復合材料是由兩種或多種具有不同物理和化學性質的材料,通過特定的工藝方法組合而成的一種多相固體材料。這些材料在復合過程中,各組分保持相對獨立性,但又通過界面產生相互作用,共同承擔載荷,從而發揮出單一材料所不具備的綜合性能。本文將深入探討復合材料成型技術中的兩種重要工藝:高壓樹脂傳遞模塑成型工藝(HP-RTM)和濕法模壓成型工藝(WCM)。
HP-RTM成型工藝
HP-RTM,全稱High Pressure Resin Transfer Molding,即高壓樹脂傳遞模塑成型工藝。它利用高壓壓力將樹脂對沖混合并注入到預先鋪設有纖維增強材料和預置嵌件的真空密閉模具內,經樹脂流動充模、浸漬、固化和脫模,獲得復合材料制品。
特點與優勢:
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高壓注膠:HP-RTM工藝通常在1.0~6.0 MPa(10~60 bar)甚至更高的壓力下注膠,相較于傳統的RTM工藝的0.6~1.5 MPa(6~15 bar)注膠壓力,樹脂可以更快地充滿模腔,完成對預成型纖維體的浸潤過程,并且促進氣泡排出,提高制品的表面成型質量。
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高效生產:HP-RTM工藝可以實現低成本、短周期、大批量及高質量的生產,工藝過程可縮短至5分鐘以內。
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適用復雜形狀:由于高壓注膠的優勢,HP-RTM工藝特別適用于制造形狀復雜的零件,如汽車、飛機、風力發電等領域的復合材料制品。
應用實例:
HP-RTM工藝在沃爾沃新的XC90跨界SUV、寶馬i3和i8汽車車身Life模塊結構中的碳纖維復合材料制件中得到了廣泛應用。
濕法模壓成型工藝(WCM)
濕法模壓成型工藝,也稱WCM工藝,是一種將裁切好的碳纖維或玻纖干布鋪放成平面,然后進行涂膠、合模、抽真空、加壓、加熱固化,最后開模取出產品的成型工藝。
特點與優勢:
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生產效率高:濕法模壓工藝的生產效率高,自動化產線平均節拍時間約為3分鐘。
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成本低:該工藝不需要預制體,適合滲透率較低的織物(如碳氈),鎖模力較小,壓機噸位較低,從而降低了生產成本。
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適用簡單形狀:濕法模壓工藝更適合加工形狀復雜程度低(2D或2.5D造型)的制品,如BMW i3和i8車型中的濕壓部件。
應用實例:
濕法模壓工藝在NIO ES6/ES7等車型中得到了量產化應用,同時在航空航天、無人機等領域也展現出廣闊的應用前景。
總結
HP-RTM和濕法模壓成型工藝作為復合材料成型技術的重要組成部分,各自具有獨特的特點和優勢。HP-RTM工藝以其高壓注膠、高效生產和適用于復雜形狀零件的特點,在汽車、飛機、風力發電等領域得到了廣泛應用;而濕法模壓成型工藝則以其生產效率高、成本低和適用于簡單形狀零件的特點,在汽車零部件、航空航天等領域展現出了巨大的潛力。隨著科技的進步和市場需求的變化,這兩種工藝將不斷得到優化和創新,為復合材料的廣泛應用提供更加高效、可靠的解決方案。