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简述复合材料制造工艺常见的四个基本步骤

2022-12-07 来源:碳纤维及其复合材料技术 浏览数:1

常见的复合材料制造工艺主要涉及四个基本步骤:分别为浸渍(Impregnation)、铺层(Lay-up)、固结(Consolidation)和固化(Solidification),上述四个步骤在所有复合材料生产中都很常见,但是操作顺序可能会因为应用领域和具体制造工艺而存在差异。


01 浸 渍

在浸渍过程中,需要将树脂涂覆在干态增强纤维上,并确保纤维在浸渍过程中完全浸透。浸渍过程结束后的产品称为层板。使用不同的方法可实现彻底和均匀的浸渍,目前自动化是最常见的方法,并且通常会使用压辊来确保树脂均匀地流过纤维。


在纤维缠绕工艺中,纤维通过树脂浴进行浸渍。在手糊工艺中,会使用材料供应商已经在一定环境中浸渍过的材料。在自动纤维铺放过程中,该步骤在浸渍线上完成,浸渍后的产品称为预浸料。


02 铺 层


在铺层过程中,通过在所需位置和方向放置纤维并进行浸渍,或通过将已经组合好的纤维/树脂预浸料放置在所需的位置和方向,形成复合材料层压板。复合材料部件的厚度是通过放置不同层的材料来实现的。


在长丝缠绕中,通过芯轴和托架单元的相对运动获得的所需的纤维分布。纤维具有定向强度,并且纤维的方向取向直接影响最终部件的强度,因此必须手动或通过自动纤维放置系统将其放置在特定的纤维方向上。


在 RTM 工艺中,将干燥的预成型坯放置在成型模具中进行灌注。预制件由编织、AFP、切割和配套等制成,然后注入树脂并固化以形成层压板。


03 固 结


在固结过程中,施加压力的目的是从离散层获得整体结构,同时去除空隙和挥发物,在部件中获得所需的纤维体积分数,并获得正确的尺寸公差。这种压力可以通过抽真空、压实、压制或包裹来获得。真空是大多数环氧树脂制造中最常用的固结方法。


在 AFP 工艺中,固结是在使用压实辊铺筑时施加的。在 RTM 中,固结发生在压机内浸渍时。在长丝缠绕中,先在缠绕时施加固结力,然后通过在张力下用薄塑料薄膜缠绕。


04 固 化

最后一步是固化,热塑性塑料的固化时间可能不到一分钟,对于热固性塑料而言,固化时间则可能需要长达120分钟。在此期间保持真空或正压,或两者都保持。


在热固性复合材料中,固化速率取决于树脂配方和固化动力学。在固化过程中提供热量可加快树脂的固化速度。对于热固性树脂而言,固化温度越高,其交联过程越快,但为了获得最佳结果,必须仔细注意材料数据表。


在热塑性塑料中,固化过程中没有化学变化,因此固化所需的时间最短。在热塑性塑料加工中,固化速度主要取决于加工过程的冷却速度。通常,固化时间越短,该工艺可实现的生产率越高。


05 结 束 语


复合材料成型方法很多,因此具体加工工艺很难一概而论,但无论是热固性材料还是热塑性塑料,上述四个步骤是所有复合材料生产过程中的常见步骤。操作顺序和这些步骤的使用方法会因最终零件要求、制造工艺和所用材料类型而异。


比如,预浸料和热塑性材料在铺层之前进行浸渍,两者都常用于标准最高的航空航天工业。而对于一些要求较低的零部件,例如运动和休闲等,通常会进行铺层,然后用树脂浸渍纤维。

 

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