● 摘要
随着复合材料在飞机结构件中的大量应用，为高效利用自动铺层技术并提高成型质量，热隔膜成型工艺开始与自动化铺层工艺相结合，即先利用自动铺带技术，将预浸料铺叠成平板，然后利用热隔膜成型技术，将平板成型为具有曲面结构的预制件，最后将预制件固化得到产品。热隔膜成型工艺已在波音777长桁、V22长桁和A400M机翼前梁等大型构件中得到成功应用，是一种重要的低成本制造技术。本文采用自行搭建的热隔膜成型工艺实验装置，制备了C型碳纤维/环氧复合材料预制件，考察了成型温度、成型速率、隔膜类型和铺层方式对预制件成型质量的影响，并依据热隔膜成型工艺条件，测试了预浸料层间摩擦和压缩密实行为，掌握了预制件质量和预浸料特性的关联规律。最后分别采用热压罐阴、阳模成型工艺，固化了C型预制件，并对最终制件的成型质量进行分析。结果表明：对于热隔膜成型工艺制备的C型预制件，预制件拐角厚度均小于突缘和腹板厚度。成型温度、真空增加速率、铺层方式和隔膜类型对预制件的质量有重要影响：成型温度较低和成型速率较高时拐角处更容易出现纤维褶皱；相同成型温度下，单向层板[90]8的表面质量好于正交层板[+45/-45]8；单隔膜成型预制件的孔隙率高于双隔膜成型预制件。预浸料的层间摩擦阻力可作为热隔膜工艺参数优化的重要依据：工艺因素和铺层方式对预浸料摩擦滑移特性影响较大，高温、高速率和低温、低速率的工艺条件有相似的层间摩擦行为，且具有较小的层间摩擦阻力，有利于减少制件褶皱，提高预制件质量。热压罐阴、阳模固化均可改善热隔膜预制件的质量，减少表面褶皱，消除内部孔隙，同时要保证纤维褶皱缺陷的消除，控制热隔膜工艺制备的预制件的成型质量十分重要。