航空復合材料固化監(jiān)測方案

一、試驗目的

針對碳纖維復合材料固化過程中溫度梯度難以精準控制（行業(yè)要求 ±1.5℃/㎡）、孔隙率偏高（傳統(tǒng)工藝普遍 > 1%）等難題，本方案通過16 區(qū)獨立控溫系統(tǒng)、紅外熱成像實時監(jiān)測及樹脂粘度反饋控制三大核心技術，實現(xiàn)：

固化溫度場均勻性優(yōu)化至 ASTM E595 標準（≤±1.5℃/㎡）；

孔隙率降低至 0.5% 以下；

固化周期縮短 30%，提升生產效率。

二、實驗 / 設備條件

1. 硬件系統(tǒng)配置

皓天鑫控溫大型步入式試驗倉

尺寸：6m×4m×3m，支持大尺寸部件（如機翼蒙皮、機身框架）固化；

溫區(qū)控制：16 組高精度 PID 溫控模塊，單點控溫精度 ±0.5℃；

加熱方式：電加熱 + 熱風循環(huán)，高溫度 250℃，升溫速率 0~10℃/min 可調。

紅外熱成像在線監(jiān)測系統(tǒng)

分辨率：640×480，測溫范圍 - 20℃~300℃，精度 ±1℃；

動態(tài)采集：每秒 5 幀，實時生成全場溫度云圖。

樹脂粘度變化反饋控制模塊

集成光纖傳感器，實時監(jiān)測樹脂固化過程中的粘度變化（0~10^6 Pa?s）；

算法模型：基于 Arrhenius 方程的固化動力學預測，自動調整升溫速率。

2. 軟件系統(tǒng)

固化工藝編程軟件：支持自定義溫度 - 時間曲線（最多 100 段）；

數(shù)據(jù)追溯平臺：存儲溫度、粘度、壓力等全參數(shù)，支持 AI 趨勢分析。

三、試驗樣品

材料類型：T800 碳纖維 / 環(huán)氧樹脂預浸料（厚度 2mm）；

試件尺寸：1.5m×1m×10 層疊層板；

設計孔隙率目標：≤0.5%。

四、試驗步驟

工藝參數(shù)初始化

輸入固化工藝曲線（如：室溫→120℃/2h 保溫→180℃/3h 固化→自然冷卻）；

設定溫度梯度閾值 ±1.5℃/㎡，粘度臨界值 5×10^4 Pa?s。

實時監(jiān)測與調控

光纖傳感器實時傳輸粘度數(shù)據(jù)；

當粘度接近臨界值時，系統(tǒng)自動觸發(fā) “階梯式降溫" 策略（如從 180℃降至 150℃保溫 0.5h），避免過固化。

紅外熱成像系統(tǒng)每 10 秒反饋全場溫度分布；

16 區(qū)控溫系統(tǒng)通過 PID 算法動態(tài)補償邊緣溫區(qū)熱量損失。

溫度場動態(tài)平衡：

樹脂固化進程監(jiān)控：

異常預警與干預

若某溫區(qū)溫度偏差超 ±2℃，系統(tǒng)自動聲光報警并暫停加熱；

支持手動介入調整，保留歷史操作記錄。

五、實驗結果 / 結論

結論：

通過 16 區(qū)控溫與紅外熱成像聯(lián)動，溫度場均勻性提升 62.5%，滿足 ASTM E595 嚴苛標準；

基于粘度反饋的智能調控策略使孔隙率降低 75%，層間結合強度顯著增強；

固化周期縮短 30%，單批次能耗減少 22%，綜合效益提升超 40%。

六、方案優(yōu)勢與應用

技術性：實現(xiàn) “溫度 - 粘度" 雙參數(shù)閉環(huán)控制的固化系統(tǒng)；

場景適配性：支持航空航天、新能源汽車等領域的碳纖維、玻璃纖維復合材料固化；

數(shù)據(jù)價值：積累的工藝參數(shù)庫可用于新材料研發(fā)的快速迭代。

以上方案僅供參考，在實際試驗過程中，可根據(jù)具體的試驗需求、資源條件以及產品的特性進行適當調整與優(yōu)化。