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    碳纖維增強熱塑性復合材料制品常用成型工藝比較

    放大字體  縮小字體 發布日期:2018-11-16  來源:PT現代塑料  瀏覽次數:479
    核心提示:近幾年來,國內外涌現出許多有關碳纖維增強熱塑復合材料制品的新型成型技術,包括自動纖維鋪放、超聲波快速固結成型、激光固結成型、電子束固結法、真空輔助成型及3D打印成型等工藝技法,雖然這些新型的成型技術具有效率高、成本低、能耗小及自動化程度高等一系列優勢
     PEEK、PI、PPS這類熱塑性樹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域的應用熱點。碳纖維增強熱塑性復合材料發展至今,已經形成了不同種類的成型制備工藝。無錫智上新材料科技有限公司專攻碳纖維復合材料制品的生產技術,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缺點進行了比較。

    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脂基復合材料整體化成型工藝,在工業生產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。

    在熱壓罐成型過程中,因為預浸料是被真空袋密封在模具內的,其受到來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狀態,無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、產品質量穩定的優點,適用于大型且結構復雜結構件的生產制備。但是,熱壓罐工藝的缺點也比較明顯,主要是因為設備龐大復雜、能耗大,投資和生產成本高,效率卻比較低。

    模壓成型工藝

    模壓成型工藝是通過料塑化、流動并充滿模腔、樹脂固化等不同階段的反應實現制品成型的。在碳纖維增強熱塑性復合材料模壓料充滿模腔的流動過程中,不僅熱塑性樹脂流動,作為增強材料的碳纖維也要隨之流動,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。無錫智上新材在制造碳纖維增強熱塑性復合材料制品時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,生產效率高,能一次成型結構復雜的制品,便于實現批量生產專業化和自動化。模壓成型的不足之處在于模具制造復雜,成本較高,整個制作工藝成型周期較長,對完全充模這類技術問題的解決,存在一定的難度。

    纖維纏繞成型

    纖維纏繞成型是將浸漬樹脂的連續碳纖維預熱后纏繞到芯模上,并通過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品質量都有著直接的影響。

    相比于熱壓罐工藝,碳纖維纏繞成型更利于機械化生產,也可以通過改變纏繞規律來調整碳纖維的強度表現,但是由于碳纖維在纏繞過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脂中浸潤,通過牽引設備的作用力使其在擠壓模具的壓力下成型及固化,并連續不斷生長為長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,也就是說只能生產線形型材制品,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,對于大批量的碳纖維熱塑性線形產品來說,這種工藝自動化程度高、能耗損失較少、碳纖維含量較高、制品質量穩定、原料耗費低,屬于在特定產品類型中具有優勢的工藝技術。

    近幾年來,國內外涌現出許多有關碳纖維增強熱塑復合材料制品的新型成型技術,包括自動纖維鋪放、超聲波快速固結成型、激光固結成型、電子束固結法、真空輔助成型及3D打印成型等工藝技法,雖然這些新型的成型技術具有效率高、成本低、能耗小及自動化程度高等一系列優勢,從未來發展的角度看這類新型成型技術的應用前景也會更加廣闊。但是就目前國內的技術水平而言,我們在這方面的研究和實際應用與發達國家還存在著很大的差距,大部分的碳纖維增強熱塑性復合材料結構件等產品在相當長的一段時期內,仍然需要依靠傳統成型工藝方法來實現。

     
     
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