碳纤维复合材料具有优秀的力学性能、耐疲劳性能、可设计性、各向异性等多种优良特性,在航空航天、机械化工、医疗器械、交通运输等诸多方面发挥著重要的作用。在碳纤维复合材料的成型工艺中,需要在保证产品形状尺寸和质量的前提下,能够保证基体材质很好的完成固化反应,保证其使用性能。
碳纤维起源于上世纪五六十年代,虽然时间不算长,但是随着科技的发展,碳纤维复合材料的成型工艺也在不断地发展与完善,本文带大家来感受一下其发展历程。
一、模压成型工艺
1.模压成型工艺
模压成型工艺是指将处理过的碳纤维预浸料疲劳放入预热过模具内,再对其施加压力,使其能够充分的充满模具腔内,随着温度的升高,被模压后的碳纤维制品逐渐固化成型。最后从模具内取出,再对其进行必要的加工处理。
模压成型的优点是产品的尺寸精准度高、表面平整度高、适合批量化生产。由于受到模具和热压设备的限制,只能制作小型的碳纤维制品,由于模具的设计制作和模压设备的投入比较多,初期成本会比较高。
2.树脂传递模塑工艺
树脂传递技术是模压成型技术中的一种,是为了适应飞机的雷达成型才发展起来的,经过多年的发展,在碳纤维复合材料中有着很多成功的应用。树脂传递技术的原理就是将已经催化好的树脂注人装有增强型材料的闭合模其里,将其固化成型。因为我们采用的是闭模成型,所以材料组分能够精确控制,吸水率小,能够一次性成型,孔原率较低且工艺过程简单等优点。
二、缠绕成型工艺
1.缠绕成型技术的简介
缠绕成型是将浸润基质的碳纤维材料按照一定的规律缠绕在芯模上,等其固化成型,缠绕成型制成的产品能够按照一定的规律整齐排列,能够很好的发挥出碳纤维的强度。缠绕成型在压力容器、导弹头锥、发动机壳体上应用较多。
2.纤维自动铺放技术
随着自动控制技术的不断发展,纤维缠绕技术也开始转变为纤维铺放技术。主要是将预浸好的多团纱束几何起来,形成一个直的带状纱布,再将纱布铺放在模具或者是芯模的表面,可以用于形状曲率很大或者表面有凹陷的产品,这种成型技术可以使得碳纤维本身的力学设计有着更多的自由度。
三、挤压成型工艺
碳纤维制品的挤压成型工艺是将已经预浸过连续碳纤维丝束在牵引拉力的作用下,通过模具的作用固化成型,再连续引拔出碳纤维复合材料型材。该工艺易控制、产品稳定、生产效率较高,但产品横向强度较差、生产设备复杂,并且在生产的过程中也要控制不能中断。经过多年的发展,挤压成型工艺也完善了许多,并且目前研究人员还在不断的对它进行开发研究。
碳纤维复合材料制造技术在现代社会正朝着自动化和智能化的方向发展。更多关于提高碳纤维制品生产效率和产品质量的研究开发推动着碳纤维复合材料成型工艺的长久发展,也改变着人类的生活方式。博实也希望与各位同仁一起努力,推动碳纤维复合材料在各行各业的应用普及度。
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