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最常用的12种碳纤维复合材料成型工艺

2021-08-18 来源:西宁农业机械网

最常用的12种碳纤维复合材料成型工艺

纤维复合材料从预漫料最终部件,需要利用成型工艺来进行加工。随着碳纤维技术的发展,碳纤维合材料成型工艺也在不断进步,但是破纤维复合材料的各种成型工艺并非照更新海的方式存在,往往是多工并存,实现不条件,不况下的好效应。

喷射成型工艺

属于手湖工艺低压成型中的一类,使用短切纤维和树脂经过喷枪混合后,压缩空气喷洒在模具上,达到预定厚度后,再手工用橡胶辊按压,然后固化成型中国机械网okmao.com。为改进手糊成型而创造的一种半机械化成型工艺,在作效率方面有一定程度的提高,但依然满足不了大批量生产,用以制汽车车身,船身,浴红,储罐的过渡层。

缠绕成型

将经过树脂胶液浸渍的连续纤维或布带按一定规律缠绕到芯模上,然后固化、脱膜成为复合材料制品的工艺,碳纤缠绕成型可充分发挥其高比强度,高比模量以及低密度的特点,制品结构单一,可用于制造圆柱体,球体及某些正曲率回转体或简形碳纤维品。

液态成型

将液态单体合成为高分子聚合物,再从聚合物固化反应为复合材料的过程改为直接在模具中同时一次完成,既减少了工艺过程中的能量消耗,又缩短了模型周期(只需约2分便可完成一件制品)。但这种工艺的应用,必须以精确的管道输送和计量以及温度压力自动控制为基础,属于分子材料和近代高新科学技术的交叉范畴,目前的应用还不是很广。

液态成型主要包括:RTM成型工艺、RFI成型,VARI成型。树脂膜渗透(RFI)成型工艺的主要优点是模具比RTM工艺模具简单,树脂厚度方向流动,更容易浸润纤维,没有预浸料,成本较低,但所得制品尺寸精度和表面质量如RTM工艺,空隙含量较高,效率也稍微低一些,适合生大平面或简单曲面的零件。

真空辅助成型工艺(VARD)的优点是原材料利用率高,制件修整加工最少,不需要预浸料,成本较低,适用于常温或温度不高的大型壁板结构件生产,但缺点和RFI成型工艺相似。

树脂转移模塑成形(RTM)

树脂转移模望成形(RTM:Resin Transfer Molding)技术是一种低成本复合材料的制造方法,最主用于飞机次承力结构件,如舱门和检查口盖,1996年,美国防务预研局开展了高强度主承力构件的低成本RTM制造技术研究。RTM技术有高效。低成本,制件质量好,尺寸精度高,受环境影响小等优点,可应用于体积大,结构复杂、强度高的复合材料制件的成型,已成为几年航空航天材料加工领域研究最为活跃的方向之一。

模压成型

将碳纤维预浸料置于上下模之间,合模将模置于液压成型台上,经过一定时间的高温高压使树脂固化后,取下碳纤维制品,这种成型技术具有高效,制件质量好,尺寸精度高,受环填影响小等优点,适用于批量化,强度高的复合材料制件的成型。但前期模具造复杂,投入高,制件大小受压机尺寸的限制。

注型成型

这是一种新型技术,伯乐CIML设备将传统的“多步法”工艺集成为“一步法”,大大短了工艺流程,并且更好地保留了纤维长度,达到节能高效生产的目的。通过攻克材料-装备-制造中的配方优化、混配系统、智能控制系统和成型工艺参数优化等一系列关键技术问题,完全满足汽车轻量化对制品强度,成本,效率等方面的需求,堪称为汽车轻量化量身打造的装备。

手糊成型一湿法辅层成型法

在模具工作面上涂敷脱模剂,胶衣,将剪裁好的碳纤维预浸布铺设到模具工作面上,刷涂或喷涂树脂体系胶液,达到需要的厚度后,成型固化、脱模。在制备技术高度发达的今天,手糊工艺仍以工艺简便、投资低康、适用面广等优势在石油化工容器,贮槽,汽车壳体等许多领域广泛应用,其缺点是质地疏松,密度低,制品强度不高,而且主要依赖于人工,质是不稳定,生产效率很低。

真空热压罐

将单层预浸料按预定方向铺叠成的复合材料坯料放在热压罐内,在一定温度和压力下完成固化过程,热压罐是一种能承受和调控一定温度,压力范围的专用压力容器,坯料被铺放在附有脱模剂的模具表面,然后依次用多孔防粘布(膜),吸胶毡,透气毡覆盖,并密封于真空袋内,再放入热压罐中,加温固化前先将袋插真空,除去空气和挥发物,然后按不同树脂的固化制度升温,加压、固化。固化制度的制定与执行是保证热压罐成型制件质量的关键,真空热压罐成型工具备很多优点,不仅可固化不同厚度层合板和制造复杂曲面的零件,力学性能也十分可靠,但相应的真空热压罐提成型也有一些缺点,例如制件大小受到热压罐的尺寸限制,并且耗能较高,导致运行成本也比较高。

真空导入

称VIP,在模具上铺“干”破纤维复合材料,然后铺真空袋,并抽出体系中的真空,在模具腔中形成一个负压,利用真空产生压力把不饱和树脂通过预铺的管路压入纤维层中,让树脂浸润增强材料,最后充满整个模具,制品固化后,揭去真空袋材料,从模具上得到所需的制品。在真空环境下树脂浸润碳纤,制品中产生的气泡极少,制品的强度更高,质量更轻,产品质量比较稳定,而且降低了树脂的损耗,仅用一面模具就可以得到两面光滑平整一的制品,能较好地控制产品厚度,一般应用于船艇工业中的方向舵,雷达屏蔽罩,风电能源中的叶片,机舱罩,汽车工中的各类车质,挡风板、车等。

3iTech感应加热

一种将感应器集成在模具中的新型感应加热工艺,可以在20℃-400℃的温度下加工碳纤维,通过热传导利用集成在模具内部的感应器来热模具表面。这是由新兴企业RocTool公司在Cage系统上推出的补充技术,采用电磁感应可以迅速加模具,并能很好地控制局部温度,其优势是显著减少了周期时间和部件成本,但是目前该种技术尚不适合大型部件,而且相关的产量必须足够大。

层压成型

将逐层铺叠的预漫料放置于上下平板模之间加压加温固化,这种工艺可以真接继承木胶合的生产方法和设备,并根据树脂的流变性能,进行改进与完善,层压成型工艺主用来生产各种规格,不同用途的复合材料板材,具有机械化和自动化程度高,产品质量稳定等特点,但是设备一次性投资大。

拉挤成型

将浸渍树脂胶液的连续碳纤维丝束,带或布等,在牵引力的作用下,通过挤压模具成型,国化,连续不断地生产长度不限的型材,拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺,其优点是生产过程可完全实现自动化控制,生产效率高。拉挤成型制品中纤维质量分数可高达80%,浸胶在张力进行,能充分发挥增强材料的作用,产品强度高,其制成品纵,横向强度可任意调整,可以满足制品的不同力学性能要求。该工艺适合于生产各种截面形状的型材,如工字型、角型、槽型、异型截面管材以及上述截面构成的组合截面型材。