隨著環(huán)保意識的增強,復(fù)合材料行業(yè)的有關(guān)揮發(fā)物的法規(guī)也越來越嚴(yán)格,在這種情況下,傳統(tǒng)的開模工藝必將遭到淘汰。
其中比較典型的有“SCRIMP”(Seeman復(fù)合材料樹脂浸漬技術(shù))、RIF1(柔性膜樹脂浸漬技術(shù))、VARI(真空輔助RTM)以及SPRINT(SP樹脂浸漬技術(shù))。這些成型工藝大體都是在真空狀態(tài)下排除纖維增強體中的氣體,利用樹脂的流動、滲透,實現(xiàn)對織物的浸漬,并在室溫下固化,形成一定樹脂/纖維比例的工藝方法。
這些工藝大都僅僅需要一個單面的剛性模具,用來鋪放纖維增強體;模具只為保證結(jié)構(gòu)型面滿足要求,簡化了模具制造工序,節(jié)省了費用,有的上模為柔性真空袋膜;整個工藝操作過程在室溫下進(jìn)行,無需加熱;也只需一個真空壓力,無需額外的壓力。
采用這種工藝,可以有效的降低樹脂含量,提高纖維含量,從而提高玻璃鋼的強度,減輕葉片重量。并大大降低勞動強度,提高生產(chǎn)效率。當(dāng)然工藝的發(fā)展始終離不開原材料的配套和發(fā)展,上述的真空成型工藝絕大部分除技術(shù)要求外,最主要的還是對增強材料的要求,增強材料要求除能滿足要求的強度外,同時要能在樹脂流動過程中充當(dāng)流道的作用。傳統(tǒng)的氈、布等玻璃纖維制品已不能滿足這種要求,只有復(fù)合編織物和縫合織物才能有這樣的效果。
真空灌注成型工藝(濕法)操作步驟:
1、模具準(zhǔn)備,涂脫模劑
2、產(chǎn)品積層(手糊、噴射、預(yù)浸料)
3、鋪脫模布
4、鋪隔離膜或帶孔隔離膜(可以不鋪)
5、鋪透氣氈
6、粘貼密封膠條(可以提前)
7、鋪真空袋膜
8、安裝真空閥、快速接頭和真空管
9、接氣源,檢驗真空度
10、抽真空,產(chǎn)品固化
11、產(chǎn)品脫模
操作圖解:
1.涂脫模劑
2.產(chǎn)品鋪層
3.鋪脫模布
4.鋪帶孔隔離膜
5.鋪透氣氈
6.粘貼密封膠條
7.鋪真空袋膜
8.真空袋膜的密封
9.安裝真空閥、快速接頭和真空管
10.檢漏儀檢漏
11.產(chǎn)品固化
12.真空袋脫模
13.產(chǎn)品脫模
真空樹脂導(dǎo)入法的操作步驟
1、模具準(zhǔn)備,涂脫模劑
2、膠衣、產(chǎn)品積層(不含樹脂的增強材料)
3、鋪脫模布
4、鋪導(dǎo)流布、導(dǎo)流管
5、粘貼密封膠條(可以提前)
6、鋪真空袋膜
7、安裝真空閥、快速接頭和真空管
8、接氣源,檢驗真空度
9、抽真空,導(dǎo)入樹脂
10、產(chǎn)品固化
11、產(chǎn)品脫模
操作圖解:
1.模具準(zhǔn)備-膠衣噴涂
2.鋪增強材料(用噴膠固定)
3.鋪脫模布
4.粘貼密封膠條
5.布導(dǎo)氣管
6.鋪導(dǎo)流布
7.安裝導(dǎo)流管與樹脂管
8.密封真空袋膜
9.檢驗真空度
10.抽真空加壓
11.導(dǎo)入樹脂
12.樹脂收集器防止樹脂進(jìn)入真空泵
13.產(chǎn)品脫模
碳纖維預(yù)浸料后成型工藝及產(chǎn)品
預(yù)浸料是指將樹脂在未固化之前預(yù)先和纖維結(jié)合在一起,并保持一定的儲存期,在儲存期內(nèi)可以隨時進(jìn)行鋪層設(shè)計、成型,是制作復(fù)合材料的中間材料。碳纖維預(yù)浸料是碳纖維絲束經(jīng)過展紗(或碳纖維編織布),在壓力和溫度的作用下,和預(yù)先涂敷在離型紙上的樹脂,進(jìn)行結(jié)合,然后冷卻、覆膜、卷取等工藝加工而成的中間品復(fù)合材料,又叫做碳纖維預(yù)浸布。
預(yù)浸料的常見組成部分為:底部是一層離型紙(白色),中間為成品預(yù)浸料(黑色),表面再覆蓋一層聚乙烯薄膜(藍(lán)色),其中中間的成品預(yù)浸料又由樹脂和纖維組成,具體見下圖。
預(yù)浸料的意思是預(yù)先用樹脂浸潤好纖維,在后面工藝中鋪疊、成型,加熱固化。所以預(yù)浸料的樹脂是未經(jīng)固化的樹脂,多以熱固性樹脂為主。熱固性樹脂有很多種,常用的有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂、乙烯基樹脂、氰酸樹脂等。碳纖維預(yù)浸料中以環(huán)氧樹脂最多、應(yīng)用最廣泛,在一些耐高溫的場合會用到雙馬、氰酸樹脂。
預(yù)浸料具有以下特點:1、克重、樹脂含量可以精確控制,2、可設(shè)計性強,可以根據(jù)產(chǎn)品使用特點,其強度、剛度要求,進(jìn)行疊層設(shè)計,3、直接使用,免配膠、刷膠,勞動強度小,更環(huán)保。
預(yù)浸料使用廣泛,起初用于熱壓罐工藝,后來可用于模壓、真空帶壓等非熱壓罐工藝,適用的工藝較多。
1、熱壓罐工藝
熱壓罐工藝是纖維復(fù)合材料應(yīng)用較多、最為常見的一種成型方式,特別在航空航天領(lǐng)域的比重更是高達(dá)80%以上。成型的構(gòu)件多應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域等主承力和次承力結(jié)構(gòu),以及國防、軌道交通、電子通訊、汽車制造、體育運動器材等諸多領(lǐng)域。
熱壓罐工藝如下
將碳纖維預(yù)浸料按鋪層要求鋪放于模具上,將毛坯密封在真空袋后放置于碳纖維熱壓罐中。在真空狀態(tài)下,經(jīng)過熱壓罐設(shè)備升溫、加壓、保溫、降溫和卸壓等程序,利用熱壓罐內(nèi)同時提供的均勻溫度和均布壓力實現(xiàn)固化,從而可以形成表面與內(nèi)部質(zhì)量高、形狀復(fù)雜的碳纖維復(fù)合材料制件。用熱壓罐的一個重要原因是向預(yù)浸料提供足夠的壓力,以此抑制孔隙的生成,所以做出來的產(chǎn)品性能好,能夠作為結(jié)構(gòu)件使用。因此熱壓罐工藝在航空航天上應(yīng)用較多,但是熱壓罐工藝也存在成本高、效率低的缺點。
二、真空袋壓工藝
針對熱壓罐成本高的缺點,發(fā)展了真空袋壓工藝,真空袋壓工藝前序工藝和熱壓罐類似,后期固化不使用熱壓罐,而是使用固化爐。
固化爐價格便宜,但沒有壓力,在抽真空情況下,壓差只有一個大氣壓。因此要得到類似的孔隙率,對樹脂和預(yù)浸料要求較高。有研究表明,半浸潤的預(yù)浸料能夠有效低提高氣體滲透性,OoA預(yù)浸料采用樹脂半浸潤,將干纖維作為排出氣體的通道,在零件固化時卷入的氣體和揮發(fā)份都可以通過通道排出。
三、預(yù)浸料模壓工藝
將一定量預(yù)浸料加入金屬對模內(nèi),經(jīng)加熱、加壓固化成型的方法。
預(yù)浸料模壓相對生產(chǎn)效率高,便于實現(xiàn)專業(yè)化和自動化生產(chǎn),特別是使用快速固化預(yù)浸料,時間可以縮短到10分鐘以內(nèi)一模;產(chǎn)品尺寸精度高,重復(fù)性好;表面光潔;能一次成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制品;適合批量生產(chǎn)。不足之處在于模具制造復(fù)雜,投資較大,加上受壓機限制,最適合于批量生產(chǎn)中小型復(fù)合材料制品,不易生產(chǎn)大尺寸產(chǎn)品。而且預(yù)浸料本身有一定加工成本。
預(yù)浸料模壓應(yīng)用的領(lǐng)域較多,航空航天、汽車、電子、醫(yī)療器械、體育器械等。
四、預(yù)浸料吹氣模壓
該工藝是在預(yù)浸料模壓的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,主要用于生產(chǎn)中空的碳纖維制品。該工藝從中國臺灣開始發(fā)展起來的。最初球拍用預(yù)先填充的發(fā)泡劑,放入模具中,加壓,在加熱后發(fā)泡,產(chǎn)生一定壓力,將預(yù)浸料撐開,定型。但這樣做出來球拍會有吱吱的聲響、重量無法適當(dāng)控制。后來他們創(chuàng)造性開發(fā)了“吹氣模壓”的方法。據(jù)說最早吹氣模壓內(nèi)部吹氣的氣袋,是通過食品公司的人,要來了熱狗腸衣,當(dāng)作吹氣的管子,然后開發(fā)出了產(chǎn)品。(所以說創(chuàng)新并不總是多么高大上,而是實用,中國人在這方面會有很多土方法,如果能夠有更好的提升就好了)據(jù)說這種材料還用了不少年呢,后來發(fā)明了尼龍氣袋,才不用。
該工藝目前是體育用品的主流工藝,包括碳纖維羽毛球拍、高爾夫球桿、棒球拍、自行車等產(chǎn)品,都是該工藝生產(chǎn)出來的。
五、卷管工藝
碳纖維卷管成型工藝是用碳纖維預(yù)浸料在卷管機上熱卷成型的一種復(fù)合材料制品成型方法。該工藝是目前碳纖維釣魚竿的最主要生產(chǎn)工藝。卷管工藝又名搓管工藝,筆者真的看過最土的碳纖維釣魚竿廠,真的就是老太太用預(yù)浸料在管子上搓出來的。
卷管工藝,具體的說,采用卷管機上的熱輥,使預(yù)浸料軟化,熔化預(yù)浸料上面的樹脂膠粘劑。在一定張力下,在輥的旋轉(zhuǎn)操作過程中,利用輥和心軸之間的摩擦,將預(yù)浸料連續(xù)卷到管芯上,直至所要求的厚度,然后通過冷輥冷卻定型,從卷繞機取出,然后纏上熱收縮膜,在烤箱中固化。管材固化后,去除熱收縮膜和內(nèi)芯模具,即可以得到復(fù)合材料卷管管材。
該工藝除了生產(chǎn)釣魚竿那樣的圓管,還可以生產(chǎn)方管、三角形及其他異形管,用于不同的領(lǐng)域。
六、纏繞工藝
廣義上來說前面的卷管工藝也可以說纏繞工藝,但該工藝并不使用連續(xù)的預(yù)浸料,而是有一定的疊層設(shè)計。我們?nèi)粘@p繞工藝,可以使用連續(xù)的預(yù)浸料,通過一定的角度設(shè)計,生產(chǎn)管材、氣瓶等。因此這里的預(yù)浸料和傳統(tǒng)的預(yù)浸料有所差異,多使用預(yù)浸窄帶。
碳纖維預(yù)浸料優(yōu)點明顯,廣泛應(yīng)用于釣具、運動器材、體育用品、航空航天等領(lǐng)域, 軍事上用于制造火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、雷達(dá)、防彈車、防彈衣等重要軍工產(chǎn)品。(來源:復(fù)材應(yīng)用技術(shù))
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