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非热压罐复合材料固化技术替代趋势明显

http://cn.newmaker.com 10/10/2011 12:00:00 PM 佳工机电网

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展厅 2	复合材料/胶粘剂展厅阻尼材料, 环氧树脂, 密封胶, 硅胶, 厌氧胶, ...

树脂体系和工艺的研发能够免除CFRP材料的热压罐固化——同时使材料具有与热压罐固化零件相同的性能和材料特性——这是一种被工业界优先采用的工艺。用于大型零件的热压罐建设成本高，工作费用昂贵，需要耗费大量电能。此外，工艺缓慢，导致大批零件积压，等待进行最终的固化。非热压罐（OOA）加工提供了一种成本低廉且周期时间短的替代方案。

一种创新的非热压罐工艺摘得了美国机械工程师学会举办的2010学生制造设计竞赛（Student Manufacturing Design Competition）的桂冠。来自纽约特洛伊伦斯勒理工学院的两名机械工程专业的博士生研发了一种创新的特种弹性体加工（Specialised Elastomeric Tooling，简写为SET）工艺，它无需使用热压罐，即可对先进的复合材料进行固化。

该工艺将材料置入加热的橡胶内衬模具内并挤压，从而达到固化复合材料层板的目的。加热过程发生得很快，因为复合材料与模具直接接触。伦斯勒称，他们使用计算机建模软件来优化模具的形状。据介绍，该SET工艺所耗费的能量还不到典型热压罐固化的千分之一。

树脂和预浸料供应商投入了更多的精力来加强非热压罐技术的应用。位于美国亚利桑那州坦佩地区的Cytec工程材料公司（Cytec Engineered Materials）已经研发出了CYCOM® 5320-1产品，这是一种专门用于非热压罐制造的增韧环氧树脂预浸料体系。Cytec公司研发出的这种材料不仅能够制造大型主结构，而且避免了热压罐固化成本和尺寸限制。

制造商称，低温、真空袋固化CYCOM材料所具有的机械性能相当于350°F (180°C)热压罐固化增韧环氧预浸料体系。它具有很好的灵活性，使固化周期在12 小时（200°F）至3小时（250°F）之间可变，（接下来还有2小时350°F的独立后固化阶段）。Cytec补充说，低成本加工和非热压罐固化的优点在于，试生产和高速率生产均可以使用同一种材料。

位于美国堪萨斯州的威奇塔州立大学先进材料性能国家中心目前正在其材料质量认证项目中评估Cytec的5320-1预浸料体系，以及Cytec的5276-1高韧性预浸料体系。该项目由美国空军研究实验室提供资助。

美国空军还资助了一个项目，旨在对澳大利亚Quickstep Holdings Ltd研发的OOA Quickstep固化专利技术进行质量认证。位于美国俄亥俄州代顿地区的Vector Composites和Quickstep Composites LLC两家公司已经达成协议，共同促进Quickstep工艺在北美洲航空和国防业界的客户及系统应用。该联合研究项目主要是为了对非热压罐双马来酰亚胺和环氧树脂CFRP材料进行质量认证，判断其是否适用于F35联合攻击战斗机。

西格里集团子公司HITCO碳复合材料公司（HITCO Carbon Composites，位于美国加州洛杉矶）在去年夏季接到了一份来自波音公司的合同，旨在运用非热压罐工艺制造三个大型的CFRP翼梁。该项目使用Cytec的预浸料坯材料，采用热隔膜成型、自动铺带与手糊成型相结合的技术。HITCO评论，由于采用了自动化制造技术和无热压罐工艺，复合材料结构的质量和一致性都得到了提高，有助于实现性能和成本目标，同时扩大复合材料的应用。

先进复合材料集团公司（ACG）是全球领先的先进复合碳纤维和玻璃纤维增强预浸料的制造商，它已经研发出了一系列用于非热压罐固化的树脂基体系。ACG的MTM®45-1环氧基碳纤维预浸料体系已经通过了空客的质量认证，包括纤维布和单向两种形式，均适用于制造飞机的基本和次级结构。经过130°C的低压、真空袋固化，使高韧环氧基体的性能得到优化，并在180°C的后固化工艺后实现其全部性能。

MTM-45-1被用于建造维京银河公司（Virgin Galactic）的WhiteKnightTwo和 SpaceShipTwo 宇宙飞船，它在一月份完成了第4次高海拔飞行，这是计划中的亚轨道航天飞行试验之前的一系列试飞之一。在其他项目中，预浸料体系还被用于多种形式来制造奎奈蒂克公司（QinetiQ）的Zephyr太阳能无人驾驶飞行器的机翼和机身结构。去年夏季，该飞行器打破了在高空持续飞行超过14天的记录。

在英国，一个由22家公司组成，并由GKN Aerospace公司领导的协会已经获得了由英国商业、创新和技术部（the Department for Business, Innovation and Skills）批给的500万英镑的资助，用于研发低成本、创新的碳纤维复合材料制造技术，以生产高性能、高价值产品。协会成员，如知名的i-Composites公司，将提供配套资金，使总经费达1000万英镑，以资助涉及多种关键技术领域的研究与发展项目。

作为一家为航空应用提供复合材料结构的独立供应商，GKN公司正在调研与复合材料自动化制造及非热压罐工艺相关的事项。航空部件制造商Spirit AeroSystems公司正在带领一个先进非热压罐树脂灌注工艺相关的项目。仿真专家Frazer-Nash Consultancy公司正在带领一个通过优化热压罐工艺以减小CFRP周期时间的项目。

i-Composites公司的合作伙伴正在研究的其他领域，包括减少压塑的工艺时间，3维织构、复合材料涂层、缺陷试验以及变形预测、微波固化和再生复合材料。

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