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我国碳纤维复合材料的加工类型有哪些?

五度易链 2019-06-17 1922 0

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对复合材料进行加工有多种方式,主要是基于不同材料的特性和应用的不同决定的。碳纤维复合材料在制造和加工过程中也会采取不同的加工方式,发挥碳纤维的特殊性能。


对复合材料进行加工有多种方式,主要是基于不同材料的特性和应用的不同决定的。碳纤维复合材料在制造和加工过程中也会采取不同的加工方式,发挥碳纤维的特殊性能。

制造方面,一般需要先制作预浸料,再进行模具成型。预浸料即是由织物或非织造布浸渍树脂而没有进行固化反应形成的,可放入模具中进行高温固化成型。预浸料主要是为了保证碳纤维增强体与树脂基体充分浸渍结合。此外,模具成本也是构件成本构成的一大因素。部件的形状需要依靠模具来实现,一般有阴模和阳模两种形式。阴模是依据零部件的尺寸、形状等要求制造而成的模具,可成型各种复杂结构的部件。但阴模生产过程复杂,成本也相对较高。阳模是纤维缠绕在模具上成型,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、投资低廉、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,质量不稳定,生产效率很低。

真空灌注

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。加温固化前先将袋抽真空,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。该种成型工艺适用于制造飞机舱门、整流罩、机载雷达罩,支架、机翼、尾翼等产品。

树脂传递模塑成型(RTM)

将纤维材料铺设在模具中,形成一定的形状;合模后通过压力注射树脂,浸渍纤维,再进行固化脱模。根据压力水平分为低压(LP-RTM)和高压(HP-RTM)两种类型。其中,压力大小对产品质量、应用成本、生产周期等均有影响,由此可看出,压力越大,对模具的要求越高,模具的成本也越高。但另一方面,较高的压力使得树脂可以快速填充浸渍,进行固化,缩短了生产周期,也降低了成本。

模压成型

将纤维与树脂基体在模具中加压成型的方法,自动化程度高。一般采用织造或非织造布,通过加压浸渍树脂,再固化成型。其中,加压方式有热压(即使用加热金属工具压制)和冷压(即使用未加热的压制工具)两种类型。生产时将纤维半成品放入模具中,再注入树脂进行加压。温度一般控制在90-140℃,压力在5-25bar。

拉挤成型连续制造技术

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、固化,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%,浸胶在张力下进行,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。

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、脱模成为复合材料制品的工艺。碳纤维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,可用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形碳纤维制品。

3iTech感应加热工艺

这是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材料,利用热传导的原理通过温度感应器来加热模具表面。这是由高新企业RocTool公司在Cage系统上推出的一种补充技术,采用电磁感应可以迅速加热模具,并能很好地控制局部温度。其优势是减少了生产周期和制作成本。但是目前该种技术尚不适合大型部件制作,而且多用于批量化产品的生产制作。

随着科学技术的发展和碳纤维复合材料应用的深入,碳纤维复合材料的成型工艺也会不断地改进和创新,但是碳纤维复合材料再生产过程中并不是单一使用一种工艺,而是多种工艺共同使用,以实现资源的最大优化配置。

同时,基于复合材料在实际应用中的多种场景,在实际应用中对复合材料的要求十分高。在复合材料生产的每个步骤都要对复合材料的质量进行严格的控制和检测。


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