先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件成型模具和工裝技術(shù)

    （8）模具加熱系統(tǒng)。

    模具加熱系統(tǒng)主要分為：熱氣外部加熱，通常采用熱壓罐（圖5）或水壓罐加熱；模具本身或與模具緊密接觸臺(tái)板的電加熱；電加熱毯局部加熱；模具或臺(tái)板內(nèi)部的流體加熱，通常采用蒸汽或熱油；高速噴射氣流加熱系統(tǒng)；微波加熱和感應(yīng)加熱系統(tǒng)，主要用于小零件，對(duì)于較厚的層合板，可使其從內(nèi)到外發(fā)生固化。

    固化容器系統(tǒng)主要有熱壓罐、水壓罐、壓容器、烘箱和熱分流罐。其中熱壓罐是一種普遍使用的通用系統(tǒng)，壓力可達(dá)3.0MPa，具有成本高、固化周期長(zhǎng)的特點(diǎn)。水壓罐壓力更高，可達(dá)80MPa，具有成本低的優(yōu)點(diǎn)。烘箱是一個(gè)加熱容器，用于低壓或真空壓力下復(fù)合材料構(gòu)件的固化，通過使用橡膠等高膨脹的模具材料，或者在模具中使用高壓氣體以提高其壓力，其突出優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行成本較低。熱分流罐是利用獨(dú)特的壓力容器提供成型的壓力和熱量，其中介質(zhì)的膨脹和收縮是通過蒸汽和冷水流經(jīng)埋在介質(zhì)內(nèi)的管線來實(shí)現(xiàn)。

    模具和工裝材料

    對(duì)具有較大曲度的復(fù)雜構(gòu)件，當(dāng)模具與復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)出現(xiàn)嚴(yán)重失配時(shí)，會(huì)使復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和尺寸精度嚴(yán)重降低。在大型復(fù)合材料模具選材中，應(yīng)考慮的主要因素是模具和制件之間熱膨脹的一致性。常用的模具材料有：鋁或鋼、整體石墨、陶瓷、硅橡膠、電鑄鎳、殷鋼、銅合金、Avamid-N、復(fù)合材料膜塑模具等。

    殷鋼是Invariable Alloy的簡(jiǎn)稱，是鐵與鎳等稀有金屬制成的含有33%左右鎳的一種合金，主要的特征是在加熱時(shí)膨脹系數(shù)很小，僅為2.20×10-6(/℃)，遠(yuǎn)低于已知的任何一種金屬的膨脹系數(shù)，只相當(dāng)于碳鋼膨脹系數(shù)的1/6，且經(jīng)適當(dāng)?shù)幕鼗?、壓延和旋展后，可均勻地保持近零的膨脹系?shù)。它從根本上克服了碳鋼受熱易變形的弱點(diǎn)。殷鋼主要有殷鋼36（含36%的鎳）和殷鋼42（含42%的鎳），是一種低碳奧氏體合金鋼，其熱膨脹系數(shù)與復(fù)合材料相匹配。圖6為殷鋼模具的一個(gè)范例。
 

    易溶模具是指采用在某種溶劑中易于溶解的材料運(yùn)用澆鑄法或模壓法制成空心或?qū)嵭牡哪＞?。?fù)合材料構(gòu)件依賴這種模具成型后，從開口處通入合適溫度的溶劑，使模具材料溶解進(jìn)而從構(gòu)件中流出。低溶鹽和石膏是常用的芯模材料。另外，水溶性型芯材料也可由粘結(jié)劑和陶瓷填料組成，粘結(jié)劑為有機(jī)高分子材料，具有脫水固化、遇水溶解的可逆特性；陶瓷填料由氧化鋁和高嶺土組成，陶瓷料漿的固相體積分?jǐn)?shù)使粘結(jié)劑具有良好的水溶性和高的熱分解溫度[7]。圖7為易容模芯的使用原理。