為應對高端裝備制造業(yè)對先進復合材料的產(chǎn)業(yè)化需求，解決傳統(tǒng)復合材料 “高成本”和“低制造效率”這兩大產(chǎn)業(yè)化發(fā)展核心問題，中航復合材料依托長期技術(shù)積累及資源優(yōu)勢，成功開發(fā)出適用于連續(xù)化高效生產(chǎn)的ACTECH?1201系列低成本快速固化樹脂及預浸料體系，形成了從樹脂原材料合成、配方設(shè)計、樹脂配制以及預浸料制備以及制件快速成型等自主知識產(chǎn)權(quán)體系。

 

中航快速固化樹脂預浸料，廣泛應用于新能源汽車等領(lǐng)域

快速固化預浸料可實現(xiàn)5分鐘內(nèi)快速固化，成型周期縮短90%以上，材料性能優(yōu)良，與航空用中溫環(huán)氧復材相當?？焖俟袒瘡秃喜牧弦淹ㄟ^大型客車立柱承力結(jié)構(gòu)、連接板、引擎蓋、行李箱蓋、電池箱殼體等汽車零部件，以及無人機槳葉等民用飛機零部件的考核應用，減重40%～50%，極大地提高了產(chǎn)品的使用效能，拓展了復合材料的應用范圍。

 

一、突破快速固化樹脂配方及工程化生產(chǎn)技術(shù)

 

       復合材料快速固化的關(guān)鍵是快速固化樹脂的合成配制。樹脂固化劑是決定樹脂產(chǎn)品生產(chǎn)工藝和固化產(chǎn)物特性的關(guān)鍵組分。

 

       根據(jù)快速固化樹脂工藝的特性，固化劑需要在100℃～150℃引發(fā)，而且能在10分鐘左右快速固化而不發(fā)生爆聚。項目采用獨特的分子設(shè)計及微包覆技術(shù)，開發(fā)出先進的潛伏型快速固化劑，以滿足樹脂快速固化及預浸料長儲存期的要求。

 

        同時，由于體系中引入了潛伏性的快速固化引發(fā)劑，在快速固化樹脂的工程化合成配制過程中，如果反應發(fā)生，將快速引發(fā)固化反應，樹脂體系會瞬時放出大量反應熱而引起樹脂體系爆聚，造成報廢損失。

 

        項目通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝路線，采用特殊的生產(chǎn)設(shè)備，嚴格控制工藝參數(shù)及時間，進行制備過程的穩(wěn)定化控制，實現(xiàn)快速固化樹脂規(guī)模化生產(chǎn)應用，保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

 

二、突破快速固化預浸料制備及工程化生產(chǎn)技術(shù)

 

        項目突破快速固化大絲束、大克重比碳纖維預浸料精確制備技術(shù)。由于纖維絲束大，碳纖維單位面積克重比明顯提高，樹脂浸潤纖維的速率及樹脂浸潤均勻性將會受到影響，因此必須控制膠膜穩(wěn)定性及均勻性，提高預浸料制備過程中纖維浸潤樹脂效率。

 

        在對快速固化樹脂固化特性、流變特性、粘性以及成膜工藝性等研究的基礎(chǔ)上，通過對涂膠輥溫度、間隙，壓輥的溫度、壓力，以及速比等參數(shù)的調(diào)節(jié)，優(yōu)化膠膜制備溫度速度、厚度及厚度均勻性等，實現(xiàn)樹脂膠膜的連續(xù)可靠制備。

 

        在樹脂與纖維浸潤特性分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)預浸機復合設(shè)備的特點，采用輔助浸潤及展紗裝置，確保纖維浸潤并展開，外觀良好，優(yōu)化預浸料制備工藝，實現(xiàn)預浸料工程化制備的質(zhì)量與性能可靠控制。

 

中航快速固化樹脂預浸料，廣泛應用于新能源汽車等領(lǐng)域

快速固化預浸料工程化制備

 

三、突破快速固化復合材料成型技術(shù)

 

        復合材料成形工藝是制備高性能復合材料的關(guān)鍵技術(shù)。目前，汽車復合材料承力結(jié)構(gòu)主要使用預浸料-熱壓罐法。為滿足未來零件制造效率的要求，積極開展快速模壓技術(shù)研制及驗證。

 

        項目根據(jù)快速固化復合材料的特點，深入分析快速固化預浸料的固化特性，開發(fā)復合材料快速成型設(shè)備，通過整體化的模壓模具設(shè)計，實現(xiàn)快速升降溫度，提高自動化水平。大型化、整體化復合材料結(jié)構(gòu)，由于其本身結(jié)構(gòu)及尺寸大，同時快速固化預浸料的傳熱及導熱速度快，制品不可避免會出現(xiàn)溫度場分布不均的現(xiàn)象，從而極易導致出現(xiàn)固化質(zhì)量問題。

 

        固化成形后，復合材料構(gòu)件隨著內(nèi)應力的釋放會變形，影響構(gòu)件的最終外形尺寸，造成裝配困難。項目以實際汽車結(jié)構(gòu)件為考核對象，研究優(yōu)化復合材料快速成形工藝，開發(fā)以模壓技術(shù)為基礎(chǔ)的復合材料快速成形技術(shù)，通過制件的考核驗證，提高復合材料制品質(zhì)量及制造效率。

 

快速固化模壓工藝

 

四、快速固化復合材料應用考核

 

        目前，國內(nèi)汽車制造商已經(jīng)逐步開始了碳纖維復合材料在新能源汽車上的工程考核應用。依托中航復材與汽車和軌道交通領(lǐng)域各個大型企業(yè)建立的良好合作關(guān)系，快速固化預浸料在多個項目中獲得考核驗證。

 

        中航復材與汽車廠商合作開發(fā)的12米全復合材料車身的新能源客車，其立柱主承力結(jié)構(gòu)由快速固化預浸料制備而成，隨整車完成路試、側(cè)翻等汽車行業(yè)考核驗證工作。

復合材料新能源客車上應用

 

        快速固化預浸料在某電動汽車電池箱、某新能源汽車引擎蓋、某無人機螺旋槳等汽車及民用航空領(lǐng)域獲得考核應用，獲得用戶的高度評價：“ACTECH?1201系列預浸料可實現(xiàn)快速固化成型，可在130℃～150℃、3～15分鐘完成固化，該預浸料鋪覆性好，室溫儲存期長，耐熱性良好（Tg≥140℃），復合材料生產(chǎn)周期可由原來的360分鐘縮短到50分鐘。通過改造模具和固化工藝可進一步縮短成型周期，以滿足大批量、快節(jié)奏生產(chǎn)的需要。”

快速固化復合材料應用

 

        目前，針對交通運輸及機械能源等領(lǐng)域?qū)Φ统杀?、快?jié)奏制造高性能復合材料的迫切需求，中航復材成功開發(fā)了ACTECH?1201快速固化樹脂預浸料技術(shù)，復合材料性能齊全，滿足復合材料設(shè)計部門需求，實現(xiàn)了工程化大規(guī)模生產(chǎn)，可提供包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維及織物在內(nèi)的數(shù)十個系列的預浸料產(chǎn)品。

 

        同時，依托中航復材在復合材料的設(shè)計、制造、裝配以及性能檢測等方面的技術(shù)基礎(chǔ)，為客戶提供快速固化碳纖維復合材料在汽車輕量化等領(lǐng)域應用的一體化解決方案，可大幅降碳纖維復合材料成本，提升復合材料構(gòu)件制造效率，推動我國碳纖維復合材料相關(guān)行業(yè)持續(xù)發(fā)展，促進國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)競爭力的提升。