摘要：本文全面分析了碳纖維/雙馬樹脂層疊法制造的復合材料制件在制造全過程中每一個環(huán)節(jié)可能引起分層的原因，并找出對應的控制措施。
　　關鍵詞：層疊法 復合材料 分層 控制
　　中圖分類號：TB33 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　1 前言
　　目前先進的復合材料技術大量運用在武器裝備的制造中。軍代表在日常的質(zhì)量監(jiān)督和不合格品處理中發(fā)現(xiàn)層疊法制造的復合材料制件缺陷比較多。我們對QY8911/T300層疊法制造的近20000件復合材料制件的無損檢測數(shù)據(jù)，進行了統(tǒng)計分析，結果發(fā)現(xiàn)：分層、孔隙、氣孔、脫粘、富脂、貧膠是工程中最為常見的制造缺陷類型。據(jù)資料顯示，分層缺陷占了復合材料制件缺陷的近60％。在所有的缺陷中，最危險的內(nèi)部缺陷也許是分層，由一層層預浸料疊合而成的復合材料在不采用縫紉一類措施時，分層所引起的破壞是難免的[1]。顯然，分層會影響結構的承載能力，嚴重時會導致結構的失效。而引起分層的因素較多，幾乎每道工序環(huán)節(jié)都會影響最終產(chǎn)品的性能，已固化的熱固性樹脂復合材料，一旦質(zhì)量有問題，幾乎無法挽救。
　　為了避免這種損失，提高復合材料制件的質(zhì)量水平。本文對QY8911/T300濕法預浸料層疊法制造的復合材料制件從原材料到固化的整個制作過程的每一個環(huán)節(jié)進行分析，旨在找出引起分層的原因，并制訂出相應的控制措施，以降低復合材料制件的故障率。
　?。? 分層原因分析
　　2.1 樹脂原材料的工藝性
　　為使固化后的復合材料制件具有良好的性能，首先應合理確定固化的溫度、壓力、時間等工藝參數(shù)，而這些參數(shù)主要取決于所選用的樹脂體系。
　　預浸料樹脂加壓時機不是固定的某一刻時間，而是一個時間段――加壓帶，在加壓帶內(nèi)加壓都可以滿足固化工藝的要求。較寬的加壓帶意味著在一定溫度范圍內(nèi)可以停留較長時間，使零件的每一幾何點都能平衡達到該溫度，這樣顯然更有利于零件的固化質(zhì)量。
　　圖2是QY8911/T300預浸料在(18～20)℃密封狀態(tài)下存放(1～4)周后于140℃時的凝膠時間圖，從圖中可以看出隨存放期的增加，凝膠時間縮短。存放兩周后樹脂凝膠時間仍有12min，但存放四周后就縮短至6min。
　　
　　
　　在實際生產(chǎn)中，樹脂入廠期一般為兩周，再經(jīng)過毛坯鋪疊及進熱壓罐前的準備后，樹脂的凝膠時間會有不同程度的縮短，相應地加壓帶將變窄。如果零件在固化時已超過了最晚加壓時機，則加壓時樹脂的流動性已變得較差，所施加的壓力無法使基體樹脂均勻分布，層壓板的層與層之間無法完全貼合，層間結合薄弱，會造成大面積分層或者呈疏松狀態(tài)，嚴重影響零件的內(nèi)部質(zhì)量。
　　所以，應盡量在樹脂加壓帶較寬時進行生產(chǎn)。
　　2.2 加壓點的控制
　　 加壓時機是熱壓罐成型工藝的重要參數(shù)。加壓過早，復合材料毛坯中的樹脂流失造成貧膠；加壓過晚，樹脂凝膠過深，樹脂流動性太差，所施加的壓力無法壓實毛坯，疊層塊的層和層之間無法完全貼合，造成大面積分層，甚至呈疏松狀態(tài)。無論加壓過早或過遲，都嚴重影響制件的內(nèi)部質(zhì)量。因此，選擇合適的加壓時機對減少零件的分層缺陷是十分重要的。
　　2.3 工裝的熱分布和熱電偶的安放位置
　　 由于零件在熱壓罐內(nèi)的升溫熱量主要來源于工裝和罐溫，而罐溫的均勻性是經(jīng)過驗證的，所以工裝在熱壓罐內(nèi)安放位置會直接影響零件預吸膠和固化過程中的升溫速率。在工裝正式投入生產(chǎn)前必須先行測試其在熱壓罐內(nèi)的熱分布的均勻性，理論上，工裝熱容量較大的部位應正對熱壓罐的罐門，以加快其升溫速率，提高零件的升溫均勻性。雖然樹脂黏度隨著溫度的升高不斷降低，但同時由于部份小分子鏈段產(chǎn)生交聯(lián)反應所需要的熱量較小，將提前發(fā)生交聯(lián)反應，黏度不斷增加。因此到達加壓溫度時，由于樹脂凝膠過深，流動性太差，所施加的壓力無法使基體樹脂均勻分布，層壓板的層與層之間無法完全貼合，層間結合薄弱，會造成升溫速率過慢的部位分層或者呈疏松狀態(tài)，嚴重影響零件的內(nèi)部質(zhì)量。
　　2.4 軟模
　　2.4.1軟模硬度
　　我們選取某型機的某個零件，在其固化之后，測量零件所用固化軟模的硬度，發(fā)現(xiàn)無缺陷零件所用軟模的硬度略高于有分層零件所用的軟模硬度。
　　2.4.2軟模安放位置
　　軟模的安放應完全貼合零件，否則同樣不能有效傳遞壓力。
　　2.5 鋪層操作
　　在零件毛坯的鋪疊過程中，每鋪疊一層都要輔助使用電吹風或電熨斗將預浸料展開壓平，盡量除去層間的空氣。對于厚度較大的零件，在鋪疊過程中還應該根據(jù)零件形狀和厚度等因素，適當安排不同次數(shù)的抽真空處理，目的也是排出鋪疊過程中裹入的空氣及預浸料中的揮發(fā)份。否則若鋪層間殘留的空氣和其它小分子物較多，在零件固化之后就容易形成分層或疏松缺陷。
　?。? 結論
　　綜上所述，通過以下途徑可以降低復合材料的分層故障率：
　　3.1應盡量減少膠液原材料的貯存和預浸料的常溫存放時間。
　　3.2選擇合適的加壓點。
　　3.3鋪疊及準備時間應盡量短；鋪疊過程中盡量不用溫度很高的電吹風和電熨斗；預吸膠溫度不能過高，時間不能太長。
　　3.4提高工裝的熱均勻性，且將熱電偶安放在模具與毛坯之間。
　　3.5適當提高軟模的硬度，并確保軟模的安放貼合零件。
　　參考文獻
　　[1]航空航天工業(yè)部科學技術研究院編.《復合材料設計手冊》，航空工業(yè)出版社，1990年出版：39。