié) 構(gòu) ， 選 擇 合 適的 注 膠 溫 度 ， 同 時(shí) 滿 足 粘度 和 工 藝 操 作 時(shí) 間 要 求VARI樹(shù) 脂 要 求 ： 粘 度低 ， 操 作 時(shí) 間 長(zhǎng) 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理最 佳 交 聯(lián) 固 化 溫 度 范 圍 起 始 固 化 溫 度峰 值 溫 度

22、升 溫 速 率 0 /min起 始 固 化 溫 度（ 凝 膠 溫 度 ） 升 溫 速 率 0 /min峰 值 溫 度（ 固 化 溫 度 ）2.4 樹(shù) 脂 固 化 特 性 不 同 升 溫 速 率 下 樹(shù)脂 體 系 的 DSC分 析外 推 法 求 升 溫 速 率 為 0 /min固 化 起 始 溫 度 和 峰 值 溫 度 樹(shù) 脂 固 化 溫 度 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 2.4 樹(shù) 脂 固 化 特 性 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 H t/min等 溫 DSC掃 描固 化

23、 時(shí) 間 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 2.5 NCF織 物NCF（ non-crimp fabrics） 織 物 是 利 用 先 進(jìn) 的 經(jīng) 編 技 術(shù) 將 連 續(xù) 的 長(zhǎng) 纖 維 經(jīng) 多 層 平 直 鋪 放 并 進(jìn)行 Z向 縫 合 而 形 成 的 無(wú) 卷 曲 的 定 向 結(jié) 構(gòu) 織 物 。 NCF織 物 普 通 機(jī) 織 物 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 2.5 NCF織 物n（ 1） 更 好 的 拉 伸 性 能 ； n（ 3） 更

24、高 的 損 傷 容 限 ；與 普 通 織 物 結(jié) 構(gòu) 上 的 差 別 ：nNCF織 物 的 紗 線 是 伸 直 而 相 互 平 行 的 ， 而 普 通 織 物 的 線 是 卷 曲 的 。nNCF織 物 為 多 層 結(jié) 構(gòu) ， 目 前 最 多 可 達(dá) 八 層 ， 而 普 通 織 物 一 般 只 有 兩 層 。nNCF織 物 各 層 之 間 用 縫 線 線 縫 合 ， 紗 線 不 容 易 移 動(dòng) ， 而 普 通 織 物 的 紗 線 容 易 滑 動(dòng) 。與 普 通 織 物 性 能 上 的 差 別n（ 2） 更 高 的 抗 疲 勞 性 能 ；n（ 4） 更 好 的 浸 潤(rùn) 性 ， 更 高 的 工 作 效

25、 率 。 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 3.1 VARI成 型 的 主 要 問(wèn) 題出 現(xiàn) 干 斑 、 干 區(qū) ； （ 局 部 滲 透 率 變 化 、 流 道 效 應(yīng) 等 ）夾 雜 氣 泡 ； （ 漏 氣 、 樹(shù) 脂 脫 泡 不 干 凈 ， 小 分 子 揮 發(fā) 等 ）厚 度 或 纖 維 體 積 含 量 不 均 勻 ； （ 壓 力 梯 度 等 ）1432 纖 維 體 積 含 量 低 。 （ 固 化 壓 力 低 ， 不 超 過(guò) 一 個(gè) 大 氣 壓 力 等 ） 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空

26、復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 1 采 用 粘 度 低 、 力 學(xué) 性 能 好 的 樹(shù) 脂 ;2 樹(shù) 脂 粘 度 應(yīng) 在 0. 10. 3Pas范 圍 內(nèi) ， 便 于 流 動(dòng) 和 滲 透 ;3足 夠 長(zhǎng) 時(shí) 間 內(nèi) 樹(shù) 脂 粘 度 不 超 出 0. 3Pas;4 樹(shù) 脂 對(duì) 纖 維 浸 潤(rùn) 角 小 于 8 ;5 足 夠 的 真 空 度 ， 真 空 度 不 低 于 -97KPa;6 選 擇 合 適 的 導(dǎo) 流 介 質(zhì) ， 利 于 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 和 滲 透 ;7 保 證 良 好 的 密 封 ， 防 止 空 氣 進(jìn) 入 體 系 而 產(chǎn) 生 氣 泡 ;8 合 理 的 流 道 設(shè) 計(jì)

27、， 避 免 缺 陷 的 產(chǎn) 生 。3.2 VARI成 型 的 技 術(shù) 要 求 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 4.1 VARI成 型 厚 度 影 響 因 素 織 物 所 受的 凈 壓 力織 物 的 壓縮 特 性 織 物 與 樹(shù)脂 的 相 互作 用VARI成 型厚 度 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 c r nP P P 4.2 VARI成 型 壓 力 分 析為 總 壓 力（ 大 氣 壓 力 ， 且 保 持 不 變 ） 樹(shù) 脂 壓 力預(yù) 成

28、型 體 所 受 的 凈 壓 力 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理樹(shù) 脂 吸 注 前 樹(shù) 脂 吸 注 過(guò) 程 中 樹(shù) 脂 吸 注 完 4.2 VARI成 型 壓 力 分 析 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 4.3 VARI成 型 厚 度 監(jiān) 測(cè) VARI成 型 厚 度 監(jiān) 測(cè) 裝 置 渦 流 傳 感 器控 制 與 數(shù) 據(jù) 采集 系 統(tǒng) 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理

29、厚 度 監(jiān) 測(cè) 結(jié) 果第 一 階 段 ：樹(shù) 脂 吸 注 ， 織 物 厚 度 迅 速 增 大 第 二 階 段持 續(xù) 注 膠 ，厚 度 基 本不 變 化 第 三 階 段 ：注 膠 結(jié) 束 ， 關(guān) 閉 樹(shù) 脂 管 ，厚 度 迅 速 減 小 4.3 VARI成 型 厚 度 監(jiān) 測(cè) 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 流 道 設(shè) 計(jì) 最 VARI工 藝 的 主 要 部 分 之 一 ， 包 括 樹(shù) 脂 流 道 和 真 空 管 路 設(shè) 計(jì) 。合 理 的 流 道 設(shè) 計(jì) 避 免 樹(shù) 脂 發(fā) 生 干 涉 以 及 制 件 干 斑 的 形 成

30、縮 短 樹(shù) 脂 滲 透 時(shí) 間5.1 VARI成 型 的 流 道 設(shè) 計(jì) 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理干斑（樹(shù) 脂 浸 漬 不 充 分 的 區(qū) 域）干 區(qū) （ 樹(shù) 脂 完 全 未 浸 漬 的 區(qū) 域 ） 流 道 設(shè) 計(jì) 不 合 理 ， 容 易 形 成 干 班 和 干 區(qū) 等 嚴(yán) 重 缺 陷 ！5.1 VARI成 型 的 流 道 設(shè) 計(jì) 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 為 保 持 樹(shù) 脂 凝 膠 前 模 腔 內(nèi) 的 持 續(xù)真 空 度 ， 需

31、 要 連 續(xù) 不 斷 抽 真 空 排出 模 腔 內(nèi) 的 氣 體 ， 由 于 樹(shù) 脂 粘 度相 對(duì) 較 低 ， 如 果 真 空 通 道 設(shè) 置 不合 理 ， 抽 氣 的 同 時(shí) 容 易 將 大 量 的樹(shù) 脂 ， 從 而 導(dǎo) 致 制 品 大 面 缺 膠 。過(guò) 抽 真 空 通 道 設(shè) 置 不 合 理 ， 容 易 導(dǎo) 致 過(guò) 抽 ！5.1 VARI成 型 的 流 道 設(shè) 計(jì) 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 5.2 VARI成 型 樹(shù) 脂 流 道 設(shè) 計(jì) 方 式高 滲 透 介 質(zhì) 型 溝 槽 型在 模 具 表 面 上 加 工

32、導(dǎo) 流 槽 ;將 高 滲 透 介 質(zhì) （ 導(dǎo) 流 網(wǎng) ） 鋪放 在 增 強(qiáng) 體 表 面 ， 樹(shù) 脂 從 增強(qiáng) 體 表 面 向 內(nèi) 部 滲 透 。 在 泡 沫 芯 材 上 開(kāi) 孔 或 制 槽來(lái) 作 為 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 的 通 道 ; 橫 向 與 縱 向 的 混 合 流 動(dòng) ，形 成 拋 物 線 狀 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 前 鋒 兩 種 形 式 混 合在 模 具 上 加 工 一 個(gè) 或 幾 個(gè) 主要 的 溝 槽 作 為 進(jìn) 膠 的 通 道 ，用 導(dǎo) 流 介 質(zhì) 將 樹(shù) 脂 快 速 分 散 。 開(kāi) 孔 開(kāi) 槽 夾 芯 材 料 中 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 5 VARI成 型 的 流 道 設(shè) 計(jì) 與 模 擬 航 空

33、復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 5.3 VARI成 型 樹(shù) 脂 流 道 設(shè) 計(jì) 原 則1盡 可 能 縮 短 樹(shù) 脂 流 動(dòng)距 離 ， 縮 短 樹(shù) 脂 流 動(dòng)時(shí) 間 ， 且 各 流 道 之 間 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 距 離 盡 量 保持 一 致 ； 2保 證 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 在 樹(shù) 脂的 工 藝 操 作 時(shí) 間 內(nèi) 完成 。 3流 道 之 間 不 能 發(fā) 生 干涉 。 但 對(duì) 于 復(fù) 雜 結(jié) 構(gòu) ，如 沒(méi) 有 更 為 合 適 的 流道 設(shè) 計(jì) 方 法 ， 可 以 在干 涉 區(qū) 域 增 加 快 速 通道 ， 保 證 在 干 涉 區(qū) 域

34、的 樹(shù) 脂 通 暢 。 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 由 于 在 實(shí) 際 構(gòu) 件 的 流 道 設(shè) 計(jì) 過(guò) 程 中 ， 往 往 需 要 采 用 多 種 樹(shù) 脂 流 道 組合 ， 只 靠 工 藝 實(shí) 驗(yàn) 很 難 準(zhǔn) 確 掌 握 樹(shù) 脂 在 預(yù) 成 型 體 中 的 流 動(dòng) 狀 態(tài) ， 而 且還 需 要 消 耗 大 量 的 人 力 和 原 材 料 。 所 以 ， 通 常 采 用 數(shù) 值 模 擬 軟 件 模 擬 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 行 為 ， 并 對(duì) VARI工 藝 流道 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) 。 5.4 VARI成 型 樹(shù) 脂 流

35、動(dòng) 模 擬 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 PAM-RTM是 針 對(duì) RTM、VARI 等 液 體 成 型工 藝 開(kāi) 發(fā) 的 專 業(yè) 三維 過(guò) 程 模 擬 軟 件 能 夠 方 便 地 模 擬 出樹(shù) 脂 在 預(yù) 成 型 體 內(nèi)的 流 動(dòng) 狀 態(tài) 、 壓 力分 布 及 充 模 時(shí) 間 等 可 以 節(jié) 約 大 量的 人 力 和 物 力為 VARI工 藝 的 流 道設(shè) 計(jì) 、 工 藝 中 瑕 疵點(diǎn) 的 排 除 起 著 重 要作 用5.4 VARI成 型 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 模 擬 航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本

36、原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理上 端 面 下 端 面 肋 方 案 進(jìn) 膠 出 膠 模 擬 時(shí) 間 /s 1 12條 肋 ， 下 端 面 上 端 面 19800 2 下 端 面 12條 肋 ， 上 端 面 68400 3 12條 肋 ， 下 端 面 各 肋 中 間 11條 通 道 ， 上 端 面 19500 方 案 1 方 案 3加 筋 壁 板 構(gòu) 件方 案 1： 滲 透 速 度 最 快 ， 通 道 干 涉 。方 案 2： 沒(méi) 有 干 涉 ， 速 度 過(guò) 慢 。方 案 3 ： 沒(méi) 有 干 涉 ， 速 度 較 快 。 5.4 VARI成 型 樹(shù) 脂 流 動(dòng) 模 擬 航

37、 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理航 空 復(fù) 合 材 料 結(jié) 構(gòu) 制 造 基 本 原 理 復(fù) 合 材 料 VARI成 型 技 術(shù) 已 成 為 十 分 具 有 活 力 的 復(fù) 合 材 料 低 成 本 技 術(shù) ， 但 我 國(guó) 對(duì) 這 項(xiàng)技 術(shù) 的 研 究 起 步 較 晚 ， 技 術(shù) 不 是 很 成 熟 ， 以 下 幾 個(gè) 方 面 有 待 于 我 們 進(jìn) 一 步 研 究 ：l 1 低 粘 度 、 高 性 能 、 工 藝 時(shí) 間 期 長(zhǎng) 的 VARI樹(shù) 脂 基 體 的 開(kāi) 發(fā) ；l 2 VARI工 藝 過(guò) 程 影 響 參 數(shù) 的 系 統(tǒng) 化 研 究 ；l 3 制 品 缺 陷 形 成 機(jī) 理 和 影 響 因 素 的 研 究 ；l 4 數(shù) 值 模 擬 的 細(xì) 觀 化 和 精 確 化 研 究 ；l 5 模 擬 和 實(shí) 踐 操 作 相 結(jié) 合 ， 提 高 VARI工 藝 的 技 術(shù) 水 平 。