張 娟，劉熠崟，周洪飛

（中航復合材料有限責任公司，北京 101300）

六西格瑪是一套科學的質(zhì)量提升工具和質(zhì)量管理方法，已廣泛應用于現(xiàn)代化企業(yè)質(zhì)量管理[1]，以提高產(chǎn)品質(zhì)量水平。影響樹脂基復合材料拉伸強度的因素，除了纖維的拉伸強度、樹脂含量等材料本身的特性以外，試驗件的制備質(zhì)量、試驗件尺寸等對復合材料拉伸強度有著重要影響[2-3]。本文介紹了應用六西格瑪方法來分析解決某成熟預浸料產(chǎn)品的復合材料拉伸試件FTY（一次合格率）案例，為六西格瑪在復合材料試件制備領(lǐng)域的應用提供參考。

1 統(tǒng)計分析確定關(guān)鍵影響因素

通過頭腦風暴，從“人、機、料、法、環(huán)、測”6個方面識別可能影響復合材料拉伸強度的所有因素，繪制魚刺圖見圖1。對各個因素進行分析，確定少數(shù)可能的關(guān)鍵影響因素。

圖1 拉伸試件拉伸強度魚刺圖

其中，試件成型過程中下料方式、固化溫度、固化時間、熱壓罐控溫精度、熱壓罐控壓精度、壓機控溫精度、壓機控壓精度、機加精度及樹脂紅外光譜都一致，影響可忽略。

試樣厚度、試樣長度、試樣寬度、溫度、濕度、操作者技術(shù)等級、工作時間都是在拉伸強度試驗過程中的影響因素。對拉伸強度進行測量系統(tǒng)分析，GRR為30.28%，ndc為5，結(jié)果見圖2，GRR＞30%，此測量系統(tǒng)需做改進[4]。

圖2 改善前拉伸強度的測量系統(tǒng)分析

經(jīng)分析，在拉伸強度測試中，裝載試樣時試樣對中程度對測試結(jié)果影響很大，由于每次測試對中程度不同，造成結(jié)果差異大。為消除測定時試樣對中程度的影響，對試件裝卡工序進行改進，在模具上做定位標記，固定試件裝卡位置，保證每次測試試件對中程度一致。改進后，進行拉伸強度的測量系統(tǒng)分析，GRR為12.56%＜30%，ndc為10＞4，可接受，結(jié)果見圖3。

圖3 改善后拉伸強度的測量系統(tǒng)分析

因此，本研究將主要對纖維拉伸強度、纖維拉伸強度離散系數(shù)、預浸料樹脂含量、加強片規(guī)格、粘貼加強片膠膜規(guī)格、試板厚度6個主要因素對復合材料試件拉伸強度的影響進行分析。

加強片規(guī)格、粘貼加強片膠膜規(guī)格為可區(qū)分型數(shù)據(jù)，采用箱線圖、雙樣本T檢驗方法，對兩個因素進行分析比較，見圖4、圖5。從箱線圖看，不同規(guī)格加強片、不同規(guī)格粘貼加強片膠膜對試件拉伸強度影響不明顯；進一步進行雙樣本T檢驗，P值分別為0.972、0.873，均大于0.05，說明加強片規(guī)格、粘貼加強片膠膜規(guī)格對試件拉伸強度均沒有影響。

圖4 拉伸強度-加強片規(guī)格箱線圖

圖5 拉伸強度-粘貼加強片膠膜規(guī)格箱線圖

纖維拉伸強度、纖維拉伸強度離散系數(shù)、預浸料樹脂含量、試板厚度為連續(xù)型數(shù)據(jù)，從其與拉伸強度的矩陣圖（圖6）可看出，纖維拉伸強度離散系數(shù)及試板厚度與拉伸試件的拉伸強度有相關(guān)性。進一步對纖維拉伸強度離散系數(shù)和試板厚度與拉伸強度進行回歸分析，P值分別為0.01、0，均小于0.05，說明兩者對試件拉伸強度均有影響。

圖6 連續(xù)性數(shù)據(jù)影響因素對復合材料拉伸強度矩陣圖

用一般線性模型對纖維拉伸強度離散系數(shù)和試板厚度對拉伸強度的影響做綜合分析，P值分別為0.992、0，纖維拉伸強度離散系數(shù)的P值大于0.05，試板厚度的P值僅為0，說明與試板厚度相比，纖維拉伸強度離散系數(shù)對拉伸強度的影響甚小，可忽略，而試板厚度對試件拉伸強度有決定影響。進一步計算試板厚度對拉伸強度影響的貢獻率為81%，殘差誤差占19%。

理論上，試件厚度與復合材料中纖維的體積含量相關(guān)，纖維的體積含量越大，試件越薄，拉伸強度也越大。雖然纖維的拉伸強度和預浸料樹脂含量決定復合材料的拉伸強度，但在本研究工作中，由于纖維的拉伸強度和預浸料樹脂含量波動小，其影響體現(xiàn)不出來。纖維拉伸強度的離散系數(shù)對試件拉伸強度也有影響，但與試件厚度相比，影響甚微，可忽略。

2 對癥下藥確定實施改進方案

確定試板厚度為復合材料試件拉伸強度的關(guān)鍵影響因素，將其與拉伸強度做擬合線圖（圖7），如要試板拉伸強度達到2400MPa指標要求，試板厚度應控制在0.976mm以下，產(chǎn)品標準要求試板厚度最低為0.92mm。

圖7 試板厚度與拉伸強度擬合線圖

試板成型時，可以通過吸膠控制試板厚度。進行一系列成型試驗，確定試板厚度與纖維面密度、試板重量與成型時吸膠鋪貼封裝方式的關(guān)系，見表1。根據(jù)預浸料的纖維面密度、預成型板件的重量，對照表1確定鋪貼封裝方式。黑色區(qū)域，采用不加吸膠材料鋪貼封裝方式；白色區(qū)域，采用加一層可剝布鋪貼封裝方式；灰色區(qū)域，采用加一層薄玻璃布鋪貼封裝方式。

表1 拉伸試板吸膠鋪貼封裝對照表

3 改進效果

通過改進試板鋪貼組裝成型工藝，用吸膠方式精確控制板件厚度，改進前后復合材料試板的拉伸強度控制圖對比見圖8。改進后，試板拉伸強度平均值由2452MPa提高到2568MPa，試件FTY由62.3%提高到97.2%。

圖8 改進前后復合材料試板的拉伸強度控制圖

4 結(jié)論

（1）六西格瑪旨在用數(shù)據(jù)說話，通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計歸納、科學分析，找到影響產(chǎn)品質(zhì)量、造成產(chǎn)品缺陷、產(chǎn)品不合格的關(guān)鍵因素，針對性地開展有效的改進措施，并通過改進前后數(shù)據(jù)的對比分析，對改進效果進行評價，最終實現(xiàn)質(zhì)量提升，滿足顧客需求。

（2）通過應用六西格瑪方法對某成熟預浸料產(chǎn)品的復合材料拉伸試件拉伸強度的影響因素進行綜合分析，準確確定實際工作中影響拉伸試件拉伸強度的關(guān)鍵因素，并通過針對性改進措施，使試件FTY由62.3%提高到97.2%。

（3）該研究證明六西格瑪是分析、解決復合材料力學試件制備及力學性能測試問題的有效方法，為六西格瑪質(zhì)量管理方法在分析研究、控制提升復合材料試件制備質(zhì)量領(lǐng)域的應用提供案例參考。