董化宇

（質(zhì)量審核及管理體系認(rèn)證中心，北京 100028）

復(fù)合材料就是采用兩種以上異質(zhì)、異形、異性的材料通過復(fù)合的途徑形成一種新材料。這樣可以借助各組成材料特性的互補(bǔ)作用使復(fù)合材料具有出色的綜合性能。

復(fù)合材料可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。目前，結(jié)構(gòu)復(fù)合材料占絕大多數(shù)。在結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中主要含有增強(qiáng)體與基體兩部分。增強(qiáng)體承擔(dān)結(jié)構(gòu)使用中的各種載荷，而基體則起到粘接增強(qiáng)體的輔助作用。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料種類有聚合物基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、碳基復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料等。

聚合物基復(fù)合材料是指聚合物作為連續(xù)相和增強(qiáng)材料共同構(gòu)成的一類復(fù)合材料。在所有類型的復(fù)合材料中，聚合物基復(fù)合材料的用量最大，占復(fù)合材料總用量的90%以上。按照基體的特性，聚合物基復(fù)合材料可分為熱固性樹脂基復(fù)合材料和熱塑性基復(fù)合材料兩大類。按增強(qiáng)材料的種類又可分為纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料等類別。在聚合物基復(fù)合材料中，纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料的地位最為重要，籠統(tǒng)地說到聚合物基復(fù)合材料時(shí)通常是指這類復(fù)合材料。

與傳統(tǒng)的金屬和無機(jī)非金屬材料相比，纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度和比模量高、各向異性和可設(shè)計(jì)性好、抗疲勞性良好、尺寸穩(wěn)定、成型工藝性好、耐化學(xué)腐蝕、電性能好、減振性好、熱導(dǎo)率低等優(yōu)點(diǎn)。

由于纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料的一系列優(yōu)點(diǎn)，它已在航空航天、能源工程、生物工程、海洋工程、電子電氣、交通運(yùn)輸、建筑、體育休閑等方面得到了廣泛應(yīng)用。

在航空領(lǐng)域，近年來，纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料在飛機(jī)上所占比例越來越大。目前主要用來制造飛機(jī)的雷達(dá)罩、機(jī)身、機(jī)翼等重要的航空制件。

1 纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料的特點(diǎn)和成型要求

纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料制件的成型與傳統(tǒng)金屬制件的制造有很大不同，具體特點(diǎn)有如下幾個(gè)方面。

1.1 材料成型和制件成型是同時(shí)完成的，復(fù)合材料的生產(chǎn)過程也就是復(fù)合材料制件的制造過程。

1.2 在復(fù)合過程中，增強(qiáng)體與基體相粘接并固定于基體中，其物理、化學(xué)性質(zhì)及形態(tài)通常不變化，但基體材料在復(fù)合材料的成型過程中要經(jīng)歷從狀態(tài)到性能的變化。

1.3 在增強(qiáng)體材料和基體間存在界面，界面結(jié)合情況對復(fù)合材料的性能有很大的影響。

由于以上特點(diǎn)，對纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料制件成型工藝技術(shù)有以下要求：

能提供基體材料從原料狀態(tài)到最終狀態(tài)轉(zhuǎn)化的合適條件，并實(shí)現(xiàn)與增強(qiáng)體的界面結(jié)合，不產(chǎn)生氣泡，或能將所產(chǎn)生的氣泡順利排出，不致形成復(fù)合材料空隙。

增強(qiáng)體表面應(yīng)能實(shí)現(xiàn)與基體的界面結(jié)合，并能按預(yù)定方向和層次排列，均勻分布于基體材料中，形成致密的整體。在工藝過程中對增強(qiáng)體的機(jī)械損傷和濕熱影響要減到最低限度。

為制件提供要求的尺寸、形狀和表面質(zhì)量。

2 纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料航空制件的成型方法

纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料主要由基體和增強(qiáng)體兩部分組成?；w有酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂、聚酰亞胺樹脂等；增強(qiáng)體有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、硼纖維等。

纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料航空制件的主要成型方法有熱壓罐成型、模壓成型、樹脂傳遞（注塑）成型、纏繞成型等。

熱壓罐成型：用真空袋密封復(fù)合材料坯件組合件放入熱壓罐中，在加熱、加壓的條件下進(jìn)行固化成型復(fù)合材料制件的方法。

模壓成型：將預(yù)混料或預(yù)浸料裝入模具中，在一定的溫度、壓力下固化成型復(fù)合材料制件的方法。

樹脂傳遞（注塑）成型：將纖維預(yù)制體預(yù)先裝入模具內(nèi)，再注入呈液態(tài)的樹脂體系，經(jīng)固化成型復(fù)合材料制件的方法。

纏繞成型：在控制張力預(yù)定線型的條件下，浸有樹脂的連續(xù)纖維、織物或預(yù)浸紗帶，以一定方式連續(xù)纏到芯模或模具上成型復(fù)合材料制件的方法。

3 對纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料航空制件成型過程的審核

影響纖維增強(qiáng)熱固性樹脂基復(fù)合材料航空制件（以下簡稱復(fù)合材料航空制件）成型過程質(zhì)量的因素有工作環(huán)境、材料、設(shè)備、儀表、模具、工藝方法、檢驗(yàn)試驗(yàn)、人員等。因此，對復(fù)合材料航空制件成型過程的審核也應(yīng)圍繞著這些因素進(jìn)行。

3.1 工作環(huán)境

復(fù)合材料航空制件成型區(qū)域分特殊工作間和一般工作間兩類。樹脂（膠液）配制、預(yù)浸料制備、預(yù)浸料的剪裁與鋪貼、工藝組合和膠接組裝應(yīng)在特殊工作間進(jìn)行。其它作業(yè)可在一般工作間進(jìn)行。

特殊工作間的環(huán)境要求：溫度（22±4）℃，相對濕度30%～65%，空氣清潔度≥10μm的塵粒不超過10個(gè)/l；室內(nèi)對應(yīng)于室外應(yīng)保持（10～40）Pa的正壓力差；室內(nèi)的照度應(yīng)達(dá)到200～300lx。

一般工作間的環(huán)境要求：溫度（22±4）℃，相對濕度30%～65%，室內(nèi)有良好的通風(fēng)設(shè)施。

審核時(shí)應(yīng)關(guān)注：樹脂（膠液）配制、預(yù)浸料制備、預(yù)浸料的剪裁與鋪貼、工藝組合和膠接組裝是否在特殊工作間進(jìn)行；特殊工作間、一般工作間的環(huán)境是否滿足規(guī)定要求；特殊工作間的入口是否設(shè)有風(fēng)淋室或其它除塵設(shè)施，空氣凈化裝置是否定期檢查、維護(hù)；進(jìn)入特殊工作間的壓縮空氣是否經(jīng)過除油、除水處理；特殊工作間內(nèi)的工作臺、地板、設(shè)備是否每天用吸塵器清潔一次，墻壁、天花板、燈具等是否至少每月清潔一次。

3.2 材料

用于制造復(fù)合材料航空制件的預(yù)浸料、纖維、樹脂、固化劑及其它添加劑等原材料，應(yīng)按相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)貨檢驗(yàn)。檢驗(yàn)合格的原材料按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件貯存。超過貯存期的預(yù)浸料、樹脂、固化劑及其它添加劑，應(yīng)按相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定處理。

預(yù)浸料、纖維、樹脂、固化劑及其它添加劑等原材料應(yīng)通過鑒定合格才能使用。生產(chǎn)廠家或生產(chǎn)地點(diǎn)變動(dòng)以及重大工藝變化后供應(yīng)的原材料，應(yīng)通過驗(yàn)證試驗(yàn)后方可使用。

用于制造復(fù)合材料航空制件的工藝輔助材料，如真空袋膜、隔離膜、吸膠布、導(dǎo)氣膜等，應(yīng)滿足成型工藝的要求。主要的工藝輔助材料應(yīng)進(jìn)行進(jìn)貨檢驗(yàn)。檢驗(yàn)合格的工藝輔助材料按貯存要求入庫貯存。超過貯存期的工藝輔助材料經(jīng)重新進(jìn)行工藝試驗(yàn)合格后可繼續(xù)使用。新研制的工藝輔助材料或改變生產(chǎn)廠家的工藝輔助材料，應(yīng)經(jīng)工藝試驗(yàn)合格后方可使用。

審核時(shí)應(yīng)關(guān)注：原材料/工藝輔助材料是否按規(guī)定進(jìn)行了進(jìn)貨檢驗(yàn)；貯存條件是否符合要求；超期的原材料/工藝輔助材料是否按規(guī)定處理；新的原材料/工藝輔助材料是否經(jīng)過鑒定/試驗(yàn)合格后才使用；生產(chǎn)廠家變動(dòng)后是否重新進(jìn)行鑒定/試驗(yàn)。

3.3 設(shè)備、模具及儀表

復(fù)合材料航空制件成型過程使用熱壓罐、熱壓機(jī)等成型設(shè)備，同時(shí)還使用模具及壓力表、真空表、熱電偶、天平等測量儀表。

熱壓罐罐內(nèi)任意兩點(diǎn)溫度差應(yīng)不大于10℃，空氣升溫和降溫速率應(yīng)在（0.3～5）℃/min范圍內(nèi)可調(diào)，熱壓罐溫度的控制精度應(yīng)達(dá)到±3℃。熱壓罐溫度均勻性應(yīng)每年檢定一次，溫度控制系統(tǒng)應(yīng)每年校驗(yàn)一次。

熱壓機(jī)加熱板有效使用面積內(nèi)任意兩點(diǎn)之間的溫度差應(yīng)不大于10℃，降溫速率應(yīng)在（1～10）℃/min范圍內(nèi)可調(diào)，熱壓機(jī)的上下壓板應(yīng)水平并互相平行，熱壓機(jī)應(yīng)采用熱電偶多點(diǎn)測溫，壓力波動(dòng)值應(yīng)在±10%的范圍內(nèi)。

制件成型模具需通過溫度均勻性檢查，對于熱壓罐成型工藝和樹脂傳遞（注塑）成型工藝所用的模具還需通過氣密性檢查合格后，方可投入試用。在完成首件制件鑒定，所用的模具方可正式投入生產(chǎn)使用。當(dāng)模具有較大修改、制件有較大改動(dòng)、成型工藝有較大變化及關(guān)鍵工藝輔助材料作了更換時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行試模檢查。

審核時(shí)應(yīng)關(guān)注：熱壓罐、熱壓機(jī)的性能是否滿足規(guī)定的要求。熱壓罐的溫度均勻性、控溫精度是否定期檢定或校驗(yàn)；模具試用前應(yīng)進(jìn)行溫度均勻性、氣密性檢查并經(jīng)過首件鑒定后才能正式用于生產(chǎn)。發(fā)生較大變化時(shí)，模具是否重新試模；壓力表、真空表、熱電偶等控制儀表的精度是否滿足工藝要求并定期檢定。

3.4 工藝方法

復(fù)合材料航空制件的成型過程有樹脂配制、模具準(zhǔn)備、剪裁、鋪貼、纖維纏繞（纏繞成型）、樹脂注入（樹脂傳遞（注塑）成型）、工藝組合及封裝（熱壓罐成型）、固化等工序。后續(xù)加工有制件的修邊、切割、制孔、裝配連接等工序。

審核時(shí)應(yīng)關(guān)注以下幾個(gè)方面。

3.4.1 樹脂是否按樹脂配制工藝說明書進(jìn)行；配制樹脂容器是否符合工藝說明書的規(guī)定（不允許使用含蠟的紙質(zhì)容器）；超過使用期的樹脂禁止使用。

3.4.2 是否使用工藝說明書規(guī)定的鋪貼專用模具、成型模具；鋪貼專用模具上的隔離膜或脫模布是否標(biāo)出鋪貼的外形尺寸和鋪層方向角度線；成型模具是否按工藝說明書的規(guī)定準(zhǔn)備，包括涂脫模劑、鋪貼隔離膜等。

3.4.3 從冷藏間取出的預(yù)浸料是否待密封袋內(nèi)溫度達(dá)到室溫后方可啟封取出預(yù)浸料進(jìn)行剪裁；預(yù)浸料剪裁時(shí)，不應(yīng)損傷隔離紙和保護(hù)膜，是否將它們一直保持到鋪貼工序；剪裁使用的工作臺、剪裁樣板、尺子、刀子等是否干凈，不允許有油污或其它雜質(zhì)污染。剪裁時(shí)不宜使用塑料或木材制成的剪裁樣板和尺子。

3.4.4 預(yù)浸料、干織物鋪貼時(shí)，是否逐層鋪貼、逐層檢查、逐層記錄；每層預(yù)浸料上的隔離紙和保護(hù)膜撕下后，是否按順序放置并及時(shí)按鋪層數(shù)清點(diǎn)，防止被帶入鋪層內(nèi)；預(yù)浸料鋪貼過程中，每次壓實(shí)的時(shí)間、溫度和加熱壓實(shí)的次數(shù)是否符合工藝要求；干織物鋪貼時(shí)，是否每鋪一層后用適當(dāng)方法固定，防止其相互滑動(dòng)、錯(cuò)位。

3.4.5 纏繞成型時(shí)，纖維纏繞工藝參數(shù)，如線型、纏繞角、纖維張力、樹脂槽溫度等是否符合工藝要求；纏繞機(jī)纖維張力波動(dòng)值是否在±10%范圍內(nèi)。

3.4.6 在樹脂傳遞（注塑）成型時(shí)，注入樹脂的工藝參數(shù)，如盛樹脂容器和管道的溫度、模具的溫度、模具內(nèi)真空度、注入壓力、注入速度等是否符合工藝要求。

3.4.7 熱壓罐成型時(shí)，使用的工藝輔助材料是否符合工藝說明書的規(guī)定；制件坯料在模具中的位置是否正確；真空密封的真空度是否低于－0.092 MPa；停止抽氣后，10 min真空度下降是否大于0.02 MPa。

3.4.8 固化成型時(shí)，是否在制件邊緣處放置熱電偶；當(dāng)制件的厚度變化比較大時(shí)，在制件的最厚部分和最薄部分是否分別放置熱電偶；固化成型時(shí)，加熱升溫速度、冷卻降溫速度是否在規(guī)定的范圍內(nèi)；在熱壓罐成型或熱壓機(jī)成型時(shí)，是否按工藝要求控制加壓點(diǎn)；固化參數(shù)，如溫度、壓力、時(shí)間、加壓時(shí)機(jī)等是否符合工藝說明書的規(guī)定；纖維纏繞工藝中，纏繞結(jié)束后，在室溫或加熱固化時(shí)，樹脂完全凝膠之前是否使制件繼續(xù)保持旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。制件從模具中取出進(jìn)行后固化時(shí)，后固化的加熱升溫速率、冷卻降溫速率是否符合工藝要求。

3.4.9 制件的修邊、切割是否使用專用切割工具和合理的切削參數(shù)；制件在制孔時(shí)，是否采取措施防止出現(xiàn)分層和開裂。

3.4.10 制件裝配時(shí)，是否在預(yù)裝配確認(rèn)滿足要求后再進(jìn)行裝配連接；機(jī)械連接裝配時(shí)出現(xiàn)的間隙，是否按規(guī)定用墊片墊平；膠接連接裝配時(shí)，是否有工藝要求的膠接間隙，以保證膠層的厚度；膠接固化是否按工藝要求實(shí)施。

3.5 檢驗(yàn)試驗(yàn)

復(fù)合材料航空制件應(yīng)進(jìn)行外觀目視檢查、外形尺寸測量、無損檢測（超聲波檢測、X射線檢測等）、隨爐件性能測試（彎曲強(qiáng)度和模量、層間剪切強(qiáng)度等）。

審核時(shí)應(yīng)關(guān)注以下方面。

3.5.1 是否規(guī)定了外觀目視檢查的內(nèi)容；是否規(guī)定了外形尺寸測量的內(nèi)容、測量設(shè)備及測量方法；外觀目視檢查、外形尺寸測量結(jié)果是否記錄；隨爐件的性能測試是否符合規(guī)定的要求；是否按規(guī)定的方法進(jìn)行性能試驗(yàn)。

3.5.2 是否有超聲波、X射線檢測工藝卡；無損檢測環(huán)境是否符合要求（如溫度、濕度、振動(dòng)、強(qiáng)磁、高頻、灰塵、照度等）；超聲波檢測儀、探頭的性能是否符合規(guī)定要求并定期校準(zhǔn)/檢查；超聲波檢測使用的試塊（標(biāo)準(zhǔn)試塊、對比試塊、參考試塊）是否滿足規(guī)定要求；超聲波檢測時(shí)是否使用規(guī)定的耦合劑；X射線檢測所使用的膠片、增感屏、暗室、膠片處理溶液、像質(zhì)計(jì)等是否滿足規(guī)定的要求；用于X射線檢測的X射線機(jī)、觀片燈、光學(xué)密度計(jì)等的性能是否滿足規(guī)定要求；是否按超聲波、X射線檢測工藝卡的規(guī)定進(jìn)行無損檢測；

3.6 人員

從事復(fù)合材料航空制件成型的操作人員、檢驗(yàn)員則必須經(jīng)過相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，并取得相應(yīng)的資格。

審核時(shí)應(yīng)關(guān)注：操作人員、檢驗(yàn)員是否經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)并持證上崗；在停止復(fù)合材料制件制造操作二年以上、工藝或工藝裝備有重大改變、出現(xiàn)操作事故等情況下，是否重新考核，取得合格證后方可進(jìn)行操作；從事超聲波、X射線檢測等無損檢測人員是否取得相應(yīng)的資格等級證書，資格等級證書是否在有效期內(nèi)，是否從事與其資格等級證書相適應(yīng)的無損檢測工作。

另外，復(fù)合材料成型過程是需要確認(rèn)的特殊過程，對過程參數(shù)、方法、工藝材料、工作環(huán)境、設(shè)備、人員等應(yīng)進(jìn)行確認(rèn)（鑒定），以證明能制造出符合要求的復(fù)合材料航空制件。因此，在對復(fù)合材料航空制件成型過程進(jìn)行審核中，除了對以上內(nèi)容進(jìn)行審核之外，還應(yīng)關(guān)注復(fù)合材料成型過程是否進(jìn)行了確認(rèn)（鑒定），確認(rèn)（鑒定）的結(jié)果是否滿足要求。這樣才能比較完整和系統(tǒng)地對復(fù)合材料航空制件成型過程進(jìn)行審核。

（編輯：雨晴）