日本东丽开发新型复合材料非热压罐制造技术

日本东丽公司近日宣布成功开发碳纤维增强塑料（CFRP）制造技术，可提高零件尺寸精度并降低能耗。东丽正在提升该技术成熟度，并向飞行器制造以及汽车和其它工业部门推广。

CFRP通常采用热压罐（高温高压炉）或一个烤箱制造。预浸料（板材式的中间材料）铺放在预设形状的模具上放入热压罐或烤箱，使用热空气固化树脂完成制造。首先，由于热空气导热效率低而且模具比热容大，导致加热和固化时间很长，这是常规制造技术的缺陷。而且，用于大型、厚度变化大的复杂外形零件时，还存在尺寸精度问题，这是因为零件内部的问题分布很难控制，产生不均匀的残余应力并且有时使零件变形。因此，在飞机机翼装配等过程中，需要额外的人力手工加入填充材料——垫片。 

为解决上述问题，东丽新开发的制造技术在模具表面上嵌入了许多加热器板。每个加热器独立控制，真空状态下的零件被直接接触的加热器有效加热。控制每个控制器，实现在各个位置的最佳热量分布，提供了均匀的残余应力。这样，零件就可以制造成最接近原始设计的样子，尺寸不一致最小。为了高效控制这个加热系统，东丽与爱媛大学和东京理工大学联合研究开发了仿真技术，预测零件变形并优化加热温度。东丽将这些导入加热条件设计程序，以有效缩短零件的制造时间和尺寸错误。东丽已经安装了一个原型制造设备并正在执行验证试验。

制造一个大型飞行器CFRP两件，基于零件外形和尺寸，使用常规的热压罐和烤箱一般花费9个小时。而新开发的制造技术预计将制造时间减少到4个小时。此外，对比常规制造方法，该技术实现了50%的能耗降低，因为不再需要压力和加热媒介（如热空气）。新技术还有望降低装配时间，因为制造过程中提高的尺寸精度可以减少所需的修正工作量。

该项目属于日本科学技术振兴机构管理的“创新结构材料”计划下的“跨内阁战略创新促进项目”，由日本内阁科学、技术与创新理事会（CSTI）领导。