復(fù)合材料成型模具研究進(jìn)展

寂靜天花板

碳纖維等高性能纖維增強(qiáng)的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料,，以其比強(qiáng)度和比模量高,、熱膨脹系數(shù)小,、可設(shè)計(jì)性好,、易于整體成型等一系列突出的優(yōu)點(diǎn),，在航空航天結(jié)構(gòu)上得到了廣泛的應(yīng)用,，現(xiàn)已成為航空航天四大結(jié)構(gòu)材料之一。
" j( Q9 k. P4 i9 W0 Z0 l" h* p值得注意的是,，復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)迥異于常規(guī)的金屬材料。復(fù)合材料的成型,，通常要在模具中完成,，在新材料成型的同時(shí)，也完成了最終結(jié)構(gòu)（毛坯）的成型,。模具決定了制品的幾何邊界,，明確了與其他零部件的關(guān)系,，在很大程度上影響著制品的內(nèi)部質(zhì)量和表面狀態(tài)，這些都決定了模具在復(fù)合材料產(chǎn)品制造過(guò)程中起著舉足輕重的作用,。
然而,，復(fù)合材料產(chǎn)品的制造工藝種類繁多，常見(jiàn)的有真空袋成型,、熱壓罐成型,、模壓成型、纏繞成型,、拉擠成型,、軟膜膨脹成型、噴射成型,、電子束固化法,、滲透成型（如RTM）等，不同的成型方法對(duì)模具材料和結(jié)構(gòu)形式有不同的要求,，同時(shí)又推動(dòng)著模具技術(shù)不斷發(fā)展,。
1、金屬框架式模具
框架式模具一般由模板與支承結(jié)構(gòu)組成,。模板采用鈑金,、沖壓等工藝成形所需的型面，并要求具有較高的光潔度和密封效果,。支承結(jié)構(gòu)一般由金屬型材（有時(shí)甚至是木材）制成,，用于支承和固定位于上面的模板。其內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu),，熱容量小,，便于熱量的傳導(dǎo)，且重量較輕,，轉(zhuǎn)運(yùn)方便,。這種結(jié)構(gòu)適用于熱壓罐成型、真空袋成型,、真空導(dǎo)入成型等多種工藝,。
2、金屬單�,；蚪M合模
除了一些薄制品或者簡(jiǎn)單零件采用單模外,，模壓、拉擠,、RTM等工藝所用成型模具多為對(duì)模等組合結(jié)構(gòu)形式,，組合模具各部分需要精密配合、運(yùn)行到位,、定位準(zhǔn)確,，因而,，要求較高的剛度、強(qiáng)度,、表面硬度,、形位精度等，通常采用碳鋼或鋁合金材料,。
+ s1 I4 p5 g" |7 t8 p5 o. \雖然鋼和鋁表面光滑,、致密、硬度大,、易于脫模,，清理模具時(shí)不易損壞，并且耐溫性能好,，但存在著和復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)不匹配的問(wèn)題（鋼的膨脹系數(shù)約為12×10-6/℃,，鋁的膨脹系數(shù)約為24×10-6/℃，碳纖維復(fù)合材料的膨脹系數(shù)一般都低于3.5×10- 6/℃）,，導(dǎo)致制件型面精度不高,，尺寸誤差大、固化應(yīng)力較大,。殷鋼材料的熱膨脹系數(shù)可達(dá)到2×10-6/℃,，可以與復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)相匹配，但是殷鋼模具的加工成本較高,。
. }' f6 B- ?: s8 l  i" F7 l  Y% B3,、膨脹或收縮模
6 d1 }5 O1 T/ L; L' j5 N6 B( I膨脹模主要采用彈性材料，彈性材料的任意賦形特性對(duì)于復(fù)雜型面或者封閉腔體結(jié)構(gòu)的成型十分便利,。膨脹模利用彈性材料在加熱過(guò)程中的體積膨脹特性,，提供復(fù)合材料固化成型所需的壓力。膨脹模所用材料有含硅或不含硅的橡膠,，目前,，應(yīng)用較為成熟且商品化的典型材料是有機(jī)硅橡膠。在使用橡膠模時(shí),，一般將它設(shè)計(jì)為成型模的內(nèi)腔,，其外部則采用封閉的剛性結(jié)構(gòu)，有時(shí)也采用橡膠作為芯模,。
收縮模主要有收縮管和收縮帶兩種類型,，多用于復(fù)合材料桿件或長(zhǎng)軸類零件的成型。收縮管或收縮帶的材料為熱收縮塑料,，系根據(jù)一些高聚物進(jìn)行輻照處理后產(chǎn)生的“彈性記憶效應(yīng)”制成,，目前常用的有（改性）聚烯烴、聚全氟乙丙稀、聚氟橡膠等,。但熱收縮模存在一些不足，主要是固化壓力控制的準(zhǔn)確度低和制品表面的平整性差,，以致需要機(jī)械加工,，大大影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。
" K3 ]9 E) C" v7 J; r2 U; T4,、復(fù)合材料模具
5 \  o. N( Y1 o) y  g  ~5 {在國(guó)外航空航天產(chǎn)品中,，復(fù)合材料模具的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍。國(guó)內(nèi)航空系統(tǒng)單位對(duì)復(fù)合材料模具研究較早,、產(chǎn)量較大,，其他單位包括航天部門使用還比較少。
復(fù)合材料模具多半采用碳纖維或（和）玻璃纖維復(fù)合材料制成,，并可作進(jìn)一步的修補(bǔ),，因而可將模具制造得十分精確。由于模具材料與制品大體上屬于同類材料,，因而有效地解決了模具與復(fù)合材料制品的熱膨脹系數(shù)匹配問(wèn)題,，極好地保證了產(chǎn)品尺寸和型面精度，是復(fù)合材料成型模具發(fā)展的主要趨勢(shì),。這種模具已大量應(yīng)用于尺寸與形位精度高或者尺寸超大的復(fù)合材料制品,。由于模具本身也是復(fù)合材料，使得其制造過(guò)程具有一定的復(fù)雜性和不可知性,。
* z: R+ j" q2 Z7 e' c目前,，復(fù)合材料模具存在的主要問(wèn)題如下：
（1）復(fù)合材料模具的制造工藝復(fù)雜，過(guò)程控制要求嚴(yán)格,，不同工藝方法,、甚至不同批次產(chǎn)品質(zhì)量差異相對(duì)較大。
（2）復(fù)合材料模具表面密封性較差,，特別是當(dāng)存在制造缺陷（如孔隙率過(guò)高）時(shí),，極容易出現(xiàn)真空泄漏問(wèn)題。
' C5 [3 z5 g) v: _（3）復(fù)合材料模具的表面硬度較低,，易產(chǎn)生機(jī)械損傷,，膠衣或者鍍層易脫落。另外,，在起吊,、搬運(yùn)過(guò)程中受撞擊后容易產(chǎn)生分層、掉渣,、變形等問(wèn)題,，影響正常使用。
（4）與一般使用壽命在千次以上的金屬模具相比,，復(fù)合材料模具的使用壽命相對(duì)比較短,，一般只有幾十次左右,。當(dāng)然，國(guó)外也有質(zhì)量良好的復(fù)合材料模具使用近千次仍未出現(xiàn)問(wèn)題的實(shí)例,。
（5）復(fù)合材料模具的制造成本比普通金屬模具要高出不少,。
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hc2003

新的爆發(fā)發(fā)展產(chǎn)業(yè)

leejeans

和糊玻璃鋼差不多,，無(wú)塵的車間，真空吸附的設(shè)備,。關(guān)鍵是料子,，國(guó)內(nèi)還是不如日本。