碳纤维复合材料制品加工方法及工艺研究

  碳纤维增强复合材料一直是被区分为长(连续)纤维和短纤维来加工的,从典型的300-400米到几个毫米分为不同的品级。过去10年中人们一直在改进不同种类的碳纤维复合材料的性能和加工方法,从短纤维混料注射加工到层压成型,从预浸料处理到模塑法加工,力求为这种性能优良的材料寻找到最佳的加工方法。

  1.手糊成型工艺

  手糊工艺的最大特色是以手工操作为主,适于多品种、小批量生产,且不受制品尺寸和形状的限制。但这种方法生产效率低、劳动条件差,且劳动强度大制品质量不易控制性能稳定性差制品强度较其他方法低。

  2.喷射成型工艺

  喷射成型是通过喷枪将短切纤维和雾化树脂同时喷射到开模表面经辊压、固化制取复合材料制件的方法。它是为改进手糊成型而创造开发的一种半机械化成型技术。

  喷射成型对原材料有一定的要求。 如树脂体系的黏度应适中(0.3-0.8Pa s) 容易喷射雾化、脱除气泡、润湿纤维而又不易流失以及不带静电等。制品纤维含量控制在28%-33%纤维长度25-50mm。其优点是生产效率比手糊提高2-4倍劳动强度低可用较少设备投资实现中批量生产材料成本低制品整体性好制件的形状和尺寸不受限制河自由调节产品壁厚纤维与树脂比例。主要缺点是现场污染大树脂含量高制件的承载能力低。

  3.树脂传递模塑RTM

  RTM是一种适宜多品种、中批量、高质量符合材料制品的低成本技术。目前在发达国家里复合材料工业已由“产量大、消费大”步入“个性化、高级化、产量中等”阶段,这也正适合“个性化、高级化、产量中等"要求的树脂传递模塑(RTM)工艺,从而使其获得蓬勃发展。

  4.注射成型

  反应注射成型(RIM)和增强反应注射成型(RRIM)主要是热塑性塑料的注塑成型。近年来又发展新的注射成型。RIM的基本原理是将两种反应物(高活性的液状单体或齐聚物精确计量经高压碰撞混合后充入模内混合物在模具型腔内迅速发生聚合反应固化成型。其突出特点是生产效率高、能耗低。RRIM是短切纤维或片状增强材料增强的RIM它是在RIM基础上发展起来的在单体中加入增强材料即反应单体与增强材料一同通过混合头注入模具型腔制备复合材料制品。

  5.纤维缠绕成型

  纤维缠绕成型是将浸渍树脂的纤维丝束或带在一定张力下按照一定规律缠绕到芯模上然后在加热或常温下固化成制品的方法。

  纤维缠绕成型的主要特点是,纤维能保持连续完整,制件线形可按制品受力情况设计即可按性能要求配置增强材料结构效率高制品强度高、连续化、机械化生产、生产周期短、劳动强度小、产品不需机械加工,但设备复杂技术难度高工艺质量不易控制。

  6.拉挤成型

  拉挤成型是一种连续生产固定截面型材的成型方法。主要过程是将浸有树脂的纤维连续通过一定型面的加热口模挤出多余树脂在牵引条件下进行固化。

  拉挤成型的最大特点是连续成型制品长度不受限制力学性能尤其是纵向力学性能突出结构效率高制造成本低,自动化程度高制品性能稳定生产效率高原材料利用率高不需要辅助材料。它是制造高纤维体积含量高性能低成本复合材料的一种重要方法。