碳纤维复合材料成型工艺及应用介绍
一、手糊成型工艺
手糊成型工艺是指用手工或在机械辅助下,将增强材料和热固性树脂铺覆在模具上,树脂固化后形成复合材料的一种成型方法。
手工铺贴主要使用两种原料:单向预浸带、织物预浸料。单向预浸料可以铺贴复杂形状,但是裁剪废料率高。织物预浸料相比单向预浸带劳动强度较小,但性能较单向预浸带低。同时,手糊成型的方式的共同缺点就是大尺寸构件铺贴较为困难。
二、自动铺贴工艺
适用于厚度变化均匀的平板或形状简单的构件,生产效率高、铺放成本低,同时自动切割,铺层裁剪废料减少,且不需要真空压实。自动铺贴也可以对带形状的曲面进行铺放,其铺层厚度控制精确,空隙含量低,小于1%,纤维角度也不受限制。但成本过高,主要应用于大批量工业复合材料零件的制作(如机翼)。
三、缠绕成型
将预浸丝或预浸带按预定方式缠绕在芯模上,然后固化脱模成为复合材料制品。
缠绕成型分为:
1、干法缠绕:将预浸纱带(或预浸布),在缠绕机上经加热至粘流状态并缠绕到芯模上的成型工艺过程。干法缠绕产品质量稳定(含胶量、尺寸);缠绕速度快,劳动卫生条件好,但设备投入大。
2、湿法缠绕:将无捻粗纱经浸胶后直接缠绕到芯模上。此方法不需要预浸设备,设备投入较少,便于选材。但是纱片质量与张力需严格控制,且固化时易产生气泡。
3、半干法缠绕:将无捻粗纱浸胶后,随机预烘干,然后缠绕到芯模上。
缠绕成型有以下特点:
1、适用于旋转体(圆柱形壳体和密闭容器);
2、生产自动化、效率高、成本低;
3、纤维体积含量高;
4、材料利用率高,无废料;
5、大直径零件的树脂含量难以控制;
6、形状受限制,对变曲面零件,难以保持纤维缠绕角度。
四、喷射成型:
1、成形后修整加工量少,提高原材料的利用率;
2、成本低(无需热压罐、无需制备预浸料)。
五、拉挤成型
1、可以连续、大批量生产;
2、尺寸控制精度高;
3、原材料利用率高;
4、自动化生产,成本低。
六、热压罐成型
优点:
1、制件尺寸稳定,重复性好;
2、可成形纤维体积含量高(60%-65%)的零件;
3、力学性能可靠;
4、可成形所有的材料;
5、可固化不同厚度的层合板;
6、可制造复杂曲面的零件。