碳纤维复合材料C形结构热隔膜成型工艺

   
       采用自行设计的热隔膜成型工艺实验装置，制备了C形结构碳纤维复合材料预成型体，测试了成型过程中预成型体和模具温度的变化规律，并考察了成型温度、预成型体尺寸对C形预成型体表面质量和内部缺陷的影响。结果表明：热隔膜成型过程中，采用模具预热的方法与红外灯辐射相配合，可保证预浸料温度的分布均匀性；成型温度过低时，预浸料粘性大、层间滑移能力差，导致预成型体拐角处出现纤维褶皱，并且内部孔隙偏多；预成型体的外形尺寸与模具尺寸接近，则预成型体易受隔膜架桥、变形量过大影响而出现翘曲等缺陷，因此预成型体与模具之间的尺寸比例应控制在一定范围内。

       传统的预浸料／热压罐工艺主要采用手工铺叠的方式得到与制件结构相近的预成型体，然后采用热压罐固化。随着复合材料在飞机结构的大量应用及其构件日趋大型化、复杂化，手工铺叠工艺的生产效率低、成型质量不稳定等问题愈加突出，使得复合材料制件的自动铺叠技术迅速发展。为了进一步提高生产效率，保证预成型质量，热隔膜成型工艺应运而生。该工艺将手工铺叠或自动铺带工艺铺叠的预浸料平板置于两层延展性较高的隔膜间，并整体转移到热隔膜机上，利用真空负压和红外加热作用将平板压制成复杂形状的预成型体，其生产速度快、成型质量高、稳定性好。该工艺最早应用于热塑性复合材料，目前主要用于热固性复合材料的制备，例如，热隔模成型工艺已成功应用于波音777长桁、V22长桁和A400M机翼前梁等大型构件的生产[2-4]，已经成为一种重要的低成本制造技术。

       国外学者对热隔膜成型工艺进行了大量研究。Krebs[5]和Mallon等人针对碳纤维增强PEEK复合材料，研究了热隔膜成型过程中模具、成型过程压力和温度、制件大小、层板厚度及铺层方式等因素对成型质量的影响。Pantelakis等人研究了热隔膜成型工艺的优化方法。Gutowski[81和Bersee等人研究了隔膜材料对成型热塑性复合材料的影响。Labeas等人[IO]利用有限元方法模拟了热隔膜成型过程中红外辐射预热阶段热塑性层板温度的变化情况。以上研究都是针对热塑性复合材料，对热固性复合材料热隔膜工艺的研究报道很少。而在国内此项技术尚处于开发试验阶段，缺乏相关的理论和技术基础研究。

       本文采用自行设计搭建的热隔膜成型工艺实验装置制备了C形碳纤维／环氧预浸料预成型体，测试分析了成型过程中温度分布及变化规律，考察了成型温度和预成型体尺寸对预成型体成型质量的影响。研究结果为热隔膜成型工艺在我国的工程化应用提供理论和实验依据。

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