雖然復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件已經(jīng)在逐步取代傳統(tǒng)材料，但是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件難免會有一些弱項。西安拓飛復(fù)合材料有限公司今天就為您詳細(xì)講解一下，復(fù)合材料構(gòu)件有哪些存在的問題需要您注意的。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具本身也是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制品，使得其制造過程具有一定的復(fù)雜性。目前，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具存在的主要問題如下：

（1）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具的制造工藝復(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；

（2）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件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)合材料結(jié)構(gòu)件模具的表面硬度較低,易產(chǎn)生機(jī)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；

（4）與一般使用壽命在上千次以上的金屬模具相比,復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件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)合材料結(jié)構(gòu)件模具使

用近千次仍未出現(xiàn)問題的實例；

（5）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具的制造成本比普通金屬模具要高出不少。

4復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具制造工藝

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具一般用預(yù)浸料制作，具有高的纖維體積分?jǐn)?shù)，低的熱膨脹系數(shù)，易加工和極小的毒性等優(yōu)點。國外已成功將低溫固化高溫使用的樹脂體系制成各種纖維織物增強(qiáng)的預(yù)浸料，然后將預(yù)浸料鋪放于事先制作好的石膏或手糊成型的母模之上。這些母模通常制作價格低廉，在能夠保證母模的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度的溫度范圍內(nèi)（一般不高于90℃）初步固化成型。然后將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具從母模脫離，在逐漸升溫條件下保持形態(tài)進(jìn)一步固化，直至完全固化。這樣制作復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具可降低對母模材料的耐溫要求。此工藝制作的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具氣密性好、尺寸精度高、表面質(zhì)量高、耐用。

另外，HEXCEL公司新近推出了一種可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具材料的高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具HEXTool。這種模具材料和該公司的另一種材料HEXMC相似，是一種由短切單向碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸帶構(gòu)成的模壓成型氈。制作模具時，先將該種預(yù)浸料鋪放在具有所需形狀和尺寸的母模上，然后置于熱壓罐中固化得到一個模具的毛坯，該預(yù)浸料固化后可通過機(jī)械加工滿足模具所需尺寸和表面精度要求，并且通過拋光處理達(dá)到模具所需的表面要求。這種方式制作的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具相對于金屬模具具有更輕的質(zhì)量、更快的加熱和冷卻速率，可像金屬一樣進(jìn)行機(jī)器加工，加工性能好，熱膨脹系數(shù)和碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件匹配，氣密性好，易修補(bǔ)。另外，該類高性能MBI樹脂具有極高的耐熱性，使用壽命更長（200℃工作條件下可使用5000h）。據(jù)悉，這種材料已用于未來空中客車A350XWB的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件機(jī)身面板模具，美國某公司也經(jīng)選用該種材料和工藝為波音787的一個項目制作模具。

4復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具制造工藝

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具一般用預(yù)浸料制作，具有高的纖維體積分?jǐn)?shù)，低的熱膨脹系數(shù)，易加工和極小的毒性等優(yōu)點。國外已成功將低溫固化高溫使用的樹脂體系制成各種纖維織物增強(qiáng)的預(yù)浸料，然后將預(yù)浸料鋪放于事先制作好的石膏或手糊成型的母模之上。這些母模通常制作價格低廉，在能夠保證母模的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度的溫度范圍內(nèi)（一般不高于90℃）初步固化成型。然后將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具從母模脫離，在逐漸升溫條件下保持形態(tài)進(jìn)一步固化，直至完全固化。這樣制作復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具可降低對母模材料的耐溫要求。此工藝制作的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具氣密性好、尺寸精度高、表面質(zhì)量高、耐用。

另外，HEXCEL公司新近推出了一種可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具材料的高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具HEXTool。這種模具材料和該公司的另一種材料HEXMC相似，是一種由短切單向碳纖維/環(huán)氧預(yù)浸帶構(gòu)成的模壓成型氈。制作模具時，先將該種預(yù)浸料鋪放在具有所需形狀和尺寸的母模上，然后置于熱壓罐中固化得到一個模具的毛坯，該預(yù)浸料固化后可通過機(jī)械加工滿足模具所需尺寸和表面精度要求，并且通過拋光處理達(dá)到模具所需的表面要求。這種方式制作的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具相對于金屬模具具有更輕的質(zhì)量、更快的加熱和冷卻速率，可像金屬一樣進(jìn)行機(jī)器加工，加工性能好，熱膨脹系數(shù)和碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件匹配，氣密性好，易修補(bǔ)。另外，該類高性能MBI樹脂具有極高的耐熱性，使用壽命更長（200℃工作條件下可使用5000h）。據(jù)悉，這種材料已用于未來空中客車A350XWB的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件機(jī)身面板模具，美國某公司也經(jīng)選用該種材料和工藝為波音787的一個項目制作模具。

5復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具發(fā)展動向

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具技術(shù)的發(fā)展是以提高其使用壽命、降低制造成本為總目標(biāo)。目前，各家復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具材料制造公司都為實現(xiàn)這個總目標(biāo)而從母模材料、模具預(yù)浸料以及模具設(shè)計與制造工藝等方面投入相當(dāng)?shù)馁Y金和人力，積極開展研究與開發(fā)。

新材料研究

新材料的出現(xiàn)能夠簡化復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具制造工藝,降低成本,提高模具質(zhì)量。在這方面英國先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件公司（ACG）開展了大量研究工作,該公司開發(fā)的一種商品名為zpreg的預(yù)浸料,是一種通過條形浸漬工藝制成的新型織物預(yù)浸料。這種預(yù)浸料不但保留織物原有的良好鋪貼性能,而且提高了鋪貼過程的排氣效果。采用這種預(yù)浸料制成的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具表面光潔、孔隙率低、密封性好。此外,這種預(yù)浸料的鋪貼性能優(yōu)異,比常規(guī)預(yù)浸料節(jié)約1/2以上的鋪貼時間,且無需進(jìn)行真空排除氣泡和預(yù)壓實等操作。目前,zpreg預(yù)浸料已大量用于制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件制品及其成型模具,取到了良好的效果。采用碳?xì)种谱鲝?fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具也是一種可行的途徑。與傳統(tǒng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件相比,易于實現(xiàn)模具表面尺寸的變化與過渡,因而更適于制造各種形狀復(fù)雜的模具。同時由于便于機(jī)械加工和修補(bǔ),也適合制造批量化產(chǎn)品的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具。

英國Amber公司、ACG公司、美國Cytec公司、瑞士Gurit公司均開發(fā)了專門用于制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具的中、低溫固化高溫使用的預(yù)浸料。有的材料在60~80℃甚至更低溫度下固化,脫模后經(jīng)高溫后處理,可在180~240℃的環(huán)境溫度下連續(xù)使用且保持較高穩(wěn)定性。

美國Comtool Tech公司用SiO2為基體研制C/SiO2模具預(yù)浸料,其使用溫度甚至可達(dá)1150℃。

提高使用壽命

提高模具的使用壽命,主要是提高模具工作面的硬度和強(qiáng)度以提高其抗損傷能力,降低孔隙率以消除真空泄漏現(xiàn)象,常見的方法是涂覆膠衣或者金屬膜層。

ACG公司開發(fā)了一種超高硬度的膠衣層材料,并涂覆在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具表面,這將大大提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具表面抗摩擦和沖擊損傷的能力。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件孔隙包括夾層孔隙、乏樹脂孔隙、未浸潤孔隙和小分子氣化孔隙等,其中樹脂內(nèi)部小分子氣化和工藝組合過程帶入的空氣是孔隙形成的主要原因,往往很難杜絕。根據(jù)實際經(jīng)驗,在模具工作面的坯料疊層內(nèi)嵌入氣密性較好的彈性薄膜,并在模具連接部位填充真空密封膠帶,可以徹底解決真空泄漏問題。

降低制造成本

母模材料有木材、石膏、玻璃纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件、高密度硬質(zhì)聚胺酯泡沫塑料和環(huán)氧樹脂泡沫塑料等。為降低母模的制造成本并縮短生產(chǎn)周期,國外正在研發(fā)性能更好，更容易加工，而價格又更低廉的新型母模材料。同時,更新母模設(shè)計概念,使其制造成本進(jìn)一步降低。

提高型面精度

為了進(jìn)一步提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具的尺寸準(zhǔn)確性和形位精確度,一方面需要從設(shè)計、材料和成型工藝等環(huán)節(jié)進(jìn)行研究,進(jìn)一步提高模具的制造質(zhì)量;另一方面,需要研究復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具工作表面進(jìn)行后加工的可能性,即模具固化成型后,再對其成型表面進(jìn)行精密或超精加工,以滿足高精度產(chǎn)品的固化成型需要。

結(jié)束語

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具已逐漸形成產(chǎn)業(yè),并處在高速發(fā)展階段。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具的應(yīng)用使得生產(chǎn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件構(gòu)件的工藝得到優(yōu)化，生產(chǎn)周期隨之縮短，產(chǎn)品質(zhì)量得到提升，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)步入了更快的發(fā)展階段。未來，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件模具將代替更多金屬模具，并將更廣泛應(yīng)地用于航空航天領(lǐng)域。

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