2、隔膜成型设备

    目前国外供给热隔膜成型的设备已经比较多，这些设备除具一般热压机的特点外，还具备抽真空装置。另外由于热隔膜成型件的尺寸往往较大，所以一般的热压机往往难以符合要求。A400M机翼大梁用的热压机，长度20多m，就是美国Aeroform Ltd 公司专门为它设计制造的。

    美国康泰公司是供应热成型机的一家比较大的公司，其设备（见图2、图3）已提供给全球70多个国家地区，最早是在20世纪80年代为英国BAE公司鹞式战斗机生产提供，此后为SAAB公司的Gripen战斗机，后来又为直升机和鹞式维修工厂和欧洲战斗机项目，以及波音787提供了类似设备。

图2 美国康泰公司热隔膜成型机

图3 加热库内部

    SSF（Space Station Freedom）的一些热隔膜成型件由波音公司生产，它有专用的成型设备，该成型设备用铝质骨架构成，其内有3个三相480V的红外线加热器，数字控制。有抽真空管路，工作平台也是铝制的，在工作台上做完准备工作后将其推入设备开始工作。

    热隔膜成型技术应用

    热隔模成型已成功地应用于波音777长桁和V22长桁的生产。A400M的机翼前梁用了此工艺方法生产，并被权威部门认为是生产“C”型梁的最理想方法。

    1、A400M机翼前梁的热隔膜成型

    该大梁在英国GKN生产，被称为第一个用热隔膜成型的最大最关键部件。

    GKN为此投入了140万英磅向西班牙订购了一台11轴、20m长的高速铺带机，使工时比原来手工铺层提高50倍，成本降低30%，不仅提高了质量、紧密度，还减少了无损检测时间。首先在该机上将CYTEC公司提供的预浸料铺成平的层压件，然后将该层压件移至Aeroform公司提供的热隔膜成型机上，置于两层由Dupot Electronic Technologies公司提供的Kapton Polyimide Film(一种聚酰亚胺薄膜)隔膜之间，隔膜中间抽真空，从上面开始缓慢加温（红外线加温）1h，直到温度全部达到60℃，然后再抽真空，将隔膜紧紧夹住层压件均匀压到模具上，约20min结束，保证C型梁的内型正确。最后取下预成型件，撕去隔膜（隔膜报废），将预成型件转移到固化工装上，装夹好，送入热压罐固化。

    2、长桁型件的热隔膜成型

    Accudyue公司生产专门的桁条铺带机，可成型30cm宽、11m长的层压件，铺层速度100英尺/min（30.48m/min），边缘平齐度0.018英寸(0.457mm),切割精度0.030英寸(0.762mm),有塔式装卸装置，可自动更换材料。

    波音777和V22的长桁铺层后用热隔膜成型，克服了用老办法成型时的表面皱褶及其他缺陷。其中V22用的是正向法，而波音777采用的是反向成型法，即将材料置于模具下部，隔膜又置于材料下部，抽真空后通过隔膜向上将材料包向模具，补加工或需添补之处在进入热压罐前在夹具上解决。

    正向法和反向法各有优劣，一般认为正向法在加热开始时不能有效地控制材料的受热变形，尤其对双曲面产品更是如此。反向法由于材料放在隔膜上，受热情况较好，但模具要支起来（因为隔膜和材料要放在它的下部），对重量大的模具实施起来有困难。

    SSF的滑轨用的和V22一样正向成型法。其中有C型长桁还有角型件和W型件，前两者一次即可成型，后者分2次成型。

    图4表示热电偶的安装位置。从上到下依次为层压件、热电偶和成型模。

图4 热电偶安装位置

 

    图5表示C型件成型前的预成型件安装，其最上层为起隔膜作用的密封橡胶胶囊，由Mosites Rubber Company提供的Mosite 1453D硅橡胶板制成（真空密封），第二层是一层TFP脱模布，第三层是协助加强隔膜成型作用的2层氟化乙烯丙烯塑料(Fluorinated ethylene propylene，FEP)，下面是预浸料层压件，最下面是模具。

图5 C型件成型前的预成型件安装

    预安装在平台上进行，安装后推入设备。其操作要点是：

    （1）工装清理后要涂上脱模剂；
    （2）热电偶放9个，须安置于产品非工作部分；
    （3）层压件用尼龙销定位；
    （4）修TFP使其比零件周边大0.2～0.5英寸（5.08～12.7mm）；
    （5） 温度设置在120～140°F（49～60℃）,并检查好监控系统；
    （6）当热电偶指示115～140°F（46～60℃）时开始抽真空；
    （7）整体系统的全部温度达到规范要求后继续加热不能超过5min，温度不能超过150oF（66℃）；
    （8）冷却至95oF（53℃）以下断掉真空。

    图6是另外2种成型件，黑色的是材料，白色的是模具。（a）图是一种角材，用1套模具成型，(b)图是一种“W”型加强件，用2套模具成型，第一套模具将其压成“V”型件，第二套模具再将其压成“W”型（反向）。  

图6 成型件的另两种形式

 

    从以上几种产品的成型方法来看，具体的成型方法各有千秋，但成型的基本原理和程序不变，因此可以根据各自的产品要求和自身条件适当地灵活运用。

    结束语

    随着复合材料在飞机结构中的应用不断扩大，复杂件愈来愈多，强度和表面质量要求不断提高，热隔膜成型的应用也将不断扩大。

    热隔膜成型是一项新的复合材料构件成型工艺，在国外已经比较成熟地得到应用，但在国内此项工艺尚处于开发试验阶段。虽然热隔膜成型的一些构件用RTM,RFI甚至手工铺设也能制造，但强度和表面粗糙度水平都很难达到理想状态。尤其是A400M机翼大梁用热隔膜成型以后，热隔膜成型技术的应用更引起了广泛关注。随着我国飞行器设计制造中复合材料构件的使用率不断增加，大量的原金属压延件、引深件、梁型件、长桁和发动机舱前缘件都将大量采用复合材料结构，加速热隔膜工艺的研究应进一步引起关注。