CFRP成型工艺.doc

1. CFRP成型工艺多采用模压成型工艺：分为短纤维料模压法、层压模压法、缠绕模压法、织物模压法等。 工艺加工过程中参数的控制 1.1　装料量的控制 装料量一般是用模压料制品的相对密度乘以制品的体积再加上3%～5%的损耗量。 1. 2　预压实工艺 按照传统的模压成型工艺生产碳纤维复合材料制件时, 在加热加压过程中, 空气因胶液粘性大不能全部溢出, 在材料中造成空隙。经检测空隙率大于2%。改进的工艺是在模压工艺中增加冷预压实和放气工序, 即先施加一定的压力将预 浸料内部的空气挤出。卸去压力, 加热固化, 在加热到一定温度再施以压力。结果模压件的空隙率低于0. 5% , 使复合材料力学性能大大提高。 1. 3　升温速度 在加工过程中, 升温速度过慢, 压制成型时间长, 效率低; 升温速度过快, 模型中材料产生温度梯度, 表层材料会提前凝胶, 加压后造成胶液挤出, 复合材料含胶量低, 层间剪切强度下降。此外, 升温速率过快, 到达恒温控制段时的 温度冲量大, 使制品肿胀、开裂、变形和翘曲。因此, 控制升温速率是非常必要的。在成型过程中, 模具的升温速率一般控制在1～2℃/min, 为使升温速度均匀避免热冲击, 可以在模具与加热板之间增加一定厚度的牛皮纸;同时在达到成型温度后为使模压制品固化完全消除内应力, 要有一定的保温时间。 1. 4　加压时机 在固化过程中加压过早, 树脂从溢胶槽中过多的流出, 造成树脂含量过低, 复合材料的层间剪切强度下降; 加压过晚, 树脂已凝胶初步固化, 加压不仅不起作用, 而且复合材料中的树脂含量过高, 材料的弯曲强度下降。因此需要根据 所选树脂基体的热固化特性同时结合具体的升温速度等条件综合来确定合理的加压时机。 2 RTM工艺（树脂传递模塑） 工艺：碳纤维增强苯并口恶嗪树脂复合材料板的制备将碳纤维布裁剪成适当的尺寸铺到涂有脱模剂的ＲＴＭ钢模具中，用螺栓紧固模具密封。将树脂在１１５℃抽真空去除气泡后放入注胶罐内，用树脂管路将注胶罐、模具、回收树脂桶及真空泵连接起来，并检查模具系统气密性。再将ＲＴＭ 成型模具预热到１１０℃，关闭进树脂口阀门，模具系统抽真空脱除气泡１０～３０ｍｉｎ后打开进树脂管路阀门，进行ＲＴＭ 注射。注射完毕后将模具放入烘箱按照１３０℃／３ｈ＋１４０℃／１ｈ＋１５０℃／１ｈ＋１６０℃／１ｈ＋１７０℃／１ｈ ＋１８０℃／２ｈ＋２００℃／２ｈ的阶梯升温程序进行固化操作，后随烘箱降至室温脱模，取出复合材料板。 然而，由于ＲＴＭ 成型工艺对其基体树脂有特殊要求，即（１）树脂在注射温度下具有足够低且相对稳定的黏度；（２）树脂应具有较长的适用期以及当树脂注射完成后又能快速地固化，以缩短制品的成型周期；（３）树脂还应具备低挥发分、固化不放气等特性且和纤维有良好的浸润特性 RTM成型模具设计须考虑树脂的流动问题，具有较大技术难度。当生产量较大时（大于20，000件/年）RTM技术生产经济效益低于高度自动化的SMC、LPMC及GMT等技术。 RTM 成型工艺的主要优点: ( 1) 闭模成型，产品尺寸和外型精度高，适合成型多品种、中批量、高质量的复合材料整体构件; ( 2) 初期投资小，且制品公差小、表面光洁度高;( 3) 生产周期短、生产过程自动化适应性强、成型效率高; ( 4) 环境污染小。 将CF置于上下模之间,合模并将模具夹紧,在压力条件下注射EP, EP固化后打开模具,取下制品。必须保证EP在凝胶前充满型腔,压力促使EP快速传递到模具内并浸渍CF。该工艺为低压成型工艺, EP注塑压力为0. 4～0. 5MPa,当制造高CF含量(体积分数超过50% )的制品时压力甚至可达0. 7MPa。有时可预先将CF在一个模具内预成型(带粘结剂) ,再在第二个模具内注射成型[ 5 - 6 ] 。为了提高EP浸渍CF的能力,可选择真空辅助注射[ 7 ] 。当EP一旦将CF浸透,要将EP注入口封闭,以使树脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下进行。模具可以用复合材料与钢材料制作。若采用加热工艺,宜用钢模。该法的主要优点是复合材料中CF含量可较高,未被EP浸润的CF非常少;闭模成型,成型周期较短,生产环境好,生产成本较低;制品可大型化,强度可设计。主要缺点是不易制作较小制品,因要承压,故模具较手糊与喷射工艺用模具要笨重和复杂。 3 　手糊成型 手糊成型[ 3 - 4 ]是依次在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的EP (胶衣凝胶后涂覆)和CF,手持辊子或刷子使EP浸渍CF,并驱除气泡,压实基层。铺层操作反复多次,直到达到制品的设计厚度。该工艺的主要优点是可室温成型,设备投资少,模具折旧费低;可制造大型制品。主要缺点是属于劳动密集型生产,制品质量由工人技术熟练程度决定;手糊用树脂分子量低,通常可能较分子量高的树