针对碳纤维管两种成型方式分析

  碳纤维增强热塑性复合材料的成型技术有着几十年的发展历史,形成了多种类型的成型制备工艺。在当前工业生产上,较为常见的传统结构成型工艺包括热压罐成型、拉挤成型和缠绕成型等。本文由江苏博实来对碳纤维管的两种成型方式做个简单分析。

  1.拉挤成型

  拉挤成型是一种连续制造复合材料构件的工艺方法,可用来制造恒定截面的构件。其工艺流程是先将碳纤维在树脂中浸润,然后使其在牵引设备的作用下通过挤压模具成型、固化,连续不断地生产长度不限的复合材料。

  早在1992年,s.R.Taylor发明了一项专利,其预先采用超声波振动来促进树脂的流动性,从而提高纤维在基体中的浸润效果,再通过拉挤设备制备出最终的复合材料。K.V.D.Kathleen等图设计并开发了--套带有预加热装置的纤维增强热塑性复合材料拉挤成型设备,工艺流程前期的预加热步骤可以很好地改善纤维在树脂中的分散浸润效果。P.J. Novo等采用粉末浸渍制备预浸料,通过拉挤成型工艺制备了碳纤维增强聚丙烯复合材料,并研究了多种工艺条件下,复合材料的力学性能变化规律。

  拉挤成型工艺具有自动化程度高、能耗损失较少、制品质量稳定原料耗费低以及制品中纤维含量较高等优点。然而,拉挤成型工艺最大的缺点是产品形状单调,只能生产线形型材,无法构造复杂形状的结构件,而且产品的性能具有各向异性,材料垂直于纤维的横向强度不高,这极大限制了材料的应用范围。

  2.缠绕成型

  20世纪40年代,缠绕成型工艺开始发展,历经几十年后已成为聚合物基复合材料一种重要的成型技术。缠绕成型是先将浸渍树脂的连续纤维预热,并缠绕到芯模上,在缠绕的过程中持续加热,再通过施加压力使预浸料熔接为一体,逐层粘合,冷却后得到相应构件制品。

  X. Gabrion通过纤维缠绕成型工艺制备了碳纤维增强热塑性聚酰亚胺复合材料,并研究了温度对复合材料力学性能的影响。J. Romagna等使用粉末浸渍法制备了纤维增强聚酰亚胺预浸料,并通过纤维缠绕成型制备了管状复合材料。N.O.Cabrera等通过纤维缠绕成型工艺制备了碳纤维增强聚丙烯复合材料.研究发现通过改变加热温度和缠绕方法,可以改变复合材料的力学性能。通过正交试验研究了影响缠绕成型高模量碳纤维复合材料薄壁管件壁厚的因素,结果发现挤胶装置间隙对壁厚影响最大,其次是胶液温度,再次是纤维缠绕张力。

  缠绕成型工艺的优点在于可以通过改变缠绕规律来发挥碳纤维的强度优势,且易于实现机械化生产,其不足之处在于纤维在缠绕过程中不能紧贴芯模表面,因此制备具有凹面的零部件较为困难,并且缠绕机的成本较高。