目前在飞机机体上采用的碳纤维复合材料零件成形技术主要包括：

（1） 树脂浸渍技术

RFI工艺是一种树脂膜熔渗和纤维预制体相结合的一种树脂浸渍技术。其成形过程是将树脂制备成树脂膜或稠状树脂块，安放于模具的底部，其上层覆以缝合或三维编织等方法制成的纤维预制体。然后依据真空成形工艺的要点将模腔封装，于热环境下采用真空技术将树脂由下向上抽吸。树脂膜受热后黏度降低，沿着预制体由下向上爬升，从而填满整个预制体空间，随即依照固化工艺，制成复合材料制件。该技术由于只采用传统的真空袋压成形方法，免去了RTM工艺所需的树脂计量注射设备及双面模具的加工，在制造出优异的制品的同时大大降低了制品的成本。目前在航空领域主要应用于飞机雷达天线罩。但是该工艺虽然不采用热压罐固化零件，但还需要真空袋系统进行固化，而且工艺温度要求高，所以要求核心材料和工装能够承受高温。该技术包括的关键工艺技术包括：预形件成形（三维编织及缝合等技术）、树脂流动模拟及控制、编织及缝合设备研究。

（2） 树脂转移模塑成形技术

RTM工艺的主要原理是在模腔中铺放按性能和结构要求设计的增强材料预成形体，采用注射设备将专用树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统，以保证树脂流动流畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，还具有加热系统，可加热固化成形碳纤维复合材料构件。它是一种不采用预浸料，也不采用热压罐的成形方法。因此，具有效率高、投资、绿色等优点，是未来新一代飞机机体有发展潜力的制造技术。

树脂转移模塑成形技术是一种低成本复合材料制造方法，最初主要用于飞机次承力结构件，如舱门和检查口盖。1996年美国防务预研局开展了高强度主承力构件的低成本RTM 制造技术研究。目前中小型碳纤维复合材料RTM零件的制造已经获得了较广泛的应用，而大型RTM件也在JSF的垂尾上应用成功。该方法的优点是环保、形成的层合板性能好且双面质量好，在航空中应用不仅能够减少本身劳动量，而且由于能够成形大型整体件，使装配工作量减少。但也有缺陷，树脂通过压力注射进入模腔形成的零件存在着孔隙含量较大、纤维含量较低、树脂在纤维中分布不匀、树脂对纤维浸渍不充分等，因此该技术还有改进潜力。

基于以上缺点，因此未来发展是降低工装成本、提高结构件性能、减少废品率。因此，在该技术基础上又开发了真空辅助树脂注塑成形（VARI）技术，辅助树脂被织物吸收，不仅可降低孔隙率，预成形纤维更紧密，真空形成的负压，树脂就顺真空通路沿预成形体各层面流动，从而充分浸渍纤维，并使纤维/树脂分布均匀。其中提高性能，主要是为了采用RTM制造高强度主要结构件，为此，美国国防预研局开发了Z向纤维增强RTM技术，该技术可在织物横向或增强蒙皮界面处采用不连续纤维增强。这种新型制造理论可不通过编织或缝合实现三维结构。该技术在应用过程中有几项关键技术要解决：充填过程模拟技术、热传递和固化反应研究、注射方法研究、RTM 设备研究。

（3） 纤维缠绕

该工艺主要用于空心、圆形及椭圆零件，如管路及油箱。纤维束通过一个树脂池后以各种方向和速度缠绕到芯轴上，方向和速度由纤维进给机控制。这是一项已经发展较为成熟的技术，无论是在自动化、速度、变厚度、质量和纤维方向上都得到了巨大改进。它是筒形件的低成本快速制造方法。目前三维编织主要是成本高、自动化程度低；未来可能用于昂贵的钛合金接头和发动机叶片等，而且在成本上有所减少。

（4） 丝束铺放技术

丝束铺放(Tow Placement)相对较新并在近年格外受到关注。它兼顾了自动铺叠与纤维缠绕的优点。能够制造复杂形状结构件，对纤维角度不限制。而且有极大减少生产成本的潜力。在空军的MANTECH和NASA的ACT项目中，该技术的价值已得到证实。未来的开发包括最佳化控制系统、铺放头位置反馈、在线快速检测、准确和高质量产品。

（5） 自动铺放技术

该技术虽然在现代飞机上已经获得广泛应用，并取得了巨大进展。但飞机复合材料零件的生产由于规模有限，因此全自动化可能并不是最经济的手段，但半自动化生产则是较可行的制造方法。现有的自动铺叠技术已经在速度和准确度上有很大增长，而且计算机技术对它产生了很大影响，铺叠面积也有所增长。虽然目前还没有一定突破，但是技术改进将是连续不断进行的。在切割技术方面近年有了很大进展。目前有三种方法：机械、激光和水切割机，每种有其优缺点。但目前还未看到有新的突破。

（6） 拉挤

拉挤成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续玻璃纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的玻璃钢型材。这种工艺最适于生产各种断面形状的玻璃钢型材，如棒、管、实体型材（工字形、槽形、方形型材）等。拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是：

· 生产过程完全实现自动化控制，生产效率高；

· 拉挤成型制品中纤维含量可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高；

· 制品纵、横向强度可任意调整，可以满足不同力学性能制品的使用要求；

· 生产过程中无边角废料，产品不需后加工，故较其它工艺省工，省原料，省能耗；

· 制品质量稳定，重复性好，长度可任意切断。拉挤成型工艺的缺点是产品形状单调，只能生产线形型材，而且横向强度不高。

挤成型工艺过程是由送纱、浸胶、预成型、固化定型、牵引、切断等工序组成。无捻粗纱从纱架引出后，经过排纱器进入浸胶槽浸透树脂胶液，然后进入预成型模，将多余树脂和气泡排出，再进入成型模凝胶、固化。固化后的制品由牵引机连续不断地从模具拔出，最后由切断机定长切断。在成型过程中，每道工序都可以有不同方法：如送纱工序，可以增加连续纤维毡，环向缠绕纱或用三向织物以提高制品横向强度；牵引工序可以是履带式牵引机，也可以用机械手；固化方式可以是模内固化，也可以用加热炉固化；加热方式可以是高频电加热，也可以用熔融金属（低熔点金属）等。

拉挤成型工艺除立式和卧式机组外，尚有弯曲形制品拉挤成型工艺，反应注射拉挤工艺和含填料的拉挤工艺等。目前该技术在航空领域应用并不广泛，一是由于模压技术水平难于达到其它金属模压质量要求，二是相对其它金属型材成本高。此外，该技术的未来发展必须能够制造多种截面材料，如变截面形状和曲面型拉挤工艺。

（7）其他

在以上技术基础上，国外还开展了复合材料快步成形法（采用快步成形法将取消热压罐，代之以浮动模和流动振动的流体进行固化。从而将固化时间从24h降至1h。所需压力从传统热压罐法的60～ 200psi降至1～4psi1MPa=145psi）。）、流动成形法（是用热塑性复合材料来制造大型零件的一个突破，是一种低成本生产技术，可制出高比强度的复合材料。）、新注塑成形法等技术。隔膜成形原是一种为热塑性复合材料开发的成形工艺，后发现用于热固性复合材料具有很广泛的用途。它具有成形过程中纤维不易滑动、从而不易产生皱折的特殊功效，非常适用于加工大型飞机机翼前梁的C型截面。在近年推出的A400M等大型飞机前梁C 型截面中，已广泛采用了这种工艺方法。

另外还开发了复合材料连接件、低成本工装、用磨擦发光材料检测复合材料结构损伤、应用高温传感器检测碳-碳复合材料的结构完整性以及层合复合材料断裂及失效的预测技术等。随着纳米技术的发展，在美国国防预先研究局的资助下，得克萨斯大学和都柏林的Trinity学院的研究人员，已成功制备出连续碳纳米管复合材料纤维，该种纤维可吸收的能量是目前用于制作防弹背心的Kevlar纤维的17倍。其他潜在的军事用途还包括储能“电子纺织品”，人工肌肉以及能制造微型飞行器的多功能纤维。此外，美国LVH涂层公司应用纳米复合材料技术来实现航空航天工业用的透明电沉积层，其耐磨性据称是传统有机涂层的10倍以上。它是在电脉涂层工艺中加入陶瓷基纳米复合材料来实现的，具有抗金属划伤及磨损能力。纳米复合材料技术应用了陶瓷球、晶体、非晶体物质、管子或其它小于100纳米的形体与有机树脂组合而成。这种纳米复合材料涂层虽是传统工艺，但采用电泳进行沉积对LVH公司带来许多难点。这种技术在保留涂层透明性等装饰性能的同时，使涂层耐划伤及耐磨损。

工艺技术存在的问题

困扰着复合材料大量应用的另一瓶颈技术是其工艺技术中尚存在许多有待解决的问题。为降低复合材料成本，近年来开发了多种低成本工艺技术，包括自动铺带、自动铺丝、液态成形、非热压罐固化等。其中自动铺带和自动铺丝技术发展比较平稳，而液态成形、非热压罐固化以及模具、连接等配套技术在发展中却面临着大量棘手问题。

（1）模具问题。

先进复合材料成形用的模具制造是一种精密的技术，必须尺寸精确、表面光洁度好，能经受多循环的固化。因此，起制造成本高昂，特别是殷伐钢模具的制造成本有时占结构件制造成本的75%。为此，模具的制造需要不断创新，主要表现在：

· 在复合材料模具上采用金属涂层；

· 镍合金薄壳模具；

· 碳/ 双马材料制的模具；

· 采用低压RTM；

· 碳泡沫材料制模具；

· 烘箱中固化用的模具；

· 纳米技术对模具的改性；

· 形状记忆聚合物模具；

· 采用石墨/ 环氧复合材料模具。

（2）纺织预成形体+ 液态成形技术问题。

VARTM技术尽管很有发展前途，但其重复性受到限制，主要原因是：

·原材料的可变性。包括增强体和树脂系统。

·各步工艺过程的自动化。特别是预成形体的铺层以及熔渗过程的自动化。

·虚拟设计工具，主要包括树脂流动预测软件、综合化的复合材料有限元软件包。

干的增强体通常以各种成卷的织物形式供应。机织产品由于在织物中会产生皱褶，因此强度会有所降低。而经编织物由于其渗透性明显低于机织物，因而通常又不易进行浸渗。与传统预浸料相比，干的增强体使得独立的丝束/纤维在切割及装卸过程中非常易于移动，因此有可能造成纤维取向的歪斜或导致针孔，从而在生产中造成局部缺陷。目前，织物的铺叠未实现自动化，因此，操作者的操作精确程度将显著影响最终预成形体的精度。在预成形体的生产过程中将耗费大量的劳动力，因而会增加制造成本。解决的方法是研究自动铺放机。

普通的RTM件由于模具复杂、模具变形大、缺少低黏度树脂，目前仅用于加工一些梁、肋、框等小型构件。事实上，目前RTM树脂所具备的韧性仅达到第一代环氧的水平。在F-22制造过程中，由于构件偏大，控制模具的变形非常困难。为改进RTM件韧性偏低的问题，由Cytec开发了Priform技术。最近该公司展出了用新型式的Priform技术制造的后压力隔框。标准的Priform用热塑性增韧剂纺成纤维并与碳纤维编织在一起，新型式的Priform的增韧剂用的则是热吹的可溶膜，该膜插入碳纤维带之间，形成一种非编织的织物，薄膜溶解并与环氧基体交混在一起形成增韧构件。

在RTM的各种派生技术中，在VARTM的各种派生工艺中，可控气氛压力树脂熔渗（CAPRI）和真空辅助成形（VAP）是两种比较有特点的方法。其中CAPRI法的优点是可使纤维体积含量提高5%～10%。VAP 采用在真空袋下放置带有微孔的掩膜，在熔渗过程中可实现排气，从而减少气孔的产生。

（3）非热压罐固化技术问题。

非热压罐固化在过去一直颇受争议。如在787 生产过程中，非美国承包商原提议RFI件采用非热压罐固化，但波音公司经过验证，认为韧性不满足规范要求，因此还需热压罐固化。其中关键的问题是如何界定“热压罐质量”。目前，越来越多的制造商对于原有的假定产生质疑。他们认为，非热压罐固化确实会使纤维体积含量减少，但其影响甚小，如在VARTM技术中，单向带及织物的纤维体积含量已分别达到60% 和56%，而热压罐固化所能达到的相应值也仅为62%和58%。因此，相对于热压罐法而论，韧性的降低大约处于3%～4%之间。而判定一种产品的可接受性，仅评价性能未免偏激，减重、零件数、可制造性、加工时间、表面质量以及成本因素也应综合考虑，因而，非热压罐固化还是前景看好。

较之VARTM和RTM更接近传统方法的是采用为非热压罐固化开发的专用预浸料，然后在固化炉中固化。目前，先进复合材料公司的首个热压罐外固化复合材料MTM44-1已取得空客认可用做结构件。MTM44-1是一种两步固化（130℃～180℃）高性能韧化环氧基预浸带，经低压真空袋处理后，具有低孔隙率。可制造大型整体结构。MTM44-1有两种预浸带形式（带及织物）。目前正在应用并进行合格认证的其他三种预浸带有MTM45-1、MTM46 以及MVR444。