《大飞机》：热压罐 复合材料的烘焙利器

     热压罐是飞机复合材料大部件制造专用设备，广泛用于飞机机身、机翼、尾翼、发动机短舱、舱门、整流罩、雷达罩等金属/非金属胶接构件和树脂基碳纤维复合材料构件的固化成形。热压罐这三个字形象地表示出了其最主要的外形特点和功能：“罐”——热压罐是圆筒形的卧式压力容器；“热”——热压罐内可以提供450℃以上的均匀温度；“压”——热压罐内可以提供超过20个大气压的均匀分布压力。

     热压罐系统是一套能实现温度、压力、真空、冷却、循环等工艺参数时序化、实时在线控制的系统设备，由机械、功能、控制这三大部分组成。机械部分包括罐体、底板与小车、气流控制装置、密封装置等；功能部分包括加热、加压、抽真空以及冷却系统；控制部分包括温度、压力的手动和自动控制系统。

    作为飞机复合材料大部件制造专用设备，热压罐是一个复杂的系统，因此其设计制造也具有较大的难度，世界上能够提供大型航空航天复合材料构件高质量固化用热压罐的国家屈指可数。波音、空客、庞巴迪干线飞机制造中使用的热压罐，主要来自美国ASC公司、热设备公司、热压罐公司及意大利特鲁兹公司、韩国SFA公司（原英国航空成形公司）、日本川崎重工、日本羽生田公司等。2014年9月12日，川崎重工展示了用于波音787前机身制造的热压罐，该设备直径9米，长30米，重920吨，一出现便刷新了热压罐尺寸的世界纪录。

    大型民用飞机机身、机翼的复合材料大部件制造，一般都是先利用自动铺放工艺，将碳纤维预浸料顺序铺叠在成形模具上制成坯体，然后将模具和胚体整体放入热压罐，并在一定的温度和压力下使预浸料中的树脂固化，成形出最终的外形，之后从热压罐中取出部件，完成最后的加工、检测和装配。热压罐在大型复合材料构件制造中扮演的角色，就相当于一台烘焙机，让构件由软变硬，最终定型，是复合材料大部件制造中最关键的设备之一。

    热压罐的主要优点在于，罐内压力和温度均匀，在其共同作用下，可满足复合材料高纤维含量的要求，成形构件的孔隙率低，树脂含量均匀，具有较高的力学性能和较稳定的物理性能；适用范围广，可用于层压、夹芯、胶接和缝纫等各种结构，模具也相对比较简单，效率高，尤其适用于具有高性能要求的大型复合材料构件的固化成形。

    任何事物都具的两面性，热压罐的缺点主要是购置成本高、能耗高、加热/冷却周期长，近年来航空航天工业一直在探寻不使用热压罐的低成本方法，但热压罐的上述两个优点使其仍旧牢牢占据着复合材料构件固化成形的主流工艺。

    目前，波音、空客、庞巴迪公司干线飞机的复合材料机身和机翼等绝大多数主承力构件，以及大部分次承力构件，都需要通过热压罐固化成形。按重量计算，世界上80%以上的航空航天复合材料构件都是采用热压罐工艺固化成形的。即便是20年后非热压罐固化工艺开始大量应用于主承力构件，按重量计算的热压罐使用率也将超过60%～70%。因此，不论是现在还是未来，热压罐在飞机复合材料的制造中都是不可或缺的，它作为复合材料烘焙利器的地位也是难以撼动的。