纤维复合材料拉挤工艺技术新进展

  型材是所有应用技术领域的基本要素,从建筑结构、桥梁、电线杆、地下管线到汽车工业中的轴和螺旋弹簧等。2008年底之前,除了直线拉挤复合材料型材,不可能经济的生产出曲向纤维增强复合材料型材,这成为纤维增强拉挤复合材料工艺的一个主要缺陷。因为大多数情况下,同时需要直线型材和曲线型材。

1、反向拉挤工艺

  在2009年,德国Thomas技术创新公司开发了“反向拉挤工艺”,被称为“曲线拉挤成型”的工艺的技术突破使等半径曲线型材的生产成为可能。证实了连续等半径叠加物体,如螺旋弹簧(图1)和其他类型线圈可以用这个工艺进行连续生产。这种工艺方案是传统拉挤成型“逆向工艺”。型材不再被拉着穿过模具,而是模具以一种逐步后退的方法沿着型材移动来进行制品成型,为拉挤纤维增强复合材料制品增加了一种新的规格型材,并拓展了新的应用。

  但根据这个原理,不仅仅是恒定半径、线圈等相似结构可以被制造。“反向拉挤成型”还可以开发出非常多的纤维增强型材解决方案:
  反向拉挤成型不但可以生产恒定半径曲线型材,而且可以生产变半径型材。通过使用弹性或分段模具实现上述“逐步后退工艺”。
  反向拉挤成型工艺应用在直线型材的生产上可以小化拉力,在传统的拉挤成型工艺中,拉力会使复合织物预成型件变形。因此,这使得可以将+/-45°预浸料或是层叠材料整合在型材上,而不产生任何扭曲。

  反向拉挤成型可以生产连续的几乎任何直径的硬质或是弹性管材,现在仅仅通过纤维缠绕工艺制造(图2)。对于大直径产品来说,不需要芯模,由此在直径和/或长度上没有限制,而是由工艺决定。
  反向拉挤成型可以加工中空织物预成型件。目前,用标准的拉挤成型工艺还不能实现,因为在标准拉挤成型工艺中,中空型材的核心必须被固定在模具的入口,纺织增强材料必须至少有一个缺口。因为反向拉挤成型工艺只需要短得多的机器,现在可以将核心固定在生产的型材的一侧。有了这个设定,中空纺织物如带多个编织层的管材可以像中空织物材料管材一样进行加工。

2、弧形―拉挤TM

  弯曲型材可以有多种技术应用,可以提供特殊的功能,或是实现特定的设计。直线型材可以使用连续制造纤维增强型材的标准技术实现,而缺乏实现2维、3维型材的专门技术,使得纤维增强复合材料材料替代钢、铝材料的努力受到了抑制。
  现在这个空白已经被Thomas技术创新公司所开发的弧形拉挤技术所填补,全新的技术使利用连续纤维和织物连续生产弯曲的复合材料型材成为可能,采用拉挤工艺制造连续的圆环和各种直径圆弧制品。例如可以实现弹簧形状的设计,型材使用连续纤维单向带,织物和双向网状物进行加强。

  应用领域

  无论何时当材料必须能胜过钢或者铝的极限,或者必须实现某种仅在自然界出现的全新产品特性时,纤维增强材料都应该被考虑在内。任何成分的纤维增强材料的真正综合应用,以及特定领域的应用都以曲线型材的生产为前提,它使纤维增强材料在工程和建筑领域的应用几乎不受限制。

  ・汽车制造业/交通运输业

  卡车、公共汽车、火车、集装箱箱壁,屋顶结构、飞机机体、海事工程、缓冲器固定器、仪表盘、弹簧的框架和主体结构

  ・建筑业

  窗结构、拱形结构、桥、脚手架和梯子、楼梯和导轨、格栅、采矿和隧道挖掘、给排水、电缆槽、绿色房屋的结构件。

  ・运动/休闲

  滑雪和滑雪杆、网球拍、壁球室、冲浪板和帆船的压条、高尔夫球杆、冲浪板、钓竿、棒球棒、弓和箭、帐篷支柱、撑杆跳的杆

  ・机械工程

  T螺杆和螺母、设备元件、滑动元件、输送机部件、夹紧和旋转模块、弹簧、回转支撑轴承、线性轴承