01熱壓罐成型
熱壓罐成型是目前應用最為廣泛的樹脂基復合材料整體化成型工藝,其成型原理是利用熱壓罐內的高溫壓縮氣體對鋪放好的預浸料進行加熱、加壓處理,使材料固化成型。
盡管熱壓罐成型的應用范圍較廣、成型制品質量穩定,但是由于投資巨大、成本過高,不符合復合材料的快速、低沉本、低污染制造的發展理念。
02拉擠成型
拉擠成型是一種連續制造復合材料構件的工藝方法,可用來制造恒定截面的構件。其工藝流程是先將碳纖維在樹脂中浸潤,然后使其在牽引設備的作用下通過擠壓模具成型、固化,連續不斷地生產長度不限的復合材料。
拉擠成型工藝具有自動化程度高、 能耗損失較少、 制品質量穩定、 原料耗費低以及制品中纖維含量較高等優點。 然而, 拉擠成型工藝最大的缺點是產品形狀單調, 只能生產線形型材, 無法構造復雜形狀的結構件, 而且產品的性能具有各向異性, 材料垂直于纖維的橫向強度不高, 這極大限制了材料的應用范圍。
03纏繞成型
纏繞成型是先將浸漬樹脂的連續纖維預熱, 并纏繞到芯模上, 在纏繞的過程中持續加熱, 再通過施加壓力使預浸料熔接為一體, 逐層粘合,冷卻后得到相應構件制品。
纏繞成型工藝的優點在于可以通過改變纏繞規律來發揮碳纖維的強度優勢, 且易于實現機械化生產, 其不足之處在于纖維在纏繞過程中不能緊貼芯模表面, 因此制備具有凹面的零部件較為困難,并且纏繞機的成本較高。
04自動纖維鋪放成型
自動纖維鋪放是一種從纏繞成型發展而來的先進快速成型技術,可分為自動纖維絲鋪放(AFP)技術和自動纖維帶鋪放(ATL)技術,多用于航空航天領域。自動纖維鋪放技術具有生產效率高、 自動化程度高、 易于數字化設計的優點。
05超聲波快速固結成型
超聲波快速固結成型是一種先進的復合材料成型技術, 其常與AFP和ATL技術共用, 用來替代傳統熱源, 其超聲波的頻率一般在20~120kHz。
超聲波固結類似于利用超聲波在兩層或多層材料間進行焊接, 其原理是超聲波在層間界面之間的傳遞, 由于界面焊區聲阻較大, 局部區域溫度上升, 而樹脂的導熱性差, 熱量會逐漸在焊區聚集, 兩層樹脂的接觸面迅速熔融, 并在壓力下融成一體, 待超聲波停止作用后, 保持壓力使界面凝固成型。
超聲波快速固結成型技術具有能耗較低、 成本少、 效率高及自動化的特點, 適用于大批量生產經超聲波固結加工的材料。
06激光固結成型
激光固結成型技術常與AFP,ATL技術聯用, 用激光來代替高溫氣體熱源, 能夠減少能耗、 降低污染、 節約物料, 并且可以加快復合材料的鋪層速率, 提高自動化生產效率, 特別是在飛機的尾翼、 機身等材料的制備上都已經得到廣泛應用。
07電子束固結成型
電子束固結成型技術是一種無需熱壓的新型固結成型技術, 高能電子束通過與介質的碰撞將能量在短時間內傳遞給介質分子, 從而產生物理化學變化, 引發聚合物分子交聯,從而使材料固化。
電子束固結技術可以與纏繞成型、纖維自動鋪放成型、 樹脂傳遞模塑(RTM)等多種工藝相結合, 實現自動化生產。 電子束固結可以在室溫下進行, 這能夠消除了復合材料成型中的熱應力, 并且這種技術還具有成本小、污染低、效率高的優點。
08真空輔助成型
真空輔助成型是從RTM工藝發展而來的新型大型復合材料結構件制造技術, 具有低成本、 高性能、高效率等特點。 真空輔助成型的主要原理是利用真空負壓排出纖維中的氣體, 實現樹脂的流動與滲透來浸漬碳纖維, 在真空下固化成復合材料構件,是一種新型的大型復合材料制件的低成本液體模塑成型技術。
093D打印成型
3D打印技術是一種通過數字化控制系統,采用逐層打印的方式來構造三維材料實體的增材制造技術,具有自動化、智能化、精確化以及高 效化的特點。近年來,隨著3D打印技術的蓬勃發展,利用3D打印技術制備碳纖維增強熱塑性復合材料已經成為學術界研究的熱點,其中選擇性激光燒結(SLS)和熔融沉積 成型(FDM)是目前應用最為廣泛的技術。
近年來,4D打印技術也開始嶄露頭角,4D打印是指通過3D打印制備的結構在特定的外界條件(溫度、 濕度等)刺激下, 按照預先設計自組裝與變形, 無需人為干涉, 即通過3D打印制造隨時間產生變化的物質。
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