碳纤维复合材料弯曲撑杆成型工艺技术

       对碳纤维复合材料弯曲撑杆的成型工艺方法进行了试验研究，比较分析了几种方法的优缺点。分别研究了铺层设计、吸胶工艺、热缩工艺，采用了预浸料铺层——热压罐固化工艺，制品具有厚度均匀、表面光滑平整的优点。

       碳纤维复合材料(CFRP)具有优异的机械性能和物理性能，是应用于航空、航天、兵器、电子等领域重要的结构材料。CFRP杆、管结构是组成复合材料构架的一种典型单元，是航空、航天器结构中常用的结构组件。如空间的桁架结构常用CFRP管和钛合金制造，地球同步轨道卫星上的小发动机支架用圆管支撑，大型卫星天线的支撑杆大多采用CFRP圆管或方管。某天线的大型复合材料弯曲撑杆难以采用常用复合材料管的成型工艺。根据其特点及要求，经研究采用预浸料铺层——热压罐固化工艺，通过对复合材料铺层设计、吸胶工艺及热缩工艺研究，解决了CFRP弯曲杆件的成型和表面质量问题。

       CFRP管常用的成型工艺有手糊法、卷管法、纤维缠绕法、预浸布铺层法等。其中最典型的工艺是纤维缠绕法，在玻璃钢管道、钓鱼竿等制造业中常用。大型复合材料弯曲撑杆，长度约2m，圆弧半径约3m。截面为渐变圆形，大端直径40mm，小端直径20mm。由于其结构为非轴对称形状，如采用纤维缠绕工艺，不仅难度很大，而且缠绕成型后的弯曲
撑杆粗糙表面难以加工成光滑表面。其它新型工艺如热膨胀芯模法，对弯曲撑杆脱模困难。预浸料手工铺层——热压罐工艺一般适用于板件成型，用于制造管件的表面质量存在严重缺陷，需采取相应的工艺措施。

      经研究确定采用热缩工艺，其基本原理是采用热缩材料的热缩特性对复合材料进行挤压，同时热缩材料抵御辅助封装材料的皱折对复合材料制件的影响。

       首先在刚性芯模外面按材料设计的铺层数、铺层顺序铺放、缠绕碳纤维预浸料，然后进行预吸胶。吸胶后去除吸胶材料，直接在预浸料叠层上加经过表面处理过的热缩套管，在一定工艺条件下进行热缩。热缩完成后再将其封装进热压罐固化。最后脱模，剥离热缩管，得到制品。制造工艺流程见图1。

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