近年來,熱壓罐成型方法被視為“高成本”的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)制造方法,而被排除于“低成本方法”概念體系之外。其實(shí),熱壓罐成型方法在工程應(yīng)用上無論在成熟度還是在規(guī)模化方面仍是當(dāng)今航天領(lǐng)域復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的主要成型方法,這是由它的特點(diǎn)決定的:
(1)罐內(nèi)壓力和溫度均勻。在它們共同作用下,可滿足復(fù)合材料高纖維含量的要求,其復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性能和較穩(wěn)定的物理性能,例如復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的孔隙率低,樹脂含量均勻。
(2)熱壓罐成型方法適用范圍廣。例如層壓結(jié)構(gòu)、夾芯結(jié)構(gòu)、膠接結(jié)構(gòu)和縫紉結(jié)構(gòu)。模具相對比較簡單,效率高,尤其適用于大型的具有高性能要求的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的成型。
為了滿足飛機(jī)樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),國內(nèi)航空主機(jī)制造企業(yè)已有熱壓罐30余臺,其中1/3是從國外進(jìn)口的,生產(chǎn)面積達(dá)20萬平米,大多數(shù)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)和廠房條件可滿足民機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的要求。以此成型方法為基礎(chǔ),在材料改性、工藝參數(shù)優(yōu)化、厚度尺寸和變形控制、模具設(shè)計(jì)及制造,無損檢測、損傷修復(fù)等方面進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究,其成果在工程化中得到驗(yàn)證,并且形成了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。近年來飛機(jī)對復(fù)合材料的性能要求更為苛刻,為了提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)效率和保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的一致性,各主機(jī)制造企業(yè)先后購置復(fù)合材料專用設(shè)計(jì)/制造軟件(如Fibersim軟件)和與之相配套的預(yù)浸料自動下料機(jī)、激光投影儀、自動C掃描無損檢測設(shè)備以及五坐標(biāo)數(shù)控鉆銑設(shè)備。有的航空企業(yè)還購置了或正在購置自動鋪帶機(jī)、超聲波蜂窩銑床以及帶柔性夾具的數(shù)控加工設(shè)備。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/制造完整的數(shù)字化生產(chǎn)線正在被打通,年產(chǎn)85t以上復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)能力已經(jīng)形成。
至于熱壓罐成型方法如何降低成本,國內(nèi)也做了不少的研究工作,例如,預(yù)浸料“零吸膠”的實(shí)現(xiàn),輔助材料的國產(chǎn)化,共固化模具結(jié)構(gòu)熱效率的提高和組裝形式的優(yōu)化,結(jié)構(gòu)件進(jìn)罐的合理組合以及隨爐件測試項(xiàng)目的合理化等方面都有效地促進(jìn)了制造成本的降低。以某飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件為例,每生產(chǎn)1kg復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件,可以節(jié)約制造成本1200多元。若在制造大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件中預(yù)浸料鋪覆改為采用自動鋪疊,生產(chǎn)效率會明顯提高,制造成本將繼續(xù)下降。因此,將其視為“高成本”的制造方法是不準(zhǔn)確的,該成型方法經(jīng)過了30多年的技術(shù)發(fā)展,其完整性及成熟度無疑對大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的應(yīng)用進(jìn)入快行道具有重要的意義。