复合材料热压罐成型工艺

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复合材料热压罐,又称为碳纤维复合材料热压罐或者复合材料蒸压釜,是一种在一定固化周期、压力、温度和真空条件下生产复合材料的专业压力容器,具有集成工艺控制、高生产效率、过压和温度自动保护、环保节能、易于操作等特点,广泛应用于高强度玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维和环氧树脂复合材料热压固化成型生产。

复合材料热压罐广泛应用于多个领域产品,如机翼和尾翼等飞机结构复合材料;太阳能电池基板,夹层板,卫星接口支架和卫星和载体球拍的火箭整流罩等卫星与运载火箭结构件; 汽车的引擎盖和尾翼; 网球拍和滑雪板等运动器材; 假肢和CT板等医疗器材。该复合材料热压罐既可以用于工业复合材料生产,也被广泛应用于实验室。

技术简介

热压罐成型技术是塑料加工中较为简单且普遍的一种加工方式,同时也是碳纤维增强树脂基复合材料的主要成型方式。具有成型制件性能高和质量稳定等优点,但在实际应用中,还存在一些需要改进的地方,如设备投资大、制作成本高、能耗高等。所以,如何实现热压罐成型技术高效率低成本已经成为碳纤维增强树脂基复合材料加工过程中的一个重要问题。

首先,我们来了解一下碳纤维复合材料的热压罐成型过程。第一步,将已经准备好的模具放入热压罐中,将预浸料铺装在框架式模具上,再用真空袋将其盖上,并且与模具四周密封;然后,将已加热的高压气体通过空气泵不断地向热压罐内注入,真空袋内部不断有气体被排出,从而形成一定的压力对预浸料进行施压工作,受压的预浸料会将自身承受的压力传递到模具型面上,表面形成对模具的压力载荷。

操作流程

经过加热的气体会经过真空袋上表面给预浸料加热,其产生的热量会通过真空袋和模具下表面传递给预浸料。随着温度的不断增加,预浸料会形成一定程度的固化,待到温度上升到一定程度,预浸料会形成制件,这就是碳纤维制品的热压罐成型的整个流程。

过程示意

在热压罐成型中,最常见的就是模具变形引起的尺寸偏差,模具变形的原因主要有两个。一是制作过程中由于真空袋内部气体不断被抽空产生的压力引起的模具受压弹性变形,另一方面则是模具在受热后引起的膨胀形变,两个原因结合起来就会造成碳纤维产品尺寸的偏差与形状的翘曲。在这两个原因中,对模具变形大小起决定性作用的主要是工艺参数和模具的刚度。

碳纤维板

其中,由于受树脂固化工艺曲线的限制,如果希望有效地减少碳纤维制品变形和翘曲的程度,关键在于模具合理的刚度设计以及对模具型面的事先调整。但同时要注意的是,虽然增加模具的刚度能够有效地对抗压力带来的负载变形,但是对抗高温所引起的膨胀并没有明显的改善。因此,想要获得高精度质量高的碳纤维产品,最关键的因素是合适的模具型面的调整。

所以在设计模具的尺寸和形状的时候,一定要根据模具的具体特点来进行合理的设计。一般来说,可以用有限单元模拟的方法对其变形情况进行初步预测,结合预测的结果,再应用反变形法对模具的变形情况进行合理的改正,以保证碳纤维产品在经过成型变形后能够达到预期的形状要求。由于框架式模具结构本身具有相似性,并且模具变形的机理也基本一致,因此,可以将这种改善的方法广泛应用到各个碳纤维制品的制作过程当中。并且可以建立相应的模具结构,选择工艺参数以及合适的模型进行存储。等运用到实力中可以达到优化模拟参数,减小误差,从而提高模具设计的准确性了。

综上所述,碳纤维复合材料的制作要求的提升,对热压罐成型技术也要求不断的更新和优化。工程师应该在对热压罐成型技术初步了解的基础上,对碳纤维增强树脂基复合材料热压罐生产所用的设备能力参数、工艺生产过程参数以及工装模具信息进行数字化描述,形成一套相关的知识管理框架。这套框架能够提高碳纤维产品的质量提升,并且可以从本质上促进我国碳纤维产业的不断发展。

如何选择热压罐

我们罗列了热压罐主要的技术参数供大家参考:

1.有效工作尺寸:

直径D=1000~4500mm,长度L=3000~10000mm

2.最高工作温度:室温+20~300℃

3.控温精度(保温阶段):±1.0℃

4.罐内气氛温度均匀度:±1.5℃

5.最大升温速度: 3.5℃/min

6.最大降温速度:3.5℃/min

7.最高工作压力:P=-0.1~4.0MPa

8.保压阶段压力波动:±0.005MPa

9.最大升压速度:0.1MPa/min

10.最大降压速度:0.2MPa/min

11.真空度:H=1.5~2.5KPa(绝对压力)

12.对主要工艺参数进行程序监控,由计算机控制或仪表监控

13.罐体形式:卧式快开门

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