[復(fù)合材料模壓工藝]復(fù)合材料模壓成型工藝.docx

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1、[復(fù)合材料模壓工藝]復(fù)合材料模壓成型工藝復(fù)合材料模壓工藝復(fù)合材料由于其眾所周知的優(yōu)異性能及各種工藝的日益成熟、原材料來(lái)源豐富、成本下降、可靠性提高,使其受到用戶與生產(chǎn)者雙方的青睞,越來(lái)越多地取代傳統(tǒng)金屬材料,我們的時(shí)代已進(jìn)入了復(fù)合材料時(shí)代。據(jù)美國(guó)塑料工業(yè)協(xié)會(huì)復(fù)合材料所(SocietyofthePlasticsIndustry"sInstitute)1997年元月27日發(fā)表的年度統(tǒng)計(jì)報(bào)告表明:1996年美國(guó)復(fù)合材料的銷(xiāo)售量為161萬(wàn)噸,比1995年的158.5萬(wàn)噸增長(zhǎng)約1.6%,是復(fù)合材料的銷(xiāo)售量連續(xù)第五年增長(zhǎng)。據(jù)預(yù)測(cè),1997年以及以后

2、五年內(nèi)復(fù)合材料銷(xiāo)售量仍會(huì)連續(xù)增長(zhǎng)。聚合物基復(fù)合材料模壓成形工藝在各種成形工藝方法中占有重要地位,主要用于異型制品的成形,因而所用的成形壓力高于其它工藝方法。由于模壓成形工藝所需設(shè)備簡(jiǎn)單,又能對(duì)纖維料、碎布、氈料、層壓制品、纏繞制品、編織物進(jìn)行模壓成形,因而被各種規(guī)模的復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)所普遍采用,復(fù)合材料模壓工藝也幾乎為各生產(chǎn)單位家喻戶曉。因此,本文并不打算對(duì)模壓復(fù)合材料制品工藝進(jìn)行系統(tǒng)介紹,僅就影響復(fù)合材料制品質(zhì)量的一些重要環(huán)節(jié)談?wù)勼w會(huì),因?yàn)榫蛷?fù)合材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)異型件而言,保證質(zhì)量、提高合格率比一般制件更為重要,難度也更大。一、對(duì)復(fù)合材料

3、模壓制品質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素模壓成形工藝的基本過(guò)程是將一定量的經(jīng)過(guò)一定預(yù)處理的模壓料放入預(yù)熱的壓模內(nèi),施加較高的壓力使模壓料充滿模腔。在預(yù)定的溫度條件下,模壓料在模腔內(nèi)逐漸固化,然后將制品從壓模內(nèi)取出,再進(jìn)行必要的輔助加工即得到最終制品。從上述過(guò)程看,完成最終制品涉及的因素有模壓料本身、壓模模具、加壓加溫的熱壓機(jī)等;最重要的當(dāng)是壓制工藝,本文將單列一節(jié)予以重點(diǎn)講述;還有工作環(huán)境和輔助加工等。1.模壓料任何形式的模壓料(碎布料、氈料、長(zhǎng)、短纖維),在裝模前均應(yīng)使其按預(yù)定比例與樹(shù)脂均勻浸漬。對(duì)經(jīng)溶劑稀釋的樹(shù)脂溶液,在浸漬纖維后應(yīng)充分晾置使溶劑

4、揮發(fā)。晾置時(shí)間與環(huán)境溫度濕度有關(guān)。2.壓制模具制品用的模具除應(yīng)保證在工作壓力下的強(qiáng)度、剛度條件以外,主要應(yīng)考慮能給制品的各部位、各方向較均勻地加上壓力。一定的拔模斜度既能保證制品順利出模,又能起到側(cè)向加壓的作用。模具設(shè)計(jì)盡量使制品整體成形,既可保證制品的強(qiáng)度、剛度,又可減少輔助加工工序和工裝模具數(shù)量。在模具上應(yīng)開(kāi)有流膠槽使多余的膠料順利排出。壓模的成型表面應(yīng)至少進(jìn)行拋光或鍍鉻,使光潔度在Δ9以上,以保證順利脫模。應(yīng)在模具靠近型腔部位開(kāi)設(shè)測(cè)溫孔。模具本身,必要時(shí)考慮設(shè)計(jì)一定的附件以保證較方便地實(shí)現(xiàn)脫模。3.壓機(jī)壓機(jī)的尺寸和噸位應(yīng)能滿足制品

5、及所選材料、模具結(jié)構(gòu)的要求。壓機(jī)的溫度、壓力最好能有手控和自動(dòng)控制兩種模式。壓機(jī)的工作臺(tái)或上下加熱板應(yīng)盡量使工件保持水平以避免樹(shù)脂向一側(cè)流聚。加熱板在有效工作范圍內(nèi)溫度差控制在±5℃左右。4.工作場(chǎng)地工作場(chǎng)地應(yīng)光線充足、通風(fēng)良好,溫度、濕度滿足要求,吊升降叉車(chē)、真空泵、壓縮機(jī)、工作臺(tái)等配套設(shè)備齊全、工作安全可靠。環(huán)境清潔、整齊。二、復(fù)合材料模壓制品的壓制工藝復(fù)合材料模壓制品的壓制工藝(以環(huán)氧樹(shù)脂基體復(fù)合材料為例)是指模壓料裝模后在固化劑存在或加熱的條件下在模腔內(nèi)固化成制品的過(guò)程。它是溫度、壓力、時(shí)間綜合作用的結(jié)果,壓制工藝條件的選擇及可

6、靠控制是決定制品質(zhì)量的關(guān)鍵。雖然原則上講某一種牌號(hào)的樹(shù)脂有一定的固化特性,但由于同牌號(hào)樹(shù)脂的分子量、軟化點(diǎn),環(huán)氧值等都有一定的變化范圍,因而固化特性也會(huì)有所差異。為保證復(fù)合材料制品的質(zhì)量,最好對(duì)每一批次樹(shù)脂的固化特性進(jìn)行測(cè)定,以確定最佳的壓制工藝。這一工作我們是通過(guò)DDA(動(dòng)態(tài)介電分析)和DMA(動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析)來(lái)完成的。環(huán)氧樹(shù)脂的固化過(guò)程從DDA曲線來(lái)看可分為軟化流動(dòng)、凝膠、固化、熟化(后固化)四個(gè)階段。如將后兩個(gè)階段合并為固化階段也可視為三個(gè)階段。根據(jù)制品材料制作的試片所測(cè)的DDA曲線,再根據(jù)制件的厚度和模具結(jié)構(gòu)情況,確定在一定的

7、加熱速度下每個(gè)階段所需保溫時(shí)間和加壓時(shí)機(jī)。在對(duì)不同加熱速率、不同保溫時(shí)間和加壓時(shí)機(jī)的試片進(jìn)行DMA測(cè)試后,選擇動(dòng)態(tài)力學(xué)性能最好的試片的溫度、壓力與時(shí)間關(guān)系的固化特性確定壓制工藝。圖1、2、3分別為F46+BF3·MEA樹(shù)脂體系試片的DDA、DMA測(cè)試曲線及該體系為基體的結(jié)構(gòu)制品的固化曲線。由于該復(fù)合材料制品尺寸大、厚度厚、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,為保證接頭部位的強(qiáng)度和剛度又采用了難度很大的整體成形工藝,因而固化壓制工序成了特別關(guān)鍵的工序。考慮產(chǎn)品大而厚的因素及壓機(jī)中心位置與邊緣溫度的差異,為保證整個(gè)產(chǎn)品均勻固化,我們?cè)?0℃的軟化流動(dòng)峰前增加了在(4

8、5±5)℃時(shí)0.5小時(shí)的低溫保溫過(guò)程。另外,在固化后的自然降溫階段,考慮到鋼模與碳復(fù)合材料熱物理性能的差異,為避免鋼模收縮造成復(fù)合材料制品的翹曲變形,在工藝文件中規(guī)定在產(chǎn)品溫度降至70℃左右時(shí)松開(kāi)模具四周的