碳纤维复合材料加工

碳纤维复合材料加工工艺

一、手糊成型工艺：

在模具表面上涂抹脱模剂、胶衣，将事先裁好的碳纤维预浸布铺设在模具工作面上，在工作面上刷涂或喷射树脂胶液，达到所需要的厚度之后，成型固化、脱模、后处理。在成型技术高度发达的今天，手糊工艺仍然具有工艺简便、投资低廉、适用面广的特点，在石油化工、储存容器、贮槽、汽车壳体等诸多领域有广泛应用。其缺点是质地疏松、精度不高、表面粗糙、密度低，制品强度不高，并且主要依赖人工，质量不稳定，生产效率很低，难以批量化和标准化。喷射成型工艺属于手糊成型工艺中低压成型工艺的一类，一般利用短切纤维和树脂混合，在喷枪中利用压缩空气均匀喷洒在模具表面上，达到所需厚度后，再利用手工橡胶来回刷平，最后固化成型。为改进手糊成型工艺而创造的一种半机械化成型工艺，在生产效率方面有一定的提高，多用来制造汽车车身、船身、浴缸、储罐的过渡层。

二、真空热压罐工艺：

工艺过程是将单层预浸料按预设方向铺叠成的复合材料坯料放置在热压罐内，在一定预设温度和压力下完成固化的过程。热压罐是一种能够承受和调整温度、压力范围的专用压力容器。坯料铺设在涂抹脱模剂的模具表面，然后依次用脱模布、吸胶毡、透气毡完全覆盖，并密封在真空袋内，再放入热压罐内。在放入热压罐加温固化之前需要抽真空，然后在放入热压罐高温、加压、固化成型固化规则的制定与执行是保证复合材料产品质量的关键。此种成型工艺适多用于制造整流罩、飞机舱门、机载雷达罩，支架、机翼、尾翼等产品。 三、层压成型工艺：

把一层层铺设的预浸料放置在上下平板模之间通过加压高温固化成型，这种工艺可以直接利用木胶合板的生产方法和设备，并根据树脂的流动性能，进而进行改进与完善。此种成型工艺主要用来生产不同规格、不同用途的复合材料板材。具有机械化和自动化程度高、产品质量稳定、利用批量化等特点，但是设备投资较大，成本较高。

四、缠绕成型：

缠绕成型工艺的发展已经有半个世纪，随着缠绕技术的不断更新，缠绕工艺基本已经成型，并成为金属铝复合材料重要施工工艺之一。缠绕成型工艺主要就是通过将浸水的金属铝复合材料按照一定的规律，缠绕在芯模中。然后通过固化脱模，最终获得制品。缠绕成型工艺的优点有：①能够根据产品的受力情况，进行缠绕规律的设计，保障纤维强度得到充分发挥。②比强度较高，纤维缠绕制品的压力与等体积的钢制容器来比，重量能够减轻近５０％左右。③生产效率较高，通过采用机械化生产和自动化生产的方式，能够减少人工的参与。④成本较低，在生产中恶意选择多种材料复合，能够降低材料成本。⑤可靠性较高，由于实现了机械化生产的方式，能够在一定程度上降低保障产品质量的精准性。但是这样的工艺也具有一定的缺点：①适应性较小，只能针对外形结构能够缠绕的产品。一般外观较为复杂的产品都不能采用这样的方式进行生产。②投资较高，该工艺需要有缠绕机、芯模、加热炉、技术娴熟的工人等，因此，在施工方面投资较大，只有进行大规模生产的时候，才能保障经济效益。一般用于生产筒形部件；生产效率高，成本低。可应用在运载火箭筒体、雷达罩、机匣。

热塑性碳纤维复合材料的成型工艺介绍

高性能热塑复合材料的成型工艺，主要由热固性树脂复合材料及金属成型技术移植而来。按照所有的设备不同可以分为模压成型、双膜成型、热压罐成型、真空袋成型、纤维缠绕成型、压延成型等。在这些方法中，将会挑选几个使用较多的成型方法来为大家进行简单介绍，以便大家能够更全面的了解热塑性碳纤维复合材料。

1、双膜成型

双膜成型也叫树脂膜渗透成型，是ICI公司开发的一种利用预浸料制备复合材料制件的方法，此法有利于外形较复杂的制件成型加工。

在双膜成型中，裁剪好的预浸料放于两层可变形的柔性树脂膜和金属膜之间，膜的周边采用金属或其他材料密封，在成型过程中，加热到成型温度后，施加一定的成型压力，制件按照金属模具的形状而变形，最后冷却定型。

双膜成型中，一般要将制件和膜封装并抽真空，由于膜的可变形性，对树脂流动的限制远小于刚性模具，另一方面，由于真空下变形的膜可对制件施加均匀压力，能提高制件的压变度，保证成型质量。 2、拉挤成型

拉挤成型是一种连续制造具有恒定截面的复合材料型材的工艺方法，最初用于制造单向纤维增强实心截面的简单制品，逐渐开展成为可以制造实心、空心以及各种复杂截面的制品，并且型材的性能可以设计，能够满足各种工程结构要求。

拉挤成型是将预浸带〔纱〕在一组拉挤模具中固结，预浸料或是边拉挤边预浸，或是另外浸渍。一般的浸渍方法是纤维混纺浸渍和粉末液化床浸渍。

3、模压成型

模压成型是通过将按模具大小裁切好预浸料片材在加热炉内加热至高于树脂熔化的温度，然后送入大压模中，快速热压成型。成型周期一般在几十秒至几分钟内完成。这种成型方法能耗、生产费用均较低，生产率高，是目前热塑性复合材料成型加工中最常见的一种成型方法。

4、缠绕成型

热塑性复合材料的纤维缠绕成型与热固性复合材料的不同之处是缠绕时要把预浸纱〔带〕加热到软化点，并在芯模的接触点进行加热。 通常的热方法有传导加热、介电加热、电磁加热、电磁辐射加热等。在电磁辐射加热中，又因电磁波的波长或频率不同而分红外辐射〔IR〕、微波〔MW〕和射频〔RF〕加热等。最近几年还开展了激光加热及超声加热系统。

复合材料的切削加工及刀具选择应用

复合材料是由两种或两种以上的不同性能、不同状态的组分材料，通过复合

工艺组合而成的一种多相材料。它既保留原组分材料主要特色，又通过复合效应

获得原组分所不具备的性能。本文主要介绍了复合材料的切削加工及刀具选择应

用。

一、复合材料介绍

复合材料由基体相（环氧树脂、不饱和聚酯、呋喃树脂、聚酰亚胺、有机硅

树脂及高性能热塑性树脂等）、增强相（玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、碳化硅纤

维、氧化铝纤维、晶须及芳纶等）和界面相（聚合物基复合材料界面、金属基复

合材料界面及陶瓷基复合材料界面等）组成。1.复合材料的分类

（1）按增强体的几何形态划分，复合材料可分为：

①连续纤维增强复合材料，包括单向纤维、无纬布、二维织物、多向编织和

混杂复合材料；

②短纤维复合材料，如晶须和无规则短纤维混合复合材料；

③颗粒增强复合材料，可分为弥散增强复合材料（粒径0.01～0.1μm）和粒

子增强复合材料（粒径0.01～0.1μm）；

④薄片增强复合材料，其增强体为长与宽相近似的薄片。

（2）按增强纤维种类划分，复合材料可分为：

①玻璃纤维增强复合材料BFRP；

②有机纤维增强复合材料（芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维和高强度聚

烯烃纤维等）；

③碳纤维复合材料CFRP；

④金属纤维复合材料（钨纤维、不锈钢丝等）；

⑤陶瓷纤维（氧化铝、碳化硅及碳化硼等纤维）。

（3）按基体材料划分，复合材料可分为：

①聚合物基复合材料PMC，有机聚合物（热固性和热塑性树脂及橡胶）；②金属基复合材料MMG，如铝基、钛基和铜基复合材料；

③无机非金属复合材料CMC、陶瓷材料（玻璃、水泥和碳等）。

二、复合材料性能特点1.聚合物基复合材料性能特点

（1）耐疲劳性好，破损安全性高。大多金属材料的疲劳强度极限是拉伸强

度的30%～50%，而碳纤维/环氧复合材料是70%～80%。而破损断裂不会像金属

那样突然发生，在短期内不会失去承载能力。

（2）阻尼减振性好。吸收振动能量使振动阻尼很高。

碳纤维复合材料的工艺制造

摘要：飞机为了能够在高空中保持长时间的飞行，提高能源的利用率，整体的架构需要保证飞机自身的重量越轻越好，机翼梁作为飞机的重要承重部分更是需要维持自身的重量足够轻，相比以前飞机的结构材料，通过碳纤维复合材料搭建机翼梁不仅保持着自身的结构强度，提高了承重能力，还优化了自身重量，降低了燃油成本，提高环境舒适度，本文通过分析碳纤维复合材料和机翼梁的适用点，详细介绍了碳纤维复合材料机翼梁的工艺制造

关键词：碳纤维复合材料；航空航天；具体应用；工艺制造

前言

随着科技水平的不断发展，飞机领域的应用材料也在不断进步，相比于之前的铝合金等结构材料，碳纤维复合材料拥有更好的强度和刚度，并且在耐受性方面也十分突出，拥有卓越的耐高温性和耐腐蚀性，这两点对一直在高空中的飞机来说尤为重要，并且碳纤维复合材料的重量也很轻，综合以上优点，碳纤维复合材料在航空领域有着十分巨大的发展潜力，目前飞机的结构中就存在十分多的碳纤维复合材料，不管是民用飞机还是空客飞机都采取碳纤维复合材料。

1.碳纤维复合材料

在所有复合材料中，碳纤维复合材料是由一种经过热处理，全身由就成以上由碳纤维组成的特殊材料，由碳纤维经过深层次的加工成为复合材料，与传统的复合金属材料所不同的是，碳纤维复合材料强度更高，耐热性耐腐蚀性更强，重量更小，大型加工设计更加方便。

碳纤维复合材料与传统材料的性能结构上有着天壤之别，所以复合材料在结构上的规划设计不能采取传统材料的固定模式，否则就会造成复合材料成品之后还没有传统材料的硬度强，耐热性，耐腐蚀性高，成本也会比传统材料的高，给客户造成不必要的麻烦。更何况是飞机上采用碳纤维复合材料，更是不能有任何问题的产生，一架飞机上承载着许多生命不能出现半点纰漏，所以问题的重点就是能不能利用出复合材料的优点，研制出一种不管是产品性能质量上还是成本效率上都比传统材料高的材料，并且将这种材料结合在飞机上，大力推广给全世界，目前，飞机普遍采用了碳纤维复合材料，但是能够有效地将碳纤维复合材料结合在飞机上的人才不多，我们需要重点培养这些人才。