碳纤维假脚的热压罐成型技术分析

  碳纤维增强复合材料是以碳纤维或石墨纤维或其制品为增强体的聚合物复合材料,与其他材料相比,碳纤维复合材料具有质量轻、比模量高、强度高、热稳定性好等优异特点,因此被广泛应用于汽车、医疗、航空航天和能源产业等领域。20世纪90年代以后,假肢技术朝着更精密、更舒适和更符合个人要求的高技术方向发展,本文主要讲述的是真空袋热压法成型工艺在碳纤维复合材料假脚生产过程中的应用和改进。

  1.碳纤维预浸布裁剪

  按照设计的假脚外形尺寸设计好所需的碳纤维预浸布的大小和数量,对碳纤维预浸布进行裁剪,裁剪时要特别注意纤维的方向,确保偏差不能大于1°。

  2.铺层

  在将要铺碳纤维预浸布的模具上涂脱模剂,以便产品成型以后可以光滑完整地从模具上取下。然后将裁剪好的碳纤维预浸布在合适的室温和环境中按照一定的顺序和方向进行铺层。第一层和最后一层采用网纹碳纤维预浸布,在固化成型后既可以起到美化产品的作用,又可以增加产品的强度;中间层采用直纹碳纤维预浸布,纤维轴向要与假脚产品前进方向一致。碳纤维复合材料假脚通常由两块固化成型后的脚板装配而成,本工艺选取其中上脚板模具的铺层样式,如图1所示。铺层时每一层都要用橡胶棒或者刮板将碳纤维预浸布展开刮平,确保层与层之间不得有气泡或者褶皱等缺陷。

  3.抽真空预压实

  用毛毡包裹铺有碳纤维预浸布的模具,使其在固化过程中能吸附排出来多余的树脂,然后转运到热压罐内抽真空的平台上,再将真空袋薄膜用腻子胶条将四周密封好,进行抽真空预压实,检查真空袋是否漏气。图2是抽真空预压实阶段示意图。

  4.热压罐固化成型

  正式开机之前,逐一检查各相关设备,确保各设备运行正常、安全;然后按照阶段性的温度、压力条件,对碳纤维预浸布进行固化成型。本工艺设定三个阶段的温度、力条件数值,待全部阶段完成并停机后,从模具上取下固化成型的产品。至此,碳纤维假脚的真空袋热压工艺流程就全部完成。后续再对固化成型的碳纤维板进行其他加工处理和装配,就可以得到碳纤维复合材料假脚成品。

  传统聚氨酯类假脚的放/储能比一般在50%左右;而采用高弹性和高强度的碳纤维复合材料制造的假脚,其放/储能比可达95%以上,这让患者在行走时更为省力,同时由于其质量更轻,因此,碳纤维复合材料在假脚上的应用越来越频繁。

 

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