先进复合材料成型工艺过程中的质量控制 李贺
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高强度复合材料成型与控制工程的优化设计随着科技的不断进步,高强度复合材料在各个领域得到了广泛应用。
然而,复合材料的成型和控制工程仍然面临着一些挑战。
本文将探讨高强度复合材料成型与控制工程的优化设计,以提高其性能和可靠性。
一、材料选择与成型工艺在高强度复合材料的设计与制造过程中,首先需要选择适合的材料。
复合材料由纤维增强基体和粘合剂组成,不同的材料组合可以得到不同的性能。
因此,选择合适的纤维和基体材料对于提高复合材料的强度和刚度至关重要。
在材料选择之后,成型工艺也是关键的一步。
目前常用的成型工艺包括手工层叠、自动化层叠、注塑成型等。
每种成型工艺都有其优点和缺点,需要根据具体需求来选择。
同时,成型过程中的温度、压力和时间等参数也需要精确控制,以确保复合材料的性能符合设计要求。
二、控制工程的优化设计控制工程在高强度复合材料的制造过程中起着至关重要的作用。
通过优化控制工程的设计,可以提高复合材料的生产效率和质量。
首先,控制工程需要确保成型过程中的温度、压力和时间等参数的精确控制。
这可以通过传感器和自动化设备来实现。
传感器可以实时监测成型过程中的温度和压力等参数,并将数据反馈给控制系统。
控制系统根据反馈的数据进行调整,以确保成型过程的稳定性和一致性。
其次,控制工程还需要考虑复合材料的质量控制。
在制造过程中,可能会出现纤维层间结合不牢、气泡等质量问题。
为了解决这些问题,可以采用先进的检测技术,如超声波检测和热成像检测。
这些技术可以实时监测复合材料的质量,并及时发现并修复潜在的问题。
最后,控制工程还需要考虑成本和资源的优化。
在高强度复合材料的制造过程中,可能会涉及到大量的能源和原材料。
控制工程需要通过优化设计,减少能源和原材料的消耗,以降低成本和环境影响。
三、挑战与展望高强度复合材料成型与控制工程的优化设计仍然面临着一些挑战。
首先,复合材料的性能与成型工艺密切相关,因此需要不断改进和创新成型工艺。
其次,复合材料的制造过程中可能会出现一些难以预测的问题,如纤维层间结合不牢和气泡等。
热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策【摘要】热压罐成型复合材料在制造领域具有重要性,然而在成型工艺中常见气泡、毛刺、表面质量不佳、尺寸偏差等缺陷影响产品质量。
为解决这些问题,需控制材料质量和工艺参数、提高模具精度、优化成型工艺、实施质量控制措施。
重视对策的实施能有效预防缺陷出现,提高成品质量和生产效率。
未来可继续改进工艺技术和质量管理,以应对挑战,实现更高水平的产品制造。
不断总结对策的重要性,展望未来改进方向,将对提高复合材料成型工艺的质量和效率起到积极的推动作用。
【关键词】热压罐、复合材料、成型工艺、缺陷、气泡、气孔、毛刺、分层、表面质量、尺寸偏差、材料质量、工艺参数、成型模具、精度、优化、质量控制、改进方向。
1. 引言1.1 热压罐成型复合材料成型工艺的重要性热压罐成型复合材料成型工艺在现代工业生产中起着至关重要的作用。
复合材料具有轻质、高强度、抗腐蚀等优点,被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶工业等领域。
热压罐成型是一种常用的制备复合材料制品的工艺方法,通过热压的方式将树脂基复合材料与增强材料加热固化,形成具有特定性能和形状的制品。
热压罐成型复合材料成型工艺的重要性体现在以下几个方面:通过热压罐成型可以实现复合材料高效率、高质量的生产,提高生产效率和制品质量。
热压罐成型工艺可以实现复合材料的复杂成型,满足不同领域对复合材料制品的各种需求。
热压罐成型技术可以有效控制制品的成型过程,减少工艺参数对成品性能的影响,确保制品的稳定性和一致性。
热压罐成型复合材料成型工艺的重要性在于提高生产效率、提高制品质量、满足市场需求,是现代工业制造中不可或缺的一环。
通过对该工艺的研究和不断改进,可以更好地发挥其优势,推动复合材料产业的发展。
1.2 研究目的和意义1.了解热压罐成型复合材料成型工艺的重要性和发展趋势,为提高产品质量和性能提供技术支持。
2.分析常见缺陷对产品品质和成型效率的影响,找出问题根源,提出相应的改进措施。
碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种结构轻、强度高的先进材料,广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
其中,HP-RTM (高压快速反应注射成型)是一种常用的CFRP复合材料成型工艺,它可以实现高质量、高效率的制造,并具有良好的孔隙控制能力。
HP-RTM成型工艺的基本步骤如下:1.模具准备:首先,准备一个具有所需形状和尺寸的模具,通常使用金属材料制作。
模具表面需要经过处理以提高表面平整度和表面润滑性,以便于后续注塑过程。
2.预制准备:根据需要,预先制备好所需的干预产物,即CFRP的纤维布和树脂浸润材料。
纤维布通常采用碳纤维预浸料,其中已经预先浸渍了树脂。
此外,还可以在纤维布上涂覆树脂胶粘剂以实现更好的树脂流动性和浸润性能。
3.注塑过程:将预制准备好的纤维布放置在模具的合适位置,然后将模具封闭。
接下来,通过高压注塑机将树脂推入模具内,使其浸润纤维布。
注塑过程中,高压和高温有利于树脂的流动和浸润性能提高。
4.固化过程:完成树脂注塑后,模具中的复合材料需要经过固化过程。
这一步主要是通过控制温度和时间来使树脂完全固化。
通常,温度较高且持续一定时间可以确保固化反应的充分进行。
在HP-RTM成型过程中,孔隙控制是一个关键的技术难题。
孔隙是指复合材料中的气体或液体空隙,对材料的强度和可靠性有不良影响。
为了控制孔隙的生成,研究人员采取了以下措施:1.注塑条件优化:通过调整注塑过程中的参数,如注塑温度、压力和时间,以提高树脂的浸润性能和流动性,减少气体捕获和孔隙形成。
2.模具设计和表面处理:合理设计模具结构,使得树脂在注塑过程中能够均匀分布并填充纤维布,减少树脂注塑过程中的空隙和气体捕获。
同时,模具表面的润滑处理可以减少树脂在模具表面的附着,并更好地填充纤维布。
3.树脂配方优化:通过调整树脂配方和添加剂,改善树脂的流动性和抗气泡性能,减少孔隙的生成。
常见的方法包括添加表面活性剂和消泡剂。
4.气体抽真空处理:在注塑过程中,通过在模具中抽真空来减少气体的含量,并帮助树脂充分浸润纤维布,减少孔隙的产生。
先进复合材料成型工艺过程中的质量控制摘要:近年来,先进复合材料成型工艺过程中的质量控制问题得到了业内的广泛关注,研究其相关课题有着重要意义。
本文首先对相关内容做了概述,分析了复合材料工艺方法的特性以及复合材料成型工艺发展现状,并结合相关实践经验,分别从多个角度与方面就先进复合材料成型工艺过程中的原料供给展开了研究,阐述了个人对此的几点看法与认识,望有助于相关工作的实践。
关键词:先进复合材料;成型工艺;质量;控制1前言作为先进复合材料成型工艺过程中的一项重要方面,其质量控制的特殊性不言而喻。
该项课题的研究,将会更好地提升对复合材料成型工艺的分析与掌控力度,从而通过合理化的措施与途径,进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述当前复合材料整体成型技术在航空航天等技术领域都得到了广泛的应用,在实际操作中这种工艺技术能够有效的降低制作费用,减轻机械的总体重量,在经济以及环保方面都能够发挥良好的优势作用,因此,在航天器领域中人们可以通过其复合材料的使用情况来对它的先进性进行评断。
飞机结构上符合材料的加入,能够有效的增强飞机的轻质化、模块化等特点,随着先进工艺的发展,复合材料在飞机上得到了更加广泛的使用,已经成为继铝、钢、钛之后的第四大航空领域结构材料类型,复合材料整体成型工艺在不断的发展进步中,从原来的次要承力件变为了主要承力件,复合材料成型工艺已经成为了主要民机行业竞相争抢的主要技术之一,无疑,复合材料的应用以及技术的先进性也已经成为了其先进性、专业性的对比内容项目之一。
因此,在专利的申请方面也成为了航空企业互相竞争的内容之一,复合材料研发以及专利的申请竞争日益激烈,波音公司在专利的申请上凭借它一直以来在复合材料应用领域的强大基础,拥有了大量的具有技术价值的基础性质的专利。
而空客公司则主要凭借欧洲航空工业在符合材料行业的强大基础,进行了大胆的创新制造,也成功的获得了许多权威的、有价值的专利,成为了行业内的后起之秀,从这些实际竞争情况来看先进复合材料的研发已经成为了大势所趋。
复合材料成型缺陷分析与控制在现代工业领域中,复合材料因其优异的性能,如高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性等,被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、体育器材等众多领域。
然而,复合材料的成型过程并非一帆风顺,常常会出现各种缺陷,这些缺陷不仅影响产品的外观质量,更可能严重削弱其性能和可靠性,甚至导致产品报废。
因此,对复合材料成型缺陷进行深入分析,并采取有效的控制措施,具有至关重要的意义。
一、复合材料成型缺陷的类型及成因(一)孔隙孔隙是复合材料成型中最常见的缺陷之一。
它表现为材料内部存在的微小空洞,其成因较为复杂。
树脂浸润纤维不充分、固化过程中产生的挥发物无法及时排出、成型压力不足等都可能导致孔隙的产生。
孔隙的存在会降低材料的强度和刚度,影响其耐疲劳性能和耐腐蚀性。
(二)分层分层指的是复合材料层间的分离现象。
通常是由于层间结合力不足、成型过程中的冲击或振动、树脂固化不均匀等原因引起的。
分层会显著降低复合材料的层间强度,使其承载能力大幅下降。
(三)纤维弯曲和断裂在成型过程中,纤维可能会发生弯曲和断裂。
这可能是由于纤维在铺放过程中受到不当的张力或压力,或者在模具中流动的树脂对纤维产生了剪切作用。
纤维的弯曲和断裂会直接影响复合材料的力学性能,使其强度和刚度达不到设计要求。
(四)树脂富脂和贫脂区树脂分布不均匀会导致富脂区和贫脂区的出现。
富脂区树脂含量过高,会增加材料的重量和成本,同时降低其强度;贫脂区则由于树脂不足,无法充分浸润和保护纤维,影响复合材料的性能和耐久性。
(五)表面缺陷表面缺陷包括表面粗糙、凹坑、鼓包等。
这可能是由于模具表面不光滑、脱模剂使用不当、树脂固化收缩不均等原因造成的。
表面缺陷不仅影响产品的外观质量,还可能成为应力集中点,降低材料的使用寿命。
二、复合材料成型缺陷的影响(一)力学性能下降孔隙、分层、纤维弯曲和断裂等缺陷都会导致复合材料的力学性能,如强度、刚度、韧性等下降。
这使得复合材料在使用过程中无法承受预期的载荷,增加了失效的风险。
DOI:10.19392/j.cnki.1671 ̄7341.201934125热压罐成型复合材料成型工艺的常见缺陷及对策胡大豹中航飞机股份有限公司㊀陕西西安㊀710089摘㊀要:随着先进复合材料在飞机上的大量应用ꎬ复合材料低成本成为目前面临的重要课题ꎬ飞机复合材料构件种类繁多ꎬ工艺控制难度大ꎬ缺陷会严重影响符合材料构件表面质量ꎬ本文对热压罐成型符合财力结构制造缺陷的形成机制进行分析ꎬ包括等厚板孔隙缺陷ꎬ整体成型中的分层扩展ꎬ建立复合材料热压罐工艺制造缺陷分析系统ꎬ为航空复合材料主承力结构制造缺陷控制ꎬ促进工程应用奠定技术基础ꎮ关键词:热压罐ꎻ复合材料ꎻ成型工艺ꎻ缺陷㊀㊀热压罐成型方法具有许多其他工艺不具备的优点ꎬ可制造形状复杂的制件ꎬ制品质量问题ꎬ成型工艺灵活ꎬ适于生产大面积整体成型构件ꎬ纤维含量高ꎬ孔隙率低ꎮ热压罐成型工艺具有设备投资高ꎬ成型周期长的特点ꎬ热压罐成型复合材料构件主要缺陷包括外形尺寸与内部治理等ꎬ内部质量包括分层ꎬ夹杂等ꎮ造成缺陷的原因种类繁多ꎬ包括制造中的人机料法环各环节的相关工序ꎮ本文分析非等厚板材常见缺陷产生原因ꎬ分析内容对复合材料零件质量控制具有一定的借鉴作用ꎮ一㊁热压罐成型工艺特点热压罐成型工艺主要是将复合材料毛坯或交接结构用真空密封在热压罐中ꎬ用罐体内部均匀温度场对成型中的零件施加温度压力ꎬ使其成为所需要的形状与质量状态的成型工艺方法ꎮ其成型工艺特点主要是罐内压力均匀ꎬ真空带内的零件在均匀压力下成型ꎮ适用范围广ꎬ成型工艺稳定ꎬ热压罐温度条件几乎满足所有聚合物基复合材料的成型工艺要求ꎮ可保证成型的及零件质量问题ꎬ热压罐成型工艺制造的层合板孔隙率较低ꎬ相对其他成型工艺成型层板力学性能稳定ꎮ热压罐工艺存在一些不足ꎬ投资建造大型热压罐的费用很高ꎬ需专人操作ꎬ成型过程中耗费大量能源ꎬ形状复杂的结构不适用热压罐成型工艺ꎬ可根据具体情况选择RTM低成本成型工艺ꎮ二㊁内部质量(一)非等厚层板缺陷分析复合材料零件的内部质量主要通过无损检测方法判定ꎬ零件的材料类型ꎬ外形尺寸不同ꎬ产生的缺陷不同ꎮ非等厚板是基本的复合材料结构形式ꎬ广泛应用于航空航天等翼面及壳体结构ꎬ非等厚板材的树脂流动包括沿垂直于层板方向流进吸胶层ꎬ与在层板内沿平行纤维方向流出两种形式ꎮ面内尺寸大于厚度尺寸时ꎬ可认为树脂只沿厚度方向流动ꎮ压力传递与温度分布较均匀ꎬ出现缺陷比例较低ꎮ在厚度梯度区树脂可沿厚度方向流动ꎬ存在渗流机制与剪切流机制之间的耦合作用ꎮ树脂有由平板向梯度区流动的趋势ꎮ非等厚层板外压作用下梯度区纤维可能发生滑移ꎬ层板在过渡区出现富脂等缺陷ꎮ由于复合材料的各向异性ꎬ引起膨胀系数与热应变的各向异性ꎮ在铺层长短搭接处出现分层等缺陷[1]ꎮ非等厚层板受力及树脂流动示意图(二)曲率构件缺陷分析工程制造中ꎬ对非等厚层板在铺叠时采取多次抽真空压实ꎬ可通过预吸胶工艺吸走多余的树脂ꎮ梯度宽度减小会增加缺陷的比例ꎬ铺层变化应避免突变ꎬ阶梯宽度应大于2MMꎬ尽量降低产生缺陷的比例ꎮ曲率构件包括L型与U型等曲率半径变化较大的构建ꎬ由于其本身的曲面结构ꎬ其成型过程比平板复杂ꎮ弧形构件预浸体系受外界压力后ꎬ内部形成应力状态ꎮ剪切应力大致拐角区域在密实中纤维发生剪切变形ꎮ造成纤维变形[2]ꎮ拐角区是缺陷密集区ꎬ阴模成型时ꎬ铺叠过程中纤维易架桥ꎬ拐角易产生富树脂ꎬ阳模成型时ꎬ拐角厚度偏薄ꎬ易造成分层等缺陷ꎮ影响拐角区缺陷的主要因素包括材料及铺层设计ꎬ受模具圆角半径等影响ꎬ圆角半径设计过小可能在拐角区发生纤维拉断等制造缺陷ꎬ设计复合材料结构时ꎬ拐角处尽量给出较大半径ꎬ复合材料层压零件最小圆角半径按经验公式rmin=1+0.1n计算ꎮN为拐角处层数ꎬ用阳模铺贴rȡtꎬ用阴模铺贴Rȡ2tꎬR为圆角半径ꎮt为平板区域的厚度ꎮ三㊁外形尺寸影响零件外形尺寸的因素主要由固化变形导致的尺寸变化ꎬ从变形产生机理可分为热应力ꎬ温度梯度与树脂固化度等ꎮ复合材料铺层在不同主轴方向具有不同的热膨胀系数ꎬ温度改变引起热膨胀与铺层方式关系密切ꎮ曲率零件即使采用对称铺层ꎬ成型过程中材料因温度变化效应在应变在各方向并非一致ꎮ导致复合材料结构件的回弹固化变形ꎮ对称蒲城弯曲零件受温差δt作用ꎬ零件拐角变为θ+δθꎮ热固性树脂在聚合反应时ꎬ交联密度增加伴随体积减小ꎬ固化收缩过程中横向收缩应变大于轴向ꎮ固化早期反应树脂处于粘流态ꎬ但不产生残余应力ꎮ热固性树脂的化学反应速度与所处温度有关ꎬ如零件部位温度在固话中保持均匀分布ꎬ各部位温度在固话中无法保持均匀分布ꎬ基体树脂的反应造成树脂模量与固化收缩应变不一致ꎮ薄层板差异很小ꎮ厚层板由于其低的横向热传导系数ꎬ层板中间温度小于表面温度ꎬ化学反应热迅速增加ꎮ固化过程层板内部显著的温度与固化梯度ꎮ较快的加热速率影响模具温度场均匀性ꎬ内部产生明显的温度梯度ꎮ较慢的加热速率会造成工时的增加ꎮ四㊁结语非等厚板材梯度区的分层的主要区域ꎬ与树脂的二维流动有关ꎬ合理的铺层设计可有效解决过渡区的缺陷ꎮ模具与零件相互作用等是影响固化变形的主要因素ꎮ结构设计及生产过程控制等是减少变形的有效方法ꎮ曲率构件拐角是缺陷产生的密集区ꎬ与刮胶区受力有关ꎬ通过合理的设计模具ꎬ可大大改善产品质量ꎮ参考文献:[1]史晓辉.基于热压成型工艺的热塑性复合材料在民机上的应用[J].科技视界ꎬ2019(09):4 ̄6+22.[2]董广雨ꎬ丁玉梅ꎬ杨卫民ꎬ谢鹏程.连续碳纤维复合材料热压成型工艺条件优化研究[J].化工新型材料ꎬ2018ꎬ46(08):71 ̄74.931㊀科技风2019年12月机械化工。
复合材料铺贴班组的生产和质量管理作者:董惠来源:《经营管理者·上旬刊》2017年第11期一、引言铺贴是复材零件制造特有的工序,是基础,也是品控的重点。
它指将纤维和树脂所制成的半成品:片状预浸料一层层在金属工装上铺敷成型的过程。
我司目前同时存在着大型自动化设备与手工铺贴两种成型方法。
越来越先进的成型方法,是复合材料生产发展的必然过程。
二、工艺方法选择除手工铺贴外,我司现在常用的大型铺贴及预成型设备有自动铺带机、自动铺丝机、热隔膜机、超声裁断机等。
不同的工艺方法,必然需要不同的材料、设备、能源和时间成本、并有着不同的成型效果。
我们常常根据零件形状和大小的区别来选择不同的成型方法:复材零件形状可大致分类为平板件,简单曲面件,双曲件,简单L形、C形、工形件,扭曲L形、C形、工形件等。
1.手工铺贴。
此种方法主要依赖操作人员的动手能力和经验积累,稳定性不佳。
而当人员素质达到很高的水平,此种方法也是最值得信赖的。
2.自动铺带。
国内起步较其他自动化铺贴设备早,发展最为成熟。
当设备安装调试、维护保养到位,程序编制合理时,在设备铺放能力范围(主要指大小、曲率范围)内是所有铺贴工艺方法中最稳定、效率也最高的一种。
3.自动铺丝。
一次成型自动铺贴设备。
成本高昂,通常只用于型面结构复杂、曲率大或双曲等的零件。
前期准备较自动铺带复杂,除需要更换较多数量的丝束以外,还需定位工装、调整和空运行程序等步骤。
设备较为精密,部件又多,维护和操作要求高,且部件损耗更新拆装不易。
4.超声裁断机。
常辅助裁断铺带机铺贴的平板零件。
裁切厚度较大,行程范围大,且能调整一定切割角度。
缺点是裁切速度缓慢,边角料浪费大。
5.热隔膜成型。
加热预成型工序。
将自动铺带或者其他方法铺贴出来的平板零件通过加热、抽负压的方式与工装随形。
对加热温度和时间都有限制,且成型效果较难控制。
复合材料的自动化生产程度必将随着社会发展和技术进步越来越高。
做好技能和技术人员的培养储备,对新设备新工艺做经验积累,是保证企业长久竞争力的一种手段。
大型复合材料成型模具的质量控制发布时间:2022-07-20T09:07:14.619Z 来源:《工程管理前沿》2022年5期作者:胡军强[导读] 复合材料一般是由多种成分的材料组合而成胡军强航空工业沈阳飞机工业(集团)有限公司辽宁沈阳 110034摘要:复合材料一般是由多种成分的材料组合而成,这样做,可以将多种材料不同的功能进行性组合,优化材料的使用功能。
各种材料既能保持住个体的独立性,又能相互补充、扬长避短,一举两得。
复合材料的成型方法现已有几十种,虽然它比传统的材料有技术上的优点,但也正由于这些复杂的技术,使得复合材料的成本过高,其生产有很大的技术困难。
所以我们就需要改进复合材料的成型工艺方法。
关键词:复合材料;成型模具;质量1复合材料的概念及其特点1.1复合材料的概念ISO对复合材料做出了以下阐释:复合材料是由以上两种包括两种以上的物理化学材料物质,包含两种类型的材料。
一种为基体材料,一种为增强体材料。
其中基体材料是玻璃纤维材料或者非玻璃纤维材料,而增强体材料最为常见的是碳纤维、石棉纤维和玻璃纤维这三种。
1.2复合材料的特点复合材料会根据材料的不用组成而造成性能上的差异,但其也有一些共性的特点,如:复合材料的配比都是需要人工完成的;复合材料可以将各种普通材料的性能进行重组,可以使其具有多种优良性能;可以根据需要制作成各式各样的形状的产品,也避免了多次的复杂工序;可以有针对性的对材料根据需要对材料进行设计和加工等等。
2玻璃纤维复合材料的概述玻璃纤维复合材料具有以下几点优点。
①可设计性,玻璃纤维复合材料成型的工艺种类较多,能够根据产品的额要求,进行不同结构和性能的设计。
一般来说,普通的纤维,例如玻璃纤维,在强度和弹性的模量上高于复合材料的强度和弹性的模量几十倍,因此,可以通过改变纤维的质量的分数和分布情况,充分的发挥材料的作用,能够是产品满足多方位受力的问题,并且在制作中能够兼顾产品的刚性、塑性、韧性等。
先进树脂基复合材料技术发展及应用现状一、本文概述随着科技的不断进步和工业的快速发展,先进树脂基复合材料作为一种高性能、轻质、高强度的材料,已经在航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等众多领域得到了广泛应用。
本文旨在对先进树脂基复合材料技术的发展历程进行深入剖析,并探讨其在各个领域的应用现状。
通过对国内外相关研究的综述,本文将总结先进树脂基复合材料技术的发展趋势,以及面临的挑战和机遇,以期为推动该领域的技术进步和产业发展提供参考。
在文章的结构上,本文首先将对先进树脂基复合材料的定义、分类及特点进行阐述,为后续的研究奠定理论基础。
接着,文章将回顾先进树脂基复合材料技术的发展历程,分析其在不同历史阶段的主要特点和成就。
在此基础上,文章将重点探讨先进树脂基复合材料在各个领域的应用现状,包括航空航天、汽车制造、建筑、体育器材等。
文章还将关注先进树脂基复合材料技术在实际应用中面临的挑战,如成本、性能优化、环保等问题,并提出相应的解决方案。
文章将展望先进树脂基复合材料技术的发展前景,探讨其在未来可能的发展趋势和创新点。
通过对先进树脂基复合材料技术的深入研究和分析,本文旨在为相关领域的科研人员、工程师和管理者提供有益的参考和启示,推动先进树脂基复合材料技术的持续发展和创新。
二、先进树脂基复合材料技术的发展先进树脂基复合材料技术的发展经历了从简单的层压复合材料到高性能、多功能复合材料的演变。
近年来,随着科技的不断进步,该领域取得了显著的突破和进展。
树脂体系的创新:树脂作为复合材料的基体,其性能直接影响着复合材料的整体性能。
传统的树脂体系如环氧树脂、酚醛树脂等,虽然在很多领域有广泛应用,但随着性能要求的提升,新型树脂体系如聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂等逐渐崭露头角。
这些新型树脂具有更高的热稳定性、更低的介电常数和介电损耗,以及更好的机械性能,为先进树脂基复合材料的发展提供了强大的支撑。
增强材料的多样化:增强材料是复合材料中的关键组成部分,其种类和性能直接影响着复合材料的力学性能和功能特性。
先进复合材料成型工艺过程中的质量控制李贺
发表时间:2018-09-29T11:14:29.220Z 来源:《防护工程》2018年第10期作者:李贺
[导读] 复合材料的工艺技术的基础就是复合材料成型工艺方法。
本文首先对相关内容做了概述,分析了先进复合材料的特点,然后在探讨先进复合材料成型工艺过程中原料供给的基础上,研究了复合材料成型工艺发展现状。
李贺
航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司黑龙江哈尔滨 150066
摘要:科技的迅速发展使得传统材料的工艺技术满足不了人们的生活需求,而人们的生活发展又离不开材料的使用,所以,人们慢慢的开始转向了复合材料的工艺技术发展领域。
复合材料的工艺技术的基础就是复合材料成型工艺方法。
本文首先对相关内容做了概述,分析了先进复合材料的特点,然后在探讨先进复合材料成型工艺过程中原料供给的基础上,研究了复合材料成型工艺发展现状。
关键词:先进复合材料;成型工艺;过程;质量控制
1 前言
作为一项具有较强特殊性的工作,先进复合材料成型工艺得到了长足的发展和进步。
研究该项工作过程中的质量控制,能够更好地提升先进复合材料成型的最终效果。
2 复合材料的特点
复合材料一般是由多种成分的材料组合而成,这样做,可以将多种材料不同的功能进行性组合,优化材料的使用功能。
各种材料既能保持住个体的独立性,又能相互补充、扬长避短,一举两得。
复合材料的成型方法现已有几十种,虽然它比传统的材料有技术上的优点,但也正由于这些复杂的技术,使得复合材料的成本过高,其生产有很大的技术困难。
所以我们就需要改进复合材料的成型工艺方法。
复合材料会根据材料的不用组成而造成性能上的差异,但其也有一些共性的特点,如:
复合材料的配比都是需要人工完成的;复合材料可以将各种普通材料的性能进行重组,可以使其具有多种优良性能;可以根据需要制作成各式各样的形状的产品,也避免了多次的复杂工序;可以有针对性的对材料根据需要对材料进行设计和加工等等。
3 先进复合材料成型工艺过程中的原料供给
在先进复合材料的成型过程中必须始终保持均匀稳定原料补充,这样才能更好的使之定型,形成复合材料的原材料中的天然纤维的结构以及特性对成品有着关键性的影响,如果天然纤维中的水分含量在8%以上,则会对材料的成型造成一定的影响,因此,在生产过程中需要特别注意含水比例尽量控制在8%以下。
3.1 天然纤维粉粒进料以及粒料供给方式分析
在进料之前需要将天然纤维粉进行造粒处理,提高其自身的体积比重,然后混合合成树脂、添加剂等材料分别装入挤出机中。
比例少的合成树脂在这种锥形双螺杆挤出机中能够做到快速熔融,最后分散在天然纤维之中,这种操作手段能够比较简便的实现混合比率的改变,该方式辅助设施简单容易操作。
粒料的供给是通过使用单螺杆或双螺杆挤出机等方式来实现的,具体的操作内容就是将天然纤维、合成树脂、添加剂三种材料进行造粒处理,然后加入挤出机进行成型。
这种生产方式的优势在于现有设备比较齐全,但是,天然纤维需要干燥之后才能进入造粒挤出机。
3.2 积聚(集成体)进料方式与冷搅拌方式
积聚进料的方式是通过使用高速搅拌器来工作的,天然纤维、合成树脂以及添加剂需要进行预处理,形成豆粒大块状体,然后将其加入挤出机中进行成型处理,这种方式能够在一定程度上脱除水分、气体。
冷搅拌方式是将木粉中存有的粉状树脂、添加剂等进行集中搅拌,而天然纤维则通过喂料器向挤出机中提供原料。
这一过程天然纤维、合成树脂、添加剂等材料不用单独制作,但是必须保持粉状形态,而且需要保持天然纤维的充分干燥。
4 复合材料成型工艺发展现状
目前,世界各国已经形成了原材料、成型工艺、机械设备、产品种类及性能检验等一系列较完整的工业体系,与其他工业相比,发展速度比较快。
树脂基复合材料的成型工艺也从最初的手工操作工艺逐步向技术密集、高度自动化、高生产率、高稳定性的成型工艺上发展,并随着应用领域的广泛开拓,出现了多种成型工艺并存的现象,而且还在不断衍生出新的工艺类型。
4.1 手糊成型工艺
手糊成型工艺又称低压接触成型工艺,是树脂基复合材料工业中使用最早的一种工艺方法,操作方法简单,几乎可适用于所有的复合材料制品的生产,且投入小,但对操作人员技术熟练程度的依赖性较大,生产出的制品单面光洁,产品质量不够稳定。
随着各种新工艺形式的不断涌现,手糊成型工艺所占比例逐渐降低,但手糊工艺因具有独特的其他工艺不可替代的尤其是在生产大型制品方面特点,所以仍然在行业内占据着重要的地位。
主要应用领域:建筑雕塑领域如采光顶、活动房屋等;交通设施领域如游艇、汽车壳体、发动机罩等;环境与能源领域如风力发电机用机舱罩、叶片、沼气池等;体育游乐设备领域如游乐车、水滑梯等。
4.2 喷射成型工艺
喷射成型工艺是利用喷射设备将树脂雾化,并与切断的纤维在空间混合后落在模具上面,然后压实排出气泡固化,它是在手糊工艺基础上发展而来的,是将手糊操作中的纤维铺覆和浸胶工作转变为了机械化来完成,是一种相对效率较高的工艺,其生产效率是手糊工艺的2~4倍。
喷射工艺同样对操作人员的技术水平依赖较大,且由于增强纤维以断切的形式存在,树脂含量高,制品的强度较低,同时由于喷射设备的原因,其采用阳模成型方便,而采用阴模成型困难较大,且大型制品比小型制品更适合于喷射成型工艺。
主要应用领域:喷射成型工艺主要应用于大型产品的制作及建筑物补强等,代表性的产品有玻璃钢浴缸、整体卫生间、卡车导流罩、净化槽、船身等。
5 复合材料工艺方法的特性
5.1复合材料可设计性强
通过配置不同比例和铺层形式的基体材料与增强体材料,可以设计出各种满足用户需求的功能的复合材料。
设计出的复合材料可以减
轻材料、节约成本。
生产者根据需要选择合适的基础材料和增强体材料来进行工艺设计,使资源得到合理化的使用。
5.2复合材料具有高强度
复合材料的比强度一般都很高,比强度是强度与密度的比值,尤其是碳纤维复合材料和有机纤维复合材料的比强度极具优势。
比强度值越高,其强度越高,质量越轻。
这对于航天航空这些高精度和高强度的领域有很大作用。
5.3复合材料通常有良好的安全性
复合材料通过各种材料的复合使其具有了更好的安全性性能。
举例来说,纤维复合材料的基体中布满了数以万计的独立的纤维,即使当实际应用过程中超负荷时,少数的纤维发生断裂现象也不会对整体产生致命影响,还会有更多未被损坏的纤维来承载超负荷的压力,所以,复合材料的安全性得到了提升。
5.4复合材料电性能提高
在制造复合材料的过程当中,适当的加入一些优质的电性能的基体材料、增强体材料和辅助材料,就可以将复合材料制成导电材料或者绝缘材料,选择性很强。
导电材料可以运用到一些电气设备之中,而绝缘材料则可以应用到冶金和化工之中。
6 复合材料成型工艺的发展趋势
现如今,复合材料已经在多种领域得到了发展。
尤其是航空航天、能源技术、电子工业等领域中,复合材料扮演者不可或缺的角色。
其发展潜力之大,已经受到了国内外的高度重视。
国外的复合材料成型工艺仍领先于国内,其很多复合材料都已到达了实用阶段并且广泛应用,我国就更加应该跟进国外优质的复合材料成型工艺技术,解决现今在碳纤维和芳纶纤维中遇到的问题,发展高性能的树脂基体。
7 结语
通过对先进复合材料成型工艺过程中质量控制的相关研究,我们可以发现,该项工作的良好开展有赖于对多方面技术的有效利用,有关人员应该从先进复合材料成型的客观实际出发,研究制定最为可行的质量控制方法。
参考文献
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