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最全的12種汽車碳纖維復(fù)合材料成型工藝
發(fā)布時(shí)間：2020-05-08
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碳纖維復(fù)合材料從預(yù)浸料到最終部件
，需要利用成型工藝來進(jìn)行加工。隨著碳纖維技術(shù)的發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料成型工藝也在不斷進(jìn)步 ，但是碳纖維復(fù)合材料的各種成型工藝并非按照更新淘汰的方式存在
，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)
。下面列舉了現(xiàn)階段最常用的12種碳纖維復(fù)合材料成型工藝
，看看你都知道哪幾種吧
。
噴射成型工藝
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
，但依然滿足不了大批量生產(chǎn)
，用以制造汽車車身、船身
、浴缸
、儲(chǔ)罐的過渡層。
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)
，制品結(jié)構(gòu)單一
，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
。
液態(tài)成型
將液態(tài)單體合成為高分子聚合物
，再?gòu)木酆衔锕袒磻?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。
液態(tài)成型主要包括：RTM成型工藝
、RFI成型
、VARI成型。
樹脂膜滲透(RFI)成型工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是模具比RTM工藝模具簡(jiǎn)單
，樹脂沿厚度方向流動(dòng)
，更容易浸潤(rùn)纖維，沒有預(yù)浸料
，成本較低
。但所得制品尺寸精度和表面質(zhì)量不如RTM工藝，空隙含量較高
，效率也稍微低一些
，適合生產(chǎn)大平面或簡(jiǎn)單曲面的零件。
真空輔助成型工藝(VARI)的優(yōu)點(diǎn)是原材料利用率高
，制件修整加工量少
，不需要預(yù)浸料，成本較低
，適用于常溫或溫度不高的大型壁板結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)
。但缺點(diǎn)和RFI成型工藝相似。
樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形（RTM）
樹脂轉(zhuǎn)移模塑成形（RTM：Resin Transfer Molding）技術(shù)是一種低成本復(fù)合材料的制造方法
，最初主要用于飛機(jī)次承力結(jié)構(gòu)件
，如艙門和檢查口蓋。1996年
，美國(guó)防務(wù)預(yù)研局開展了高強(qiáng)度主承力構(gòu)件的低成本RTM 制造技術(shù)研究
。RTM技術(shù)具有高效、低成本
、制件質(zhì)量好
、尺寸精度高
、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于體積大
、結(jié)構(gòu)復(fù)雜
、強(qiáng)度高的復(fù)合材料制件的成型，已經(jīng)成為近幾年航空航天材料加工領(lǐng)域研究最為活躍的方向之一
。
模壓成型
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
。但前期模具制造復(fù)雜，投入高
，制件大小受壓機(jī)尺寸的限制。
注塑成型
這是一種新型技術(shù)
，伯樂CIML設(shè)備將傳統(tǒng)的“多步法”工藝集成為“一步法”
，大大縮短了工藝流程，并且更好地保留了纖維長(zhǎng)度
，達(dá)到節(jié)能高效生產(chǎn)的目的
。通過攻克材料-裝備-制造中的配方優(yōu)化、混配系統(tǒng)
、智能控制系統(tǒng)和成型工藝參數(shù)優(yōu)化等一系列關(guān)鍵技術(shù)問題
，完全滿足汽車輕量化對(duì)制品強(qiáng)度、成本
、效率等方面的需求
，堪稱為汽車輕量化量身打造的裝備利器。
手糊成型--濕法鋪層成型法
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。
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。真空熱壓罐成型工藝具備很多優(yōu)點(diǎn)，不僅可固化不同厚度的層合板和制造復(fù)雜曲面的零件，力學(xué)性能也十分可靠，但相應(yīng)的真空熱壓罐成型也有一些缺點(diǎn)，例如制件大小受到熱壓罐的尺寸限制，并且耗能較高，導(dǎo)致運(yùn)行成本也比較高 。
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(rùn)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。
在真空環(huán)境下樹脂浸潤(rùn)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。
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。
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。
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(zhǎng)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
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，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。（來源：碳纖維工匠、模壓專委會(huì)）
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