傳統(tǒng)的CFRP（碳纖維復合材料）部件通常使用熱壓罐（高溫高壓爐）或?qū)㈩A浸料（片狀中間材料）放置在預定形狀的模具中，通過加熱空氣來進行固化成型。但由于空氣介質(zhì)導熱很慢，而且如果模具本身的比熱容較大，便會吸收大量的熱量，導致部件本身升溫的時間很長，成型速度很慢，所以傳統(tǒng)工藝的這些缺點亟待人們解決。

 

        除此之外，特別是對于一些尺寸較大、厚度可觀，或者幾何形狀較為復雜的部件，會面臨尺寸精度較差等問題。這是由于部件中溫度的分布難以控制，就會產(chǎn)生殘留應力分布不均的問題，導致成型后的部件極容易變形。為了避免這種情況的發(fā)生，在部件的最終組裝過程中，通常需要大量的人力、物力和時間來手動加入一些填充材料——稱為墊片，這些額外的工序無疑又進一步拉長了整個生產(chǎn)周期。

 

        為解決上述問題，日本東麗公司在模具表面安裝 了既定數(shù)量的加熱器，（將模具表面分割成若干加熱區(qū)），每個加熱器都是單獨控制的，并在真空條件下進行接觸加熱。該技術可以針對部件的不同位置施以最合適的溫度，使其內(nèi)部的殘余應力實現(xiàn)均勻分布，所以部件可以最大程度的接近預先設計的尺寸和形狀，解決了之前存在的一系列問題，減少了組裝過程所需的人力、物力和時間。

 

        為了精準地控制這一加熱系統(tǒng)，東麗公司與愛媛大學（日本愛媛縣松山市）和東京理工大學（日本東京）聯(lián)合開展了一項研究項目，即通過模擬軟件來預測部件形變并對其加熱溫度進行相應調(diào)整。東麗公司利用該程序，可以有效地減少零件的制造時間和尺寸誤差。東麗公司安裝了原型制造設備，目前正在進行示范試驗。

 

        如果使用傳統(tǒng)的熱壓罐工藝，大約需要9個小時才能制造出飛機上大型的CFRP零件。但若是依照此次東麗開發(fā)的新成型工藝，則可以將生產(chǎn)周期縮短到4個小時。另外，新的工藝可以節(jié)省50%的能耗（因為采取真空直接接觸加熱的方式，免除了加熱/加壓的媒介）；東麗公司的新技術還可以提高尺寸精度，減少填料的用量，縮短組裝耗費的工時，節(jié)省了人力、物力。

 

        這篇文章是基于跨部門戰(zhàn)略創(chuàng)新促進計劃（SIP）為“創(chuàng)新結構材料”（由日本科學技術局管理）所取得的成果。該計劃由科學、技術和創(chuàng)新理事會（CSTI）牽頭。