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碳纖維復合材料制品常用成型工藝

時(shí)間:2019-04-23| 作者:Admin

碳纖維復合材料制品常用成型工藝

PEEK、PI、PPS這類(lèi)熱塑性樹(shù)脂不僅具有較強的耐腐蝕性、耐損傷容限、抗沖擊性和斷裂韌性等突出優(yōu)勢,還具有受熱軟化熔融,可以反復利用的特性,以此為基體加上具有高強度、低密度、蠕變小、耐腐蝕等高性能的碳纖維作為增強體,這種碳纖維制品增強熱塑性復合材料從一面世就迅速成為航天軍工及高端民用領(lǐng)域的應用熱點(diǎn)。碳纖維增強熱塑性復合材料發(fā)展至今,已經(jīng)形成了不同種類(lèi)的成型制備工藝。無(wú)錫智上新材料科技有限公司專(zhuān)攻碳纖維復合材料制品的生產(chǎn)技術(shù),其針對幾種應用廣泛、成熟度高的碳纖維增強熱塑性復合材料成型方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。

 

熱壓罐成型工藝

熱壓罐成型是利用熱壓罐內的高溫壓縮氣體對鋪放好的預浸料進(jìn)行加熱、加壓處理,使材料固化成型。熱壓罐成型是目前應用廣泛的樹(shù)脂基復合材料整體化成型工藝,在工業(yè)生產(chǎn)中占有十分重要的地位。例如用于飛機機身、方向舵、升降舵、機翼蒙皮、尾翼等結構部位的碳纖維增強熱塑性復合材料結構件80%都是采用熱壓罐成型工藝制備而成的。

在熱壓罐成型過(guò)程中,因為預浸料是被真空袋密封在模具內的,其受到來(lái)自各方向的壓縮空氣的壓力是均勻的,而且,罐內的壓縮空氣處于高速流動(dòng)狀態(tài),無(wú)論是加熱階段還是冷卻階段,復合材料制品的受熱都是均勻的。另外,因為高壓罐內的壓力和溫度很穩定,復合材料的孔隙率就會(huì )比較低,纖維分布也更加均勻。所以,采用熱壓罐工藝的碳纖維增強熱塑性制品總體呈現出受壓/受熱均勻、產(chǎn)品質(zhì)量穩定的優(yōu)點(diǎn),適用于大型且結構復雜結構件的生產(chǎn)制備。但是,熱壓罐工藝的缺點(diǎn)也比較明顯,主要是因為設備龐大復雜、能耗大,投資和生產(chǎn)成本高,效率卻比較低。

 

模壓成型工藝

模壓成型工藝是通過(guò)料塑化、流動(dòng)并充滿(mǎn)模腔、樹(shù)脂固化等不同階段的反應實(shí)現制品成型的。在碳纖維增強熱塑性復合材料模壓料充滿(mǎn)模腔的流動(dòng)過(guò)程中,不僅熱塑性樹(shù)脂流動(dòng),作為增強材料的碳纖維也要隨之流動(dòng),所以模壓成型工藝的成型壓力較其他工藝方法高,屬于高壓成型。它既需要能對壓力進(jìn)行控制的液壓機,又需要高強度、高精度、耐高溫的金屬模具。無(wú)錫智上新材在制造碳纖維增強熱塑性復合材料制品時(shí)就一般都采用熱壓罐和模壓成型這兩種工藝方法。

采用模壓成型的熱塑性碳纖維復合材料制品內應力很低,翹曲變形小,產(chǎn)品表面光潔,尺寸精度高,機械性能穩定,制品的收縮率小且重復性較好。適用于較大的平板狀制品的成型,生產(chǎn)效率高,能一次成型結構復雜的制品,便于實(shí)現批量生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化和自動(dòng)化。模壓成型的不足之處在于模具制造復雜,成本較高,整個(gè)制作工藝成型周期較長(cháng),對完全充模這類(lèi)技術(shù)問(wèn)題的解決,存在一定的難度。

 

纖維纏繞成型

纖維纏繞成型是將浸漬樹(shù)脂的連續碳纖維預熱后纏繞到芯模上,并通過(guò)持續的加熱和壓力的施加使預浸料熔接為一體,在逐層粘合后形成一定的構件制品。在此過(guò)程中,加熱溫度、纏繞方法、擠膠裝置間隙、膠液溫度、纖維纏繞張力等因素對產(chǎn)品質(zhì)量都有著(zhù)直接的影響。

相比于熱壓罐工藝,碳纖維纏繞成型更利于機械化生產(chǎn),也可以通過(guò)改變纏繞規律來(lái)調整碳纖維的強度表現,但是由于碳纖維在纏繞過(guò)程中不能緊貼芯模表面,所以不適用于制備具有凹凸曲面的零部件。

 

拉擠成型工藝

拉擠成型是將碳纖維在樹(shù)脂中浸潤,通過(guò)牽引設備的作用力使其在擠壓模具的壓力下成型及固化,并連續不斷生長(cháng)為長(cháng)度不限的復合材料制品。這種工藝方法適用于制造連續的恒定截面的構件,也就是說(shuō)只能生產(chǎn)線(xiàn)形型材制品,不能用于制造有復雜形狀的結構件,而且因為產(chǎn)品性能具有各向異性,所以在橫向強度方面不夠高,應用方面具有局限性。

 

不過(guò),對于大批量的碳纖維熱塑性線(xiàn)形產(chǎn)品來(lái)說(shuō),這種工藝自動(dòng)化程度高、能耗損失較少、碳纖維含量較高、制品質(zhì)量穩定、原料耗費低,屬于在特定產(chǎn)品類(lèi)型中具有優(yōu)勢的工藝技術(shù)。

 

 

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