西安拓飞复合材料有限公司
Xi'an Tuo Fei composite material Co., Ltd.
复合型材料（树脂基碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维）生产单位

虽然复合材料结构件已经在逐步取代传统材料，但是复合材料结构件难免会有一些弱项。西安拓飞复合材料有限公司今天就为您详细讲解一下，复合材料构件有哪些存在的问题需要您注意的。

复合材料结构件模具本身也是复合材料结构件制品，使得其制造过程具有一定的复杂性。目前，复合材料结构件模具存在的主要问题如下：

（1）复合材料结构件模具的制造工艺复杂,过程控制要求严格,不同工艺方法甚至不同批次产品质量差异相对较大；

（2）复合材料结构件模具表面密封性较差,特别是当存在制造缺陷（如孔隙率过高）时,极容易出现真空泄漏问题；

（3）复合材料结构件模具的表面硬度较低,易产生机械损伤,胶衣或者镀层易脱落，另外,在起吊、搬运过程中受撞击后容易产生分层、掉渣、变形等问题,影响正常使用；

（4）与一般使用寿命在上千次以上的金属模具相比,复合材料结构件模具的使用寿命相对比较短,一般只有几十次左右，当然,国外也有质量良好的复合材料结构件模具使

用近千次仍未出现问题的实例；

（5）复合材料结构件模具的制造成本比普通金属模具要高出不少。

4复合材料结构件模具制造工艺

复合材料结构件模具一般用预浸料制作，具有高的纤维体积分数，低的热膨胀系数，易加工和极小的毒性等优点。国外已成功将低温固化高温使用的树脂体系制成各种纤维织物增强的预浸料，然后将预浸料铺放于事先制作好的石膏或手糊成型的母模之上。这些母模通常制作价格低廉，在能够保证母模的结构强度及刚度的温度范围内（一般不高于90℃）初步固化成型。然后将复合材料结构件模具从母模脱离，在逐渐升温条件下保持形态进一步固化，直至完全固化。这样制作复合材料结构件模具可降低对母模材料的耐温要求。此工艺制作的复合材料结构件模具气密性好、尺寸精度高、表面质量高、耐用。

另外，HEXCEL公司新近推出了一种可以代替传统模具材料的高性能复合材料结构件模具HEXTool。这种模具材料和该公司的另一种材料HEXMC相似，是一种由短切单向碳纤维/环氧预浸带构成的模压成型毡。制作模具时，先将该种预浸料铺放在具有所需形状和尺寸的母模上，然后置于热压罐中固化得到一个模具的毛坯，该预浸料固化后可通过机械加工满足模具所需尺寸和表面精度要求，并且通过抛光处理达到模具所需的表面要求。这种方式制作的复合材料结构件模具相对于金属模具具有更轻的质量、更快的加热和冷却速率，可像金属一样进行机器加工，加工性能好，热膨胀系数和碳纤维/环氧复合材料结构件匹配，气密性好，易修补。另外，该类高性能MBI树脂具有极高的耐热性，使用寿命更长（200℃工作条件下可使用5000h）。据悉，这种材料已用于未来空中客车A350XWB的复合材料结构件机身面板模具，美国某公司也经选用该种材料和工艺为波音787的一个项目制作模具。

4复合材料结构件模具制造工艺

复合材料结构件模具一般用预浸料制作，具有高的纤维体积分数，低的热膨胀系数，易加工和极小的毒性等优点。国外已成功将低温固化高温使用的树脂体系制成各种纤维织物增强的预浸料，然后将预浸料铺放于事先制作好的石膏或手糊成型的母模之上。这些母模通常制作价格低廉，在能够保证母模的结构强度及刚度的温度范围内（一般不高于90℃）初步固化成型。然后将复合材料结构件模具从母模脱离，在逐渐升温条件下保持形态进一步固化，直至完全固化。这样制作复合材料结构件模具可降低对母模材料的耐温要求。此工艺制作的复合材料结构件模具气密性好、尺寸精度高、表面质量高、耐用。

另外，HEXCEL公司新近推出了一种可以代替传统模具材料的高性能复合材料结构件模具HEXTool。这种模具材料和该公司的另一种材料HEXMC相似，是一种由短切单向碳纤维/环氧预浸带构成的模压成型毡。制作模具时，先将该种预浸料铺放在具有所需形状和尺寸的母模上，然后置于热压罐中固化得到一个模具的毛坯，该预浸料固化后可通过机械加工满足模具所需尺寸和表面精度要求，并且通过抛光处理达到模具所需的表面要求。这种方式制作的复合材料结构件模具相对于金属模具具有更轻的质量、更快的加热和冷却速率，可像金属一样进行机器加工，加工性能好，热膨胀系数和碳纤维/环氧复合材料结构件匹配，气密性好，易修补。另外，该类高性能MBI树脂具有极高的耐热性，使用寿命更长（200℃工作条件下可使用5000h）。据悉，这种材料已用于未来空中客车A350XWB的复合材料结构件机身面板模具，美国某公司也经选用该种材料和工艺为波音787的一个项目制作模具。

5复合材料结构件模具发展动向

复合材料结构件模具技术的发展是以提高其使用寿命、降低制造成本为总目标。目前，各家复合材料结构件模具材料制造公司都为实现这个总目标而从母模材料、模具预浸料以及模具设计与制造工艺等方面投入相当的资金和人力，积极开展研究与开发。

新材料研究

新材料的出现能够简化复合材料结构件模具制造工艺,降低成本,提高模具质量。在这方面英国先进复合材料结构件公司（ACG）开展了大量研究工作,该公司开发的一种商品名为zpreg的预浸料,是一种通过条形浸渍工艺制成的新型织物预浸料。这种预浸料不但保留织物原有的良好铺贴性能,而且提高了铺贴过程的排气效果。采用这种预浸料制成的复合材料结构件模具表面光洁、孔隙率低、密封性好。此外,这种预浸料的铺贴性能优异,比常规预浸料节约1/2以上的铺贴时间,且无需进行真空排除气泡和预压实等操作。目前,zpreg预浸料已大量用于制造复合材料结构件制品及其成型模具,取到了良好的效果。采用碳毡制作复合材料结构件模具也是一种可行的途径。与传统复合材料结构件相比,易于实现模具表面尺寸的变化与过渡,因而更适于制造各种形状复杂的模具。同时由于便于机械加工和修补,也适合制造批量化产品的复合材料结构件模具。

英国Amber公司、ACG公司、美国Cytec公司、瑞士Gurit公司均开发了专门用于制造复合材料结构件模具的中、低温固化高温使用的预浸料。有的材料在60~80℃甚至更低温度下固化,脱模后经高温后处理,可在180~240℃的环境温度下连续使用且保持较高稳定性。

美国Comtool Tech公司用SiO2为基体研制C/SiO2模具预浸料,其使用温度甚至可达1150℃。

提高使用寿命

提高模具的使用寿命,主要是提高模具工作面的硬度和强度以提高其抗损伤能力,降低孔隙率以消除真空泄漏现象,常见的方法是涂覆胶衣或者金属膜层。

ACG公司开发了一种超高硬度的胶衣层材料,并涂覆在复合材料结构件模具表面,这将大大提高复合材料结构件模具表面抗摩擦和冲击损伤的能力。

复合材料结构件孔隙包括夹层孔隙、乏树脂孔隙、未浸润孔隙和小分子气化孔隙等,其中树脂内部小分子气化和工艺组合过程带入的空气是孔隙形成的主要原因,往往很难杜绝。根据实际经验,在模具工作面的坯料叠层内嵌入气密性较好的弹性薄膜,并在模具连接部位填充真空密封胶带,可以彻底解决真空泄漏问题。

降低制造成本

母模材料有木材、石膏、玻璃纤维复合材料结构件、高密度硬质聚胺酯泡沫塑料和环氧树脂泡沫塑料等。为降低母模的制造成本并缩短生产周期,国外正在研发性能更好，更容易加工，而价格又更低廉的新型母模材料。同时,更新母模设计概念,使其制造成本进一步降低。

提高型面精度

为了进一步提高复合材料结构件模具的尺寸准确性和形位精确度,一方面需要从设计、材料和成型工艺等环节进行研究,进一步提高模具的制造质量;另一方面,需要研究复合材料结构件模具工作表面进行后加工的可能性,即模具固化成型后,再对其成型表面进行精密或超精加工,以满足高精度产品的固化成型需要。

结束语

复合材料结构件模具已逐渐形成产业,并处在高速发展阶段。复合材料结构件模具的应用使得生产复合材料结构件构件的工艺得到优化，生产周期随之缩短，产品质量得到提升，复合材料结构件生产步入了更快的发展阶段。未来，复合材料结构件模具将代替更多金属模具，并将更广泛应地用于航空航天领域。

以上，就是西安拓飞复合材料有限公司为您带来的全部问题了，希望能为您选购西安复合材料结构件带来一点帮助。