傳統(tǒng)的CFRP（碳纖維復(fù)合材料）部件通常使用熱壓罐（高溫高壓爐）或?qū)㈩A(yù)浸料（片狀中間材料）放置在預(yù)定形狀的模具中，通過加熱空氣來進(jìn)行固化成型。但由于空氣介質(zhì)導(dǎo)熱很慢，而且如果模具本身的比熱容較大，便會(huì)吸收大量的熱量，導(dǎo)致部件本身升溫的時(shí)間很長(zhǎng)，成型速度很慢，所以傳統(tǒng)工藝的這些缺點(diǎn)亟待人們解決。

 

        除此之外，特別是對(duì)于一些尺寸較大、厚度可觀，或者幾何形狀較為復(fù)雜的部件，會(huì)面臨尺寸精度較差等問題。這是由于部件中溫度的分布難以控制，就會(huì)產(chǎn)生殘留應(yīng)力分布不均的問題，導(dǎo)致成型后的部件極容易變形。為了避免這種情況的發(fā)生，在部件的最終組裝過程中，通常需要大量的人力、物力和時(shí)間來手動(dòng)加入一些填充材料——稱為墊片，這些額外的工序無疑又進(jìn)一步拉長(zhǎng)了整個(gè)生產(chǎn)周期。

 

        為解決上述問題，日本東麗公司在模具表面安裝 了既定數(shù)量的加熱器，（將模具表面分割成若干加熱區(qū)），每個(gè)加熱器都是單獨(dú)控制的，并在真空條件下進(jìn)行接觸加熱。該技術(shù)可以針對(duì)部件的不同位置施以最合適的溫度，使其內(nèi)部的殘余應(yīng)力實(shí)現(xiàn)均勻分布，所以部件可以最大程度的接近預(yù)先設(shè)計(jì)的尺寸和形狀，解決了之前存在的一系列問題，減少了組裝過程所需的人力、物力和時(shí)間。

 

        為了精準(zhǔn)地控制這一加熱系統(tǒng)，東麗公司與愛媛大學(xué)（日本愛媛縣松山市）和東京理工大學(xué)（日本東京）聯(lián)合開展了一項(xiàng)研究項(xiàng)目，即通過模擬軟件來預(yù)測(cè)部件形變并對(duì)其加熱溫度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。東麗公司利用該程序，可以有效地減少零件的制造時(shí)間和尺寸誤差。東麗公司安裝了原型制造設(shè)備，目前正在進(jìn)行示范試驗(yàn)。

 

        如果使用傳統(tǒng)的熱壓罐工藝，大約需要9個(gè)小時(shí)才能制造出飛機(jī)上大型的CFRP零件。但若是依照此次東麗開發(fā)的新成型工藝，則可以將生產(chǎn)周期縮短到4個(gè)小時(shí)。另外，新的工藝可以節(jié)省50%的能耗（因?yàn)椴扇≌婵罩苯咏佑|加熱的方式，免除了加熱/加壓的媒介）；東麗公司的新技術(shù)還可以提高尺寸精度，減少填料的用量，縮短組裝耗費(fèi)的工時(shí)，節(jié)省了人力、物力。

 

        這篇文章是基于跨部門戰(zhàn)略創(chuàng)新促進(jìn)計(jì)劃（SIP）為“創(chuàng)新結(jié)構(gòu)材料”（由日本科學(xué)技術(shù)局管理）所取得的成果。該計(jì)劃由科學(xué)、技術(shù)和創(chuàng)新理事會(huì)（CSTI）牽頭。