碳纤维成型工艺介绍

   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
  优点:
 
  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)。
 
  缺点:
 
  1、制件的树脂含量较高;
 
  2、厚度偏差较大;
 
  3、短切纤维性能较差。
 
  五、拉挤成型
  优点:
 
  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。
 
  缺点:
 
  1、目前只能生产等截面的型材;
 
  2、需要拉挤预浸料的模具;
 
  3、非0°方向铺层定向困难。
 
  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。
 
  缺点:
 
  1、制件大小受热压罐尺寸限制;
 
  2、周期长、生产效率低;
 
  3、耗能高,运行成本高。
 
  七、RTM成型
  在压力注入或外加真空辅助的条件下,使具有反应活性的低黏度液态树脂在闭合模具里流动并排除气体,浸润并浸渍干态纤维体,树脂在模具内通过热引发交联反应,完成固化。
 
  优点:
 
  1、闭合模成形尺寸稳定、精度高、表面光滑;
 
  2、成形后修整加工量少,原材料利用率高;
 
  3、纤维体积含量可达55%-60%;
 
  4、采用预成形体提高损伤容限性能;
 
  5、无需预浸料,不进热压罐,成本低。
 
  缺点:
 
  1、闭合模具密封要求高,初始费用高;
 
  2、空隙含量较高,树脂注入前需加热;
 
  3、预成形体难以准确置入模具并保持在恰当的位置。
 
  八、RFI成型
 
  固态或半固态树固脂膜置于干态纤维体下,树脂从底部向上渗透,浸润纤维及排气,在浸透状态完成固化
  优点:
 
  1、模具较RTM模具简单;
 
  2、树脂沿厚度方向流动, 更容易浸润纤维;
 
  3、无需预浸料,成本低。
 
  九、VARI成型
 
  在单面模具上,真空条件下,树脂浸渍干态纤维后成型。
 
  优点:
 
  1、制件无尺寸限制;
 
  2、修整加工量少,原材料利用率高;
 
  3、无需预浸料,成本低。
 
  RFI成型与VARI成型共有以下缺点:
 
  1、尺寸精度和表面质量不如RTM;
 
  2、只适用于大平面或简单曲面的零件;
 
  3、生产效率较RTM低;
 
  4、制件的空隙含量较高。