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热压罐工艺

/autoclave processing/
最后更新 2022-12-23
浏览 163
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利用热压罐内部的高温压缩气体产生压力对复合材料坯料进行加热、加压以完成固化成型的工艺。 

英文名称
autoclave processing
所属学科
航空宇航科学与技术

热压罐工艺广泛应用于先进复合材料结构、三明治夹芯结构及金属或复合材料胶接结构的成型,已成为航空航天领域主承力和次承力结构件成型首选工艺。热压罐工艺中,一般以电热阻丝为加热源,以流体介质(低温条件下一般为空气,高温条件为惰性气体)作为传热载体,以风机类机械作为气体循环的动力,通过气体持续循环流动完成对模具加热或降温过程,降温过程需同时借助循环水系统带走热量。工艺过程是:将复合材料毛坯、三明治夹芯结构或胶接结构用真空袋密封在模具表面,置于热压罐中,在真空(或非真空)状态下,经过升温、加压、保温(中温或者高温)、降温、卸压过程,使其成为所需要的形状和质量状态。

热压罐工艺成型的主要优点是:①罐内成型压力均匀。用压缩空气、惰性气体(N2、CO2)或两者混合气体向热压罐内充气加压,利用流体传压各向同性特点,使作用在真空袋表面各点法线上的压力相同,被包覆于真空袋内的构件在各向均匀压力下固化成型。②罐内温场相对均匀。热压罐内装有大功率风机和导风系统,流体介质持续在罐内高流速循环,传递热量,使罐内温场相对均匀;一般规律为迎风面升温、降温速率较快,背风面升温、降温速率较慢。③适用范围较广。热压罐成型模具属于热压模类,结构相对简单,适合大面积复杂型面的蒙皮、壁板和回转体构件成型。若热压罐尺寸足够大,可一次放置多套成型模具,实现不同尺寸、不同结构的构件共罐成型。④成型工艺稳定可靠。由于热压罐内的压力和温场相对均匀,一般热压罐成型工艺制造的构件孔隙率较低,树脂含量均匀;相比其他成型工艺,构件力学性能稳定、可靠。在航空、航天领域,绝大多数复合材料主承力构件都采用热压罐成型工艺。热压罐工艺成型的主要缺点是:①设备成本较高。由于热压罐系统结构较复杂,属于压力容器,并且需要建立配套真空系统、配套压缩空气系统及配套惰性气体贮存系统,因此较其他成型设备而言,投资成本较高。②使用成本较高。低密度流体介质加压、加热效率相对较低,成型过程中需要耗费大量能源;同时,成型过程需要密封耐高温真空袋,消耗大量价格昂贵的辅助材料,因此使用成本较高。

  • 赵渠森.先进复合材料手册.北京:机械工业出版社,2003.
  • 王永贵,梁宪珠,薛向晨,等.热压罐工艺的传热分析和框架式模具温度场分布.航空制造技术,2008,(22):80-85.
  • 李艳霞,顾轶卓,李敏,等.先进复合材料热压罐工艺成型过程压力监测技术.航空制造技术,2015,(9):82-86.
  • 李树健,湛利华,彭文飞,等.先进复合材料构件热压罐成型工艺研究进展.稀有金属材料与工程,2015,(11):2927-2931.

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