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先進碳纖維復(fù)合材料具有比強度和比模量高、耐疲勞、各向異性和可設(shè)計性、材料與結(jié)構(gòu)的一次成型等性能，自上世紀60年代問世以來，很快獲得廣泛應(yīng)用，成為航空航天4大材料之一。隨著碳纖維材料性能和制造技術(shù)的不斷改進，碳纖維復(fù)合材料未來在戰(zhàn)斗機、大型軍用運輸機、無人機等平臺上必將占有重要地位。 本文來自123
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為滿足新一代戰(zhàn)斗機對高機動性、超音速巡航及隱身的要求，進入90年代后，西方的戰(zhàn)斗機無一例外地大量采用碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，用量一般都在25％以上，有的甚至達到35％，結(jié)構(gòu)減重效率達30％。應(yīng)用部位幾乎遍布飛機的機體，包括垂直尾翼、水平尾翼、機身蒙皮以及機翼的壁板和蒙皮等。
無人戰(zhàn)斗機是未來航空武器的一個重點發(fā)展方向。為滿足采購政策、隱身性能、機動性、生存力對材料的特殊需求，為盡可能地降低結(jié)構(gòu)重量、提高燃油裝載量，無人戰(zhàn)斗機結(jié)構(gòu)的一個顯著特點就是大量應(yīng)用碳纖維復(fù)合材料。以波音公司的X-45A 為例，除機身的龍骨、梁和隔框采用鋁合金外，其余的機體結(jié)構(gòu)都是由碳纖維復(fù)合材料制成。諾斯羅普?格魯門公司的X-47A的機體除一些接頭采用鋁合金外，整個機體幾乎全部采用了碳纖維復(fù)合材料。
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航空工業(yè)中制備復(fù)合材料制件的主要要求為：可支付得起；高度自動化；好的質(zhì)量控制；降低模具成本及縮短生產(chǎn)周期。為了達到這些要求，航空工業(yè)正著眼于：編織技術(shù)；先進的鋪帶技術(shù)；非熱壓罐技術(shù)；注射工藝；先進的固化工藝；全質(zhì)量概念及熱塑性工藝。本文主要針對其預(yù)形件制造技術(shù)及零件成形技術(shù)進行討論。
預(yù)成形體及蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)制造及應(yīng)用技術(shù)
目前復(fù)合材料預(yù)成形體的制造技術(shù)主要有以下幾種：
（1） 縫合技術(shù)
縫合織物增強復(fù)合材料是采用高性能纖維和工業(yè)用縫合機將多層二維纖維織物縫合在一起，經(jīng)復(fù)合固化而成的紡織復(fù)合材料。它通過引用貫穿厚度方向的纖維來提高抗分層能力，增強層間強度、模量、抗剪切能力、抗沖擊能力、抗疲勞能力等力學(xué)性能，從而滿足結(jié)構(gòu)件的性能需求。
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到目前為止，大部分的縫合復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的開發(fā)項目都是以美國的NASA為主進行的。其中最著名的是利用縫合技術(shù)制造的復(fù)合材料機翼，其中采用了波音公司開發(fā)的28m長的縫合機制造飛機機翼蒙皮復(fù)合材料預(yù)成形體。該縫合機能夠縫合超過25mm厚的碳纖維層，縫合速度達3000針/分。除了縫合蒙皮預(yù)成形體外，還可縫合加強筋。縫合完成后采用RFI 技術(shù)進行加熱和加壓。這樣生產(chǎn)出的結(jié)構(gòu)件相對于同樣的鋁合金零件重量減少25%，成本降低20%。
在歐洲，EADS公司也開發(fā)了該技術(shù)，利用該技術(shù)首先制造的零件是A380后機身壓力隔框，該材料為干態(tài)碳纖維預(yù)成形體，比粘性的預(yù)浸料較易處理。每片復(fù)合材料使用自動縫合機連接在一起，可靠性和可重復(fù)性好。采用的縫合機是幾種長度的碳纖維織物并排鋪放在長和寬都為8m 的臺面上。縫合頭由一個金屬橫梁帶著前后移動，曲形針縫合材料的速度達到每分鐘100針。工程師使用一種特殊的曲形針能夠?qū)崿F(xiàn)單邊縫合，因而可以連接任何長度的材料。連接后的后壓力隔框板成為一塊“毯子”。接著，“毯子”放在一個模具上被卷起來再鋪開，看起來像一個倒扣的大碗，為了獲得必要的強度，6塊這樣的“毯子”按不同方向交替鋪疊。預(yù)成形體的疊層板縫合在一起，然后將纖維板和樹脂一起放在熱壓罐里在真空狀態(tài)下加熱加壓熔化，最后固化。由于整個過程自動化程度較高，因此成本低且可靠。 copyright 123456
縫合復(fù)合材料具有良好的層間性能、成本低、效率高，且可設(shè)計?？p合還可代替復(fù)合材料傳統(tǒng)的機械連接方法，從而提高整體性能。因此有望用于大型整體復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造，特別是可用于大型軍用運輸機的機體結(jié)構(gòu)，減輕重量和降低成本。該技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)包括：專用設(shè)備的研制以及縫合工藝。
（2） 穿刺
穿刺是碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)三維加強的一種簡單方法，在幾方面優(yōu)于縫合技術(shù)。但是它不能用于制造預(yù)成形體。在這個工藝中利用薄的削棒以正確的角度在固化前或固化時插入二維的碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料層板中，從而獲得三維增強復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。Z向削棒可以是金屬材料（一般是鈦合金），也可采用非金屬材料（一般采用碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料）。復(fù)合材料的削棒直徑一般是0.25mm和0.5mm。將削棒插入的方式有兩種，一是采用真空袋熱壓的方法，二是采用超聲技術(shù)。真空袋熱壓法更適合于相對大或無障礙部位進行Z向結(jié)構(gòu)加強，而超聲法則對難到達部位或局部需要Z向加強的結(jié)構(gòu)部位更為有效。另外，超聲法還可利用金屬削棒插入已固化的復(fù)合材料中實現(xiàn)分層復(fù)合材料的修理。
穿刺技術(shù)與縫合技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用極大改進了復(fù)合材料的斷裂韌性，意味著復(fù)合材料能夠承受更高沖擊強度和剝離應(yīng)力。事實上，Z向增強技術(shù)已用于GE90發(fā)動機風(fēng)扇葉片，對強度要求的部位進行加強。在飛機上，該技術(shù)用于泡沫夾芯蒙皮結(jié)構(gòu)，是傳統(tǒng)上采用的鋁蜂窩結(jié)構(gòu)的擠壓強度的3倍。該技術(shù)比縫合技術(shù)更具發(fā)展?jié)摿Γ饕且驗槠涔?jié)省了高成本的縫合機，尺寸不受限制，特別是能夠進行局部結(jié)構(gòu)的加強，因此是未來飛機機體應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。
（3） 三維機織
該工藝目前已經(jīng)廣泛用于復(fù)合材料工業(yè)，主要用于生產(chǎn)單層、寬幅織物，作為復(fù)合材料的增強體。三維異型整體機織技術(shù)是國外上世紀80年代發(fā)展起來的高新紡織技術(shù)，它創(chuàng)造了一類新的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式。采用三維異型整體機織技術(shù)制造的復(fù)合材料制件具有整體性和力學(xué)的合理性兩大特點，是一種高級紡織復(fù)合材料。三維異型整體機織技術(shù)的突出特點是紡織異型整體織物，如T形、U形、工形、十字形等型材和圓管等，靈活的機織工藝還可以創(chuàng)造出許多新的復(fù)雜形狀織物。
目前主要開展纖維束排列布局的設(shè)計、編制工藝過程的動態(tài)模擬，實現(xiàn)三維異型整體機織的自動化、提高三維機織復(fù)合材料的質(zhì)量和生產(chǎn)率、加速三維異型整體機織復(fù)合材料的發(fā)展和推廣應(yīng)用。國外還利用三維機織技術(shù)在飛機和發(fā)動機的其它結(jié)構(gòu)上進行了驗證，如飛機的T型框、帶加強筋的壁板、發(fā)動機安裝架等，最先進的是在Scramjet發(fā)動機原型機上應(yīng)用了三維機織蜂窩夾芯復(fù)合材料燃燒室，材料為陶瓷基復(fù)合材料，其采用三維機織的最大益處是形成整體燃燒室結(jié)構(gòu)，解決了由一般制造方法帶來的連接和泄漏問題。
（4） 編織
編織是一種基本的紡織工藝，能夠使兩條以上紗線在斜向或縱向互相交織形成整體結(jié)構(gòu)的預(yù)成形體。這種工藝通常能夠制造出復(fù)雜形狀的預(yù)成形體，但其尺寸受設(shè)備和紗線尺寸的限制。在航空工業(yè)，目前該技術(shù)主要集中在編織的設(shè)備、生產(chǎn)和幾何分析上，最終的目的是實現(xiàn)完全自動化生產(chǎn)，并將設(shè)備和工藝與CAD/CAM進行集成。該工藝技術(shù)一般分為兩類，一類的二維編織工藝，另一類是三維編織工藝。 內(nèi)容來自123456
傳統(tǒng)的二維編織工藝能用于制造復(fù)雜的管狀、凹陷或平面零件的預(yù)成形體，它與其它紡織技術(shù)相比成本相對較低。它的研究主要集中在研發(fā)自動化編織機來減少生產(chǎn)成本和擴大應(yīng)用范圍。它的關(guān)鍵技術(shù)包括質(zhì)量控制、纖維方向和分布、芯軸設(shè)計等。它在航空工業(yè)的應(yīng)用包括制造飛機進氣道和機身J 型隔框。該技術(shù)通常與RTM和RFI技術(shù)結(jié)合使用，另外也可以與擠壓成形和模壓成形聯(lián)合使用。其應(yīng)用水平在洛克希德?馬丁公司生產(chǎn)F-35戰(zhàn)斗機進氣道制造中最能體現(xiàn)其先進性，加強筋與進氣道殼體是整體結(jié)構(gòu)，減少了95% 的緊固件，提高了氣動性能和信號特征，并簡化了裝配工藝。為了克服二維編織厚度方面強度低的問題，開發(fā)了三維編織技術(shù)，為制造無余量預(yù)成形體提供了可能。但是該技術(shù)同樣受到設(shè)備尺寸限制。
目前，一般的編織設(shè)備只能生產(chǎn)小于100mm截面的預(yù)成形體，而飛機零件的大型化則需要大尺寸且昂貴的編織機。該技術(shù)雖然從60年代就已發(fā)展起來，經(jīng)歷了四步編織、二步編織到多層互鎖編織技術(shù)。隨著三維編織機的發(fā)展，其在飛機制造的未來仍具有很大應(yīng)用潛力。三維編織的C、J、T板材和I型梁、連桿、機體大梁、F型機身隔框、機身筒形件等都已得到驗證。 123456
（5） 針織
針織用于碳纖維復(fù)合材料的增強結(jié)構(gòu)始于上世紀90年代。由于它的方向強度、沖擊抗力較機織復(fù)合材料好，且針織物的線圈結(jié)構(gòu)有很大的可伸長性，易于制造非承力的復(fù)雜形狀構(gòu)件。目前國外已生產(chǎn)了先進的工業(yè)針織機，能夠快速生產(chǎn)復(fù)雜的近無余量結(jié)構(gòu)，而且材料浪費少。用這種方法制造的預(yù)成形體可以加入定向纖維有選擇地用于某些部位增強結(jié)構(gòu)的機械性能。另外，這種線圈的針織結(jié)構(gòu)在受到外力時很容易變形，因此適于在復(fù)合材料上成形孔，比鉆孔具有很大優(yōu)勢。但是它較低的機械性能也影響了它的廣泛應(yīng)用。
（6） 經(jīng)編
針織在航空航天工業(yè)的應(yīng)用很有潛力。而采用經(jīng)向針織技術(shù)，并與纖維鋪放概念相結(jié)合，制造的多軸多層經(jīng)向針織織物一般稱為經(jīng)編織物。這種材料由于不彎曲，因此纖維能以最佳形式排列。經(jīng)編技術(shù)可以獲得厚的多層織物且按照期望確定纖維方向，由于不需要鋪放更多的層數(shù)，極大提高經(jīng)濟效益。國外目前已經(jīng)能夠在市場上獲得各種寬幅的碳纖維和玻璃纖維經(jīng)編織物。這種預(yù)成形體有兩個優(yōu)點：一是與其他紡織復(fù)合材料預(yù)成形體相比成本低；二是它有潛力超過傳統(tǒng)的二維預(yù)浸帶層壓板，因為它的纖維是直的，能夠在厚度方向增強從而提高材料的層間性能。但是目前限制其應(yīng)用的主要原因是原材料成本高以及市場化程度不夠。國外航空航天工業(yè)部門正在研究將這種技術(shù)用于次承力和主承力構(gòu)件，已經(jīng)在飛機機翼桁條和機翼壁板上進行了驗證，預(yù)計未來將在飛機制造中廣泛應(yīng)用。 copyright 123456
針對以上預(yù)成形體制造技術(shù)，國外近年還開展了多種研究，如美空軍實施復(fù)合材料結(jié)構(gòu)斜織預(yù)成形體開發(fā)計劃，取消鋪層工序，以降低加工整體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及成本。
（7） 層板及蜂窩結(jié)構(gòu)制造技術(shù)
纖維增強金屬層板（FRML）是由金屬薄板和纖維樹脂預(yù)浸料交替鋪放膠合而成的混雜復(fù)合材料。改變金屬類型和厚度、纖維樹脂預(yù)浸料系統(tǒng)、鋪貼順序、纖維方向、金屬表面處理和后拉伸度等可改變FRML的性能，以用于不同地方。現(xiàn)在的FRML主要使用鋁合金薄板。由于使用鋁鋰合金可提高FRML的比剛度，使用鈦合金可大大可提高FRML的耐溫性，所以以鋁鋰合金或鈦合金為基的FRML也在考慮和研究中。FRML中的纖維可以是玻璃纖維、芳綸纖維和碳纖維，它們各自與鋁合金板組合后可構(gòu)成三種性能不同的FRML，分別稱為GLARE、ARALL和CARE。如今，F(xiàn)RML多指這三種材料。纖維預(yù)浸料用的膠主要是熱固性的環(huán)氧樹脂膠，也可使用熱塑性塑料如PEEK、聚苯硫醚和聚酰胺等取代熱固性樹脂膠。膠接蜂窩夾層結(jié)構(gòu)也是一種特殊的結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料，它把蜂窩開關(guān)的夾芯材料夾在兩塊面板之間并用膠粘劑粘接。因為具有良好的比強度和比剛度，因此在未來的大型軍用運輸機及無人機等機體具有相當廣泛的應(yīng)用前景。
這些技術(shù)雖然民用更為廣泛，但在軍用飛機上的應(yīng)用潛力也很大。如A380在復(fù)合材料成熟技術(shù)支撐下，除碳纖維復(fù)合材料之外，空客還選定玻璃纖維增強的鋁合金層板Glare來制造27塊機身壁板。這一技術(shù)是A380 大型運輸機將大范圍地采用創(chuàng)新材料的一個關(guān)鍵里程碑，StorkFokker公司的工廠已開始使用新型加工工藝大批量地生產(chǎn)該機機身壁板。被稱為Glare 的材料，是一種短玻璃纖維增強鋁合金，這種材料是由鋁合金薄板與環(huán)氧樹脂玻璃纖維夾芯粘接在一起形成的金屬和復(fù)合材料交疊結(jié)構(gòu)。Glare大約比鋁合金輕25%，有更好的抗疲勞強度和抗沖擊性。Glare 材料的一個優(yōu)點是成形零件可以像鋁合金構(gòu)件一樣鉚接到飛機上。事實上，Glare材料可以如同整體鋁合金件一樣鉆孔和切削，因此可以使用同樣的工具進行修理。Glare材料的使用將使A380飛機減重近1t（800kg），上機身壁板使用面積達470m2，共使用27塊Glare壁板，最長的達11m。生產(chǎn)廠擴建了12000m2以適應(yīng)這種材料的制造，目前已經(jīng)制造了機身壁板。但是Glare板比鋁合金昂貴，但如果成形為零件，如雙曲度壁板，則最終成本與拉伸鋁合金壁板幾乎一樣。這一技術(shù)在大型軍用運輸機上具有廣泛的應(yīng)用前景。 copyright 123456
碳纖維復(fù)合材料零件成形及制造技術(shù)
目前在飛機機體上采用的碳纖維復(fù)合材料零件成形技術(shù)主要包括：
（1） 樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)
RTM工藝的主要原理是在模腔中鋪放按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計的增強材料預(yù)成形體，采用注射設(shè)備將專用樹脂體系注入閉合模腔，模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統(tǒng)，以保證樹脂流動流暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤纖維，還具有加熱系統(tǒng)，可加熱固化成形碳纖維復(fù)合材料構(gòu)件。它是一種不采用預(yù)浸料，也不采用熱壓罐的成形方法。因此，具有效率高、投資、綠色等優(yōu)點，是未來新一代飛機機體有發(fā)展?jié)摿Φ闹圃旒夹g(shù)。
樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形技術(shù)是一種低成本復(fù)合材料制造方法，最初主要用于飛機次承力結(jié)構(gòu)件，如艙門和檢查口蓋。1996年美國防務(wù)預(yù)研局開展了高強度主承力構(gòu)件的低成本RTM 制造技術(shù)研究。目前中小型碳纖維復(fù)合材料RTM零件的制造已經(jīng)獲得了較廣泛的應(yīng)用，而大型RTM件也在JSF的垂尾上應(yīng)用成功。該方法的優(yōu)點是環(huán)保、形成的層合板性能好且雙面質(zhì)量好，在航空中應(yīng)用不僅能夠減少本身勞動量，而且由于能夠成形大型整體件，使裝配工作量減少。但是樹脂通過壓力注射進入模腔形成的零件存在著孔隙含量較大、纖維含量較低、樹脂在纖維中分布不勻、樹脂對纖維浸漬不充分等缺陷，因此該技術(shù)還有改進潛力。 123456
由于該技術(shù)還存在以上缺點，因此未來發(fā)展是降低工裝成本、提高結(jié)構(gòu)件性能、減少廢品率。因此，在該技術(shù)基礎(chǔ)上又開發(fā)了真空輔助樹脂注塑成形（VARI）技術(shù)，輔助樹脂被織物吸收，不僅可降低孔隙率，預(yù)成形纖維更緊密，真空形成的負壓，樹脂就順真空通路沿預(yù)成形體各層面流動，從而充分浸漬纖維，并使纖維/樹脂分布均勻。其中提高性能，主要是為了采用RTM制造高強度主要結(jié)構(gòu)件，為此，美國國防預(yù)研局開發(fā)了Z向纖維增強RTM技術(shù)，該技術(shù)可在織物橫向或增強蒙皮界面處采用不連續(xù)纖維增強。這種新型制造理論可不通過編織或縫合實現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)。該技術(shù)在應(yīng)用過程中有幾項關(guān)鍵技術(shù)要解決：充填過程模擬技術(shù)、熱傳遞和固化反應(yīng)研究、注射方法研究、RTM 設(shè)備研究。
（2） 樹脂浸漬技術(shù)
RFI工藝是一種樹脂膜熔滲和纖維預(yù)制體相結(jié)合的一種樹脂浸漬技術(shù)。其成形過程是將樹脂制備成樹脂膜或稠狀樹脂塊，安放于模具的底部，其上層覆以縫合或三維編織等方法制成的纖維預(yù)制體。然后依據(jù)真空成形工藝的要點將模腔封裝，于熱環(huán)境下采用真空技術(shù)將樹脂由下向上抽吸。樹脂膜受熱后黏度降低，沿著預(yù)制體由下向上爬升，從而填滿整個預(yù)制體空間，隨即依照固化工藝，制成復(fù)合材料制件。該技術(shù)由于只采用傳統(tǒng)的真空袋壓成形方法，免去了RTM工藝所需的樹脂計量注射設(shè)備及雙面模具的加工，在制造出優(yōu)異的制品的同時大大降低了制品的成本。目前在航空領(lǐng)域主要應(yīng)用于飛機雷達天線罩。但是該工藝雖然不采用熱壓罐固化零件，但還需要真空袋系統(tǒng)進行固化，而且工藝溫度要求高，所以要求核心材料和工裝能夠承受高溫。該技術(shù)包括的關(guān)鍵工藝技術(shù)包括：預(yù)形件成形（三維編織及縫合等技術(shù)）、樹脂流動模擬及控制、編織及縫合設(shè)備研究。 123456
（3） 纖維纏繞
該工藝主要用于空心、圓形及橢圓零件，如管路及油箱。纖維束通過一個樹脂池后以各種方向和速度纏繞到芯軸上，方向和速度由纖維進給機控制。這是一項已經(jīng)發(fā)展較為成熟的技術(shù)，無論是在自動化、速度、變厚度、質(zhì)量和纖維方向上都得到了巨大改進。它是筒形件的低成本快速制造方法。目前三維編織主要是成本高、自動化程度低；未來可能用于昂貴的鈦合金接頭和發(fā)動機葉片等，而且在成本上有所減少。
（4） 拉擠
拉擠成型工藝是將浸漬樹脂膠液的連續(xù)玻璃纖維束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)長度不限的玻璃鋼型材。這種工藝最適于生產(chǎn)各種斷面形狀的玻璃鋼型材，如棒、管、實體型材（工字形、槽形、方形型材）等。拉擠成型是復(fù)合材料成型工藝中的一種特殊工藝，其優(yōu)點是： 123456
· 生產(chǎn)過程完全實現(xiàn)自動化控制，生產(chǎn)效率高；
· 拉擠成型制品中纖維含量可高達80%，浸膠在張力下進行，能充分發(fā)揮增強材料的作用，產(chǎn)品強度高；
· 制品縱、橫向強度可任意調(diào)整，可以滿足不同力學(xué)性能制品的使用要求；
· 生產(chǎn)過程中無邊角廢料，產(chǎn)品不需后加工，故較其它工藝省工，省原料，省能耗；
· 制品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，長度可任意切斷。拉擠成型工藝的缺點是產(chǎn)品形狀單調(diào)，只能生產(chǎn)線形型材，而且橫向強度不高。
擠成型工藝過程是由送紗、浸膠、預(yù)成型、固化定型、牽引、切斷等工序組成。無捻粗紗從紗架引出后，經(jīng)過排紗器進入浸膠槽浸透樹脂膠液，然后進入預(yù)成型模，將多余樹脂和氣泡排出，再進入成型模凝膠、固化。固化后的制品由牽引機連續(xù)不斷地從模具拔出，最后由切斷機定長切斷。在成型過程中，每道工序都可以有不同方法：如送紗工序，可以增加連續(xù)纖維氈，環(huán)向纏繞紗或用三向織物以提高制品橫向強度；牽引工序可以是履帶式牽引機，也可以用機械手；固化方式可以是模內(nèi)固化，也可以用加熱爐固化；加熱方式可以是高頻電加熱，也可以用熔融金屬（低熔點金屬）等。 copyright 123456
拉擠成型工藝除立式和臥式機組外，尚有彎曲形制品拉擠成型工藝，反應(yīng)注射拉擠工藝和含填料的拉擠工藝等。目前該技術(shù)在航空領(lǐng)域應(yīng)用并不廣泛，一是由于模壓技術(shù)水平難于達到其它金屬模壓質(zhì)量要求，二是相對其它金屬型材成本高。此外，該技術(shù)的未來發(fā)展必須能夠制造多種截面材料，如變截面形狀和曲面型拉擠工藝。
（5） 自動鋪放技術(shù)
該技術(shù)雖然在現(xiàn)代飛機上已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用，并取得了巨大進展。但飛機復(fù)合材料零件的生產(chǎn)由于規(guī)模有限，因此全自動化可能并不是最經(jīng)濟的手段，但半自動化生產(chǎn)則是較可行的制造方法。現(xiàn)有的自動鋪疊技術(shù)已經(jīng)在速度和準確度上有很大增長，而且計算機技術(shù)對它產(chǎn)生了很大影響，鋪疊面積也有所增長。雖然目前還沒有一定突破，但是技術(shù)改進將是連續(xù)不斷進行的。在切割技術(shù)方面近年有了很大進展。目前有三種方法：機械、激光和水切割機，每種有其優(yōu)缺點。但目前還未看到有新的突破。 123,123
（6） 絲束鋪放技術(shù)
絲束鋪放(Tow Placement)相對較新并在近年格外受到關(guān)注。它兼顧了自動鋪疊與纖維纏繞的優(yōu)點。能夠制造復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件，對纖維角度不限制。而且有極大減少生產(chǎn)成本的潛力。在空軍的MANTECH和NASA的ACT項目中，該技術(shù)的價值已得到證實。未來的開發(fā)包括最佳化控制系統(tǒng)、鋪放頭位置反饋、在線快速檢測、準確和高質(zhì)量產(chǎn)品。
（7）其他
在以上技術(shù)基礎(chǔ)上，國外還開展了復(fù)合材料快步成形法（采用快步成形法將取消熱壓罐，代之以浮動模和流動振動的流體進行固化。從而將固化時間從24h降至1h。所需壓力從傳統(tǒng)熱壓罐法的60～ 200psi降至1～4psi1MPa=145psi）。）、流動成形法（是用熱塑性復(fù)合材料來制造大型零件的一個突破，是一種低成本生產(chǎn)技術(shù)，可制出高比強度的復(fù)合材料。）、新注塑成形法等技術(shù)。隔膜成形原是一種為熱塑性復(fù)合材料開發(fā)的成形工藝，后發(fā)現(xiàn)用于熱固性復(fù)合材料具有很廣泛的用途。它具有成形過程中纖維不易滑動、從而不易產(chǎn)生皺折的特殊功效，非常適用于加工大型飛機機翼前梁的C型截面。在近年推出的A400M等大型飛機前梁C 型截面中，已廣泛采用了這種工藝方法。 123456
另外還開發(fā)了復(fù)合材料連接件、低成本工裝、用磨擦發(fā)光材料檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷、應(yīng)用高溫傳感器檢測碳-碳復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)完整性以及層合復(fù)合材料斷裂及失效的預(yù)測技術(shù)等。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在美國國防預(yù)先研究局的資助下，得克薩斯大學(xué)和都柏林的Trinity學(xué)院的研究人員，已成功制備出連續(xù)碳納米管復(fù)合材料纖維，該種纖維可吸收的能量是目前用于制作防彈背心的Kevlar纖維的17倍。其他潛在的軍事用途還包括儲能“電子紡織品”，人工肌肉以及能制造微型飛行器的多功能纖維。此外，美國LVH涂層公司應(yīng)用納米復(fù)合材料技術(shù)來實現(xiàn)航空航天工業(yè)用的透明電沉積層，其耐磨性據(jù)稱是傳統(tǒng)有機涂層的10倍以上。它是在電脈涂層工藝中加入陶瓷基納米復(fù)合材料來實現(xiàn)的，具有抗金屬劃傷及磨損能力。納米復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用了陶瓷球、晶體、非晶體物質(zhì)、管子或其它小于100納米的形體與有機樹脂組合而成。這種納米復(fù)合材料涂層雖是傳統(tǒng)工藝，但采用電泳進行沉積對LVH公司帶來許多難點。這種技術(shù)在保留涂層透明性等裝飾性能的同時，使涂層耐劃傷及耐磨損。 123456
工藝技術(shù)存在的問題
困擾著復(fù)合材料大量應(yīng)用的另一瓶頸技術(shù)是其工藝技術(shù)中尚存在許多有待解決的問題。為降低復(fù)合材料成本，近年來開發(fā)了多種低成本工藝技術(shù)，包括自動鋪帶、自動鋪絲、液態(tài)成形、非熱壓罐固化等。其中自動鋪帶和自動鋪絲技術(shù)發(fā)展比較平穩(wěn)，而液態(tài)成形、非熱壓罐固化以及模具、連接等配套技術(shù)在發(fā)展中卻面臨著大量棘手問題。
（1）紡織預(yù)成形體+ 液態(tài)成形技術(shù)問題。
VARTM技術(shù)盡管很有發(fā)展前途，但其重復(fù)性受到限制，主要原因是：
·原材料的可變性。包括增強體和樹脂系統(tǒng)。
·各步工藝過程的自動化。特別是預(yù)成形體的鋪層以及熔滲過程的自動化。
·虛擬設(shè)計工具，主要包括樹脂流動預(yù)測軟件、綜合化的復(fù)合材料有限元軟件包。
干的增強體通常以各種成卷的織物形式供應(yīng)。機織產(chǎn)品由于在織物中會產(chǎn)生皺褶，因此強度會有所降低。而經(jīng)編織物由于其滲透性明顯低于機織物，因而通常又不易進行浸滲。與傳統(tǒng)預(yù)浸料相比，干的增強體使得獨立的絲束/纖維在切割及裝卸過程中非常易于移動，因此有可能造成纖維取向的歪斜或?qū)е箩樋祝瑥亩谏a(chǎn)中造成局部缺陷。目前，織物的鋪疊未實現(xiàn)自動化，因此，操作者的操作精確程度將顯著影響最終預(yù)成形體的精度。在預(yù)成形體的生產(chǎn)過程中將耗費大量的勞動力，因而會增加制造成本。解決的方法是研究自動鋪放機。
普通的RTM件由于模具復(fù)雜、模具變形大、缺少低黏度樹脂，目前僅用于加工一些梁、肋、框等小型構(gòu)件。事實上，目前RTM樹脂所具備的韌性僅達到第一代環(huán)氧的水平。在F-22制造過程中，由于構(gòu)件偏大，控制模具的變形非常困難。為改進RTM件韌性偏低的問題，由Cytec開發(fā)了Priform技術(shù)。最近該公司展出了用新型式的Priform技術(shù)制造的后壓力隔框。標準的Priform用熱塑性增韌劑紡成纖維并與碳纖維編織在一起，新型式的Priform的增韌劑用的則是熱吹的可溶膜，該膜插入碳纖維帶之間，形成一種非編織的織物，薄膜溶解并與環(huán)氧基體交混在一起形成增韌構(gòu)件。
在RTM的各種派生技術(shù)中，在VARTM的各種派生工藝中，可控氣氛壓力樹脂熔滲（CAPRI）和真空輔助成形（VAP）是兩種比較有特點的方法。其中CAPRI法的優(yōu)點是可使纖維體積含量提高5%～10%。VAP 采用在真空袋下放置帶有微孔的掩膜，在熔滲過程中可實現(xiàn)排氣，從而減少氣孔的產(chǎn)生。
（2）非熱壓罐固化技術(shù)問題。
非熱壓罐固化在過去一直頗受爭議。如在787 生產(chǎn)過程中，非美國承包商原提議RFI件采用非熱壓罐固化，但波音公司經(jīng)過驗證，認為韌性不滿足規(guī)范要求，因此還需熱壓罐固化。其中關(guān)鍵的問題是如何界定“熱壓罐質(zhì)量”。目前，越來越多的制造商對于原有的假定產(chǎn)生質(zhì)疑。他們認為，非熱壓罐固化確實會使纖維體積含量減少，但其影響甚小，如在VARTM技術(shù)中，單向帶及織物的纖維體積含量已分別達到60% 和56%，而熱壓罐固化所能達到的相應(yīng)值也僅為62%和58%。因此，相對于熱壓罐法而論，韌性的降低大約處于3%～4%之間。而判定一種產(chǎn)品的可接受性，僅評價性能未免偏激，減重、零件數(shù)、可制造性、加工時間、表面質(zhì)量以及成本因素也應(yīng)綜合考慮，因而，非熱壓罐固化還是前景看好。
較之VARTM和RTM更接近傳統(tǒng)方法的是采用為非熱壓罐固化開發(fā)的專用預(yù)浸料，然后在固化爐中固化。目前，先進復(fù)合材料公司的首個熱壓罐外固化復(fù)合材料MTM44-1已取得空客認可用做結(jié)構(gòu)件。MTM44-1是一種兩步固化（130℃～180℃）高性能韌化環(huán)氧基預(yù)浸帶，經(jīng)低壓真空袋處理后，具有低孔隙率?？芍圃齑笮驼w結(jié)構(gòu)。MTM44-1有兩種預(yù)浸帶形式（帶及織物）。目前正在應(yīng)用并進行合格認證的其他三種預(yù)浸帶有MTM45-1、MTM46 以及MVR444。 123456
（3）模具問題。
先進復(fù)合材料成形用的模具制造是一種精密的技術(shù)，必須尺寸精確、表面光潔度好，能經(jīng)受多循環(huán)的固化。因此，起制造成本高昂，特別是殷伐鋼模具的制造成本有時占結(jié)構(gòu)件制造成本的75%。為此，模具的制造需要不斷創(chuàng)新，主要表現(xiàn)在：
· 鎳合金薄殼模具；
· 采用低壓RTM；
· 在復(fù)合材料模具上采用金屬涂層；
· 碳/ 雙馬材料制的模具；
· 烘箱中固化用的模具；
· 形狀記憶聚合物模具；
· 碳泡沫材料制模具；
· 納米技術(shù)對模具的改性；
· 采用石墨/ 環(huán)氧復(fù)合材料模具。 123456
來源：碳纖維制造與行業(yè)網(wǎng)
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