根据制作原理和制作方法可以将传统成型工艺大致分成三类:热压罐成型、拉挤成型、缠绕成型。与传统成型工艺不同,新型成型工艺主要采用化学原理进行碳纤维材料的加工和制作。比如:自动纤维铺放成型、电子成型、激光固结成型、超声波、3D打印成型等。
1.电子成型
电子成型是指在释放高能电子束的过程中,实现碳纤维材料的物化转变,达到对原材量变形的要求。因此电子成型又被称为电子束固结成型工艺。电子成型工艺与上述提到的传统工艺相比,提高了能源利用率,没有消耗过多的能源实现复合材料的转变,其次还降低了在传统工艺中通过加热对碳纤维复合材料性能的消耗,使得整个工艺操作过程的成本消耗较低,能源耗用较少,是目前比较提倡的绿色环保生产方式之一的环境友好型工艺。该种工艺原理主要应用在基底树脂上,通过对其进行拉伸和挤压,实现对最终生产成品的抗拉性、抗老化、韧性等性能的提高。
2.激光固结成型
在当前的制造行业中,使用激光进行原材料或者产品的变形和固话已经成为了一种可行的方法,该方法已经基本上取代了传统热源,大幅度减少了能源消耗,提高了生产效率。由于这种方法的对能源的利用率很高,而且制造出的产品性能很好,因此多被用于航空航天领域,为飞机尾翼等部位进行碳纤维复合材料产品的加工,激光固结成型也有很广阔的发展空间。
3.自动纤维铺放成型
这种工艺是从传统工艺中的缠绕成型发展和改变来的,可以分为自动纤维丝铺放技术和自动纤维带铺放技术,该技术主要用于航天领域。尽管自动纤维丝铺放技术和自动纤维带铺放技术同属于自动纤维铺放技术,但是使用的范围和方法却迥乎不同。前者主要用于在复杂形状双曲机构件,比如机身、机翼等融合体的制备;而后者主要应用在小曲率的曲面构件,比如飞机的翼面、壁板等。这两种技术虽然应用的领域有所差别,但是都具有生产效率较高、自动化程度高、易于数字设计等的优点,因此在国内外得到了广泛的认可和发展。
4.3D打印成型
3D打印技术是近几年高科技发展带来的产物,主要通过数字化控制系统,构造三维材料实体,以此代替以往传统和部分新型的制作工艺和技术,同时与其他制作过程和方法相比,3D打印技术具有自动化高、智能化高一级精确化高的特点。因此,3D打印技术一经问世便得到了广泛的认可,在各行各业领域中都涉及到了3D打印技术,也包括利用3D打印技术进行碳纤维复合材料的制作,增强碳纤维的热塑性和其他预期增强的性能。
碳纤维复合材料既有碳材料的优秀品质,同时也包含了纤维材料柔软、可拉伸的优良性能,因此在制造业中具有较大的发展前景,已经逐渐代替传统的工业材料在航空、汽车制造以及其他领域的应用。这种复合材料的会随着发展展现出更卓越的性能。
阅读延伸:《碳纤维复合材料传统成型工艺分析》