碳纖維一般與母材(樹脂等)組合后以復合材料的形態(tài)進行使用。根據最終產品的形態(tài)和特性,采用各種各樣的成型方法(加工方法)。另外,以提高物性和外觀、縮短成型時間等為目標,成型方法日趨完善。下面介紹具有代表性的碳纖維成型方法。
1、拉拔成型
也稱為拉擠成型。這是將浸漬液態(tài)樹脂的碳纖維引入和穿過模具,對其加熱固化的連續(xù)成型法。適用于桿狀、管狀等具有一定截面形狀的成型品。
2、纏繞成型
這是將浸漬液態(tài)樹脂的碳纖維絲束纏繞在心軸上之后,進行加熱固化的成型法。有兩種方法,一種是一邊將碳纖維浸漬在樹脂槽(浴槽)中一邊進行卷繞的方法,另一種是將預先浸漬在樹脂中的絲束材料進行卷繞的方法。適用于管狀和罐狀成型品。
這是在一對陰/陽的密封型模具中,配置碳纖維預成型件(將碳纖維預成型為產品形狀的產品、織物等),將液態(tài)樹脂壓入、浸漬、加熱固化的方法。僅使用陰模在真空壓力下固化的方法稱為VaRTM成型(真空輔助RTM)。RTM適用于中小型,VaRTM適用于大中型的成型品。
這是將預浸料或SMC等浸漬樹脂的薄片層疊在模具上,一邊施加壓力一邊加熱固化的方法。三菱化學確立了基于高循環(huán)及預成型技術的PCM(預浸料模壓)成型法,也可以與SMC材料進行混合成型。適用于大量生產品的成型方法。
5、熱壓罐(AC)成型
熱壓罐簡單地說就是壓力鍋。在成型模具上層疊預浸料,蓋上膨脹薄膜(用于制造真空狀態(tài)的薄膜)進行減壓,在熱壓罐內施加壓力加熱固化。該成型方法適合制造高品質、高性能產品,但由于成型周期長,成本較高。
? 溫度和壓力場均勻。使用壓縮空氣或惰性氣體向熱壓罐內充氣加壓,確保在模具上的構件在均勻的壓力和溫度下成型和固化。
? 適用范圍廣。適用于多種先進復合材料的生產,包括那些在固化周期、壓力和溫度上有特定要求的材料。
? 生產效率高。采用先加熱再加壓的方式,相比普通壓力設備,生產效率更高。? 產品質量可靠。由于壓力和溫度的均勻性,熱壓罐成型工藝制造的構件孔隙率較低、樹脂含量均勻,力學性能穩(wěn)定可靠。
? 工藝自動化程度高。可以實現高度自動化和批量生產。
也稱為注塑成型,是將碳纖維增強尼龍和聚碳酸酯等熱塑性樹脂原料(粒料)進行加熱熔融,并注射到模具腔(間隙)的成型方法。機械物性會有所下降,但這是一種適用于短周期、復雜形狀成型的成型方法。
優(yōu)點:
? 生產效率高,適合大規(guī)模生產;
? 制品的精度和表面質量較高;
? 可以制備各種形狀和大小的制品。
缺點:
在當前的實際應用中,RTM (樹脂傳遞模塑成型)成型工藝因其較高的成型效率、良好的制品性能和較低的成本,成為較為流行的一種碳纖維復合材料制備工藝。然而,選擇哪種成型工藝應根據具體的應用需求、制品形狀、生產規(guī)模等因素進行綜合考慮。
隨著技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新,新的成型工藝也在不斷涌現,為碳纖維復合材料的更廣泛應用提供了可能。在實際應用中,需要根據具體情況選擇合適的成型工藝,以滿足制品的性能要求和生產需求。
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