我國碳纖維復合材料的加工類型有哪些?

  • 2019-06-17
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對復合材料進行加工有多種方式,主要是基于不同材料的特性和應用的不同決定的。碳纖維復合材料在制造和加工過程中也會采取不同的加工方式,發揮碳纖維的特殊性能。


對復合材料進行加工有多種方式,主要是基于不同材料的特性和應用的不同決定的。碳纖維復合材料在制造和加工過程中也會采取不同的加工方式,發揮碳纖維的特殊性能。

制造方面,一般需要先制作預浸料,再進行模具成型。預浸料即是由織物或非織造布浸漬樹脂而沒有進行固化反應形成的,可放入模具中進行高溫固化成型。預浸料主要是為了保證碳纖維增強體與樹脂基體充分浸漬結合。此外,模具成本也是構件成本構成的一大因素。部件的形狀需要依靠模具來實現,一般有陰模和陽模兩種形式。陰模是依據零部件的尺寸、形狀等要求制造而成的模具,可成型各種復雜結構的部件。但陰模生產過程復雜,成本也相對較高。陽模是纖維纏繞在模具上成型,固化后可以保留或移除。

手糊成型

在模具工作面上涂敷脫模劑、膠衣,將剪裁好的碳纖維預浸布鋪設到模具工作面上,刷涂或噴涂樹脂體系膠液,達到需要的厚度后,成型固化、脫模。在制備技術高度發達的今天,手糊工藝仍以工藝簡便、投資低廉、適用面廣等優勢在石油化工容器、貯槽、汽車殼體等許多領域廣泛應用。其缺點是質地疏松、密度低,制品強度不高,而且主要依賴于人工,質量不穩定,生產效率很低。

真空灌注

將單層預浸料按預定方向鋪疊成的復合材料坯料放在熱壓罐內,在一定溫度和壓力下完成固化過程。熱壓罐是一種能承受和調控一定溫度、壓力范圍的專用壓力容器。坯料被鋪放在附有脫模劑的模具表面,然后依次用多孔防粘布(膜)、吸膠氈、透氣氈覆蓋,并密封于真空袋內,再放入熱壓罐中。加溫固化前先將袋抽真空,除去空氣和揮發物,然后按不同樹脂的固化制度升溫、加壓、固化。固化制度的制定與執行是保證熱壓罐成型制件質量的關鍵。該種成型工藝適用于制造飛機艙門、整流罩、機載雷達罩,支架、機翼、尾翼等產品。

樹脂傳遞模塑成型(RTM)

將纖維材料鋪設在模具中,形成一定的形狀;合模后通過壓力注射樹脂,浸漬纖維,再進行固化脫模。根據壓力水平分為低壓(LP-RTM)和高壓(HP-RTM)兩種類型。其中,壓力大小對產品質量、應用成本、生產周期等均有影響,由此可看出,壓力越大,對模具的要求越高,模具的成本也越高。但另一方面,較高的壓力使得樹脂可以快速填充浸漬,進行固化,縮短了生產周期,也降低了成本。

模壓成型

將纖維與樹脂基體在模具中加壓成型的方法,自動化程度高。一般采用織造或非織造布,通過加壓浸漬樹脂,再固化成型。其中,加壓方式有熱壓(即使用加熱金屬工具壓制)和冷壓(即使用未加熱的壓制工具)兩種類型。生產時將纖維半成品放入模具中,再注入樹脂進行加壓。溫度一般控制在90-140℃,壓力在5-25bar。

拉擠成型連續制造技術

將浸漬樹脂膠液的連續碳纖維絲束、帶或布等,在牽引力的作用下,通過擠壓模具成型、固化,連續不斷地生產長度不限的型材。拉擠成型是復合材料成型工藝中的一種特殊工藝,其優點是生產過程可完全實現自動化控制,生產效率高。拉擠成型制品中纖維質量分數可高達80%,浸膠在張力下進行,能充分發揮增強材料的作用,產品強度高,其制成品縱、橫向強度可任意調整,可以滿足制品的不同力學性能要求。該工藝適合于生產各種截面形狀的型材,如工字型、角型、槽型、異型截面管材以及上述截面構成的組合截面型材。

纏繞成型

將經過樹脂膠液浸漬的連續纖維或布帶按一定規律纏繞到芯模上,然后固化、脫模成為復合材料制品的工藝。碳纖維纏繞成型可充分發揮其高比強度、高比模量以及低密度的特點,可用于制造圓柱體、球體及某些正曲率回轉體或筒形碳纖維制品。

3iTech感應加熱工藝

這是一種將感應器集成在模具中的新型感應加熱工藝,可以在20℃-400℃的溫度下加工碳纖維材料,利用熱傳導的原理通過溫度感應器來加熱模具表面。這是由高新企業RocTool公司在Cage系統上推出的一種補充技術,采用電磁感應可以迅速加熱模具,并能很好地控制局部溫度。其優勢是減少了生產周期和制作成本。但是目前該種技術尚不適合大型部件制作,而且多用于批量化產品的生產制作。

隨著科學技術的發展和碳纖維復合材料應用的深入,碳纖維復合材料的成型工藝也會不斷地改進和創新,但是碳纖維復合材料再生產過程中并不是單一使用一種工藝,而是多種工藝共同使用,以實現資源的最大優化配置。

同時,基于復合材料在實際應用中的多種場景,在實際應用中對復合材料的要求十分高。在復合材料生產的每個步驟都要對復合材料的質量進行嚴格的控制和檢測。


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