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碳纤维复合材料快速固化工艺

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目前碳纤维复合材料的普及应用处于黎明前的黑夜,诸多领域都开始大量测试碳纤维复合材料,各类实验设计都在探索和积累当中。碳纤维制造的成本问题是当前阻碍工业化应用的主要啊问题,其中制造成本占了制品的一半以上。其中主要原因是这种材料成型的时间长、消耗的能量大、生产的效率低、制造工艺辅料贵。低成本的快速成型固化工艺成为降低成本的关键因素。下面对这类技术的探索做一下介绍。

制作高品质的碳纤维制品一般都是使用热压罐小批量制作,对于需要大批量生产的项目难以实现。为了提高效率降低成本,行业内专门开发除了适合工业批量生产的技术,如固化预浸料、注射成型、快速模压成型。

快速固化成型是指树脂体系能够在一定温度下快速反应固化,一般固化时间<20 min,采用快速固化复合材料技术是汽车行业降低成本和提高效率的共识,世界上大的几家复合材料制造厂商都分别发展了各自的快速固化预浸料体系。这些预浸料体系固化时间通常<20min,而室温储存期往往大于一个月.并且大部分体系都采用弹性固化制度,固化温度一股在120-160℃之间.温度越高固化速率越快,最快约2min可实现固化成型。

由于快速固化存在相应的技术难度.目前只有少数几个大型复合材料相关企业掌握了快速固化预浸料技术。目前汽车厂商在使用快速固化制造复合材料制件时.大多采用模压工艺、高压RTM工艺(HP-RTM)等工艺。GIM工艺是汽车复合材料零件快速成型开发的工艺。将纤维编织物垂直放置于模具上,树脂在真空下注射,两端模具和模固化。该成型工艺的主要特点是产品固化时间短(5-15min)、注射压力低(<1MPa)、可做夹芯结构(芯材为闭孔泡沫)。目前GIM成型生产线己经在福特某车型的引擎盖得到应用。

复合材料的低成本快速成型除了要依靠快速固化的树脂之外,连续化的快速成型设备也是其发展的关键。在树脂方面,聚氨酷、环氧等具备快速固化性项的树脂是当前的研究热点,环氧树脂适合于预浸料模压及HP-RTM等多种工艺,聚氨酯是前主要还是应用于HP-RTM及GIM等工艺。除此之外,热塑性树脂预浸料模压也是当前研究的取点方向之一热塑性树脂具备成型速度快,可回收利用等特性,但需要解决的是纤维与树脂的界面结合问理。

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