共固化 (Co-curing)

共固化是指在一次固化周期中，将两种或多种尚未完全固化的复合材料预浸料同时进行固化和胶接。简单来说，就是将两个（或多个）还是“软的/湿的”零件叠在一起，然后一起加热加压，让它们同时完成固化反应，并在这个过程中自然地粘接成一个整体。

• 优点：

• 效率高：一次固化成型，省去了后续的胶接步骤。

• 结构完整性好：由于是在分子层面同时固化，形成的连接没有明显的界面，结构更像一个整体，能有效减轻重量并提高强度。

• 缺点：

• 工艺复杂：需要精确控制零件的对齐和位置，以及整个固化过程的温度和压力曲线。

• 风险高：如果其中一个零件出现问题，整个部件可能都会报废。

共胶接 (Co-bonding)

共胶接是指将一个已经完全或部分固化的零件，与一个未固化的零件（预浸料）或胶膜，在一个固化周期中同时完成胶接和固化。它介于共固化和二次胶接之间。

• 优点：

• 灵活性高：可以连接不同固化状态的零件，为设计和制造提供更多可能。

• 减少变形：对于一些复杂的零件，可以先将其中一部分固化成型，再进行共胶接，以减少整体固化过程中的变形。

• 缺点：

• 连接质量：相比共固化，其连接界面可能存在，但通常比二次胶接更强。

二次胶接 (Secondary Bonding)

二次胶接是指将两个或多个已经完全固化成型的复合材料零件，通过使用额外的结构胶粘剂进行粘接。你可以把它想象成用强力胶水把两个已经做好的塑料块粘在一起。

• 优点：

• 灵活性和可修复性高：可以连接不同批次、不同工艺甚至不同材料的零件。如果连接部分损坏，相对容易进行修复。

• 工艺简单：不需要同时进行固化，工艺流程相对独立，对设备的要求也较低。

• 缺点：

• 连接强度：连接强度主要取决于胶层，通常不如共固化形成的连接。胶层本身可能成为薄弱环节，影响整体结构的性能。

• 重量增加：胶层会增加结构的重量。

总结

对工装和模具的要求：

1. 共固化 (Co-curing)

由于共固化是将多个零件在一次固化周期内同时成型并粘接，因此对工装和模具的要求最为严格和复杂。

• 一体化模具设计：需要设计一个能够容纳所有零件并精确控制其相对位置和几何形状的整体式模具。模具本身必须非常精确，以确保最终产品的尺寸精度和形状一致性。

• 热膨胀系数（CTE）匹配：模具材料的CTE应尽可能与复合材料零件的CTE相匹配。因为在高温固化过程中，不同材料的膨胀不一致会导致零件变形、翘曲或产生残余应力，从而影响产品质量。常用的模具材料包括碳纤维复合材料、殷钢（Invar）或特殊合金等，这些材料的CTE都较低，能有效减少热变形。

• 刚度和稳定性：模具必须具有足够的刚度，以承受固化过程中的高温和高压（如热压罐压力）而不发生变形。任何微小的变形都可能导致最终零件的缺陷。

• 脱模性：模具表面需要经过特殊处理，以保证固化后的零件能够顺利脱模，避免损伤。

2. 共胶接 (Co-bonding)

共胶接涉及已固化和未固化零件的组合，因此对工装和模具的要求介于共固化和二次胶接之间。

• 定位精度：需要设计特定的工装来精确地固定和定位已经固化的零件，并将其与未固化的零件（或胶膜）组合在一起。工装的定位销、夹具等必须保证组合件在整个固化过程中的位置关系不发生变化。

• 局部加热控制：在某些情况下，为了控制固化过程，可能需要对不同区域进行局部加热或冷却，这要求模具和工装具备相应的加热/冷却通道或可控加热元件。

• 隔离体应用：在某些共胶接工艺中，为了防止胶层溢出或控制胶层厚度，可能会使用隔离体（如聚四氟乙烯织物）。因此，模具设计时需要考虑隔离体的放置和定位。

• 模具材料：与共固化类似，模具材料的CTE匹配仍然是关键，但由于部分零件已固化，可以采用一些成本较低的工装材料，如普通钢材配合精确定位的殷钢定位板，来平衡精度和成本。

3. 二次胶接 (Secondary Bonding)

二次胶接是在两个已固化的零件之间进行粘接，因此对工装和模具的要求相对简单，主要关注加压和定位。

• 加压工装：核心是提供均匀稳定的压力，以确保胶层厚度一致，并使胶粘剂充分填充接合面。这通常通过加压板、真空袋或夹具来实现。

• 定位工装：工装的主要作用是精确地固定两个零件的相对位置，确保它们在胶粘剂固化过程中不发生移动。这可以是一些简单的夹具、夹具组合或专用的定位框架。

• 加热方式：加热可以由工装本身提供，也可以通过热压机或烘箱等外部设备实现。工装需要能够承受相应的加热温度，并且热传导性良好，以保证胶层能够均匀固化。

• 脱模要求：由于是单独的胶粘过程，对模具的脱模性要求通常不如共固化和共胶接那么高，因为没有树脂预浸料直接接触模具，但仍需确保工装不会与胶层粘连。

成本差异

主要源于工装和模具的复杂性、工艺流程的效率以及材料和返修成本。

1. 共固化 (Co-curing)

共固化的成本模式可以被概括为“高前期投入，低后期生产成本”。

• 工装/模具成本极高：这是共固化的主要成本驱动因素。为了在一次固化周期内精确成型并粘接多个复杂零件，需要设计并制造高度复杂的整体式模具。这些模具通常由昂贵的殷钢（Invar）或碳纤维复合材料制成，以确保在高温下拥有极低的热膨胀系数（CTE），防止零件变形。

• 生产效率高：一旦模具和工艺流程确定，共固化只需一个生产周期即可完成，大大节省了工时和能源。它消除了二次加工、表面处理和单独的胶接步骤，降低了人工成本。

• 返修风险高：如果固化过程中出现任何缺陷（例如层间分层或气泡），整个制件往往无法返修，只能报废。这使得共固化的制造成本风险非常高。

2. 共胶接 (Co-bonding)

共胶接的成本通常介于共固化和二次胶接之间，提供了一种平衡。

• 工装/模具成本适中：相较于共固化，共胶接的模具设计可以相对简单，因为其中一个零件已经固化。工装的重点在于精确固定已固化零件与未固化零件的位置。这使得模具和工装的制造和材料成本低于共固化。

• 工艺成本：共胶接需要一次完整的固化周期，但由于可以预先制备部分零件，因此生产流程的灵活性更高。它可能需要额外使用胶膜作为粘接剂，增加了材料成本。

• 返修和风险：其返修风险低于共固化，因为部分已固化的零件可以在进入共胶接流程前进行质量检查。但如果共胶接失败，通常也难以返修。

3. 二次胶接 (Secondary Bonding)

二次胶接的成本模式可以被概括为“低前期投入，高后期生产和人工成本”。

• 工装/模具成本低：这是二次胶接的最大优势。制件是分开成型的，因此每个零件的模具都相对简单，材料成本和制造成本也更低。粘接工装主要用于定位和加压，通常比固化模具简单得多。

• 生产效率低，人工成本高：二次胶接是多步骤、多周期的过程。每个零件都需要独立的固化周期。在粘接前，还需要进行精密的表面处理（如打磨、清洁、活化），这一步骤通常非常耗时且依赖人工，是成本的重要组成部分。

• 材料成本：需要额外的结构胶粘剂，其成本会计入制件总成本。

• 返修和风险：由于是单独的步骤，如果粘接失败，有时可以通过移除胶层并重新粘接来进行返修，这降低了报废风险。同时，由于零件是分开制造的，单个零件的缺陷可以被更早发现和处理。

成本对比总结