日本东丽公司宣布推出新型CFRP“分区加热”成型工艺

       传统的CFRP（碳纤维复合材料）部件通常使用热压罐（高温高压炉）或将预浸料（片状中间材料）放置在预定形状的模具中，通过加热空气来进行固化成型。但由于空气介质导热很慢，而且如果模具本身的比热容较大，便会吸收大量的热量，导致部件本身升温的时间很长，成型速度很慢，所以传统工艺的这些缺点亟待人们解决。

 

        除此之外，特别是对于一些尺寸较大、厚度可观，或者几何形状较为复杂的部件，会面临尺寸精度较差等问题。这是由于部件中温度的分布难以控制，就会产生残留应力分布不均的问题，导致成型后的部件极容易变形。为了避免这种情况的发生，在部件的最终组装过程中，通常需要大量的人力、物力和时间来手动加入一些填充材料——称为垫片，这些额外的工序无疑又进一步拉长了整个生产周期。

 

        为解决上述问题，日本东丽公司在模具表面安装 了既定数量的加热器，（将模具表面分割成若干加热区），每个加热器都是单独控制的，并在真空条件下进行接触加热。该技术可以针对部件的不同位置施以最合适的温度，使其内部的残余应力实现均匀分布，所以部件可以最大程度的接近预先设计的尺寸和形状，解决了之前存在的一系列问题，减少了组装过程所需的人力、物力和时间。

 

        为了精准地控制这一加热系统，东丽公司与爱媛大学（日本爱媛县松山市）和东京理工大学（日本东京）联合开展了一项研究项目，即通过模拟软件来预测部件形变并对其加热温度进行相应调整。东丽公司利用该程序，可以有效地减少零件的制造时间和尺寸误差。东丽公司安装了原型制造设备，目前正在进行示范试验。

 

        如果使用传统的热压罐工艺，大约需要9个小时才能制造出飞机上大型的CFRP零件。但若是依照此次东丽开发的新成型工艺，则可以将生产周期缩短到4个小时。另外，新的工艺可以节省50%的能耗（因为采取真空直接接触加热的方式，免除了加热/加压的媒介）；东丽公司的新技术还可以提高尺寸精度，减少填料的用量，缩短组装耗费的工时，节省了人力、物力。

 

        这篇文章是基于跨部门战略创新促进计划（SIP）为“创新结构材料”（由日本科学技术局管理）所取得的成果。该计划由科学、技术和创新理事会（CSTI）牵头。