先进复合材料热压罐成型工艺入门

随着高端装备的不断发展，对材料减重、承载、耐候等性能要求越来越高，传统材料越来越难以满足多项要求，复合材料成为各类高端装备发展的重要基础，也正是在此时代背景下，先进复合材料应运而生。先进复合材料具有高比强度和高比模量等优点，尤其具有传统材料所不能比拟的可设计性，为先进复合材料的发展提供了广阔前景。先进复合材料的应用水平已成为衡量一个国家高端装备发展先进性的标准之一。
作为复合材料从业者和教育培训工作者，笔者深刻感觉到，近年来国内复合材料行业出现了前所未有的井喷态势，特别在航空航天、轨道交通、新能源汽车和体育用品等行业，复合材料迎来了巨大的发展机遇。但是，无论是针对高校复合材料技术技能型人才的培养，还是针对复合材料企业技术工人的培训，都迫切需要一本复合材料工艺技术的入门教材和操作指南。因此，本书面向职业院校相关专业学生和复合材料企业生产一线人员，采用图文并茂的形式，介绍先进复合材料的基本知识和应用，重点结合编者30多年的从业经历，着重梳理先进复合材料真空袋-热压罐成型技术的设备、原材料、工艺流程、技术要求和质量控制，以期读者能在短时间内高效、准确地掌握操作技能及实操工况。同时，本书还涉及复合材料夹层结构与结构胶接，以及实际生产中的复合材料修补、安全生产与劳动保护。在本书最后简单介绍了最近几年复合材料液体成型技术和热塑性复合材料的工艺技术。
本书由冷卫红和罗大为编著。其中，冷卫红编著第2、5、6、10、11、12、15章，罗大为编著第1、3、8、9、13、14章。第4、7章由冷卫红和罗大为共同编著。全书由冷卫红统一定稿。
限于笔者的水平,书中难免有不当之处,敬请读者批评指正。

编著者
深圳职业技术学院
2021年9月19日

冷卫红，研究员，高工。毕业于国防科技大学复合材料专业，中航工业成飞复合材料加工厂工程技术室资深主管工艺师，中航工业成飞复合材料加工厂复合材料工程应用研究实验室研究员，中航工业成飞复合材料加工厂复合材料工程应用研究实验室学术委员会成员。先后在复材技术组、复材车间、复材中心、复合材料加工厂从事复合材料工程项目工艺技术工作。2020年被评为深圳职业技术学院客座教授。

复合材料是各类高端装备发展的重要基础，《先进复合材料热压罐成型工艺入门》以先进复合材料的热压罐成型工艺在航空、航天领域的应用为主线，概述了复合材料的分类、主流成型工艺及其他热点成型技术，重点结合编者多年的从业经历，系统梳理了复合材料真空袋-热压罐成型技术的设备、原材料、工艺流程、技术要求和质量控制，同时涉及复合材料生产中必备的复合材料修补、安全生产与劳动保护等。
本书图文并茂，是一本复合材料热压罐成型工艺技术的入门教材和操作指南，可供企业相关人员及材料专业师生参考。

1 复合材料概述	001
1.1 复合材料定义和组分	002
1.2 复合材料分类	003
1.3 先进复合材料简介	004
1.3.1 增强纤维	004
1.3.2 纤维织物	005
1.3.3 树脂基体	006
1.4 先进复合材料的特点	008
1.4.1 先进复合材料的优点	008
1.4.2 先进复合材料的缺点	009
1.5 先进复合材料的应用	010
1.5.1 民用航空	011
1.5.2 军用航空	012
1.5.3 其他应用领域	014

2 复合材料热压罐成型工艺概述	019
2.1 热压罐成型工艺简介	020
2.2 热压罐成型工艺特点及流程	020
2.2.1 热压罐成型工艺特点	021
2.2.2 热压罐成型工艺流程	022
2.3 其他复合材料成型方法	022
2.3.1 手糊成型法	023
2.3.2 喷射成型法	023
2.3.3 压制成型法	024
2.3.4 缠绕成型法	024
2.3.5 拉挤成型法	025
2.3.6 液体成型法	025

3 预浸料的准备	029
3.1 预浸料简介	030
3.2 预浸料的质量控制	030
3.2.1 外观要求	031
3.2.2 树脂含量	031
3.2.3 挥发分含量	031
3.2.4 面密度	032
3.2.5 黏性	032
3.2.6 树脂流动度	032
3.2.7 凝胶时间	032
3.3 预浸料准备工艺流程	033
3.3.1 操作前准备	033
3.3.2 预浸料的解冻	033
3.3.3 手工下料和自动下料	035
3.3.4 下料管理	036
3.3.5 预浸料的退库	037
3.3.6 预浸料的转运管理	037
3.3.7 预浸料的使用管理	037

4 模具准备	039
4.1 常见的模具类型	040
4.2 模具的基本要素	041
4.2.1 模具的材料	041
4.2.2 模具的组成	041
4.2.3 模具的特殊要求	047
4.3 模具使用前的准备	049
4.3.1 模具清理	049
4.3.2 粘贴脱模布	049
4.3.3 脱模剂施工	050
4.3.4 水基脱模剂	051

5 样板、软模制作	057
5.1 样板制作	058
5.2 软模制作	059

6 铺叠组装	061
6.1 铺叠工艺	062
6.2 铺层的特点	062
6.3 铺叠前的准备工作	063
6.4 铺叠	064
6.4.1 第一层为单向带铺叠	064
6.4.2 第一层为织物预浸料铺叠	064
6.4.3 后续铺层的铺叠及拼接要求	064
6.4.4 自动铺放技术	066
6.4.5 预压实	067
6.4.6 修整铺层边缘	067
6.4.7 保护铺叠坯料	067
6.4.8 铺叠的质量控制	067
6.4.9 如何避免架桥	068
6.5 组装封袋	069
6.5.1 组装封袋典型图	069
6.5.2 封装真空袋注意事项	070
6.5.3 复合材料成型用辅助材料	071
6.5.4 组装封袋具体步骤	074
6.6 如何防止真空袋泄漏	075

7 成型固化	079
7.1 预吸胶或热封压工艺	080
7.2 热压罐的结构和原理	081
7.3 固化曲线及固化参数	083
7.4 固化运行	085
7.4.1 模具的吊装	085
7.4.2 模具的摆放	085
7.4.3 连接热电偶	085
7.4.4 连接真空管路	086
7.4.5 真空检漏	086
7.4.6 固化记录	087
7.4.7 固化运行	087
7.4.8 零件出罐	087
7.4.9 固化曲线分析	088

8 脱模	091
8.1 基本要求	092
8.2 工艺流程图	092
8.3 脱模要求	092
8.3.1 开工前准备	092
8.3.2 去除辅助材料	093
8.3.3 制孔	093
8.3.4 零件脱模	094
8.3.5 贴模度检查	094
8.3.6 标记零件	095
8.3.7 模具清理	095
8.3.8 称取重量	095
8.3.9 测量厚度	095

9 后加工	097
9.1 切割工具和设备	098
9.1.1 手工切割工具	098
9.1.2 高速带锯切割机	098
9.1.3 高压水切割机	099
9.1.4 精密平面磨床	099
9.1.5 劳动保护用品	100
9.2 划线	100
9.3 粗加工	101
9.3.1 金刚石砂轮片切割	101
9.3.2 高速带锯切割	101
9.3.3 高压水切割	102
9.3.4 钻孔	102
9.3.5 挖孔	102
9.3.6 倒圆角	103
9.4 精加工	103
9.4.1 金刚砂打磨片打磨	103
9.4.2 精密平面磨床机械磨削	104
9.4.3 复合材料专用机床数控铣削	104
9.5 切口封边	105

10 检测与交付	107
10.1 检查项目	108
10.1.1 表面质量	108
10.1.2 质量与厚度	108
10.1.3 树脂含量	108
10.1.4 无损检测	109
10.1.5 力学性能测试	110
10.2 交付	111
10.3 碳纤维复合材料层压制品的常见缺陷及原因	111

11 夹层结构与结构胶接	115
11.1 夹层结构的特点	116
11.2 夹层结构的材料	117
11.2.1 面板	117
11.2.2 芯子	117
11.2.3 胶接用胶黏剂	118
11.3 典型蜂窝夹层结构的成型	119
11.3.1 组件的准备	119
11.3.2 夹层结构的成型	119
11.4 复合材料结构胶接	120
11.4.1 结构上的优点	120
11.4.2 工艺上的特点	121
11.4.3 结构胶接的环境条件	121
11.4.4 结构胶接的工艺流程	121
11.5 复合材料胶接件常见缺陷及原因	122
11.5.1 翘曲或扭曲的原因分析	122
11.5.2 孔隙或分层的原因分析	122
11.5.3 板板或板芯脱粘的原因分析	122

12 复合材料的修补	125
12.1 涂胶修补法	126
12.2 灌注修补法	127
12.3 灌封修补法	127
12.4 贴片修补法	129
12.4.1 胶接共固化贴补修补	129
12.4.2 二次胶接贴补修补	130
12.5 挖补修补法	130

13 液体成型技术	131
13.1 树脂转移模塑成型技术（RTM）	132
13.2 真空辅助RTM成型技术（VARTM）	135
13.3 真空辅助成型技术（VARI）	136
13.4 高压RTM成型技术（HP-RTM）	136
13.5 树脂浸渗成型技术（SCRIMP）	137

14 热塑性复合材料成型技术	139
14.1 热塑性树脂基复合材料简介	140
14.2 热塑性树脂和纤维的复合方法	141
14.2.1 溶液浸渍法 	141
14.2.2 熔融浸渍法	142
14.2.3 薄膜层压法 	142
14.2.4 粉末混合法	142
14.2.5 纤维混合法	142
14.3 热塑性树脂基碳纤维复合材料的基本成型技术 	142
14.3.1 模压成型工艺	143
14.3.2 热压罐成型工艺 	143
14.3.3 缠绕成型工艺 	143
14.3.4 拉挤成型工艺 	143

15 安全卫生与劳动保护	145
15.1 作业场所的潜在危险	146
15.2 使用危险品时的注意事项	146
15.3 安全技术及劳动保护	147

参考文献	148