干纤维自动铺放-液体成型技术：复合材料制造的未来趋势

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干纤维自动铺放-液体成型技术：复合材料制造的未来趋势

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https://www.ccia.xin/zhuantibaogao/2362.html

干纤维自动铺放-液体成型技术是近年来复合材料制造领域的一项重要创新，它结合了干纤维铺放和液体成型两种技术的优点，能够制造出具有复杂形状和高性能要求的复合材料部件。本文将为您详细介绍这一技术的发展历程、工艺流程及其未来展望。

一、技术背景与现状

干纤维铺放技术的概念最早在2010年由欧洲的“Fibre Chain”计划提出，该计划汇集了七个欧洲国家的资源，由十八个欧洲领先的复合材料研究机构共同参与。目前，西班牙的DANOBAT公司、MTORRES工业公司以及德国的BROETJE自动化有限公司等都在积极开发相关技术。相比之下，国内在这一领域的研究还停留在基础探索阶段。

传统的复合材料生产主要依靠手工铺放技术，这种方法不仅效率低下，而且存在精度差、成本高、材料利用率低等多重问题。自动铺丝技术（Automated Fiber Placement, AFP）虽然提升了生产效率，但所使用的预浸料需要通过热压罐固化，成本高昂且步骤繁琐。此外，预浸带在低温下储存，储存寿命仅约为6个月，且在铺放过程中容易对设备造成污染。

液体成型（Liquid Composite Molding, LCM）技术则展现出以下优势：高效的成型过程、成本效益显著、精确度高、灵活性强以及设备维护简便。干纤维自动铺放-液体成型技术正是在这一背景下应运而生。

二、关键技术环节

干纤维制备

西班牙机械制造商MTorres公司成功开发了一条低成本且高渗透性的干纤维制备生产线。以碳纤维干纤维为例，其生产过程包括送纱、展宽、定型、复合、监测与整形以及收卷等环节。干纤维原型机的收卷速度可达50 m/min，最高可达75 m/min，而工业设备的收卷速度可达200 m/min。

干纤维自动铺放

干纤维自动铺放技术是一种精密的制造工艺，旨在精确地按照预定路径和方向铺设干纤维材料。自动化设备依据预设程序控制铺放头沿特定轨迹移动，确保干纤维材料均匀地铺设于基材表面。铺放头的运动由多轴联动控制系统精确操控，以确保纤维铺设方向和位置的准确性。

干纤维自动铺放装备

激光加热、高功率闪光灯加热以及电加热的方式相比较更传统的红外加热更适合干纤维的自动铺放。Electroimpact公司研发的伺服纱架和VSS二极管激光加热系统，以及Helber等人设计的新型末端执行器，都为干纤维自动铺放技术提供了有力支持。

液体成型工艺

树脂传递模塑成型工艺（RTM）是一种在封闭模具中将干纤维预成型并注入树脂的制造过程。其基本步骤包括制造干复合预成型、将预成型放入封闭模具、在压力下向预成型注入低粘度液态树脂、在高温和压力下在封闭模具中固化零件以及解模并清理固化后的零件。RTM工艺具有成本效益高、适合批量生产中等数量的产品、可以实现复杂形状的零件生产且表面质量较好、模具成本较低等特点，适用于汽车、航空航天、体育用品等领域。