熱壓罐工藝是指將預浸料按鋪層要求鋪放于模具上,并密封在真空袋中后放入熱壓罐中,經過熱壓罐設備加溫、加壓,完成材料固化反應,使預浸料坯件成為所需形狀,并滿足質量要求構件的工藝方法。
熱壓罐工藝優點:
罐內壓力均勻:用壓縮空氣或惰性氣體(N2、CO2)或混合氣體向熱壓罐內充氣加壓,作用在真空袋表面各點法線上的壓力相同,使構件在均勻壓力下成型、固化;
罐內空氣溫度均勻:加熱(或冷卻)氣體在罐內高速循環,罐內各點氣體溫度基本一致,在模具結構合理的前提下,可以保證密封在模具上的構件升降溫過程中各點溫差不大;
適用范圍廣:模具相對比較簡單,效率高,適合大面積復雜型面的蒙皮、壁板和殼體的成型,可成型各種復雜的結構及不同尺寸的零件。熱壓罐的溫度和壓力條件幾乎能滿足所有聚合物基復合材料的成型工藝要求;
成型工藝穩定可靠:熱壓罐內的壓力和溫度均勻,可以保證成型零件的質量穩定。熱壓罐工藝制造的構件孔隙率較低、樹脂含量均勻,相對其他成型工藝熱壓罐工藝制備零件的力學性能穩定可靠,迄今為止,航空航天領域要求高承載的絕大多數復合材料零件都采用熱壓罐工藝。
熱壓罐工藝缺點:
投資大,成本高:與其他工藝相比,熱壓罐系統龐大,結構復雜,屬于壓力容器,投資建造一套大型的熱壓罐費用很高;每次固化都需要耗費大量價格昂貴的真空袋、密封膠條、隔離膜、透氣氈、脫模布等輔助材料,同時成型中要耗費大量的水、電、氣等能源。
熱壓罐工藝主要應用包括:
航空航天領域:蒙皮件、肋、框、整流罩等;
汽車領域:車身覆蓋件和車身結構件,比如機蓋內外板、車門內外板、頂蓋、翼子板、門檻梁、B柱等;
軌道交通:枕梁、邊梁等;
船艇工業、高端消費品等。
熱壓罐工藝是制造連續纖維增強復合材料制件的主要方法。廣泛應用于航空航天、軌道交通、體育休閑和新能源等高新技術領域,熱壓罐工藝生產的復合材料制品占整個復合材料制品產量的50%以上,在航空航天領域的比重更是高達80%以上。
熱壓罐專用真空輔材
真空袋膜
真空袋薄膜 復合材料構件固化成型的工藝輔助材料,在一定環境條件下可形成并保持真空狀態的薄膜材料。它的功能是形成真空體系。
脫模布通常被用作第一道隔離產品以及其他真空輔助材料.脫模布不會粘在產品上,在固化成型后很容易撕離,可以達到230度左右。
聚四氟乙烯高溫布采用優質玻璃纖維為編織材料,進行平紋、斜紋、緞紋或采用其它織法編織成高級玻璃纖維布基材,再經獨特的工藝技術,反復充分浸漬懸浮聚四氟乙烯乳液,生產各種厚度多種超寬的耐高溫布。
隔離膜
絕大部分情況下隔離膜與層壓制品直接接觸,并把層壓制品和無脫模性的透氣氈隔離開。現有的隔離膜是根據固化溫度、壓力、制件的復雜程度以及樹脂體系而選擇的。隔離膜通常提供有孔的是用于確保去除嵌入到層壓板里的空氣和揮發物。
透氣氈
針刺工藝流程控制嚴密,面密度均勻,厚度恰當。全過程100%金屬探測,不會混有任何金屬斷針。強度好,耐壓,耐溫,隨型性良好。
芳綸透氣氈
應用于熱壓罐工藝,170度是其軟化點,熔點大于240度,可以經歷短時的200度以下的高溫。
密封膠帶
密封膠帶用于真空袋和模具制件的密封。密封膠帶必須有足夠的粘性跟模具表面粘貼得很好,但是又不能太粘以致真空袋薄膜上的密封膠帶不能撕下來以備重新定位使用。同時在固化后,密封膠帶必須從模具表面上干凈的撕下來。我們提供一系列不同固化情況的密封膠帶。
真空管路
真空管件包括真空底座,防回流陰陽接頭以及真空狀態下使用的各種管路。使用這些管件可確保真空作業中不出現漏氣狀況。
熱壓罐成型工藝的應用
熱壓罐作為一種碳纖維制品應用較多的成型方式,具體的步驟如下:
一、準備過程
該過程主要包括工具的準備和材料的準備,主要包括模具、碳纖維預浸料、輔助材料的準備。
二、材料鋪貼
這個步驟包括預浸料的裁切、鋪層和壓實。主要是將碳纖維預浸料按照不同的尺寸和要求進行裁剪,裁剪可選擇樣板,也可以采用自動切割機。最后再將預浸料裁剪成想要的尺寸,按照設計的鋪層方式進行鋪層,最后再進行預壓實處理。目前碳纖維制品如碳纖維管、碳纖維板或者其他異形件都是采用手工鋪層的方式,靈活性較高。
三、固化準備過程
這個步驟主要包括碳纖維制品的裝袋、輔助材料的裁切、鋪放等,通常固化準備工作包括制件、模具、真空袋和輔助材料的準備。其中,必須使用的輔助材料包括脫模材料、透氣材料(用以均勻地分散真空袋體系內的真空)等。
四、固化成型
固化是每個碳纖維制品的必要步驟,是將預浸料中的熱固性樹脂在固定工藝條件下進行加溫加壓,形成的比較穩固的三維網狀結構的過程。對于熱固性碳纖維復合材料來說,一旦進行固化,所有因為鋪層或者固化過程中產生的缺陷都是不可改變的,因此在進行熱壓罐固化的時候,嚴格控制工藝參數就顯得很重要了。
五、檢測
檢測主要分為三種方式:目測、超聲或X射線無損檢測。當碳纖維制品固化成型后,首先需要對外表進行目測、看看是否存在白斑、缺膠、集膠等問題,而內部檢測通常采用超聲或X射線無損檢測,可以根據材料不同的密度來顯示不同的存在形態,也可對內部的密集空隙和分層進行檢測。
六、后加工
主要是因為加工成型后的碳纖維制品會出現毛刺或者飛邊的情況,可以通過拋光機或者銑床等進行修整,從而達到設計的需求。
除上述固定步驟外,某些復合材料制件需要進行熱壓罐二次成型,進行共膠接或共固化,后制備具有復雜形狀的復合材料制件。