在航空制造业向 “低成本、高效率、绿色化” 转型的关键阶段，机翼作为飞机核心主承力部件，长期依赖热压罐固化工艺保障超高强度与低孔隙率。然而，热压罐设备投资高达1.8 亿元 / 台（6 米直径级），单件能耗成本超 10 万元，且固化周期长达 8-12 小时，严重制约航空复合材料产业的规模化发展。热固性复合材料非热压罐（OoA）固化体系的研发成功，通过树脂体系改性、成型工艺创新与密实化技术突破，实现机翼构件在无热压罐条件下的拉伸强度达1800-2000MPa，与热压罐产品性能偏差≤3%，同时能耗降低60%、制造成本减少40%，为航空主承力件制造提供了低碳高效的颠覆性解决方案。
一、传统热压罐固化工艺的产业痛点与突破需求
热压罐固化虽为航空复合材料 “零缺陷” 制造的金标准，但在规模化生产中暴露出三大核心瓶颈，成为产业升级的关键制约：
设备投资与运行成本居高不下
热压罐需承受0.5-0.7MPa 高压与120-180℃高温的耦合工况，设备制造精度要求极高，购置成本达亿元级；运行时能耗巨大，单件机翼构件的加热、保温与冷却能耗占制造成本的30%-40%，且设备折旧压力大，迫使企业采用 “一罐多型号” 柔性生产，严重影响生产效率。
成型周期长，产能释放受限
传统热压罐固化需经历升温、保温、降温的完整循环，周期长达8-12 小时，其中升温与降温阶段占比超60%；大型机翼构件因尺寸效应，固化周期甚至延长至24 小时，难以匹配航空工业的批量生产需求。
大型复杂构件成型能力不足
热压罐的尺寸限制（最大直径约 8 米）制约了超大型机翼、机身整体壁板的一体化制造；同时，高压环境下复杂型腔构件易出现树脂流失、纤维变形等缺陷，影响结构性能稳定性。
在此背景下，非热压罐固化体系成为航空复合材料产业突破瓶颈的核心方向，其关键在于解决无高压条件下的 ** 低孔隙率（≤0.5%）与高纤维体积分数（≥60%）** 两大技术难题，实现主承力件性能与热压罐产品的等效性。
二、非热压罐固化体系的核心技术突破：三大创新保障性能对标
热固性复材非热压罐固化体系通过 “树脂 - 工艺 - 装备” 三位一体创新，构建 “低温快速固化 + 真空密实化 + 模压辅助成型” 的技术路径，突破无高压条件下的密实化瓶颈。
（一）低温快速固化树脂体系改性技术
树脂体系是 OoA 固化性能达标的核心，通过固化剂复配 + 促进剂优化 + 增韧改性，实现固化温度降低20-30℃，同时保持高交联密度与界面粘结强度：
潜伏性固化剂与高效促进剂复配
选用双氰胺衍生物潜伏性固化剂与咪唑类高效促进剂复配，使环氧树脂的固化温度从传统的 120℃降至80-100℃，固化时间缩短至4-6 小时；促进剂通过分子结构设计，在室温下保持惰性，加热至 80℃后快速激活，避免树脂在成型过程中提前凝胶。
纳米增韧与界面改性协同
在树脂中添加5-8wt% 碳纳米管（CNTs）与硅烷偶联剂（KH-560），CNTs 提升树脂的断裂韧性与导热性能，偶联剂增强树脂与碳纤维的界面粘结强度；改性后树脂的断裂伸长率提升25%，界面剪切强度达95-100MPa，与热压罐用树脂体系持平。
低粘度高浸润树脂设计
优化树脂配方，使粘度控制在0.3-0.5Pa·s（80℃），确保在真空压力下快速浸润碳纤维束，避免因浸润不足形成干斑缺陷；同时，树脂的固化收缩率降至2.5% 以下，减少构件成型后的残余应力。
（二）真空辅助密实化 + 模压后固化一体化工艺
针对无高压条件下的密实化难题，开发 “真空辅助树脂灌注（VARI）+ 模压后固化” 工艺，实现构件孔隙率≤0.5%，纤维体积分数达60-65%：
梯度真空密实化技术
采用双级真空系统，第一级抽真空至 - 0.095MPa 排除模具与织物间隙空气，第二级以0.1-0.2MPa正压辅助树脂浸润，形成 “负压引流 + 正压推送” 的梯度压力场，确保树脂快速均匀填充碳纤维间隙，孔隙率较传统 VARI 工艺降低60%。
模压后固化增强技术
灌注成型后，采用1.0-1.5MPa模压压力与100-110℃后固化温度，保持 2-3 小时；模压作用使碳纤维束进一步压实，纤维体积分数提升至62-65%，接近热压罐工艺水平；后固化过程消除残余应力，提升树脂交联度，复合材料的玻璃化转变温度（Tg）达120-130℃，满足机翼的耐热性要求。
模具温度场精准控制
模具内置分区加热系统，通过 PLC 控制各区域温度偏差≤±2℃，避免因温度不均导致的树脂固化速率差异；采用热电偶 + 光纤光栅双传感监测，实时反馈构件内部温度，动态调整加热功率，确保固化过程的稳定性。
（三）预浸料适配与铺层优化技术
非热压罐固化体系需配套专用预浸料，通过树脂含量控制与铺层结构优化，最大化发挥碳纤维的力学性能：
低树脂含量预浸料制备
预浸料树脂含量控制在35-38wt%（传统热压罐预浸料为 38-42wt%），减少树脂用量的同时提升纤维体积分数；采用热熔法制备预浸料，避免溶剂残留导致的孔隙缺陷，预浸料的挥发分含量≤0.5%。
多向铺层结构设计
机翼蒙皮采用 **[0°/±45°/90°] n多向铺层，0° 方向碳纤维承担拉伸载荷，±45° 方向提供剪切强度，90° 方向增强横向刚度；铺层过程中采用自动化铺丝（AFP）技术 **，定位精度达 ±0.2mm，避免人工铺层导致的纤维错位，确保力学性能的一致性。
层间增强与缺陷抑制
在铺层间添加纳米 SiO₂涂层，提升层间剪切强度；采用缝合技术增强层间结合，避免固化与服役过程中的层间剥离，非热压罐机翼的层间剪切强度达95-100MPa，与热压罐产品偏差≤2%。
三、性能验证：无热压罐机翼拉伸强度比肩热压罐产品
（一）静态力学性能全面达标
在中航工业某实验室进行的机翼拉伸测试中，非热压罐固化的 T800 碳纤维 / 环氧复合材料机翼蒙皮试样，最大拉伸强度达1950MPa，与热压罐固化试样（1980MPa）偏差仅1.5%；弯曲强度达2350MPa，层间剪切强度达98MPa，均满足航空主承力件的性能要求。
（二）疲劳与耐久性性能优异
进行10⁷次循环疲劳测试（应力比 R=0.1，最大应力 1000MPa），非热压罐固化机翼的疲劳强度保留率达90%，与热压罐产品一致；在 **-55℃~85℃** 高低温循环 100 次后，构件无裂纹、无变形，尺寸变化率≤0.1%，满足飞机 25 年服役寿命要求。
（三）实机应用验证成功
非热压罐固化体系已成功应用于某型支线客机机翼制造，实机测试显示：机翼的最大承载能力达设计值的1.2 倍，飞行振动测试中响应特性与热压罐固化机翼无明显差异；全生命周期成本降低40%，生产周期缩短50%，能耗降低60%，实现 “性能不降级、成本大降低、效率大提升” 的三重目标。
四、工艺革新的产业价值与未来发展趋势
热固性复材非热压罐固化体系的研发成功，不仅突破了航空主承力件制造的技术瓶颈，更带来显著的产业价值与广阔的发展前景：
（一）产业价值凸显
成本大幅降低：非热压罐工艺无需昂贵热压罐设备，单件机翼制造成本减少40%，设备投资回收周期从 10 年缩短至 3 年。
能耗显著削减：固化温度降低 20-30℃，周期缩短 50%，能耗降低60%，契合航空工业双碳目标要求。
产能高效释放：非热压罐固化可实现多工位并行生产，单条生产线产能较热压罐工艺提升3 倍，满足航空工业批量生产需求。
（二）未来发展趋势
智能化升级：集成数字孪生技术与 AI 温控算法，构建 “树脂 - 工艺 - 性能” 预测模型，动态调整固化参数，进一步提升性能稳定性。
多功能集成：开发 “固化 - 检测” 一体化工艺，在固化过程中同步进行超声探伤与介电性能检测，实时识别内部缺陷，提升产品合格率。
绿色化拓展：推动非热压罐工艺与再生碳纤维、生物基树脂的适配，实现 “再生纤维 - 低温固化 - 低碳制品” 的全链条绿色制造，进一步降低航空复合材料的碳足迹。
热固性复材非热压罐固化体系的研发成功，通过树脂体系改性、成型工艺创新与密实化技术突破，实现了无热压罐机翼拉伸强度比肩热压罐产品的重大技术跨越。该体系不仅解决了航空主承力件制造的高成本、高能耗、长周期痛点，更推动航空复合材料产业向 “低成本、高效率、绿色化” 转型，为我国大飞机制造提供了核心技术支撑。随着智能化与绿色化技术的持续迭代，非热压罐固化工艺将成为航空复合材料制造的主流技术，助力我国航空工业实现 “弯道超车”，迈向世界航空制造强国。
