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缠绕成形中几种固化设备的性能优势专业对比

   日期:2020-06-02     来源:《复合材料件可制造性技术》    浏览:2589    
核心提示:固化系统在纤维缠绕时,要求树脂有长的适用期和能够快速固化是相互矛盾的。通常具有长适用期的树脂往往要求或在低温下很长的固化
  固化系统


在纤维缠绕时,要求树脂有长的适用期和能够快速固化是相互矛盾的。通常具有长适用期的树脂往往要求或在低温下很长的固化时间或者较高的固化温度。较高的固化温度可能导致最终制件的热诱导微开裂。另外些会造成微开裂的因素为:芯模、纤维和树脂的热膨胀失配,加热和冷却速率,纤维和树脂的热膨胀过程中的收缩以及纤维不同的缠绕方向。除了微波加热外,取决于加热源的位置,纤维缠绕制件的固化或从内表部或外表部开始。当固化从内表部开始时,由于树脂被挤出制件可能获得较高的纤维含量。另外空隙含量也可能较低。当使用外表面加热,可获得较高的树脂含量且可以消除树脂滴落。在纤维缠绕中已有不少的树脂体系可供选择,但关键是必须选择适当的树脂体系以满足需要。

 

 

(1)烘箱


电加热或气加热烘箱是传统的固化设备,它们投资少,并可做成不同的尺寸形状。采用烘箱固化,所需固化压力由收缩带或空气袋提供。在许多情况下,例如对于缠绕管和另外- -些圆形制件,固化过程中制件应保持转动以减少下垂和树脂滴落。在烘箱固化中,能耗花费比其他许多方法多,因为不但要加热制件,而且包括周围的空气以及辅助设备如芯模和支撑体。而且大的烘箱要占用较大的空间。

 

(2)热油加热


热油加热一般在非常快速固化树脂体系(固化时间小于15min)中使用。热油加热中热油直接经过芯模,这样可保证芯模非常迅速地加口热到所需温度。如在缠绕过程早期就使芯模加热对于脱模极为有利。通常复合材料在固化过程中收缩从而和芯模保持极紧密的接触。在热

油加热系统,芯模先加热膨胀之后复合材料开始升温固化,这样复合材料实际上和膨胀的芯模相接触,当停止加热泠却到室温后,芯模从固化后的复合材料中回复原来的状态,这样脱模就相对容易。热油加热系统使用范围一般在150~ 200°C

 

(3)加热灯


加热灯也可提供一个最高为170°C左右的固化温度。加热灯-般应为便携式,由于加热灯作为热源使用非常直接,必须注意使制件各部分固化均匀。加热灯固化的一个缺点是树脂外表面先形成一-层表皮,而这层表皮阻止固化过程中的进一步热传递。红外灯是复合材料固化常用的加热灯。常在使树脂从A阶段转变为B阶段过程中使用。使用加热灯固化复合材料制件,这些灯通常排列成和制件结构形状相匹配的形状,在加热过程中制件保持转动。

 

(4)蒸汽加热


许多缠绕管材的厂家使用蒸汽作为树脂固化的热源。当管子缠绕完毕后,热蒸汽经金属芯模端部接头通过管状芯模,缠绕件快速固化。当完全固化后,利用冷却水快速冷却。这样做既能方便操作,提高效率,也能提供足够的收缩以使脱模更为容易。

 

(5)热压罐


当制备航空航天用高质量制件时,树脂基体往往采用高性能环氧树脂,双马来酰亚胺或聚酰亚胺,有必要采用真空袋/熱压罐固化纤维缠绕件。热压罐固化能提供400°C的固化温度和35MPa的固化压力。热压罐固化的主要缺点是长的固化周期以及尺寸等方面的限制。

 

(6)微波加热


对于玻璃纤维和芳纶纤维增强复合材料,微波固化有明显的优点。微波能被纤维和树脂很快地吸收,因此原来需要数小时固化的体系有可能在数分钟内便完全固化。由于复合材料固化的微波设备需要很高的能量水平,因此成本较高。微波加热固化的另一缺点是对于导电的碳纤维不能使用。因此,大部分复合材料制造厂商已放弃了使用微波固化复合材料。

 

(7)其他固化方法


电子束、激光、射频、超声和诱导固化方法都在纤维缠绕工艺中试用且有不同程度的成功。超声可使树脂体系快速固化但这种固化不均匀。射频固化已得到了许多研究,并被认为是一个有希望的加热固化方式。激光加热已基本被否定,因为它们不适用于碳纤维增强体系,激光不能穿过复合材料中的碳纤维层。由于在热塑性树脂纤维缠绕中只需加热最表面一层热塑性树脂使其熔融,激光束不能穿过碳纤维层并不十分重要,因此激光加热可在热塑性树脂纤维缠绕中应用。

来源:《复合材料件可制造性技术》


 
 
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