復(fù)合材料加工工藝是在同一基礎(chǔ)上根據(jù)不同材料的特性及應(yīng)用目的而不斷衍生發(fā)展的。碳纖維復(fù)合材料在發(fā)揮質(zhì)輕、強(qiáng)度大的基礎(chǔ)上，也會(huì)根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的差異而采用不同的成型工藝，從而盡可能地發(fā)揮出碳纖維所具有的特殊性能。下文就針對(duì)適用于碳纖維復(fù)合材料的成型工藝及其應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述。
1、手糊成型
在模具工作面上涂敷脫模劑、膠衣，將剪裁好的碳纖維預(yù)浸布鋪設(shè)到模具工作面上，刷涂或噴涂樹脂體系膠液，達(dá)到需要的厚度后，成型固化、脫模。在制備技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，手糊工藝仍以工藝簡(jiǎn)便、投資低廉、適用面廣等優(yōu)勢(shì)在石油化工容器、貯槽、汽車殼體等許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是質(zhì)地疏松、密度低，制品強(qiáng)度不高，而且主要依賴于人工，質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率很低。
2、噴射成型
屬于手糊工藝低壓成型中的一類，使用短切纖維和樹脂經(jīng)過噴槍混合后，壓縮空氣噴灑在模具上，達(dá)到預(yù)定厚度后，再手工用橡膠錕按壓，然后固化成型。為改進(jìn)手糊成型而創(chuàng)造的一種半機(jī)械化成型工藝，在工作效率方面有一定程度的提高，用以制造汽車車身、船身、浴缸、儲(chǔ)罐的過渡層。
3、層壓成型
將逐層鋪疊的預(yù)浸料放置于上下平板模之間加壓加溫固化，這種工藝可以直接繼承木膠合板的生產(chǎn)方法和設(shè)備，并根據(jù)樹脂的流變性能，進(jìn)行改進(jìn)與完善。層壓成型工藝主要用來生產(chǎn)各種規(guī)格、不同用途的復(fù)合材料板材。具有機(jī)械化和自動(dòng)化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，但是設(shè)備一次性投資大。
4、纏繞成型
將經(jīng)過樹脂膠液浸漬的連續(xù)纖維或布帶按一定規(guī)律纏繞到芯模上，然后固化、脫模成為復(fù)合材料制品的工藝。碳纖維纏繞成型可充分發(fā)揮其高比強(qiáng)度、高比模量以及低密度的特點(diǎn)，可用于制造圓柱體、球體及某些正曲率回轉(zhuǎn)體或筒形碳纖維制品。
5、拉擠成型
將浸漬樹脂膠液的連續(xù)碳纖維絲束、帶或布等，在牽引力的作用下，通過擠壓模具成型、固化，連續(xù)不斷地生產(chǎn)長度不限的型材。拉擠成型是復(fù)合材料成型工藝中的一種特殊工藝，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)過程可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，生產(chǎn)效率高。拉擠成型制品中纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)可高達(dá)80%，浸膠在張力下進(jìn)行，能充分發(fā)揮增強(qiáng)材料的作用，產(chǎn)品強(qiáng)度高，其制成品縱、橫向強(qiáng)度可任意調(diào)整，可以滿足制品的不同力學(xué)性能要求。該工藝適合于生產(chǎn)各種截面形狀的型材，如工字型、角型、槽型、異型截面管材以及上述截面構(gòu)成的組合截面型材。
6、液態(tài)成型
將液態(tài)單體合成為高分子聚合物，再從聚合物固化反應(yīng)為復(fù)合材料的過程改為直接在模具中同時(shí)一次完成，既減少了工藝過程中的能量消耗，又縮短了模塑周期（只需約2分鐘便可完成一件制品）。但這種工藝的應(yīng)用，必須以精確的管道輸送和計(jì)量以及溫度壓力自動(dòng)控制為基礎(chǔ)，屬于高分子材料和近代高新科學(xué)技術(shù)的交叉范疇，目前的應(yīng)用還不是很廣。
7、真空熱壓罐
將單層預(yù)浸料按預(yù)定方向鋪疊成的復(fù)合材料坯料放在熱壓罐內(nèi)，在一定溫度和壓力下完成固化過程。熱壓罐是一種能承受和調(diào)控一定溫度、壓力范圍的專用壓力容器。坯料被鋪放在附有脫模劑的模具表面，然后依次用多孔防粘布(膜)、吸膠氈、透氣氈覆蓋，并密封于真空袋內(nèi)，再放入熱壓罐中。加溫固化前先將袋抽真空，除去空氣和揮發(fā)物，然后按不同樹脂的固化制度升溫、加壓、固化。固化制度的制定與執(zhí)行是保證熱壓罐成型制件質(zhì)量的關(guān)鍵。該種成型工藝適用于制造飛機(jī)艙門、整流罩、機(jī)載雷達(dá)罩，支架、機(jī)翼、尾翼等產(chǎn)品。
8、真空導(dǎo)入
簡(jiǎn)稱VIP，在模具上鋪“干”碳纖維復(fù)合材料，然后鋪真空袋，并抽出體系中的真空，在模具腔中形成一個(gè)負(fù)壓，利用真空產(chǎn)生的壓力把不飽和樹脂通過預(yù)鋪的管路壓入纖維層中，讓樹脂浸潤增強(qiáng)材料，最后充滿整個(gè)模具，制品固化后，揭去真空袋材料，從模具上得到所需的制品。該工藝在1950年就出現(xiàn)了專利記錄，但在近幾年才得到發(fā)展。在真空環(huán)境下樹脂浸潤碳纖，制品中產(chǎn)生的氣泡極少，制品的強(qiáng)度更高、質(zhì)量更輕，產(chǎn)品質(zhì)量比較穩(wěn)定，而且降低了樹脂的損耗，僅用一面模具就可以得到兩面光滑平整的制品，能較好地控制產(chǎn)品厚度。一般應(yīng)用于船艇工業(yè)中的方向舵、雷達(dá)屏蔽罩，風(fēng)電能源中的葉片、機(jī)艙罩，汽車工業(yè)中的各類車頂、擋風(fēng)板、車廂等。
9、高溫模壓
將碳纖維預(yù)浸料置于上下模之間，合模將模具置于液壓成型臺(tái)上，經(jīng)過一定時(shí)間的高溫高壓使樹脂固化后，取下碳纖維制品。這種成型技術(shù)具有高效、制件質(zhì)量好、尺寸精度高、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，適用于批量化、強(qiáng)度高的復(fù)合材料制件的成型。
模壓工藝在歐美雖然已經(jīng)有相當(dāng)長的應(yīng)用歷史，但是在國內(nèi)依然是應(yīng)用性很強(qiáng)的一種碳纖維成型工藝，在工業(yè)的承力結(jié)構(gòu)件制造方面有不可取代的地位，由于樹脂含量可控，纖維浸潤性好，成品碳纖維含量較高，因此強(qiáng)度表現(xiàn)優(yōu)異，精準(zhǔn)的制件尺寸，較短的成型周期，良好的生產(chǎn)環(huán)境，能滿足年產(chǎn)量5-8萬件的規(guī)模性生產(chǎn)。我國高鐵某車型應(yīng)用的一款碳纖維結(jié)構(gòu)件在無錫威盛新材量產(chǎn)，采用預(yù)埋加模壓的工藝，成型后不僅解決了金屬與碳纖維連接難的問題，而且確保了制件的機(jī)械強(qiáng)度，據(jù)高鐵制造商方面反饋，這種質(zhì)輕、強(qiáng)度大、耐老化、使用壽命長的碳纖維結(jié)構(gòu)件不僅達(dá)到了他們的預(yù)期效果，而且他們從應(yīng)用結(jié)果推斷，使用模壓成型工藝的碳纖維還可以適用于更多的產(chǎn)品，例如高鐵車輛內(nèi)部的裝飾件、扶手、車身附件等。
10、3iTech感應(yīng)加熱
一種將感應(yīng)器集成在模具中的新型感應(yīng)加熱工藝，可以在20℃-400℃的溫度下加工碳纖維，通過熱傳導(dǎo)利用集成在模具內(nèi)部的感應(yīng)器來加熱模具表面。這是由新興企業(yè)RocTool公司在Cage系統(tǒng)上推出的補(bǔ)充技術(shù)，采用電磁感應(yīng)可以迅速加熱模具，并能很好地控制局部溫度。其優(yōu)勢(shì)是顯著減少了周期時(shí)間和部件成本。但是目前該種技術(shù)尚不適合大型部件，而且相關(guān)的產(chǎn)量必須足夠大。
隨著碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用的深入和發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料的成型方式也在不斷地以新的形式出現(xiàn)，但是碳纖維復(fù)合材料的諸種成型工藝并非按照更新淘汰的方式存在的，在實(shí)際應(yīng)用中，往往是多種工藝并存，實(shí)現(xiàn)不同條件、不同情況下的最好效應(yīng)。
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