先进复合材料主要生产工艺介绍
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复合材料先进制造技术分析预览说明:预览图片所展示的格式为文档的源格式展示,下载源文件没有水印,内容可编辑和复制复合材料先进制造技术分析复合材料已成为与钛合金、铝合金、合金钢并驾齐驱的四大航空结构材料之一(在 B787 结构上的用量达总重的 50%,A350XWB 结构上的用量达总重的52%[1]),其中应用最为广泛的仍然是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维等高性能纤维增强的先进树脂基复合材料(以下简称先进复合材料)。
基于先进复合材料的反应特性和满足先进复合材料构件内部质量的特定需求,在先进复合材料构件成型过程中,需要加热、加压和抽真空等外在工艺条件。
先进复合材料特别突出的成型特点就是材料成型和构件成型最终同时完成,这就决定了先进复合材料构件的形位精度主要依靠模具工装来保证,而且模具材料和模具结构必须满足易于传热、传压和真空完整性好等要求,随着市场对先进复合材料产品质量、性能、成本、周期等要求的不断提高,促进了先进复合材料工艺技术及其模具和工装技术不断创新发展[1]。
1模具设计与制造技术在CAD技术发展的推动下,复合材料成型模具和工装广泛采用数字化设计技术,许多常用的结构采用模块化和参数化设计,以提高设计效率。
复合材料模具与常规钣金成型模具的不同之处在于:对累积公差的要求更加严格;模具与零件贴合面尺寸的差异取决于模具的类型和热膨胀特性;复合材料零件的最后尺寸是基体最高固化温度下的尺寸[1]。
在进行模具设计时,重点要考虑热匹配问题,钢和铝的热膨胀系数比大多数碳/石墨复合材料约大出一个数量级,当从固化峰值温度向下冷却时,金属模具的收缩会在构件中引起严重的残余应变或固有应变。
在进行模具设计时,如果不能通过尺寸修正,则需要使用热膨胀系数较低的复合材料模具。
对于简单的角度回弹问题,在模具设计时,预先把回弹角考虑进去,即制件夹角加上回弹角等于模具的角度,使制件脱模回弹后符合工艺数模要求。
对于复杂的制件,采用CAE技术模拟分析模具和工装的结构刚度、热膨胀、温度场分布等效果,为模具温度补偿和回弹修正设计提供依据[2]。
碳碳复合材料生产工艺碳碳复合材料是一种高性能复合材料,由碳纤维和碳基材料组成,具有高强度、高摩擦性能、高抗侵蚀能力等优点,被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶制造等领域。
下面将介绍碳碳复合材料的生产工艺。
碳纤维制备:碳纤维是碳碳复合材料的主要增强材料,其制备过程包括原料选用、浆料制备、纤维拉丝、高温碳化等步骤。
首先,选用高纯度的石墨为原料,通过碳化反应制备碳纤维前体浆料。
然后,将浆料拉丝成纤维,并通过高温石墨化处理,将其转化为含有95%以上纯碳的碳纤维。
碳基材料制备:碳碳复合材料的基体材料通常选用高纯度石墨或石墨纤维,其制备过程包括预制件制备、石墨化处理、浸渍碳化等步骤。
首先,将石墨材料制备成预制件,通常采用热压或化学气相沉积等方法。
然后,对预制件进行高温处理,使其石墨化,提高其机械性能和耐热性。
最后,通过浸渍工艺,将预制件浸渍进碳化剂中,使其形成碳基材料。
复合成型:碳纤维和碳基材料经过制备后,通过复合成型将其组合成复合材料。
常见的成型方法包括层板法、缠绕法、注射法等。
层板法将碳纤维和碳基材料按照一定的排布顺序叠加,并采用压制热压的方法使其复合成型。
缠绕法将碳纤维按照一定的螺旋方式缠绕在模具上,并进行热压使其复合成型。
注射法将碳纤维和碳基材料按照一定比例混合后注入模具中,通过热压使其固化成型。
炭化和石墨化:复合材料在固化成型后,需要进行炭化和石墨化处理,以提高其炭化度和石墨化程度。
炭化过程通常采用高温石墨化处理,将复合材料在高温下进行长时间热处理,使其炭化度达到要求。
石墨化过程则是通过进一步高温处理,将复合材料的炭化产物转化为石墨,提高其机械强度和导热性能。
表面处理:最后,对已经炭化和石墨化的碳碳复合材料进行表面处理,以提高其性能和抗氧化能力。
常见的表面处理方法包括化学气相沉积、化学涂层、磨削抛光等。
化学气相沉积是通过将材料暴露在特定气氛中,使其表面形成一层保护性的氧化物。
化学涂层则是将材料表面涂覆一层抗氧化涂层,增强其抗氧化能力。
挤出复合、干式复合和无溶剂复合是当今复合材料领域的三种主要生产工艺方法。
它们各自具有独特的特点和应用范围,可以满足不同领域对复合材料的需求。
本文将就这三种复合工艺方法进行详细介绍,并分析它们的优势和不足之处。
一、挤出复合挤出复合是将连续纤维与热塑性基体材料结合的一种工艺方法。
其主要流程包括原料预处理、预成型、挤出成型、冷却固化等环节。
挤出复合具有以下优势:1.1 成型效率高挤出复合可实现高速连续生产,而且一次性成型多根复材,生产效率高。
1.2 产品性能优异挤出复合制品表面光滑、尺寸精度高,具有较好的力学性能和耐腐蚀性能。
1.3 应用广泛挤出复合制品广泛应用于汽车、建筑、航空航天等领域,适用性强。
但挤出复合也存在以下缺点:1.4 设备成本高挤出复合生产线设备投资大,一般中小型企业难以承担。
1.5 能耗较高挤出过程需要大量的能源投入,成本较高。
二、干式复合干式复合是指在无溶剂条件下,通过物理或化学方法将各种原材料进行混合,再进行热压成型而得到的复合材料。
它的优势主要体现在以下几个方面:2.1 无溶剂环保干式复合不需要使用有机溶剂,对环境友好。
2.2 成本低廉干式复合工艺简单、原材料成本低,适合中小企业生产。
2.3 产品性能优异干式复合制品性能稳定、尺寸精度高,适用广泛。
然而,干式复合也存在以下缺点:2.4 工艺复杂干式复合过程中需要严格控制温度、压力等工艺参数,工艺控制难度大。
2.5 质量稳定性差对原材料的要求较高,不同原材料之间容易出现不同的温度、热胀冷缩等性能差异。
三、无溶剂复合无溶剂复合是指复合材料的生产过程中不使用任何有机溶剂。
其主要优势包括:3.1 环保优势无溶剂复合不会对环境造成污染,能够符合现代环保要求。
3.2 节能降耗无溶剂复合生产过程中不需要消耗大量能源,成本较低。
3.3 产品质量高无溶剂复合产品表面光滑、尺寸精度高,性能稳定。
然而,无溶剂复合也存在以下不足之处:3.4 技术含量高无溶剂复合所需技术要求较高,对生产工艺和设备都有一定要求。
金属层状复合材料生产工艺简介及展望金属层状复合材料是一种新型材料,由多个金属层状板材按照一定的堆砌顺序焊接而成。
它具有高强度、耐磨、耐腐蚀、耐高温、轻质化等优点,被广泛应用于船舶、飞机、火车、汽车、建筑、石油化工等领域。
本文将着重介绍金属层状复合材料的生产工艺及其展望。
生产工艺1. 板材铺排板材铺排是制备金属层状复合材料的第一步。
通常采用相邻板材相互交错的方法,形成不同厚度、不同材质的金属层状板材堆砌结构。
2. 清洁处理在板材铺排完成后,需要对各个板材进行表面清洁处理,以保证板材表面没有杂质和污染物。
清洁方法一般采用化学法、机械法和电化学法。
3. 热压焊接金属层状板材铺排和清洁处理完成后,需要将它们进行热压焊接。
热压焊接是利用高温和高压力将金属板材表面熔化并压合在一起,形成稳定的多层结构。
该方法具有工艺简单、结合强度高、焊缝弱化等特点。
4. 冷轧热压焊接后,需要对金属层状板材进行冷轧处理。
冷轧可以进一步调整板材厚度、提高板材表面质量和光亮度,并增加复合材料的强度和韧性。
展望随着科技的不断进步,金属层状复合材料的应用和研究也在不断发展。
未来,金属层状复合材料有望在以下方面实现更加广泛的应用。
1. 军事领域金属层状复合材料具有良好的防护性能,可以在防弹衣、防弹车、舰船装甲等军事设备中广泛应用,提高人员和装备的防护力度。
2. 能源领域金属层状复合材料可以用于制造高效的热交换器、燃烧器和汽轮机组件,提高能源利用效率和减少能源消耗。
3. 航空航天领域金属层状复合材料的轻质化和高强度特性,可以用于制造飞机、卫星、宇宙飞船等航空航天设备中,提高航空器的飞行性能和安全性能。
综上所述,金属层状复合材料是一种重要的新型材料,具有广阔的应用前景。
未来,随着生产技术的不断创新和完善,其应用领域会更加广泛,发挥出更多的优势和价值。
复合材料低温成型工艺复合材料低温成型工艺是一种先进的制造技术,具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点,逐渐在航空、汽车、建筑等领域崭露头角。
本文将深入探讨复合材料低温成型工艺的原理、工艺流程、应用领域以及未来发展趋势,以期为相关从业者提供参考。
一、引言复合材料是由两种或两种以上的不同材料通过一定的工艺方法组合而成的材料,其综合性能往往优于单一材料。
低温成型工艺是指在相对低的温度下进行复合材料的成型和固化,其特点是能够避免材料在高温环境下的变形、氧化等问题。
本文将深入研究复合材料低温成型工艺,探讨其原理、工艺流程以及在工业应用中的前景。
二、复合材料低温成型工艺的原理低温成型工艺主要通过调整材料的成型温度、固化温度等工艺参数,以降低整体制造过程中的温度。
这一过程不仅可以减轻材料的能源消耗,降低生产成本,同时也有利于避免高温对材料结构和性能的影响。
材料选择:低温成型工艺需要选用具有较低成型和固化温度的复合材料,例如热固性树脂、环氧树脂等。
工艺参数调控:调整成型和固化过程中的工艺参数,如压力、时间、温度等,以确保在低温下完成整个制造过程。
低温环境控制:借助特殊的设备和环境控制技术,确保在整个制造过程中维持相对较低的温度条件。
三、复合材料低温成型工艺的工艺流程预处理:将选择的复合材料进行预处理,包括预浸渍、裁剪、叠层等步骤。
成型:在低温环境下,采用成型模具对预处理好的材料进行成型,可以是压力成型、真空吸塑等方式。
固化:在相对低的温度下,通过调整固化参数,使得复合材料在保持原有形状的同时完成固化过程。
后处理:完成固化后,对成型件进行后处理,包括修磨、涂层、装配等步骤。
四、复合材料低温成型工艺在工业应用中的前景航空航天领域:低温成型工艺在航空航天领域有广阔的应用前景,可以制造轻质高强度的结构件,提高航空器性能。
汽车制造:在汽车制造中,低温成型工艺可以用于制造车身结构、内饰件等,降低整车重量,提高燃油效率。
建筑领域:低温成型工艺可以制造建筑中的结构件、外墙板材等,具有耐腐蚀、耐候性好的特点,增加建筑材料的寿命。
复合材料工艺复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料按照一定比例和方式混合而成的一种新材料。
它融合了不同材料的优点,具备多种优良性能,被广泛应用于航空航天、汽车、建筑、运动装备等领域。
复合材料的制备工艺包括预浸料制备、层叠成型和固化三个过程。
预浸料制备是将纤维材料预先浸渍于树脂中,形成预成型的复合材料片材。
在此过程中,先选择纤维材料,如玻璃纤维、碳纤维等。
然后将纤维与树脂进行混合,使纤维均匀分布于树脂中。
最后,将混合物倒入模具中,通过加压排气和真空处理,使其固化成预制品。
该预制品具备一定的强度和形状,可以经过一定的设计和切割,制作成不同形状的复合材料制品。
层叠成型是将预成型的复合材料片材按照一定的堆叠方式成型。
在此过程中,先将预成型的复合材料片材按照设计要求的层次和排列方式进行堆叠,同时在不同层之间添加适当的孔洞、芯材和压花层等。
然后,将堆叠好的复合材料片材放入模具中,通过加热和加压的方式,使复合材料片材之间的纤维相互渗透和固化,形成整体的复合材料制品。
固化是将层叠成型好的复合材料制品进行热固化处理,使其达到所需的力学性能。
在此过程中,先将模具加热,使复合材料制品达到一定的固化温度。
然后,通过加压使复合材料制品保持良好的成型,并在一定时间内进行固化。
最后,通过冷却和取模,脱模,完成复合材料制品的制备过程。
在复合材料的制备工艺中,还需要注意一些关键技术,如温度控制、压力控制和时间控制等。
温度控制是为了使复合材料能够在恰当的温度下进行固化,从而达到所需的力学性能。
压力控制是为了使复合材料能够在适当的压力下,实现纤维相互渗透和固化。
时间控制是为了保证复合材料能够在适当的时间内进行固化,并取模。
总而言之,复合材料的制备工艺是一个综合性的过程,需要综合考虑材料的选择、预浸料制备、层叠成型和固化等多个环节。
只有掌握了合适的工艺和技术,才能够制备出满足工程要求的复合材料制品。
先进金属复合材料成形技术
先进金属复合材料成形技术是指利用先进的工艺和设备对金属复合材料进行成形加工的技术。
金属复合材料是由金属基体和增强材料(如纤维增强材料)组成的复合材料。
相比于传统的单一金属材料,金属复合材料具有更高的强度、刚度和耐热性能。
然而,由于其复杂的结构和成分,金属复合材料的成形加工相对困难。
先进金属复合材料成形技术主要包括以下几个方面:
1. 粉末冶金成形技术:通过将金属粉末与增强材料混合,然后经过高温和高压的成形过程,使其熔合并固化成型。
这种成形技术适用于复杂形状和大尺寸的金属复合材料制品。
2. 金属复合材料锻造技术:利用锻机对金属复合材料进行锻造成型。
锻造可以改变材料的内部组织结构和形状,从而提高其力学性能和耐热性能。
3. 金属复合材料挤压技术:通过在金属复合材料中施加高压,使其通过模具的通道流动并成形。
挤压成形技术适用于长条形的金属复合材料制品。
4. 金属复合材料注射成型技术:利用注射机将金属复合材料融化后注入模具中进行成型。
注射成型技术可以制造出高精度和复杂形状的金属复合材料制品。
以上是几种常见的先进金属复合材料成形技术,通过这些技术的应用,可以制造出更高性能、更复杂的金属复合材料制品,满足不同领域对于材料强度和耐热性能的要求。
复合材料的制备方法与工艺概述复合材料(composite material)是由两种或两种以上不同类型的材料组合而成的材料,具有比单一材料更优异的性能。
复合材料的制备方法与工艺可以分为以下几个步骤:首先,确定复合材料的纤维类型。
常用的纤维类型包括玻璃纤维、碳纤维、草木纤维等。
选择合适的纤维类型取决于复合材料所需的性能和应用场景。
其次,对纤维进行表面处理。
表面处理的目的是增加纤维与基体之间的粘合力,提高复合材料的强度和韧性。
常用的表面处理方法包括喷涂处理剂、化学处理等。
接下来,制备复合材料的基体。
基体通常由树脂或者金属制成。
树脂基体常用的有环氧树脂、聚酯树脂等,金属基体常用的有铝合金、钛合金等。
然后,将纤维与基体进行组合。
组合方法有多种,常用的有手工层叠法和机械叠放法。
手工层叠法是指将纤维一层层地放置在基体上,然后通过刷涂、挤压等方法使其充分浸润基体。
机械叠放法则是通过机器将纤维与基体进行叠放,并利用胶合剂将其固定在一起。
最后,进行固化和热处理。
固化是使树脂基体硬化的过程,可通过加热或加压等方式进行。
热处理则是将复合材料在高温下进行热处理,以提高其性能。
综上所述,复合材料的制备方法与工艺主要包括纤维的选择和表面处理、基体的制备、纤维与基体的组合、固化和热处理等步骤。
这些步骤的选择与操作将直接影响复合材料的性能和应用领域。
因此,在制备复合材料时需根据实际需求合理选择方法与工艺,以获得最佳的综合性能。
继续写相关内容,1500字:2.1 纤维的选择和表面处理在制备复合材料时,纤维的选择是非常重要的一步。
不同类型的纤维具有不同的性能特点和应用场景。
常用的纤维类型包括玻璃纤维、碳纤维、草木纤维等。
玻璃纤维是最常用的一种纤维,具有良好的抗拉强度和抗化学侵蚀性能。
它在电子、航空航天、建筑等领域得到广泛应用。
碳纤维具有良好的强度和刚度,同时具有重量轻、耐热性好等优点,主要用于航空航天、汽车和体育器材制造等领域。
草木纤维主要通过天然植物纤维,如棉花、麻、竹等,具有良好的生物降解性和可再生性,广泛应用于纺织和包装等领域。
复合材料工艺流程复合材料是由两种或两种以上的不同材料按照一定方式组合而成的新材料。
它具有轻量化、高强度、耐疲劳、耐腐蚀等优点,广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。
下面将为大家介绍一下复合材料的工艺流程。
首先是原材料的准备。
复合材料的主要组成部分是基体材料和增强材料。
基体材料一般是有机树脂,如环氧树脂、聚酯树脂等;增强材料可以是玻璃纤维、碳纤维、蛙纹石等。
在准备原材料时,需要对其进行测量和筛选,确保质量稳定和合格。
接下来是预处理过程。
首先需要对增强材料进行表面处理,以提高其与基体材料的粘接性能。
常见的表面处理方法有打磨、清洗、化学处理等。
然后需要对基体材料进行配比和加热处理,使其能够流动和固化。
然后是制备复合材料的成型工艺。
常见的成型工艺有手工层叠成型、压缩成型、注塑成型等。
手工层叠成型是最基本和简单的方法,适用于少量生产和特殊形状的制品。
压缩成型是将纤维预浸料放入模具中,经过热压固化形成制品。
注塑成型是将预浸料注入模具中,经过高温和高压形成制品。
不同的成型工艺有不同的适用范围和工艺参数,需要根据具体情况进行选择。
接下来是固化过程。
成型后的复合材料需要进行固化处理,以使其达到预期的力学性能。
固化过程一般通过加热和化学反应来完成。
具体的固化温度、时间和环境条件需要根据基体材料和增强材料的特性来确定,以确保固化的充分和均匀。
最后是后处理过程。
成型和固化后的复合材料需要进行修整和表面处理,以使其达到美观和使用要求。
修整过程一般包括切割、打磨、打孔等,表面处理一般包括涂装、清洗、抛光等。
这些过程需要经过严格的操作和控制,以确保最终产品的质量和性能。
以上就是复合材料的工艺流程。
这个过程需要经过多个步骤和环节的精细操作,以确保最终产品的质量和性能。
复合材料的制备工艺在不断创新和发展,为各个领域的应用提供了更多的可能性。
同时,也需要注意整个过程中的环境保护和安全生产,以促进可持续发展和健康发展。
复合材料的复合成型工艺分析在现代工业领域中,复合材料凭借其优异的性能表现,如高强度、高刚度、良好的耐腐蚀性等,逐渐成为了不可或缺的重要材料。
而复合材料的性能很大程度上取决于其复合成型工艺。
复合成型工艺是将两种或两种以上不同性质的材料,通过特定的方法和工艺,使其结合成为一个整体,从而获得具有特定性能的复合材料的过程。
常见的复合材料成型工艺包括手糊成型、喷射成型、模压成型、缠绕成型、拉挤成型等。
手糊成型是一种较为传统且简单的复合成型工艺。
它主要依靠人工操作,将增强材料(如玻璃纤维、碳纤维等)铺放在模具表面,然后用刷子或喷枪将树脂涂覆在增强材料上,使其浸润。
经过反复的铺层和涂覆,直至达到所需的厚度和形状。
手糊成型工艺的优点是设备简单、投资少,适用于小批量、大型制品的生产。
但其缺点也较为明显,如生产效率低、产品质量不稳定、劳动强度大等。
喷射成型则是在手糊成型的基础上发展起来的一种工艺。
它通过喷枪将树脂和短切纤维同时喷射到模具表面,然后压实固化。
这种工艺在一定程度上提高了生产效率,减少了劳动强度,并且能够制造较为复杂形状的制品。
然而,喷射成型的制品纤维含量相对较低,力学性能可能不如其他工艺制造的产品。
模压成型是一种高效、高精度的复合成型工艺。
将预浸料或预混料放入加热的模具中,在一定的压力和温度下使其固化成型。
模压成型制品的尺寸精度高、表面质量好、力学性能优良,适用于大批量生产。
但模具成本较高,且对于复杂形状的制品成型难度较大。
缠绕成型主要用于制造圆柱形或球形的复合材料制品。
纤维束或纤维带在控制张力的情况下,按照一定的规律缠绕在芯模上,同时涂覆树脂并固化。
缠绕成型的制品具有较高的纤维含量和良好的轴向力学性能,常用于制造管道、储罐等产品。
不过,该工艺对于制品形状的局限性较大,只能生产回转体类制品。
拉挤成型是一种连续生产的工艺。
将连续纤维通过树脂浸润槽,然后在牵引装置的作用下,经过加热模具固化成型。
拉挤成型的制品具有恒定的截面形状,力学性能好,生产效率高,适用于制造各种型材,如工字梁、槽钢等。
复合材料工艺流程
《复合材料工艺流程》
复合材料是由两种或两种以上的不同物质组合而成,具有优异的物理和化学性质。
常见的复合材料包括玻璃纤维增强塑料、碳纤维复合材料等。
在现代工业生产中,复合材料被广泛应用于飞机、汽车、船舶等领域,成为重要的结构材料之一。
复合材料的生产工艺流程一般包括以下几个主要步骤:
1. 预处理:在复合材料的生产过程中,预处理是非常重要的一个环节。
预处理的目的是去除原材料表面的油污、污垢等杂质,以确保后续工艺的顺利进行。
预处理包括表面清洁、除油处理等。
2. 成型:成型是将复合材料的原材料进行成型的过程。
成型方式有多种,包括压缩成型、注塑成型、挤压成型等。
通过成型工艺,可以将原材料制成所需要的形状和尺寸。
3. 固化:固化是指将成型好的复合材料进行固化处理,以使其得到较高的强度和硬度。
固化一般通过加热或加压等方式进行,以使复合材料中的树脂得到充分的交联和固化。
4. 加工:加工是复合材料生产中非常重要的一个环节。
加工方式包括切割、钻孔、磨削等,以使复合材料得到所需的形状和尺寸。
5. 表面处理:表面处理是复合材料生产的最后一个环节。
表面处理包括打磨、喷漆、喷涂等,以使复合材料的表面得到光滑、美观的效果。
通过以上几个主要步骤,复合材料的生产工艺流程基本完成。
在实际生产中,不同的复合材料可能会有不同的工艺流程,但总体上来说,上述几个步骤是复合材料生产中必不可少的环节。
复合材料的生产工艺流程经过科学规划和精心设计,有利于提高生产效率,降低生产成本,提高产品质量,是复合材料生产中至关重要的一环。
复合材料成型工艺与特点复合材料是由两种或两种以上性质互补的材料组合而成的新材料,具有优良的综合性能和广泛的应用前景。
复合材料成型工艺是指通过一系列的工艺步骤,将各种纤维材料与基体材料进行组合,并经过固化或加热处理,最终形成具有设计要求的复合材料制品。
下面将详细介绍复合材料成型工艺的主要类型和特点。
一、手工层压成型工艺手工层压成型工艺是最简单、最常见的复合材料成型方法之一、它的工艺流程包括:纤维预蓋,纤维均匀展开,涂胶粘接,胶粘件覆层,压片封合以及热固化等步骤。
手工层压成型工艺适用于小批量、复杂形状的产品,具有生产灵活,工艺简单的特点。
二、预浸法成型工艺预浸法成型工艺是将纤维材料浸渍于预先混合好的树脂中,形成湿片材,然后通过真空吸附或压片等方法将湿片材排水,再进行热固化。
预浸法成型工艺可分为手工预浸法和机械预浸法两种。
预浸法成型工艺具有纤维含量高、成品质量稳定、生产效率高的特点,适用于生产大批量的复材制品。
三、自动注射成型工艺自动注射成型工艺是将纤维材料和树脂材料分别通过注射器注射到模具中,然后在模具中进行固化,形成复合材料制品。
自动注射成型工艺具有生产效率高、成品质量稳定的特点,适用于生产大规模、复杂形状的复合材料制品。
四、自动层压成型工艺自动层压成型工艺是将纤维材料和树脂材料经自动化装备在复合材料制品模具中进行压制,然后进行热固化。
自动层压成型工艺具有生产效率高、加工质量稳定的特点,适用于生产大规模、平面或简单曲面形状的复合材料制品。
1.材料性能优异:复合材料由纤维增强材料和基体材料组合而成,在力学、热学、电学等方面具有优异的性能,如高强度、高刚度、高耐热性等。
2.重量轻:相比传统金属材料,复合材料具有更轻的重量,可以减轻整体结构的负荷,提高整体产品的使用效率。
3.抗疲劳性能好:复合材料具有较好的抗疲劳性能,能够承受长期循环负荷而不发生破裂或变形。
4.阻燃性能好:由于复合材料通常采用不易燃烧的树脂作为基体材料,因此具有良好的阻燃性能,能够在高温环境下保持材料的稳定性能。
复合材料工艺与设备概述复合材料工艺与设备是指生产和加工复合材料的一系列流程和所使用的设备。
复合材料是一种由两种或多种不同材料组成的材料,具有很高的强度和轻质化的特点。
复合材料在航空航天、汽车、建筑、体育用品等领域得到广泛应用。
本文将介绍复合材料的常见工艺和所使用的设备。
工艺流程复合材料的生产和加工过程主要包括预处理、树脂浸渍、固化、成型和加工等环节。
1.预处理预处理阶段是为了确保复合材料的质量和性能,包括材料的清洁、去除表面污染物和氧化物等。
一般使用化学溶剂或机械方法进行清洗和表面处理。
2.树脂浸渍树脂浸渍是将纤维材料与树脂浸渍在一起形成复合材料的过程。
树脂是复合材料中起到粘合作用的关键材料,其中常用的树脂有环氧树脂、聚酰亚胺树脂等。
树脂浸渍过程包括浸渍、除泡、挤出等步骤。
3.固化固化是指树脂在一定温度和时间下发生化学反应,使复合材料具有一定的强度和硬度。
常用的固化方式有热固化和光固化。
热固化需要加热设备,而光固化则通过紫外线或可见光来触发化学反应。
4.成型成型是将浸渍且已固化的复合材料按照需要的形状进行加工和形成。
常见的成型方法有手工层压、热压和真空吸塑等。
成型过程需要注意材料的层间结构、纤维取向和树脂厚度等。
5.加工加工是指根据复合材料的用途和要求进行切割、修整、钻孔、打磨等加工工艺。
常用的加工设备有切割设备、钻孔设备、砂轮设备等。
设备介绍复合材料工艺所使用的设备主要包括涂胶机、自动抽屉加载机、固化炉、层压机和CNC加工中心等。
1.涂胶机涂胶机是将树脂均匀涂布在纤维材料上的设备。
它通过涂胶滚轮将树脂涂布在纤维上,确保树脂的浸渍均匀和厚度一致。
2.自动抽屉加载机自动抽屉加载机用于自动将纤维材料和树脂放入生产线中进行加工。
通过自动化的操作,提高生产效率和产品质量。
3.固化炉固化炉是用于固化树脂的设备,它提供一定的温度和环境条件,使树脂发生化学反应,形成固态的复合材料。
固化炉一般有恒温控制和可调湿度的功能。
先进复合材料主要生产工艺介绍
先进复合材料,具有轻质、高强、高模量、良好的抗疲劳性、耐
腐蚀性、可设计性突出、成型工艺性好和成本低等特点,是理想的航
空航天及工业结构材料,在航空产品上得到了广泛应用,已成为新一
代飞机机体的主体结构材料。复合材料先进技术的成熟使其性能最优
和低成本成为可能,从而大大推动了复合材料在飞机上的应用。一些
大的飞机制造商在飞机设计制造中,正逐步减少传统金属加工的比
例,优先发展复合材料制造。本文着重介绍复合材料制造过程中所涉
及到的主要工艺。
复合材料的性能在纤维与树脂体系确定后,主要取决于成型固化
工艺。所谓成型固化工艺包括两方面内容,一是成型,这就是将预浸
料根据产品的要求,铺制成一定的形状,一般就是产品的形状。二是
进行固化,这就是使已经铺制成一定形状的叠层预浸料,在温度、时
间和压力等因素下使形状固定下来,并能达到预计的使用性能要求。
复合材料及其制件的成型方法,是根据产品的外形、结构与使用
要求,结合材料的工艺性来确定的。目前,已在生产中采用的成型方
法有:
1、手糊成型--湿法铺层成型 2 、真空袋压法成型
3、压力袋成型 4、树脂注射和树脂传递成
型
5、喷射成型 6、真空辅助树脂注射成型
7、夹层结构成型 8、模压成型
9、注射成型 10、挤出成型
11、纤维缠绕成形 12、拉挤成型
13、连续板材成型 14、层压或卷制成型
15热塑性片状模塑料热冲压成型 16离心浇注成型
本文主要介绍几种常用的工艺方法
1、手糊成型
手糊成型是聚合物基复合材料制造中最早采用和最简单的方法。
其工艺过程是先在模具上涂刷含有固化剂的树脂混合物,再在其上贴
一层按要求剪裁好的纤维织物,用刷子挤压织物,使其均匀浸胶并排
出气泡后,再涂刷树脂混合物和铺贴第二层纤维织物,反复上述过程
直至达到所需厚度。然后在一定压力和温度下加热固化成型,或者利
用树脂体系固化时放出的热量固化成型,最后脱模得到复合材料制
品。
手工铺贴方法的优点是可使蒙皮厚度有大的变化,进行局部加
强,嵌入接头用的金属加强片,形成加强筋和蜂窝夹芯区等。 手工
铺层的缺点是生产效率低、成本高,不适应大批量生产和大型复杂复
合材料制件的生产要求。
目前,手工铺层使用了许多专用设备来控制和保证铺层的质量,
如复合材料预浸料自动剪裁下料系统和铺层激光定位系统等,即采用
专门的数控切割设备来进行预浸料和辅助材料的平面切割,从而将依
赖于样板的制造过程转变为可根据复合材料设计软件产生的数据文
件进行全面运作的制造过程。
2、挤出成型
挤出成型又称为挤塑,在加工中利用液压机压力在模具本身的挤
出称压出。是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用,边受热融化,
边被螺杆向前推送,连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一
种加工方法。
挤出成型技术采用有隔离衬纸的单向预浸带,其裁剪、定位、铺
叠、辊压均采用数控技术自动完成,由自动铺带机实现。多轴龙门式
机械臂完成铺带位置的自动控制,铺带头上装有预浸带输送和切割系
统,根据待铺放工件边界轮廓自动完成预浸带的铺放和特定形状位置
的切割。预浸带在加热状态时,在压辊的压力作用下铺叠到模具表面。
随着自动铺带设备、编程、计算机软件、铺带技术以及材料的进
一步发展,自动铺带的效率变得更高,性能更可靠,操作性更友好。
与手工相比,先进铺带技术可降低制造成本的30%~50%,可成型超
大尺寸和形状复杂的复合材料制件,而且质量稳定,缩短了铺层及装
配时间,工件近净成型,切削加工及原材料耗费减少。目前,最先进
的第五代铺带机是带有双超声切割刀和缝隙光学探测器的十轴铺带
机,铺带宽度最大可达到300mm,生产效率可达到手工铺叠的数十
倍。
3、热压法固化成型。
热压罐固化成型是航空航天复合材料结构件传统的制造工艺,它
有产品重复性好、纤维体积含量高、孔隙率低或无孔隙、力学性能可
靠等优点。热压罐固化的缺点主要是耗能高以及运行成本高等。而目
前大型复合材料构件必需在大型或超大型热压罐内固化,以保证制件
的内部质量,因此热压罐的三维尺寸也在不断加大,以适应大尺寸复
合材料制件的加工要求。目前,热压罐都采用先进的加热控温系统和
计算机控制系统,能够有效地保证在罐内工作区域的温度分布均匀,
保证复合材料制件的内部质量和批次稳定性,如准确的树脂含量、低
或无空隙率和无内部其他缺陷。这也是热压罐一直沿用至今的主要原
因。
4、RTM成型。
RTM成型已是十分普及的工艺,它是以树脂转移成型为主体,
包括各种派生的RTM技术,大约有25~30种之多,其中,RTM、
真空辅助RTM(VARTM)、真空辅助树脂注射成型(VARI)、树脂膜
熔浸成型(RFI)和树脂浸渍成形(SCRIMP)被称为RTM的5大主
要成型工艺,也是目前应用最多的RTM工艺。
RTM的优点是成品的损伤容限高,可成型精度高、孔隙率小的复杂
构件及大型整体件。RTM成型的关键是,要有适当的增强预形件以
及适当黏度的树脂或树脂膜。RTM要求树脂在注射温度下的黏度值
低,第一代环氧树脂的粘度要求在500cps(0.5Pa·s)以下,以前对于
较大尺寸的构件要求树脂黏度低于250cps(0.25Pa·s),RTM工艺的
主要设备是各种树脂注射机和整体密闭型模具。
随着新型增强材料结构的不断创新,编织技术和预成形体技术与
RTM技术相结合,形成了新的工艺发展和应用方向。如采用三维编
织技术将增强材料预制成3D结构,然后再与RTM工艺复合,也可
将纤维织物通过缝纫或粘结的方法,直接预制成制件形状,再采用
RTM工艺成型复合材料。
5、模压成型
模压成型是一种对热固性树脂和热塑性树脂都实用的纤维复合
材料成型方法。将定量的模塑料或颗粒状树脂与短纤维的混合物放入
敞开的金属对模中,闭模后加热使其融化,并在压力作用下充满模腔,
形成与模具形状一样的制品,再经加热使树脂进一步发生交联反应而
固化,或者冷却使热塑性树脂硬化,脱模后得到复合材料制品。
主要优点:①生产效率高,便于实现专业化和自动化生产;②产
品尺寸精度高,重复性好;③表面光洁,无需二次修饰;④能一次成
型结构复杂的制品;⑤因为批量生产,价格相对低廉。
模压成型的不足之处在于模具制造复杂,投资较大,加上受压机
限制,最适合于批量生产中小型复合材料制品。随着金属加工技术、
压机制造水平及合成树脂工艺性能的不断改进和发展,压机吨位和台
面尺寸不断增大,模压料的成型温度和压力也相对降低,使得模压成
型制品的尺寸逐步向大型化发展,目前已能生产大型汽车部件、浴盆、
整体卫生间组件等。
6、复合材料数字化设计制造一体化。
复合材料零件成型独特的工艺特点决定了它在设计制造方面与
金属零件有很大差异,而且更加复杂。
复合材料构件数字化设计制造以复合材料设计/制造平台和附和
材料数字化制造设备为软硬件基础。改变了传统复合材料的设计/制
造方式,采用数字量形式对产品进行全面描述和数据传递,实现了设
计与制造之间的无缝集成。 复合材料设计软件与现有CAD系统的集
成为设计/制造复合材料构件提供了有力平台。包括初步设计、工程
详细设计、制造详细设计和制造输出4个阶段。
复合材料构件数字化制造过程包括预浸料下料、铺层铺放、固化
等工序,目前复合材料构件数字化制造主要体现在预浸料自动下料、
激光铺层定位和纤维自动铺放等方面。 复合材料构件数字化设计制
造使实施并行工程成为可能,在设计早期阶段解决制造问题,大大减
少了车间修改和重复工作。设计和制造数据的无缝集成缩短了制造时
间,减少了人工编程带来的误差,提高了构件质量。
结束语
综上所述,随着复合材料用量的递增,使复合材料制造业迅速成为飞
机制造业的主要组成部分。今后飞机50%以上的结构件将由金属转为
复合材料,复合材料制造将成为飞机制造的基本手段。复合材料制造
工艺和专用设备是先进复合材料关键技术之一,值得我们投入大量的
人力物力加以研发和应用。掌握了先进复合材料制造技术,就掌握了
未来科技的制胜法宝。
参考文献:
王荣国,武卫莉,谷万里.复合材料概论.哈尔滨工业大学出版社
2004
刘雄亚,谢怀勤.复合材料工艺及设备.武汉工业大学出版社,1994
周祖福.复合材料学.武汉工业大学出版社,1995