熱壓罐解放運動加快步伐
過去，熱壓罐給予的能力緊緊地控制了固化條件，包括較高的固結壓力和高固化溫度，而這些條件已經成為高性能復合材料達到高質量水平的黃金標準。然而，熱壓罐的購買和使用有著變大、變重和變得更貴的趨勢。那些體積龐大的設備難以移動，占用了大量的工廠面積，并且還會消耗很多的電力和氮氣（以將火災危險降至低），此外還需要配備一些輔助設備。因此，有一段時間就出現了對可行性替代方案的需求。
這方面的研究如今愈演愈烈，因為復合材料制品的尺寸有所增加（例如飛機機翼和機身，以及風機葉片等）；產品的產量越來越大，生產速度也越來越快（如汽車零部件）；而勢不可擋的是，所有領域都下定決心要減少復合材料制造所需的成本。在很多情況下，熱壓罐工藝簡直變得或不切實際或過分昂貴，抑或兩者皆是——因此，脫離熱壓罐技術在某種意義上已經變成了一種解放神學（liberation theology）。
包括美國NASA 的重型太空發射系統在內的很多火箭都指定采用復合材料低溫儲罐
實例說明，即使在高的質量水平顯得至關重要的應用中，研究也取得了進展。航天應用比在其他地方都更加突出，其結構性障礙和失敗的成本都非常巨大。
轉折
在減少運載火箭發動機重量以攜帶更大的有效載荷方面有一個驅動力，那就是用復合材料取代金屬來制造低溫油箱。據NASA 的專家所言，通過這個方法來減少宇宙空間的訪問成本將成為一個巨大轉折，他們期待這種油箱能比現在所使用的金屬油箱節約25% 的成本，同時減少30% 的重量。
包括NASA 擁有的新型重型太空發射系統在內，許多火箭都指定采用復合材料低溫儲罐，有趣的是，其中還包括由年輕的商業企業Firefly Space Systems研發的獵鷹1 號運載火箭，其目的就在于減少太空旅行的成本。他們這種負擔得起的系統擁有一種新穎的aerospike 發動機，用低溫下以液態儲存的甲烷和氧氣為燃料。為了讓燃料罐又輕又牢，并且絕對密封，波音公司采用了纖維纏繞工藝，并采用了與B787 商用飛機密封機身所用航空器構架相差不大的高分子材料和工藝。
然而，為了避免采用那些大到足以容納數米直徑的儲罐的熱壓罐，波音公司在為其于美國進行的復合材料低溫技術驗證項目（the Composite CryogenicTechnology Demonstration project）所制造的一個原型艙上，采用了一種熱壓罐外/ 非熱壓罐（out-of autoclave， 簡稱OOA）固化技術。作為一種削減成本和保持質量一致性的措施，它使用了自動化纖維鋪放技術（AFP）對儲罐進行纏繞，該儲罐直徑5.5 米，是迄今大的復合材料低溫罐之一。并在之后進行固化爐內固化。去年，該儲罐的成品被運送至馬歇爾太空飛行中心，并在該中心成功進行了低溫-253℃的產品測試。該驗證計劃的項目經理John Vickers指出：“三年來，我們采用新材料和新工藝設計和制造了一種高性能儲罐，并在極端條件下對其進行了測試，這項評估正是這些努力的成就。”
Vickers 還援引了空客公司的聲明，30% 的能源成本通常消耗在制造復合材料結構的過程中，這是采用了熱壓罐的緣故。
為太空旅游公司維珍銀河所制造的太空船二號（Space Ship 2）。
大型的OOA 航空結構
航空前沿技術能進一步闡明OOA工藝材料研發的重要性。預浸漬材料技術的工藝水平發展得尤其快，因為這種材料形式受到了由它促進發展的高體積分數連續纖維增強產品的喜愛，而且它擺脫了灌注成型工藝中可能出現的干斑和多膠區域，再加上這種結構的制造者們不必精通具有挑戰性的浸漬工藝，因為所有這些都變成了材料制造商的職權范圍。
有一個值得注意的案例，Umeco 公司旗下的先進復合材料集團（AdvancedComposites Group， 簡稱ACG） 的MTM45-1 預浸料產品被用于美國縮尺復合體公司（Scaled Composites）為太空旅游公司維珍銀河所制造的白騎士二號（Knight 2）/ 太空船二號（Space Ship 2）空天飛機/ 發射器組合的基礎材料。【總部位于英國的Umeco PLC 于2012 年被氰特工業公司（Cytec Industries Inc.）收購?！靠紤]到白騎士長達140 英尺的翼展，這種新穎的空天飛機可稱為上大的OOA 固化航空結構件。
ACG 公司是OOA 預浸料的發起者，其VTM® 和MTM® 樹脂體系可分別提供可變溫度或中溫成型能力，同時克服了預浸料較短的失效壽命（outlife）這一早期局限。其碳纖維預浸料也被用于以OOA 工藝加工的結構，比如大型游艇，龐大的體積在此處是一個問題；還有超級跑車，市場還在探尋適用于該領域連續生產的加工周期速度。樹脂化學的進步引領了預浸料的發展，它在大氣壓力下成型時（僅使用真空袋），能夠帶來高機械性能和很好的表面光潔度。以ACG 的VTM 樹脂體系為例，在合適的后固化工藝后，Tg 值提高到了170° C，而其MTM 產品的熱力性能則更高。同時，赫氏公司（Hexcel Corporation）也活躍在爐內固化預浸料技術的前沿。
Coriolis 進行預成型件的自動化鋪層，采用了赫氏的HiTape 產品。（圖片由Coriolis 提供）
在JEC 2014 期間，該公司發布了用于航空結構的新型HexPly® M92 預浸料。它具有高達115℃的熱濕Tg 性能，與現有材料相比，這讓固化層壓板能在成本較低的125℃操作溫度至更高的操作溫度范圍內加工。其所宣稱的優點包括低放熱特性、較長的外置壽命、真空袋固化以及防火特性，同時，對蜂窩材料的自粘性使之適用于三明治結構和整體式結構。HexPly M92 有一系列的編織或單向預浸帶的產品形式。針對風機葉片和船舶應用的一種新型產品是HexPly®M79，是一款為較厚層壓板而研發的低溫快速固化預浸料產品。它從早期的HexPly 產品——誕生許久的M10 演變而來，能夠在70℃溫度下，在7-10 小時內固化，或者在80℃下，以更少的時間（4-6 小時）固化。HexPly M79 在室溫下有至少六周的外置壽命，有足夠的時間進行真空袋成型、檢驗，以及其他預固化操作。在JEC 展會上，赫氏公司展出了一種碳纖維預浸料層壓板，695層400 毫米的厚度令人印象深刻，該層壓板在80℃時，僅在六小時內即完成了固化。它能夠迅速提高模內溫度，這是由于M79 的低放熱特性。
與此同時，赫氏公司也支持著OOA灌注工藝的發展，這種工藝是OOA 預浸料工藝的競爭者，該公司的相關產品有Hi Tape® 和Hex Flow®。纖維帶和難熔樹脂二者配合，令30 毫米厚的零部件的纖維體積含量高達60%。
在2012 年收購Umeco 公司（包括ACG）之前，氰特工業早已開始發展OOA 工藝。例如，其Cycom® 5320-1 產品被用于廣泛采用了復合材料的Learjet85 商務噴氣機上，該產品結合了高性能和OOA 工藝的加工能力。盡管像標準預浸料一樣處理這款產品，它卻能采用真空袋內固化，并交付具有低孔隙度的零部件，因此獲得的產品質量可與熱壓罐成型零部件相媲美。它能在低至95℃的溫度下固化，這有助于爐內固化和整體式結構的共固化，比如機翼蒙皮與加強筋，以及其他加強件。繼而進行的獨立的后固化過程能確保165℃左右的濕態Tg。氰特公司指出，這種增韌環氧樹脂預浸料在性能上絕對比得上熱壓罐預浸料，并能減少飛機主結構的成本。在室溫下至少30 天的保存期限則將對冷藏時間的需求降至小。
GKN 采用HexPly® M56 OOA 預浸料。（圖片由GKN 提供）
MTM 23 是氰特公司為汽車工業的連續化生產而優化的預浸料產品。該公司指出，這種玻纖縫編織物增強熱熔性乙烯基樹脂復合材料能夠在150℃溫度下，于五分鐘內模壓成型。低放熱曲線、較少揮發物、可自動釋放，并且原始的預浸料擁有50 天的外置時間，再加上成品的操作溫度為60℃，使得該產品成為汽車應用上的一個靈活選項。請注意，在產品尺寸和輪廓都允許的情況下，在內部加熱的配套金屬模具內進行的模壓成型，是一個可替代熱壓罐技術的可行方法。氰特公司也支持著RTM 技術的發展，這是一種成熟的OOA 工藝，它使用專門的樹脂系統。舉例來說，其XMTR50 產品是一種為采用高壓RTM（HP-RTM）高效零部件生產所設計的環氧樹脂，在120℃下，零部件可在三分鐘內完成制造。
赫氏公司與Aerolia 和Coriolis Composites 共同制造的HiTape® 機身壁板。
在一份近期的技術報告中，氰特公司汽車行業市場經理AlexanderAucken 解釋了用于量化生產的連續纖維增強復合材料的可負擔性，他說：“具有成本效益的大批量生產所用復合材料需要圍繞制造、自動化、快速固化材料、編織方式，及一條合格且商業化成熟的供應鏈來進行綜合設計。”該公司正進行一項數百萬美元的投資，用以擴大其位于英國Heanor 的應用中心，從而支持其新型材料、設計和工藝技術的進一步發展。其中的主要關注點在于快速固化OOA 工藝系統。
阿斯頓馬丁在其旗艦產品Vanquish 車型上采用了固瑞特的車身板件。
創新
總部位于瑞士的固瑞特公司（Gurit AG） 擁有一項創新， 被證明有助于從正在進行固化的制件中消除空氣，這樣就不會在成品制件中生成孔隙。Airstream ®是一種表面涂層，將其涂覆到預浸料的各個面后，它提供通道，令卷裹的空氣在固化過程中得以排出。這通過小化對排氣工序（de-bulking）的需要而推動了OOA 工藝的發展進程。
在固化過程中，該涂層被層壓板所吸收，這也使通過減少粘度來處理基礎材料的做法變得更加容易。Airstream 能用于多種固瑞特材料，包括一些近為實現OOA 的夢想而研發的材料。其中一種材料是快速固化SPRINT ®半預浸料產品的一種，該產品適用于結構應用。若需要，ST160 能使用模壓成型、真空袋工藝或熱壓罐工藝來固化。它提供一種靈活的固化殼層，并能在165℃溫度下于15 分鐘內完成固化。簡易的處理方法有助于快速鋪層，21℃溫度下，材料的儲存期至少有八周。據說它能為高品質層壓板帶來出眾的力學性能。
龐巴迪公司采用了氰特公司的低壓爐內固化OOA 碳纖維產品作為其Learjet 85 機身的基礎材料。
SparPreg ®是一種80℃可固化的單向預浸料，適用于較厚的結構件，例如風機葉片梁帽中的結構件。若配合Airstream 涂層使用，無需或僅需少的排氣工序。其他適用于OOA 工藝的產品還包括SE200，這是一種針對200℃下快速固化模壓工藝而優化的預浸料系統，而SC110，一種高強度預浸料樹脂系統為85℃低溫下的固化提供了靈活的選擇。Velinox 是一種改性環氧樹脂，它在100℃條件下快速固化，具有低放熱特性——這對風機葉片的生產是一個重要特性。
吉凱恩航宇采用微波固化作為一種減少OOA 工藝成本的方法。
六分鐘
在汽車領域，生產周期時間是復合材料解決方案能否被采用的一個至關重要的決定因素。此處，固瑞特開發了一種在僅僅六分鐘內即可固化的產品，到目前為止，通常需要的時間為至少10-60 分鐘。這就是CBS（car body shell，車體外殼）200 預浸料產品及配套的壓縮成型工藝，由位于英國懷特島的固瑞特汽車部門研發而成。CBS200是SPRINT 技術的衍生產品之一，該技術能帶來輕量化的A 級碳纖維車身板件，這已經可以通過其早前的CBS96材料獲得，這種材料可在80℃爐內固化。然而，這種新材料有200℃的Tg 玻璃化溫度，固化后能承受用于汽車制造的高溫噴涂生產線。僅這一點，就應該使碳纖維車身板對汽車OEM更富吸引力，但是，固瑞特汽車部門總經理MartinStarkey 還補充說，除了更高的Tg 溫度和更快的固化速度，該系統還能比老產品提供更好的纖維浸潤性和更低的發熱特性。
Starkey 稱，CBS200 將汽車A 級表面零部件的生產引入了下一級水準。由于在相對低的壓力下，金屬模具內保持了恒定200℃的模具溫度，因而能夠避免產生復雜的固化曲線，成型模具也因此得到簡化。但主要的好處是零部件周期時間能與汽車生產總體速度更加統一。據Starkey 估計，假設周期時間為10 分鐘，則每套設備每年用CBS200工藝可生產多達4 萬個零部件。此外，固化的車身板件能夠組裝到車身外殼結構上，以便組裝的成果能作為一個完整的單元貫穿于后續的制造和表面處理過程。由此節約的成本，不僅令新客戶而且也令現有的客戶從中獲益，例如英國高級汽車制造商阿斯頓馬丁，該公司在其旗艦產品Vanquish 車型上采用了固瑞特汽車的車身板件。
在固化溫度下采用熱壓機進行壓縮成型也吸引了汽車制造商在其他應用中替代熱壓罐工藝。其中一個例子是美國通用汽車公司，該公司2014 款雪佛蘭Corvette Stingray 的碳纖維增強復合材料引擎蓋在一個時長17 分鐘的熱壓縮成型周期中制得，不過，該加工周期還可減少至10 分鐘。這項技術由Vermont的Plasan Carbon Composites 公司開發，熱壓機由華盛頓州的Globe Machine Manufacture 公司制造。
飛機制造商的動力
一種具有整體加強蒙皮、復雜輪廓和四種桁條形狀的輕質融合翼盒，它采用了OOA 工藝和編織預成型體。（圖片由GKN 提供）
從客戶角度來看，所有領頭的航空企業都對通往OOA 工藝的技術發展十分感興趣。舉個例子，空客公司已經著手采用OOA 預浸料，比如其在與Umeco/ACG 公司制定的合同中，后者的MTM44-1 增韌環氧樹脂預浸料被用于其新的空客A350WB（超寬機身）飛機的機翼后緣板上。通用電氣航空（GE Aviation）負責制造蜂窩夾層結構，在OOA 工藝在由空中客車和達索航空領頭的一個驗證計劃中取得成功應用后，該公司采用了這項工藝。該項計劃旨在驗證低成本航空結構件的設計和技術。
Umeco 公司的MTM 44-1 已針對低壓真空袋工藝進行了優化，并能根據處于質量巔峰的航空航天制造商的要求，提供0-1% 的內部孔隙率。這等同于標準熱壓罐固化系統所能達到的性能?？湛凸菊J為，比起熱壓罐工藝，除了減少工藝及資本設備的成本，OOA 成型還有助于制造更加大型、集成度更高的結構。
波音公司早在2007 年就開始發展OOA技術，當時它正投入于非熱壓罐（預浸料）制造技術【Non-Autoclave（Prepreg）Manufacturing Technology】，是它所關注的五項入選的“顛覆性”制造技術之一。通過一系列示范項目，它引領了材料行業的發展，當僅用真空袋在固化爐中加工時所取得的品質可與熱壓罐媲美。
龐巴迪公司也在不停地追尋這項技術，它采用氰特公司的低壓爐內固化OOA 碳纖維產品，作為其Learjet 85 機身的基礎材料。一級供應商理所當然跟隨著飛機制造商的步伐。除了上述引用的通用電氣航空的例子，另一家飛機制造商的合作企業是英國吉凱恩航宇（GKN Aerospace， 簡稱GKNA）， 該公司支持微波固化技術作為減少OOA 工藝成本的一種方法。它聲稱，這種方法能夠減少多達80% 的固化周期時間，同時減少能源消耗和資本支出。GKNA 認為，這種非熱壓罐系統通過避免采用成列的熱壓罐而提高了生產的靈活性，它還主張，這項技術對下一代窄體飛機（主要是A320 和B737 后繼機種）來說必不可少，這些機型預期將含有60-70% 的復合材料。GKNA 也在液體加熱和電加熱工裝上進行了投資，作為一項替代熱壓罐工藝的更常見的技術。
前年，這家英國公司還使用OOA工藝和纖維編織預成型體完成了一項復合材料制造和組裝的研究計劃，再度指向下一代客機。在這個計劃的第二階段，制造了一種具有整體加強蒙皮、復雜輪廓和四種桁條形狀的輕質融合翼盒。由于樹脂具有所需的性能組合，其中包括相對較低的固化溫度，因而能夠采用真空袋工藝和低成本的工裝。
持續“解放”
考慮到OOA 制造工藝在材料和加工工藝兩者上的持續進步，它無疑已在高性能應用領域獲得一席之地。接近或低于1% 孔隙率的層壓板的高品質只有通過采用熱壓罐工藝才能實現，這不再是公理。然而，要憑這一席之地突破主流市場，就需要更多的技術開發，以及設計、用戶體驗、經過驗證的制備路線和整體自信度。
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