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几种常见复合材料成型工艺的优缺点

发布时间:2020/05/20

 01 喷涂工艺(Spray Lay-up)

1.1、工艺概念 将纤维在手持式枪中切碎,然后送入对准模具的催化树脂喷雾中,堆积资料在规范大气条件下固化(如图1所示)。 轿车复合资料 图1 喷涂工艺示意图 1.2、首要资料 树脂基体以聚酯树脂为主,而纤维资料仅限玻璃纤维粗纱。 1.3 、首要优势 i) 广泛运用多年。 ii)快速堆积纤维和树脂的办法。 iii)低本钱。 1.4、首要缺陷 i) 层压板往往富含树脂,因而分量过大。 ii)仅包括短纤维,严峻约束层压板的机械功能。 iii)树脂需求低粘度才干喷涂,这一般会危害它们的机械/热功能。 iv)喷涂树脂中苯乙烯含量高一般意味着它们具有更大的危害性,其较低的粘度意味着它们有更大的穿透衣物等的倾向。 (v) 将空气中苯乙烯的浓度约束在法定水平越来越困难。 1.5、典型运用 简略的外壳、轻载结构面板,例如大篷车车身、货车整流罩、浴缸、淋浴盘、一些小艇。
02 长丝环绕工艺(Filament Winding) 2.1 工艺概念 该工艺首要用于空心,一般为圆形或椭圆形的部件,如管道和储罐。纤维束在环绕到芯轴上之前要经过树脂浴,芯轴的旋转速度由纤维运送组织和芯轴方向操控(图2)。 轿车复合资料 图2 长丝环绕工艺示意图 2.2 首要资料 树脂基体可以挑选环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛树脂等任何一种,而纤维类型也没有约束,但纤维可直接从筒子架上取下,没有织成织物。 2.3 首要长处 i)这是一种十分快速且经济的铺设资料的办法。 ii)树脂含量可以经过丈量每个纤维束上的树脂经过夹头或模具来操控。 iii)因为没有在运用前将纤维转变为织物的第二道工序,因而纤维本钱得以最小化。 iv)层压板的结构性质可以十分好,因为直纤维可以以杂乱的方式铺设,以匹配施加的荷载。 2.4 首要缺陷 i)该进程仅限于凸形部件。 ii)纤维不能轻易地沿着组件的长度铺设。 iii)大型组件本钱或许很高。 iv)组件的外外表未模制,因而在外观上不美观。 v)一般需求运用低粘度树脂,因为它们具有较低的机械和安全功能。 2.5 典型运用 化学品储罐和管道、气瓶、消防员呼吸罐

  03 湿铺工艺(Wet Lay-up) 3.1、工艺概念 用手将树脂浸渍到呈织造、针织、缝合或粘合织物方式的纤维中。这一般是经过滚筒或刷子完结的,越来越多地运用压辊式浸渍剂,经过旋转滚筒和树脂浴将树脂压入织物,层压板在规范大气条件下固化(如图3所示)。 轿车复合资料 图3 湿铺工艺示意图 3.2、首要资料 树脂基体可以挑选环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛树脂等任何一种,而纤维类型也没有约束。 3.3 、首要优势 i) 广泛运用多年。 ii)假如运用室温固化树脂,则本钱较低。 iii)供货商和资料类型的挑选规模很广。 iv)纤维含量更高,纤维长度也更长。 3.4、首要缺陷 i) 树脂的混合、层压板的树脂含量和层压板的质量在很大程度上取决于层压机的技能。假如不引进过多的空地,一般就无法获得低树脂含量的层压板。 ii)树脂的健康和安全考虑。手艺铺层树脂的较低分子量一般意味着它们比较高分子量的产品具有更大的危害性。较低粘度的树脂也意味着它们有浸透服装等趋势。 iii)假如没有贵重的萃取体系,将聚酯和乙烯基酯中空气中苯乙烯的浓度约束在法定浓度越来越难。 iv)树脂需求低粘度才干手动操作。因为需求高浓度的稀释剂/苯乙烯,这一般会危害它们的机械/热功能。 3.5、典型运用 规范风力涡轮机叶片、出产船、修建装修条等。

  04 真空袋工艺(Vacuum Bagging) 4.1 工艺概念 该工艺基本上是上述湿铺工艺的延伸,其间一旦层压后就对层压资料施加压力以改进其固结性。这是经过在湿铺层压板上和东西上密封塑料膜来完结的。袋子下面的空气被真空泵抽走,因而可以在层压板上施加高达一个大气压的压力以使其固化(图4)。 轿车复合资料 图4 真空袋工艺示意图 4.2 首要资料 树脂首要是以环氧树脂和酚醛树脂为主,而聚酯和乙烯酯或许存在必定问题,因为真空泵从树脂中过度萃取苯乙烯。关于增强纤维而言,因为存在必定的固结压力意味着各种厚重的织物或许会被弄湿。 4.3 首要长处 i) 与规范湿铺技能比较,一般可以获得更高的纤维含量层压板。 ii)与湿铺比较,空地率更低。 iii)因为压力和树脂在结构纤维中活动,使纤维更好地湿润,剩余的纤维进入袋装资料。 iv)健康与安全:真空袋削减了固化进程中开释的蒸发物量。 4.4 首要缺陷 i) 额定的工艺增加了劳动力和一次性包装资料的本钱 ii)操作人员需求更高的技能水平 iii)树脂含量的混合和操控仍首要取决于操作员的技能 iv)虽然真空袋可以削减蒸发物,但露出量依然高于预浸料处理技能等 4.5 典型运用 大型一次性巡航船、赛车部件、出产船中的中心粘接设备。

  05 拉挤成型(Pultrusion) 5.1、工艺概念 将纤维从筒子架中拉出经过树脂浴,然后经过加热的模具。模具完结纤维的浸渍,操控树脂含量,并在资料经过模具时将其固化成终究形状。然后,该固化型材主动切割成必定长度。也可将织物引进模具,以供给除0°以外的纤维方向。虽然拉挤成型是一个接连的进程,会发生稳定横截面的概括,但答应将一些改变引进横截面中。这个进程将资料拉过模具进行浸渍,然后夹在模具中进行固化。这使得该进程不接连,但可以习惯横截面的细小改变(如图5所示)。 轿车复合资料 图5 拉挤成型工艺示意图 5.2、首要资料 树脂基体一般为环氧树脂、聚酯、乙烯酯和酚醛树脂,而纤维类型没有约束。 5.3 、首要优势 i) 这是一种十分快速、经济的资料浸渍和固化的办法。 ii)树脂含量可准确操控。 iii)纤维本钱最小化,因为大部分来自筒子架。 iv)层压板的结构功能十分好,因为型材中纤维顺直,而且可以获得高纤维体积分数。 v) 树脂浸渍区可以封闭,然后约束蒸发物排放。 5.4、首要缺陷 i) 仅限于稳定截面或挨近稳定的截面构件 ii)加热模具的本钱或许很高。 5.5、典型运用 用于房顶结构、桥梁、梯子、结构的梁和大梁。

  06 树脂传递模塑(Resin Transfer Moulding,RTM) 6.1 工艺概念 织物作为枯燥的资料堆积,这些织物有时被预压成模具形状,并由粘合剂粘合在一起,然后将这些“瓶坯”更轻松地放入模具中。随后将第二模具夹持在榜首模具上,并将树脂注入型腔。也可以将真空施加到模腔上,以协助树脂被吸入织物中。这被称为真空辅佐树脂打针( Vacuum Assisted Resin Injection,VARI)。一旦一切的织物都被潮湿,树脂进口就会封闭,层压板就可以固化。打针和固化都可以在环境温度或高温下进行(如图6所示)。 轿车复合资料 图6 RTM工艺示意图 6.2 首要资料 树脂一般可以选用环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯和酚醛树脂,但双马来酰亚胺等高温树脂也可在较高的工艺温度下运用。纤维类型不限,缝制的资料在此进程中作用很好,因为空地答应快速进行树脂运送。一些特别开发的织物可以协助树脂活动。 6.3 首要长处 i) 可以十分低的空地率获得高纤维体积的层压板。 ii)因为封装了树脂,因而具有杰出的健康和安全性以及对环境的操控。 iii)或许削减劳动力。 iv)组件的两边都有一个模制外表。 6.4 首要缺陷 i) 配套的模具价格贵重,而且为了接受压力而很重。 ii)一般仅限于较小的部件。 iii)或许会呈现未浸渍的区域,然后导致十分贵重的作废零件。 6.5 典型运用 小型杂乱飞机及轿车零部件、火车座椅。

  07 其他注塑工艺(SCRIMP, RIFT, VARTM等) 7.1 工艺概念 与RTM工艺相似,织物作为枯燥的资料叠堆积置,然后用剥离层和织造型非结构织物掩盖纤维堆,随后对整个干堆进行真空袋装,一旦袋装走漏消除,树脂就可以流入层压板。树脂简略在非结构性织物中活动并从上方潮湿织物,然后有助于树脂在整个层压板上的散布(如图7所示)。 轿车复合资料 图7 其他注塑工艺示意图 7.2 首要资料 树脂一般为环氧树脂、聚酯和乙烯基酯。增强纤维为任何惯例织物,缝制的资料在此进程中作用很好,因为空地答应快速进行树脂运送。 7.3 首要长处 i) 与上述RTM相同,但只要部件的一侧有模制饰面。 ii)因为一半的东西是真空袋,且主东西所需的强度较低,因而东西本钱较低。 iii)可以制作高纤维体积分数和低空地率的十分大结构件。 iv)规范湿铺东西可在此进程中进行修正。 v)一次操作即可出产带芯结构。 7.4 首要缺陷 i)相对杂乱的进程,可以在不需求修补的情况下,在大型结构上继续杰出地运转。 ii)树脂的粘度有必要十分低,因而有必要具有机械功能。 iii))或许会呈现未浸渍的区域,然后导致十分贵重的作废零件。 7.5 典型运用 小型游艇、火车和货车车身面板、风能叶片。

  08 高压釜预浸料(Prepreg - Autoclave) 8.1、工艺概念 织物和纤维由资料制作商在加热和加压条件下或在溶剂顶用树脂预浸渍。催化剂在环境温度下具有很大的潜伏性,使资料冻结后稀有周或数月的运用寿数。可是为了延伸贮存寿数,这些资料有必要是冷冻贮存的。用手或机器将预浸料放置在模具外表,真空包装,然后加热到120-180°C,树脂开端回流并终究固化。成型所需的额定压力一般由高压釜(实际上是加压烘箱)供给,该高压釜最多可向层压板施加5个大气压,如图8所示。 轿车复合资料 图8 高压釜预浸料工艺示意图 8.2、首要资料 树脂基体一般为环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂和高温树脂,如聚酰亚胺、氰酸酯和双马来酰亚胺。纤维品种不限,可直接从筒子架上取下或用作任何类型的织物。 8.3 、首要优势 i)树脂/催化剂和纤维中的树脂含量可准确设置,并可以完结高纤维含量和低空地率。 ii)具有超卓的健康和安全特性,可以清洁作业。 iii)因为没有在运用前将纤维转变为织物的第二道工序,单向胶带的纤维本钱已降至最低。 iv)可以针对机械功能和热功能优化树脂化学性质,高粘度树脂因为制作工艺而不易溶解。 v)延伸的作业时间(在室温下长达数月)意味着可以轻松完结结构优化,杂乱的叠层。 vi)主动化,并可节约劳动力。 8.4、首要缺陷 i) 预浸织物的资料本钱较高,关于这些运用,一般也需求贵重的高档树脂。 ii)一般需求高压釜来固化组件,设备贵重,操作缓慢且尺度受限。 iii)模具有必要可以接受所触及的进程温度,而芯材有必要可以接受进程温度和压力。 iv)关于较厚的层压板,预浸料层需求在铺层进程中进行热“疏解”,以保证层间空气的去除。 8.5、典型运用 飞机结构部件(例如机翼和机尾部分)、F1赛车

  09 非热压罐预浸料(Prepreg - Out of Autoclave) 9.1 工艺概念 低温固化预浸料与传统高压釜预浸料完全相同,但其树脂具有可在60-120°C的温度下完结固化的化学性质。关于低温固化(60°C),资料的运用寿数可约束在一周以内,但关于更高温度的催化作用(>80°C),作业时间可以长达几个月。树脂体系的活动曲线答应独自运用真空袋压力,然后无需高压釜(如图9所示)。 轿车复合资料 图9 非热压罐预浸料工艺示意图 9.2 首要资料 树脂一般只选用环氧树脂。纤维类型不限,惯例预浸料。 9.3 首要长处 i)一切与运用上述传统预浸料相关的长处((i)-(iv))都包括在低温固化预浸猜中。 ii)因为固化温度较低,因而可以运用较廉价的东西资料,例如木材。 iii)因为只需求真空袋压力,因而可以简略地制作大型结构,而且可以经过简略的热风循环烘箱(一般在部件上原位制作)将温度加热到这些较低的温度。 iv)假如遵从某些程序,则可以运用惯例的泡沫芯材。 v) 比高压釜工艺能耗低。 vi)供给高水平尺度公役和可重复性。 9.4 首要缺陷 i)虽然树脂本钱低于航空运用所需的资料,但资料本钱依然高于非预浸织物。 ii)东西有必要可以接受比注入工艺更高的温度(一般为80-140°C)。 9.5 典型运用 高功能风力涡轮机叶片、大型竞速和巡航游艇、救援艇、列车部件。
  标签: 轿车复合资料 成型工艺 优缺陷  

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