熱壓罐工藝是指將預(yù)浸料按鋪層要求鋪放于模具上,并密封在真空袋中后放入熱壓罐中,經(jīng)過熱壓罐設(shè)備加溫、加壓,完成材料固化反應(yīng),使預(yù)浸料坯件成為所需形狀,并滿足質(zhì)量要求構(gòu)件的工藝方法。
熱壓罐工藝優(yōu)點(diǎn):
罐內(nèi)壓力均勻:用壓縮空氣或惰性氣體(N2、CO2)或混合氣體向熱壓罐內(nèi)充氣加壓,作用在真空袋表面各點(diǎn)法線上的壓力相同,使構(gòu)件在均勻壓力下成型、固化;
罐內(nèi)空氣溫度均勻:加熱(或冷卻)氣體在罐內(nèi)高速循環(huán),罐內(nèi)各點(diǎn)氣體溫度基本一致,在模具結(jié)構(gòu)合理的前提下,可以保證密封在模具上的構(gòu)件升降溫過程中各點(diǎn)溫差不大;
適用范圍廣:模具相對(duì)比較簡單,效率高,適合大面積復(fù)雜型面的蒙皮、壁板和殼體的成型,可成型各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及不同尺寸的零件。熱壓罐的溫度和壓力條件幾乎能滿足所有聚合物基復(fù)合材料的成型工藝要求;
成型工藝穩(wěn)定可靠:熱壓罐內(nèi)的壓力和溫度均勻,可以保證成型零件的質(zhì)量穩(wěn)定。熱壓罐工藝制造的構(gòu)件孔隙率較低、樹脂含量均勻,相對(duì)其他成型工藝熱壓罐工藝制備零件的力學(xué)性能穩(wěn)定可靠,迄今為止,航空航天領(lǐng)域要求高承載的絕大多數(shù)復(fù)合材料零件都采用熱壓罐工藝。
熱壓罐工藝缺點(diǎn):
投資大,成本高:與其他工藝相比,熱壓罐系統(tǒng)龐大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,屬于壓力容器,投資建造一套大型的熱壓罐費(fèi)用很高;每次固化都需要耗費(fèi)大量價(jià)格昂貴的真空袋、密封膠條、隔離膜、透氣氈、脫模布等輔助材料,同時(shí)成型中要耗費(fèi)大量的水、電、氣等能源。
熱壓罐工藝主要應(yīng)用包括:
航空航天領(lǐng)域:蒙皮件、肋、框、整流罩等;
汽車領(lǐng)域:車身覆蓋件和車身結(jié)構(gòu)件,比如機(jī)蓋內(nèi)外板、車門內(nèi)外板、頂蓋、翼子板、門檻梁、B柱等;
軌道交通:枕梁、邊梁等;
船艇工業(yè)、高端消費(fèi)品等。
熱壓罐工藝是制造連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制件的主要方法。廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、體育休閑和新能源等高新技術(shù)領(lǐng)域,熱壓罐工藝生產(chǎn)的復(fù)合材料制品占整個(gè)復(fù)合材料制品產(chǎn)量的50%以上,在航空航天領(lǐng)域的比重更是高達(dá)80%以上。
熱壓罐專用真空輔材
真空袋膜
真空袋薄膜 復(fù)合材料構(gòu)件固化成型的工藝輔助材料,在一定環(huán)境條件下可形成并保持真空狀態(tài)的薄膜材料。它的功能是形成真空體系。
脫模布通常被用作第一道隔離產(chǎn)品以及其他真空輔助材料.脫模布不會(huì)粘在產(chǎn)品上,在固化成型后很容易撕離,可以達(dá)到230度左右。
聚四氟乙烯高溫布采用優(yōu)質(zhì)玻璃纖維為編織材料,進(jìn)行平紋、斜紋、緞紋或采用其它織法編織成高級(jí)玻璃纖維布基材,再經(jīng)獨(dú)特的工藝技術(shù),反復(fù)充分浸漬懸浮聚四氟乙烯乳液,生產(chǎn)各種厚度多種超寬的耐高溫布。
隔離膜
絕大部分情況下隔離膜與層壓制品直接接觸,并把層壓制品和無脫模性的透氣氈隔離開?,F(xiàn)有的隔離膜是根據(jù)固化溫度、壓力、制件的復(fù)雜程度以及樹脂體系而選擇的。隔離膜通常提供有孔的是用于確保去除嵌入到層壓板里的空氣和揮發(fā)物。
透氣氈
針刺工藝流程控制嚴(yán)密,面密度均勻,厚度恰當(dāng)。全過程100%金屬探測,不會(huì)混有任何金屬斷針。強(qiáng)度好,耐壓,耐溫,隨型性良好。
芳綸透氣氈
應(yīng)用于熱壓罐工藝,170度是其軟化點(diǎn),熔點(diǎn)大于240度,可以經(jīng)歷短時(shí)的200度以下的高溫。
密封膠帶
密封膠帶用于真空袋和模具制件的密封。密封膠帶必須有足夠的粘性跟模具表面粘貼得很好,但是又不能太粘以致真空袋薄膜上的密封膠帶不能撕下來以備重新定位使用。同時(shí)在固化后,密封膠帶必須從模具表面上干凈的撕下來。我們提供一系列不同固化情況的密封膠帶。
真空管路
真空管件包括真空底座,防回流陰陽接頭以及真空狀態(tài)下使用的各種管路。使用這些管件可確保真空作業(yè)中不出現(xiàn)漏氣狀況。
熱壓罐成型工藝的應(yīng)用
熱壓罐作為一種碳纖維制品應(yīng)用較多的成型方式,具體的步驟如下:
一、準(zhǔn)備過程
該過程主要包括工具的準(zhǔn)備和材料的準(zhǔn)備,主要包括模具、碳纖維預(yù)浸料、輔助材料的準(zhǔn)備。
二、材料鋪貼
這個(gè)步驟包括預(yù)浸料的裁切、鋪層和壓實(shí)。主要是將碳纖維預(yù)浸料按照不同的尺寸和要求進(jìn)行裁剪,裁剪可選擇樣板,也可以采用自動(dòng)切割機(jī)。最后再將預(yù)浸料裁剪成想要的尺寸,按照設(shè)計(jì)的鋪層方式進(jìn)行鋪層,最后再進(jìn)行預(yù)壓實(shí)處理。目前碳纖維制品如碳纖維管、碳纖維板或者其他異形件都是采用手工鋪層的方式,靈活性較高。
三、固化準(zhǔn)備過程
這個(gè)步驟主要包括碳纖維制品的裝袋、輔助材料的裁切、鋪放等,通常固化準(zhǔn)備工作包括制件、模具、真空袋和輔助材料的準(zhǔn)備。其中,必須使用的輔助材料包括脫模材料、透氣材料(用以均勻地分散真空袋體系內(nèi)的真空)等。
四、固化成型
固化是每個(gè)碳纖維制品的必要步驟,是將預(yù)浸料中的熱固性樹脂在固定工藝條件下進(jìn)行加溫加壓,形成的比較穩(wěn)固的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程。對(duì)于熱固性碳纖維復(fù)合材料來說,一旦進(jìn)行固化,所有因?yàn)殇亴踊蛘吖袒^程中產(chǎn)生的缺陷都是不可改變的,因此在進(jìn)行熱壓罐固化的時(shí)候,嚴(yán)格控制工藝參數(shù)就顯得很重要了。
五、檢測
檢測主要分為三種方式:目測、超聲或X射線無損檢測。當(dāng)碳纖維制品固化成型后,首先需要對(duì)外表進(jìn)行目測、看看是否存在白斑、缺膠、集膠等問題,而內(nèi)部檢測通常采用超聲或X射線無損檢測,可以根據(jù)材料不同的密度來顯示不同的存在形態(tài),也可對(duì)內(nèi)部的密集空隙和分層進(jìn)行檢測。
六、后加工
主要是因?yàn)榧庸こ尚秃蟮奶祭w維制品會(huì)出現(xiàn)毛刺或者飛邊的情況,可以通過拋光機(jī)或者銑床等進(jìn)行修整,從而達(dá)到設(shè)計(jì)的需求。
除上述固定步驟外,某些復(fù)合材料制件需要進(jìn)行熱壓罐二次成型,進(jìn)行共膠接或共固化,后制備具有復(fù)雜形狀的復(fù)合材料制件。