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10种最常见的复合材料成型工艺(一)

10种最常见的复合材料成型工艺(一)

  • 分类:新闻动态
  • 作者:瑞奇办公室
  • 来源:瑞奇
  • 发布时间:2022-03-24
  • 访问量:0

【概要描述】复合材料的原材料包括树脂、纤维和芯材等有多种选择,各种材料又有其独特的强度、刚度、韧性和热稳定性等性能,成本和产量也不尽相同。然而,复合材料作为一个整体,其最终性能不仅与树脂基体和纤维(以及夹芯材结构中的芯材)有关,而且与结构中材料的设计方法和制造工艺有密切联系。本文将对常用的复合材料制造方法、每种方法的主要影响因素和不同工艺如何选择原材料进行介绍。

10种最常见的复合材料成型工艺(一)

【概要描述】复合材料的原材料包括树脂、纤维和芯材等有多种选择,各种材料又有其独特的强度、刚度、韧性和热稳定性等性能,成本和产量也不尽相同。然而,复合材料作为一个整体,其最终性能不仅与树脂基体和纤维(以及夹芯材结构中的芯材)有关,而且与结构中材料的设计方法和制造工艺有密切联系。本文将对常用的复合材料制造方法、每种方法的主要影响因素和不同工艺如何选择原材料进行介绍。

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  • 作者:瑞奇办公室
  • 来源:瑞奇
  • 发布时间:2022-03-24
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10种最常见的复合材料成型工艺

复合材料的原材料包括树脂、纤维和芯材等有多种选择,各种材料又有其独特的强度、刚度、韧性和热稳定性等性能,成本和产量也不尽相同。然而,复合材料作为一个整体,其最终性能不仅与树脂基体和纤维(以及夹芯材结构中的芯材)有关,而且与结构中材料的设计方法和制造工艺有密切联系。本文将对常用的复合材料制造方法、每种方法的主要影响因素和不同工艺如何选择原材料进行介绍。

一、喷涂成型

方法描述:把短切纤维增强材料与树脂体系同时喷涂在模具内,然后在常压下固化成热固性复合材料制品的一种成型工艺。
      材料选择:
     树脂:主要为聚酯
     纤维:粗玻璃纤维纱
     芯材:无,需要单独与层合板结合
     主要优点:
     1) 工艺历史悠久
     2) 低成本、可快速铺覆纤维和树脂
     3) 模具成本低廉
     主要缺点:
     1) 层合板易形成树脂富集区,重量偏高
     2) 只能使用短切纤维,严重限制了层合板的力学性能
     3) 为了便于喷涂,树脂粘度需足够低,损失了复合材料的力学和热学性能
     4) 喷涂树脂中的高苯乙烯含量意味着对操作人员的潜在危害较高,低粘度则意味着树脂易渗透员工的工作服从而直接接触皮肤
     5) 空气中挥发的苯乙烯浓度很难达到法律规定要求
     典型应用:简易围栏,低载荷结构板,如敞篷车车身、卡车整流罩、浴缸和小型船艇

二、手糊成型

      方法描述:手动将树脂浸润纤维,纤维可以为机织、编织、缝合或粘结等增强方式,手糊成型通常用滚轮或刷子完成,然后用胶滚挤压树脂使之渗入纤维。层合板置于常压下固化。
      
材料选择:
  树脂:无要求,环氧、聚酯、聚乙烯基酯、酚醛树脂均可
  纤维:无要求,但是基重较大的芳纶纤维难以手糊浸润
  芯材:无要求

      主要优点:
      1) 工艺历史悠久

      2) 简单易学
      3) 如果使用室温固化树脂,模具成本低廉
      4) 材料和供应商选择空间大
      5) 高纤维含量,所用纤维比喷涂工艺长
      主要缺点:
      1) 树脂混合、层合板树脂含量和品质与操作人员的熟练程度密切相关,难以获得低树脂含量且低孔隙率的层合板
      2) 树脂的健康和安全隐患,手糊树脂分子量越低,潜在的健康威胁就越大,粘度越低意味着树脂越容易渗透员工的工作服从而直接接触皮肤
      3) 如果没有安装良好的通风设备,从聚酯和聚乙烯基酯挥发到空气中的苯乙烯浓度很难达到法律规定的要求
      4) 手糊树脂的黏度需要非常低,因此苯乙烯或其他溶剂的含量必须较高,这样就损失了复合材料的机械/热性能
      典型应用:标准风电叶片,批量制作的船艇,建筑模型

三、真空袋工艺

方法描述:真空袋工艺是上述手糊工艺的延伸,即在模具上封一层塑料膜将手糊好的层合板抽真空,给层合板施加一个大气压的压力,达到排气紧实的效果,以提高复合材料的品质。
      材料选择:
  树脂:主要为环氧和酚醛树脂,聚酯和聚乙烯基酯不适用,因为它们含有苯乙烯,挥发进入真空泵
  纤维:无要求,即使基重较大的纤维也可以在压力下被浸润
  芯材:无要求
      主要优点:
      1) 可以达到比标准手糊工艺更高的纤维含量
      2) 空隙率比标准手糊工艺低
     3) 负压条件下,树脂充分流动提高了纤维的浸润程度,当然部分树脂会被真空耗材吸收
     4) 健康和安全:真空袋工艺可以减少固化过程中挥发物的释放
      主要缺点:
     1) 额外的工艺增加了劳动力和一次性真空袋材料的成本
     2) 对操作人员的技术要求较高
     3) 树脂混合及树脂含量的控制很大程度上取决于操作人员的熟练程度
     4) 尽管真空袋减少了挥发物的释放,操作人员受到的健康威胁仍然高于灌注或预浸料工艺
    典型应用:大尺寸、单次限定版的游艇,赛车零部件,船舶制造过程中芯材的粘结

  四、缠绕成型
        方法描述:缠绕工艺基本用于制造中空、圆形或椭圆形结构件,如管道和槽。纤维束经过树脂浸润后沿各种方向缠绕在芯轴上,工艺过程由缠绕机和芯轴转速控制。
        材料选择:
       树脂:无要求,如环氧、聚酯、聚乙烯基酯和酚醛树脂等
  纤维:无要求,直接使用线轴架的纤维束,不需要机织或缝织成纤维布
  芯材:无要求,但蒙皮通常为单层复合材料

主要优点:
      1) 生产速度快,是一种经济合理的铺层方式
      2) 可通过测定穿过树脂槽的纤维束携带树脂量控制树脂含量
      3) 纤维成本最小化,无中间编织工艺
      4) 结构性能优异,因为直线纤维束可以沿各个承载方向铺层
      主要缺点:
     1) 此工艺仅限于圆形中空结构
     2) 纤维不易沿部件轴向准确排布
     3) 大型结构件的芯轴阳模成本较高
     4) 结构外表面非模具面,因此美观性较差
     5) 使用低粘度树脂,需要注意力学性能和健康安全性能
     典型应用:化学品储藏罐和输送管,气缸,救火员呼吸罐

     五、拉挤成型
           方法描述:从线轴架抽出的纤维束浸胶后穿过加热盘,在加热盘完成树脂对纤维的浸润,并且控制树脂含量,最终将材料固化成要求的形状;这种形状固定的固化产品被机械切割为不同长度。纤维也可以沿0度以外的方向进入热盘。挤拉成型是一个连续的生产过程,制品截面通常有固定形状,允许有微小变化。将通过热盘的预浸润材料固定并铺入模具立即固化,虽然这样的流程连续性较差,但可以实现截面形状的改变。
          材料选择:
     树脂:通常为环氧、聚酯、聚乙烯基酯和酚醛树脂等
    纤维:无要求
    芯材:未普遍使用
        主要优点:
         1) 生产速度快,是一种经济合理的预浸润及固化材料的方式
         2) 树脂含量控制精确
        3) 纤维成本最小化,无中间编织工艺
        4) 结构性能优异,因为纤维束沿直线排布,纤维体积分数较高
        5) 纤维浸润区域可完全密闭,减少挥发物释放
       主要缺点:
       1) 此工艺限制了截面形状
       2) 加热盘成本较高
     典型应用:房屋结构的梁和桁架,桥梁,梯子和围栏

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