三维编织复合材料及RTM工艺进展

    三维编织解决了增强材料的整体成型问题，而RTM工艺正是适于整体成型的一种工艺方法，促进了其在航空、航天领域的应用。RTM三维编织复合材料是完全的整体结构，它的比强度、比模量高，具有优良的力学性能，使采用复合材料来制作主承力结构件和特殊的多功能制件成为可能。目前，采用RTM-三维编织复合材料可以制作飞行器、汽车等上面的多种不同形状的承力梁、接头、多种形式的耐烧蚀、承力的圆筒型、锥筒型的制作，还可在人造生物组织方面发挥作用，制作人造骨、人造韧带，以及制作接骨板等。RTM-三维编织复合材料具备其它材料所无法达到的性能，大大减轻了这些制件的重量，并且使其性能得到提高。RTM-三维编织复合材料具有广阔的发展前景，是许多高新技术领域中不可缺少的一种新材料。
    5  一种改进的RTM-三维编织复合材料成型工艺
    随着全球火箭、导弹和宇航技术的飞速发展，飞行器飞行中的高过载以及高能量推进剂产生的高热流等恶劣条件对耐热层提出了更加苛刻的耐烧蚀、耐热流冲刷以及机械力学性能等方面的要求。以基体、增强纤维和界面相为主组成的复合材料由于其优异的力学性能、功能特性、材料可设计性及易成型等优点，已成为目前主要的烧蚀材料。固体火箭喷嘴的整流罩主要由二维增强酚醛树脂预浸后，放入热压罐中在高温高压下固化成型。由于工艺步骤较多，成本相对偏高，但生产出来的制品力学性能较差，特点是层间强度较低。改进其成型工艺有三个目前：1、提高力学材料性能，减少部分或全部的加强结构；2、简化工艺流程使其对环境更加友好；3降低成本。
    5.1  增强体的选择                           
    为克服二维织物复合材料层间强度低的缺点，采用三维整体编织增强体。三维整体编织构件使复合材料的增强部为不分层的整体，具有比强度高、比模量大、可设计性好等优点，同时克服了层合结构复合材料层间强度低、易冲击损伤的缺点。这里采用针织型三维整体编织增强体。
    5.2  树脂选择

    树脂的选择根据经验采用高含碳量酚醛树脂，酚醛树脂在火焰烧蚀下树脂会碳化，形成一层在高温下十分稳定的多孔碳均匀附在纤维表面上，对纤维起到“强化”作用，从而提高了材料的耐烧蚀性能。此外适合成型工艺的树脂体系要求在注胶温度下树脂具有较低的粘度，对纤维增强体浸润性好。且树脂在注胶温度下有足够的凝胶时间以保证树脂能完全通过模具并浸润纤维增强体。因此，需对树脂进行改性使其粘度保持在一定水平以满足注射工艺条件，同时得到的制品孔隙率较低。由于整个工艺生产的这类型产品较少，每年仅仅几个。因此尽可能在原有投资的基础上改进工艺，特别是酚醛树脂制品固化过程中使用现有的热压罐。
    5.3  注射方法                           
    纤维增强体被放置在一根金属心轴上，然后将其放入热压罐加热至注射温度。模具顶部抽成真空，树脂在压力作用下从底部注射入模具。当模具内充满树脂时，树脂输送阀门关闭，开始固化过程。由于整流罩和尾喷管整流锥形状尺寸有较大的不同，因此设计了两套不同的注射方案。整流罩的纤维增强体平行于模具轴线放置，树脂从底部注射入模具内。在模具顶部抽真空的同时，提供一定的注射压力，使基体树脂沿轴线流动至模具顶部。属喷管整流锥要比整流罩高，而且纤维增强体的定位不同。因此，在模具顶部抽真空时，树脂连续地注入模具内并呈现为许多圆环状。在渗透增强体预制件前，树脂沿着液体方向流动。这种方法特别适合制备较高的零件。