第二十三届中国国际复合材料工业技术展览会

由热压罐和工装系统构成的成型制造外部温度场、压力场及其作用时间,由构件复杂结构及材料相变特性构成的内部热力场等。热压罐成型工艺是航空航天领域用复合材料构件的重要制备方法之一,工艺过程涉及热和压力在多相材料体系间复杂的相互作用,并影响复合材料成型质量。在物理化学作用机理研究基础上,建立数值模拟方法可有效指导工艺、工装的设计与优化,为复合材料研制模式从传统的积木式验证向数字化制造模式转变提供了有力的技术支撑。综述近年树脂基复合材料热压罐成型工艺数值模拟方面的主要研究进展,结合国内外研究现状,对热压罐成型工艺数值模拟的发展趋势及亟需解决的问题提出了几点思考。
热压罐成型工艺
1、 热压罐工艺原理
利用热压罐内部的高温压缩气体产生压力对复合材料坯料进行加温、加压已完成固化成型的方法。
2、 热压罐工艺特点




优
点 罐内压力均匀 因为用压缩空气或惰性气体（N2CO2）或混合气体向热压罐内充气加压，作用在真空袋表面各点法线上的压力相同，使构件在均匀压力下成型、固化
罐内空气温度均匀 加热（或冷却）气体在罐内高速循环，罐内各点气体温度基本一样，在模具结构合理的前提下，可以密封在模具上的构件升降温过程中各点温差不大。一般迎风面及罐头升降温较快，背风面及罐尾升降温较慢
适用范围较广 模具相对比较简单，，适合大面积复杂型面的蒙皮、壁板和壳体的成型，能满足所有聚合物基复合材料的成型工艺要求。
成型工艺稳定可靠 热压罐内的压力和温度均匀，可以成型构件的质量稳定。迄今为止，航空航天领域要求高承载的绝大多数复合材料构件都采用热压罐成型工艺
缺点 投资大，成本高 与其它工艺相比，热压罐系统庞大，结构复杂，将耗费大量价格昂贵的辅助材料，同时成型中要耗费大量能源。
3、 热压罐系统组成
1) 罐体：有内外筒组成，加热、冷却装置在内外筒之间
要求：罐内有效尺寸至少满足大制件需要，高使用温度下罐外表温度不大于60℃。
2) 罐内温度：要求达到罐内各点温差≤5℃升温速率1-8℃/min 可调
罐内温度制度可按树脂体系的固化温度和制件大小确定，一般为两阶段加温、恒温工艺
3) 热压罐的冷却：降温过程对复合材料制造质量也有重要影响
循环水冷却，降温速率0.5-6℃/min 可调
4) 罐内压力：压力可达1.5-2.5MPa误差不大于0.05MPa
设有安全防爆装置
5) 真空系统：为使罐内压力作用到制品上，使制品与模具贴紧，在它们之间形成一定真空度
要求有多个真空管接头以满足成型工艺
6) 控制系统：配有温度、压力、真空度的指示和记录仪表
设置真空渗漏检查装置
多点温度测量(复合材料的传热、反应放热特点)超温、超压报警装置安全自锁装置

影响复合材料构件热压罐固化成型质量的因素
第二十三届中国国际复合材料工业技术展览会