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賦能業(yè)務(wù)提質(zhì)增效
對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行加工有多種方式,主要是基于不同材料的特性和應(yīng)用的不同決定的。碳纖維復(fù)合材料在制造和加工過程中也會(huì)采取不同的加工方式,發(fā)揮碳纖維的特殊性能。
制造方面,一般需要先制作預(yù)浸料,再進(jìn)行模具成型。預(yù)浸料即是由織物或非織造布浸漬樹脂而沒有進(jìn)行固化反應(yīng)形成的,可放入模具中進(jìn)行高溫固化成型。預(yù)浸料主要是為了保證碳纖維增強(qiáng)體與樹脂基體充分浸漬結(jié)合。此外,模具成本也是構(gòu)件成本構(gòu)成的一大因素。部件的形狀需要依靠模具來實(shí)現(xiàn),一般有陰模和陽模兩種形式。陰模是依據(jù)零部件的尺寸、形狀等要求制造而成的模具,可成型各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的部件。但陰模生產(chǎn)過程復(fù)雜,成本也相對(duì)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(yù)浸布鋪設(shè)到模具工作面上,刷涂或噴涂樹脂體系膠液,達(dá)到需要的厚度后,成型固化、脫模。在制備技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天,手糊工藝仍以工藝簡(jiǎn)便、投資低廉、適用面廣等優(yōu)勢(shì)在石油化工容器、貯槽、汽車殼體等許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是質(zhì)地疏松、密度低,制品強(qiáng)度不高,而且主要依賴于人工,質(zhì)量不穩(wěn)定,生產(chǎn)效率很低。
真空灌注
將單層預(yù)浸料按預(yù)定方向鋪疊成的復(fù)合材料坯料放在熱壓罐內(nèi),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(diào)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(nèi),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(fā)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(zhí)行是保證熱壓罐成型制件質(zhì)量的關(guān)鍵。該種成型工藝適用于制造飛機(jī)艙門、整流罩、機(jī)載雷達(dá)罩,支架、機(jī)翼、尾翼等產(chǎn)品。
樹脂傳遞模塑成型(RTM)
將纖維材料鋪設(shè)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(jìn)行固化脫模。根據(jù)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(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、應(yīng)用成本、生產(chǎn)周期等均有影響,由此可看出,壓力越大,對(duì)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(jìn)行固化,縮短了生產(chǎn)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(dòng)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(chǎn)時(shí)將纖維半成品放入模具中,再注入樹脂進(jìn)行加壓。溫度一般控制在90-140℃,壓力在5-25bar。
拉擠成型連續(xù)制造技術(shù)
將浸漬樹脂膠液的連續(xù)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(xù)不斷地生產(chǎn)長(zhǎng)度不限的型材。拉擠成型是復(fù)合材料成型工藝中的一種特殊工藝,其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)過程可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制,生產(chǎn)效率高。拉擠成型制品中纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)可高達(dá)80%,浸膠在張力下進(jìn)行,能充分發(fā)揮增強(qiáng)材料的作用,產(chǎn)品強(qiáng)度高,其制成品縱、橫向強(qiáng)度可任意調(diào)整,可以滿足制品的不同力學(xué)性能要求。該工藝適合于生產(chǎn)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(gòu)成的組合截面型材。
纏繞成型
將經(jīng)過樹脂膠液浸漬的連續(xù)纖維或布帶按一定規(guī)律纏繞到芯模上,然后固化、脫模成為復(fù)合材料制品的工藝。碳纖維纏繞成型可充分發(fā)揮其高比強(qiáng)度、高比模量以及低密度的特點(diǎn),可用于制造圓柱體、球體及某些正曲率回轉(zhuǎn)體或筒形碳纖維制品。
3iTech感應(yīng)加熱工藝
這是一種將感應(yīng)器集成在模具中的新型感應(yīng)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(dǎo)的原理通過溫度感應(yīng)器來加熱模具表面。這是由高新企業(yè)RocTool公司在Cage系統(tǒng)上推出的一種補(bǔ)充技術(shù),采用電磁感應(yīng)可以迅速加熱模具,并能很好地控制局部溫度。其優(yōu)勢(shì)是減少了生產(chǎn)周期和制作成本。但是目前該種技術(shù)尚不適合大型部件制作,而且多用于批量化產(chǎn)品的生產(chǎn)制作。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的深入,碳纖維復(fù)合材料的成型工藝也會(huì)不斷地改進(jìn)和創(chuàng)新,但是碳纖維復(fù)合材料再生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)資源的最大優(yōu)化配置。
同時(shí),基于復(fù)合材料在實(shí)際應(yīng)用中的多種場(chǎng)景,在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)復(fù)合材料的要求十分高。在復(fù)合材料生產(chǎn)的每個(gè)步驟都要對(duì)復(fù)合材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制和檢測(cè)。
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