T/CATAGS
中国航空运输协会团体标准
T/CATAGS 59—2022
通用航空器纤维增强复合材料
湿法制造工艺
Wet manufacturing process of fiber-reinforced
composite materials for general aircraft
2022-12-05 发布 2022-12-05 实施
中国通用航空运输协会发布
前言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国航空运输协会提出并归口。
本文件主要起草单位：浙江万丰飞机制造有限公司、青岛万丰钻石飞机复合材料制造有限公司、万丰飞机工业有限公司、道尼尔海翼无锡有限公司、北京中航智科技有限公司、江苏美龙振华科技有限公司、浙江万丰奥威汽轮股份有限公司
本文件主要起草人：张宝柱、孙洁琼、高斌、梁会会、刘曦微、徐伟伟、魏秀宾、方采文、徐辰、刘纯光、江合生
通用航空器纤维增强复合材料
湿法制造工艺
1 范围
本文件规定了通用航空器纤维增强复合材料湿法制造工艺所使用的材料、设备、人员、工作环境、工艺过程、质量保证等内容。
本文件适用于通用航空纤维增强环氧树脂基复合材料的湿法制造，包括手工和机器浸渍。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 3961 纤维增强塑料术语
GB/T 13657 双酚A型环氧树脂
HB/Z 5010 低压成型玻璃纤维增强塑料航空制件制造工艺
HB 5342-2012 复合材料航空制件工艺质量控制
HB 7614 复合材料树脂基体固化度的差示扫描量热法(DSC)试验方法
3 术语和定义
GB/T 3961 界定的术语和定义适用于本文件。
4 材料
4, 1 通用要求
所有用于湿法制造的材料应符合需用材料清单的要求，并附有合格证明。
4. 2 增强材料
增强材料主要包括碳纤维材料和玻璃纤维材料，可以是编织物或单向织物(以下简称织物)。选用的增强材料应满足相应国家标准和制造要求。
4. 3 芯材
芯材主要包括蜂窝芯和泡沫芯。
4,4 基体
4.4.1 用于湿法铺层的基体应参照相关材料规范，明确基体经认定的最高工作温度。
4.4.2 用于制造结构件的基体应在部件标签上注明。
4.4.3 基体包含环氧树脂和固化剂。应根据设计要求选择合适的树脂体系，并满足相应的国家标准要求。如双酚 A 型环氧树脂应符合 GB/T 13657 的要求;选择其他适用的树脂体系，应满足最终产品性能要求。
4.5 辅助材料
辅助材料应满足制造温度要求。主要包括：脱模剂、承载膜、撕离布、有孔薄膜、吸胶布、真空口、密封剂、密封胶带、真空箔/真空袋膜、真空管等。所有产品应该有相应的合格证书。
5 设备
5. 1 通用要求
设备主要包括：纤维浸胶机、固化炉、真空设备、加压设备、工装/工具、刷子、滚筒、小刮板等。其中，纤维浸胶机、固化炉、真空设备、加压设备应有合格证，满足湿法制造工艺要求。
5.2 纤维浸胶机
纤维浸胶机应能保证纤维浸胶所要求的浸胶量、浸胶速度。
5.3 固化炉(烘房或烘箱)
应能满足固化工艺对升降温速率、温度及其均匀性的要求，并符合HB 5342的规定。
5. 4 真空设备
应使用能够满足工艺规范和设计文件抽真空要求的真空设备。
5.5 加压设备(加压罐)
加压罐应配有压力表和流量计，加压罐中的气压应可以通过气压调节器来设定。
6 人员
从事复合材料湿法制造作业的人员，应进行设备的操作和相应工艺规范的培训，并经过授权后方可上岗。使用工具和材料时，应遵守相关的安全防护准则。
7 工作环境
7. 1 工作环境应满足所采用树脂体系对环境的要求。如无具体要求，宜满足温度范围 18℃~30℃, 相对湿度不高于 75%。
7. 2 生产应在清洁和无尘的环境中进行。以下材料应远离工作区域和产品：
a) 油脂和油，硅树脂;
b) 脱模剂;
c) 异物和粉尘;
d) 加工前零部件表面的液体;
e) 食品和饮料。
8 工艺过程
8. 1 工艺流程
工艺流程包括：准备、织物的铺层、固化、后固化等，如图1所示。
图1 工艺流程
8. 2 准备
8.2.1 工装模具准备
8.2.1.1 铺层前，应按要求检查工装表面是否清洁、无缺陷。并涂刷脱模剂，减少基体与夹具的粘附性，确保夹具上固化的基体可移除。
8.2.1.2 按图纸要求，在工装上喷底漆或胶衣。
8.2.2 纤维浸胶机准备
8.2.2.1 纤维浸胶机应定期检查，见表 1。
表1 纤维浸胶机的定期检查
8.2.2.2 检查树脂基体含量
检查树脂基体含量，必须确定所用织物类型的基体重量，可通过织物每单位面积层压板的重量来确定。应采用满足工艺要求的浸胶机，按操作说明测试不同织物单位面积层压板的重量。可参考以下步骤执行：
a) 启动纤维浸胶机，并运行至少 0.5 m。
b) 将与样品尺寸相同的样板放置在均匀吸收树脂基体的织物上，使织物边缘和样板的边缘对齐。
c) 裁剪出样品。
d) 将承载膜与织物层压板分开。
e) 称量织物样品的重量，并且与材料规范中的值对比。
f) 如果未超出公差范围，机器调整测试完成。否则，纤维浸胶机上树脂基体重量需要适当调整，并且调整后按照上述步骤重新做样品测试。
g) 单位面积上铺层的测试重量应记录在检测报告中。
8.2.2.3 差示扫描量热法(DSC )测试
8.2.2.3.1 制备样品时混合树脂和固化剂所用的设备，应与铺层或胶接时混合树脂和固化剂所采用的设备相同。
8.2.2.3.2 基体按要求固化后，应进行 DSC 测试，以获得样品玻璃化转变温度的最大值。测试方法可按 HB 7614 的规定进行。
8.2.2.4 检查树脂和固化剂比例
树脂和固化剂比例应在手动操作模式下进行调试，宜按照HB/Z 5010中6.3.2要求配制。重量比例应满足相应的材料规范要求。
8.2.3 原材料准备
8.2.3.1 准备织物
8.2.3.1.1 织物应按照要求储存在生产车间的原始装运箱中。如果织物存放在装运箱外超过了 4 周，下次使用前宜在(40~90)℃环境下干燥。
8.2.3.1.2 处理织物时，应保持手套和工具的洁净，以免污染织物。
8.2.3.2 准备芯材
8.2.3.2.1 蜂窝芯的准备应满足 HB5342 第 7.2 章节的要求;
8.2.3.2.2 泡沫芯的准备应满足 HB5342 第 7.3 章节的要求。
8. 3 织物和芯材的铺层
8.3.1 一般要求
8.3.1.1 纤维方向
8.3.1.1.1 如果图纸上没有注明偏差范围，允许偏差±10°。
8.3.1.1.2 织物的纤维束应是笔直的，或者在规定的情况下保持恒定的曲率。
8.3.1.1.3 铺层时纤维层的经线和纬线应尽可能地相互垂直。
8.3.1.2 搭接和梯度
8.3.1.2.1 搭接部分应是梯度的两倍宽。
8.3.1.2.2 采用机器浸胶时，织物的搭接部分不应含有承载膜或其他辅助膜。
8.3.1.2.3 为便于目视检查，应使用彩色塑料膜。
8.3.1.2.4 采用多层复合材料部件铺层时，应确保搭接部分不重合。
8.3.2 织物的浸胶
8.3.2.1 手工浸渍增强材料
手工浸渍织物在铺层过程中需要注意：
a) 织物要均匀地、同质地被浸润。
b) 基体和织物的重量比例要符合材料规范文件中的要求。
c) 刷子和工具应保持洁净，避免被污染。
8.3.2.2 机器浸渍增强材料
8.3.2.2.1 按织物类型设定下列参数：
a) 每平方米织物的基体量;
b) 树脂和固化剂的比例。
8.3.2.2.2 启动浸胶机，将与所选纤维类型相对应的定量的基体均匀涂抹在承载膜上，然后，将织物放置在承载膜上。为了确保良好的浸润性，应在指定的时间内使织物与承载膜保持接触。
8.3.3 织物铺放
织物铺放应满足下列要求：
a)在模具的急弯、急凸缘上涂上适用的胶粘剂。在铺第一层之前，允许在模具的各个表面上涂上添加触变剂的基体，以避免流化。
b)浸渍之后，按要求将织物放入模具中。应借助滚刷，刷子或刮板清除该层下面的残留空气。
c)正确铺放了该层织物并且下一层已准备就绪，可以除去承载膜。
d)应将承载膜尽可能长时间地留在织物层上，以防止其受到污染。如发现刚铺的织物层对已经铺好的织物层的粘性差(例如，最后铺的织物层与已铺好的织物层分离)，则应丢弃最后铺的织物层并准备新的纤维层。
e) 多层铺层时叠层间要避免空隙或者异物。
f)铺好最后一层织物后，应根据设计文件的要求放置撕离布。用适量的基体润湿撕离布，手动铺层。
8.3.4 芯材铺层
应根据工艺规范要求，在芯材的整个铺层接触区域使用合适的胶粘剂。
8.4 固化
8.4.1 脱模前预固化
将复合材料部件从模具中分离之前，应进行最低限度的预固化，预固化应满足：
a)预固化时间和温度应按工艺规范文件或适用树脂体系的材料规范文件要求执行。
b)如果零件需要修剪或钻孔，建议在适当的位置试切，以检查预固化是否充分。如果试切失败，应检查固化顺序，如有必要重新固化。
8.4.2 真空级固化(标准过程)
8.4.2.1 使用条件
8.4.2.1.1 生产夹芯结构应采用真空级固化，多层层压板结构(厚的)可采用真空级固化。真空级固化可在加热环境中进行，以减少固化时间。
8.4.2.1.2 真空级固化前应在室温下先进行初始预固化，以避免过多的基体损失。
8.4.2.2 放置有孔薄膜
8.4.2.2.1 在层压板/撕离布的顶部放置一个多孔的有孔薄膜。
8.4.2.2.2 有孔薄膜宜在层压板的最大尺寸上延伸 50 mm。
8.4.2.2.3 有孔薄膜应确保空气从真空袋的所有区域(尤其是从密封边缘)流向真空口。
8.4.2.3 放置吸胶布
8.4.2.3.1 在有孔薄膜上面放置吸胶布。
8.4.2.3.2 吸胶布层数可以堆叠到所用树脂体系的材料规范中定义的最大值。
8.4.2.3.3 吸胶布的所有边宜比有孔薄膜短约 50mm，并且与层压板的确切尺寸相匹配，以防止基体直接从零件的边缘流向吸胶布。
8.4.2.3.4 吸胶布的厚度应确保空气从真空袋的所有区域(尤其是从密封边缘)流向真空口。
8.4.2.4 布置真空口
8.4.2.4.1 分体式真空口的下部或整个一体式真空口应位于吸胶布上。
8.4.2.4.2 每平方米面积至少应布置一个真空口，且间隔均匀。
8.4.2.5 密封
围绕部件的工装边缘上应涂抹密封胶进行密封。
8.4.2.6 装真空袋
放置足够数量的真空箔或真空袋膜，以覆盖整个系统。正确放置箔片，应注意：
a) 应避免真空袋膜受压，特别是在边缘，急弯处，应注意抽真空引起的压力;
b) 应确保真空袋膜在密封胶上充分搭接，防止真空袋桥接;
c) 真空袋膜应紧紧地压在密封胶上;
d) 如使用一体式真空口，则真空连接器会穿透真空袋膜。应在真空口的连接器周围涂抹密封剂，以确保真空口密封连接;
e) 如采用分体式真空口，应在完成装真空袋后安装真空口的上部。
8.4.2.7 抽真空
接通真空系统，对真空袋进行抽真空。在固化过程中，层压板结构部件和夹芯结构部件的真空压力应在 (-0.06 ~-0.1)MPa的范围内。
8.4.3 加压罐固化
8.4.3.1 装袋
参照8.4.2章节，按照安装有孔薄膜、吸胶布、真空口，密封，装真空袋的顺序，进行操作。
8.4.3.2 抽真空
8.4.3.2.1 应降低真空压力(0~-0.02)MPa 来固定塑料薄膜，尤其在锋利的边缘。
8.4.3.2.2 允许通过形成褶皱来使用真空袋的额外面积，以防止真空袋在层压板的复杂形状上过分受力。
8.4.3.2.3 在把部件转移到加压罐中前应进行泄漏测试。
8.4.3.3 启动加压罐
启动加压罐，真空压力下降不应超过0.02MPa。
8.4.3.4 加压罐加压固化
8.4.3.4.1 加压罐和压缩空气连接后，固化压力可增加至 0.3MPa±0.05MPa。
8.4.3.4.2 达到 0.1MPa(高于周围环境的大气压力)的压力后，应通过断开真空供应软管将真空压力降至 0 MPa(环境压力)。真空阀应保持打开状态。
8.4.3.5 打开加压罐
打开加压罐的过程应满足下列要求：
a) 固化操作后，断开压缩空气管和加压罐上部的放气阀。
b) 应随时注意压力表的读数，使加压罐内部均匀减压。
c) 应在空气压力降到零并且听不到逸出的空气发出噪音时，打开加压罐。
8.4.4 无真空袋固化
部件无真空袋在大气压下固化。
8.5 后固化
部件应按工艺规范要求在脱模前/后进行后固化。固化时间和温度应按工艺规范要求执行。如果固化时间太短，固化过程应重复。如果固化时间过长，则应检查部件。部件应保持在后固化烘箱中，直到冷却到50℃。建议冷却速度设为(0.5-1) ℃/min。
9 质量要求
文件和资料控制应符合HB 5342-2012第9章的规定。对具体制件应制定质量控制细则。
