航空复合材料固化监测方案

【资料简介】

航空复合材料固化监测方案

 

一、试验目的

 

针对碳纤维复合材料固化过程中温度梯度难以精准控制（行业要求 ±1.5℃/㎡）、孔隙率偏高（传统工艺普遍 > 1%）等难题，本方案通过16 区独立控温系统、红外热成像实时监测及树脂粘度反馈控制三大核心技术，实现：

 

固化温度场均匀性优化至 ASTM E595 标准（≤±1.5℃/㎡）；

 

孔隙率降低至 0.5% 以下；

 

固化周期缩短 30%，提升生产效率。

 

 

二、实验 / 设备条件

1. 硬件系统配置

 

皓天鑫控温大型步入式试验仓

尺寸：6m×4m×3m，支持大尺寸部件（如机翼蒙皮、机身框架）固化；

 

温区控制：16 组高精度 PID 温控模块，单点控温精度 ±0.5℃；

 

加热方式：电加热 + 热风循环，高温度 250℃，升温速率 0~10℃/min 可调。

 

红外热成像在线监测系统

分辨率：640×480，测温范围 - 20℃~300℃，精度 ±1℃；

 

动态采集：每秒 5 帧，实时生成全场温度云图。

 

树脂粘度变化反馈控制模块

集成光纤传感器，实时监测树脂固化过程中的粘度变化（0~10^6 Pa・s）；

 

算法模型：基于 Arrhenius 方程的固化动力学预测，自动调整升温速率。

 

2. 软件系统

 

固化工艺编程软件：支持自定义温度 - 时间曲线（最多 100 段）；

 

数据追溯平台：存储温度、粘度、压力等全参数，支持 AI 趋势分析。

 

 

三、试验样品

 

材料类型：T800 碳纤维 / 环氧树脂预浸料（厚度 2mm）；

 

试件尺寸：1.5m×1m×10 层叠层板；

 

设计孔隙率目标：≤0.5%。

 

 

四、试验步骤

 

工艺参数初始化

输入固化工艺曲线（如：室温→120℃/2h 保温→180℃/3h 固化→自然冷却）；

 

设定温度梯度阈值 ±1.5℃/㎡，粘度临界值 5×10^4 Pa・s。

 

实时监测与调控

光纤传感器实时传输粘度数据；

 

当粘度接近临界值时，系统自动触发 “阶梯式降温” 策略（如从 180℃降至 150℃保温 0.5h），避免过固化。

 

红外热成像系统每 10 秒反馈全场温度分布；

 

16 区控温系统通过 PID 算法动态补偿边缘温区热量损失。

 

温度场动态平衡：

 

树脂固化进程监控：

 

异常预警与干预

若某温区温度偏差超 ±2℃，系统自动声光报警并暂停加热；

 

支持手动介入调整，保留历史操作记录。

 

五、实验结果 / 结论

 

指标	传统工艺	本方案	标准要求
温度场均匀性（℃/㎡）	±3.2	±1.2	±1.5
固化周期（小时）	8.5	5.9	-
孔隙率（%）	1.2	0.3	≤0.5
层间剪切强度（MPa）	68.5	82.3	≥75

 

结论：

 

通过 16 区控温与红外热成像联动，温度场均匀性提升 62.5%，满足 ASTM E595 严苛标准；

 

基于粘度反馈的智能调控策略使孔隙率降低 75%，层间结合强度显著增强；

 

固化周期缩短 30%，单批次能耗减少 22%，综合效益提升超 40%。

 

 

六、方案优势与应用

 

技术性：实现 “温度 - 粘度” 双参数闭环控制的固化系统；

 

场景适配性：支持航空航天、新能源汽车等领域的碳纤维、玻璃纤维复合材料固化；

 

数据价值：积累的工艺参数库可用于新材料研发的快速迭代。

 

 

以上方案仅供参考，在实际试验过程中，可根据具体的试验需求、资源条件以及产品的特性进行适当调整与优化。