在復(fù)合材料制件制造過程中由于環(huán)境、原材料缺陷、工藝規(guī)范和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等因素會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，制造缺陷的存在嚴(yán)重影響了復(fù)合材料的性能和使用壽命，甚至還會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料制件的報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，制造缺陷的控制技術(shù)是目前先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料成型工藝領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。

1、 制造缺陷的類型及對比分析

　　在復(fù)合材料產(chǎn)品中主要缺陷的比例從高到低依次為分層、孔隙、氣孔、富脂、貧膠、脫粘、疏松、變形和弱粘，其中分層所占比例{zg}，超過50%，氣孔、孔隙的比例也比較高，其他缺陷比例相對較低。無損檢測結(jié)果只能提供復(fù)合材料層間的結(jié)合信息，但無法給出缺陷的形成原因。氣孔和孔隙形成機(jī)制基本相同,主要來源均是夾雜空氣、吸濕水、揮發(fā)性溶劑等，氣孔是孔隙長大到一定程度，呈宏觀狀態(tài)出現(xiàn)的一種缺陷形式，在無損檢測中二者的區(qū)別：①面積大小不同；②氣孔多以單個(gè)狀態(tài)出現(xiàn)，而孔隙多呈密集型分布。復(fù)合材料在制造過程中分層的產(chǎn)生機(jī)制極為復(fù)雜，且分層和氣孔的超聲A掃描波形極為類似，主要是根據(jù)有無底波和缺陷面積來界定分層和氣孔的，一般如底波消失的缺陷或根據(jù)檢測標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到一定面積的氣孔均判為分層。

2、 結(jié)構(gòu)形式對制造缺陷影響作用的統(tǒng)計(jì)結(jié)果與分析

　　由于復(fù)合材料成型過程的復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)形式的多樣化和成型工藝的差異，引起成型過程受力和溫度分布的復(fù)雜，致使樹脂流動(dòng)形式比平板復(fù)雜得多，產(chǎn)生的缺陷類型及分布也有所不同，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示制造缺陷與制件的結(jié)構(gòu)形式有一定的關(guān)聯(lián)性。下面就構(gòu)形要素、幾何要素、工藝要素對制造缺陷及其分布的影響逐一分析。

3.1 構(gòu)形要素對制造缺陷的影響

　　根據(jù)制件截面形狀,制件構(gòu)形主要有(等厚度、非等厚度)層板、L形、U形、工形和盒形。

　　采取同樣成型工藝不同構(gòu)形制件出現(xiàn)缺陷的比例有很大的差異，構(gòu)形越復(fù)雜則出現(xiàn)缺陷的比例越高，構(gòu)形越簡單則反之。以工形制件的成型技術(shù)為例，其構(gòu)形主要由2個(gè)U形、2個(gè)突緣、2個(gè)填料分開鋪疊、預(yù)吸膠，再組裝在一起而成，結(jié)構(gòu)中存在拐角曲率和填充區(qū)，成型時(shí)需多個(gè)模具配合，因此結(jié)構(gòu)的復(fù)雜增加了其成型的難度,出現(xiàn)缺陷的比例也隨之增加，缺陷件比例高達(dá)17.4%。

　　U型、盒型結(jié)構(gòu)相對簡單，成型工藝較易實(shí)現(xiàn)，缺陷件比例稍低(8%左右)；層板、L形最為簡單,缺陷件比例也是{zd1}的(2%左右)。由于統(tǒng)計(jì)的層板結(jié)構(gòu)主要是非等厚層板，非等厚層板存在厚度突變區(qū)，其結(jié)構(gòu)不對稱程度相對L形復(fù)雜些，所以致使層板類制件出現(xiàn)缺陷的比例比L形制件稍大些。

　　相對孔隙而言，分層的形成機(jī)制較為復(fù)雜，成因較多，一方面復(fù)雜制件結(jié)構(gòu)上的非對稱性和復(fù)雜性會(huì)造成纖維分布不均，以及結(jié)構(gòu)中溫度分布不均，降溫過程中制件內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致分層；另一方面如排氣不暢，成型過程中氣孔長大形成分層,其形成機(jī)制與孔隙相同；此外還有可能預(yù)浸料局部污染、夾雜等造成分層。因此，分層不易控制，缺陷件比例因結(jié)構(gòu)形式的差異而相差較大，構(gòu)形復(fù)雜的工形制件分層比例{zg}可以達(dá)到11.2%，制件簡單的層板和L形制件可以控制在3%以下。

3.2　幾何要素對制造缺陷的影響

某一種構(gòu)形要素往往是多種幾何要素的集合體，即在一個(gè)制件中通常存在多種幾何要素，如厚度、曲率、變厚梯度等，所以構(gòu)形要素對制造缺陷的影響是多種幾何要素綜合作用的結(jié)果。本文根據(jù)缺陷出現(xiàn)位置的幾何特征，提取了具有共性的幾何要素：層板厚度、變厚梯度、外形曲率、自由邊界、纖維非連續(xù)，并統(tǒng)計(jì)分析了不同幾何要素對制造缺陷的影響規(guī)律。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示層板厚度對分層、氣孔影響較大，制件較厚時(shí)，成型過程中厚度方向存在溫差，有時(shí)外表面樹脂已凝膠而內(nèi)部尚未凝膠，夾雜空氣和揮發(fā)份不易排出，會(huì)在制件內(nèi)部形成氣孔和孔隙、制件外表面產(chǎn)生疏松和分層。變厚梯度區(qū)由于鋪層長短不同，互相搭接，存在纖維很難填充到的三角區(qū)和纖維不連續(xù)區(qū)，加之樹脂的二維流動(dòng)和纖維的滑移，容易引起應(yīng)力集中，因此，變厚梯度會(huì)導(dǎo)致分層和富脂。

　　本文統(tǒng)計(jì)的含曲率制件多采用陽模成型，如果曲率半徑過小、則預(yù)浸料鋪層鋪覆時(shí)與模具配合不好，橡膠軟模傳壓的均勻性降低，造成預(yù)浸料層間密實(shí)不好，最易產(chǎn)生分層。自由邊界產(chǎn)生的缺陷具有一定的隨機(jī)性，分層、疏松相對多些，在復(fù)雜制件的邊緣部位為防止樹脂流失多存在橡膠擋條，如擋條高度與制件高度不相當(dāng)時(shí)會(huì)導(dǎo)致邊緣部位加壓不好，因此會(huì)產(chǎn)生分層與疏松缺陷。纖維非連續(xù)主要是指裝配件的釘孔處,由于釘孔時(shí)外力的沖擊損傷會(huì)產(chǎn)生分層。

3.3　工藝要素對制造缺陷的影響

從成型工藝考慮,本文統(tǒng)計(jì)的制件主要采用了3種工藝方法：固化、膠接共固化、二次膠接。固化工藝主要是指制件經(jīng)預(yù)吸膠后再固化成型；膠接共固化是把一個(gè)或多個(gè)已固化成型而另一個(gè)或多個(gè)尚未固化的制件通過膠模，在一次固化中固化并膠接成一個(gè)整體制件；二次膠接主要是指兩個(gè)或多個(gè)已固化成型的制件經(jīng)膠模固化膠接在一起。不同成型方法所產(chǎn)生缺陷的種類和所占比例有所不同。

3種工藝對分層的影響均較大；膠接共固化工藝對各類缺陷均有所影響，除分層外其他類型的缺陷可能是已固化制件中的原有缺陷，也可能是未固化制件經(jīng)膠接共固化工藝后產(chǎn)生的，而分層除上述原因外還可能是原有分層在經(jīng)歷二次熱壓成型后發(fā)生擴(kuò)展，可見分層產(chǎn)生機(jī)制的復(fù)雜性；二次膠接工藝最易產(chǎn)生脫粘和弱粘，其中脫粘比例明顯大于其他工藝對缺陷的影響，這是由于采用二次膠接工藝的主要是蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，在該類制件中為保證板芯膠接質(zhì)量有時(shí)不可避免造成板板膠接質(zhì)量不好，造成脫粘或弱粘，所以脫粘這一類缺陷受膠接工藝影響{zd0}