復(fù)合材料成型模具研究進展

寂靜天花板

碳纖維等高性能纖維增強的先進樹脂基復(fù)合材料，以其比強度和比模量高、熱膨脹系數(shù)小、可設(shè)計性好、易于整體成型等一系列突出的優(yōu)點，在航空航天結(jié)構(gòu)上得到了廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)已成為航空航天四大結(jié)構(gòu)材料之一。
+ i. h" N. l0 H$ Y4 x( _. E! e值得注意的是，復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)迥異于常規(guī)的金屬材料。復(fù)合材料的成型，通常要在模具中完成，在新材料成型的同時，也完成了最終結(jié)構(gòu)（毛坯）的成型。模具決定了制品的幾何邊界，明確了與其他零部件的關(guān)系，在很大程度上影響著制品的內(nèi)部質(zhì)量和表面狀態(tài)，這些都決定了模具在復(fù)合材料產(chǎn)品制造過程中起著舉足輕重的作用。
然而，復(fù)合材料產(chǎn)品的制造工藝種類繁多，常見的有真空袋成型、熱壓罐成型、模壓成型、纏繞成型、拉擠成型、軟膜膨脹成型、噴射成型、電子束固化法、滲透成型（如RTM）等，不同的成型方法對模具材料和結(jié)構(gòu)形式有不同的要求，同時又推動著模具技術(shù)不斷發(fā)展。
7 l# _- X5 x+ E1 y4 r; Q5 V1、金屬框架式模具
框架式模具一般由模板與支承結(jié)構(gòu)組成。模板采用鈑金、沖壓等工藝成形所需的型面，并要求具有較高的光潔度和密封效果。支承結(jié)構(gòu)一般由金屬型材（有時甚至是木材）制成，用于支承和固定位于上面的模板。其內(nèi)部為空心結(jié)構(gòu)，熱容量小，便于熱量的傳導(dǎo)，且重量較輕，轉(zhuǎn)運方便。這種結(jié)構(gòu)適用于熱壓罐成型、真空袋成型、真空導(dǎo)入成型等多種工藝。
2、金屬單�；蚪M合模
4 B* V& o( ~. _. U+ ~+ n0 W9 I除了一些薄制品或者簡單零件采用單模外，模壓、拉擠、RTM等工藝所用成型模具多為對模等組合結(jié)構(gòu)形式，組合模具各部分需要精密配合、運行到位、定位準(zhǔn)確，因而，要求較高的剛度、強度、表面硬度、形位精度等，通常采用碳鋼或鋁合金材料。
- C6 W# H& U, M7 i( }雖然鋼和鋁表面光滑、致密、硬度大、易于脫模，清理模具時不易損壞，并且耐溫性能好，但存在著和復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)不匹配的問題（鋼的膨脹系數(shù)約為12×10-6/℃，鋁的膨脹系數(shù)約為24×10-6/℃，碳纖維復(fù)合材料的膨脹系數(shù)一般都低于3.5×10- 6/℃），導(dǎo)致制件型面精度不高，尺寸誤差大、固化應(yīng)力較大。殷鋼材料的熱膨脹系數(shù)可達到2×10-6/℃，可以與復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)相匹配，但是殷鋼模具的加工成本較高。
9 A: V- B5 B0 T& H( K3、膨脹或收縮模
膨脹模主要采用彈性材料，彈性材料的任意賦形特性對于復(fù)雜型面或者封閉腔體結(jié)構(gòu)的成型十分便利。膨脹模利用彈性材料在加熱過程中的體積膨脹特性，提供復(fù)合材料固化成型所需的壓力。膨脹模所用材料有含硅或不含硅的橡膠，目前，應(yīng)用較為成熟且商品化的典型材料是有機硅橡膠。在使用橡膠模時，一般將它設(shè)計為成型模的內(nèi)腔，其外部則采用封閉的剛性結(jié)構(gòu)，有時也采用橡膠作為芯模。
" K5 N3 Z6 E  C4 r7 j& ?/ {收縮模主要有收縮管和收縮帶兩種類型，多用于復(fù)合材料桿件或長軸類零件的成型。收縮管或收縮帶的材料為熱收縮塑料，系根據(jù)一些高聚物進行輻照處理后產(chǎn)生的“彈性記憶效應(yīng)”制成，目前常用的有（改性）聚烯烴、聚全氟乙丙稀、聚氟橡膠等。但熱收縮模存在一些不足，主要是固化壓力控制的準(zhǔn)確度低和制品表面的平整性差，以致需要機械加工，大大影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。
4、復(fù)合材料模具
- p* Y, }- K. K在國外航空航天產(chǎn)品中，復(fù)合材料模具的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍。國內(nèi)航空系統(tǒng)單位對復(fù)合材料模具研究較早、產(chǎn)量較大，其他單位包括航天部門使用還比較少。
0 n- x; D$ X" t- I復(fù)合材料模具多半采用碳纖維或（和）玻璃纖維復(fù)合材料制成，并可作進一步的修補，因而可將模具制造得十分精確。由于模具材料與制品大體上屬于同類材料，因而有效地解決了模具與復(fù)合材料制品的熱膨脹系數(shù)匹配問題，極好地保證了產(chǎn)品尺寸和型面精度，是復(fù)合材料成型模具發(fā)展的主要趨勢。這種模具已大量應(yīng)用于尺寸與形位精度高或者尺寸超大的復(fù)合材料制品。由于模具本身也是復(fù)合材料，使得其制造過程具有一定的復(fù)雜性和不可知性。
目前，復(fù)合材料模具存在的主要問題如下：
（1）復(fù)合材料模具的制造工藝復(fù)雜，過程控制要求嚴(yán)格，不同工藝方法、甚至不同批次產(chǎn)品質(zhì)量差異相對較大。
( }) G3 @! u6 J5 k  U) C（2）復(fù)合材料模具表面密封性較差，特別是當(dāng)存在制造缺陷（如孔隙率過高）時，極容易出現(xiàn)真空泄漏問題。
（3）復(fù)合材料模具的表面硬度較低，易產(chǎn)生機械損傷，膠衣或者鍍層易脫落。另外，在起吊、搬運過程中受撞擊后容易產(chǎn)生分層、掉渣、變形等問題，影響正常使用。
0 W$ E: U# r% @9 L, |, @. \' L# i4 C! {/ L  ]（4）與一般使用壽命在千次以上的金屬模具相比，復(fù)合材料模具的使用壽命相對比較短，一般只有幾十次左右。當(dāng)然，國外也有質(zhì)量良好的復(fù)合材料模具使用近千次仍未出現(xiàn)問題的實例。
（5）復(fù)合材料模具的制造成本比普通金屬模具要高出不少。

hc2003

新的爆發(fā)發(fā)展產(chǎn)業(yè)

leejeans

和糊玻璃鋼差不多，無塵的車間，真空吸附的設(shè)備。關(guān)鍵是料子，國內(nèi)還是不如日本。