碳纤维复合材料传统成型工艺分析

  碳纤维复合材料的成型技术有着几十年的发展历史,形成了多种类型的成型制备工艺。在当前工业生产上,较为常见的传统结构成型工艺包括热压罐成型、拉挤成型和缠绕成型等。虽然这些传统成型制备工艺的适用性很广,但还是有其局限性,本文博实小编带大家来看看。

  1.热压罐成型

  热压罐成型是目前应用最为广泛的树脂基复合材料整体化成型工艺,其成型原理是利用热压罐内的高温压缩气体对铺放好的预浸料进行加热、加压处理,使材料固化成型。目前热压罐成型工艺在工业生产中占有十分重要的地位,尤其是在航空航天领域,采用热压罐成型工艺制备的复合材料结构件占总量的80%以上,且已经被大量的应用于飞机的机身、方向舵、升降舵、机翼蒙皮、尾翼等结构部位上。

  尽管热压罐成型的应用范围较广、成型制品质量稳定,但是由于投资巨大、成本过高,不符合复合材料的快速.低沉本、低污染制造的发展理念,这也为新型成型工艺的出现提出了要求。

  2.拉挤成型

  拉挤成型是一种连续制造复合材料构件的工艺方法,可用来制造恒定截面的构件。其工艺流程是先将碳纤维在树脂中浸润,然后使其在牵引设备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复合材料。

  拉挤成型工艺具有自动化程度高、能耗损失较少.制品质量稳定原料耗费低以及制品中纤维含量较高等优点。然而,拉挤成型工艺最大的缺点是产品形状单调,只能生产线形型材,无法构造复杂形状的结构件,而且产品的性能具有各向异性,材料垂直于纤维的横向强度不高,这极大限制了材料的应用范围。

  3.缠绕成型

  20世纪40年代,缠绕成型工艺开始发展,历经几十年后已成为聚合物基复合材料一种重要的成型技术。缠绕成型是先将浸渍树脂的连续纤维预热,并缠绕到芯模上,在缠绕的过程中持续加热,再通过施加压力使预浸料熔接为一体逐层粘合,冷却后得到相应构件制品。

  缠绕成型工艺的优点在于可以通过改变缠绕规律来发挥碳纤维的强度优势,且易于实现机械化生产,其不足之处在于纤维在缠绕过程中不能紧贴芯模表面,因此制备具有凹面的零部件较为困难,并且缠绕机的成本较高。

  由于上述的成型方式或多或少都会存在缺陷,目前已经有很多新型成型方式出现,比如自动纤维铺放成型、超声波快速固结成型、激光固结成型、真空辅助成型等,能够更好的满足不同基质碳纤维复合材料的成型要求,随着科技的发展,会有越来越多的成型技术出现,促进碳纤维复合材料的应用范围不断拓展。