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一文了解碳纤维预浸料【苏州复材展】

发布时间:2024-11-21
碳纤维预浸料是由增强材料(碳纤维纱、环氧树脂、离型纸),经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的复合材料,又名碳纤维预浸布。

做碳纤维制品时,需要用预浸料作为中间材料,碳纤维制品能否拥有优异的力学特性,关键看预浸料能否起到承上启下的作用。
碳纤维UD预浸料产品包括纸管、离型纸或PE膜、树脂和纤维复合体、离型纸,如图下:

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众所周知,碳纤维具有强度高、密度小,其强度能达到钢材的6到12倍,密度却不到钢的1/4,碳纤维兼具纺织纤维的柔软性和可塑性,能根据模具的形状做出各种产品,并且它不是金属材料,耐腐蚀性,使用寿命长。
预浸料优势:
①力学性能好;
②产品缺陷少;
③精确控制纤维体积含量;
④性能和加工特性一致性好;
⑤最佳的性能/重量比。
分 类
(1)单向预浸料(UD):

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(2)织物预浸料:

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①平纹:铺覆性能差;纤维弯曲率高。

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②缎纹:铺覆性能好;纤维弯曲率低。

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③斜纹:铺覆性能中等;纤维弯曲率中等。

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④无弯曲织物(多轴布):铺覆性能中等;纤维无弯曲。

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碳纤维预浸料制备工艺:
溶剂型工艺:

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只适用于制备织物预浸料
两步法热熔型预浸料工艺路线
a. 树脂膜制备

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b.含浸

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一步法热熔型预浸料制备工艺

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热熔法工艺是生产碳纤维预浸料的主流工艺,对于一步法和二步法生产工艺而言,其比较如下:

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热压罐工艺

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预浸料模压工艺 (PCM工艺)

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预浸料带卷管工艺/预浸丝缠绕工艺

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工艺选择
在制造工艺的选择上基于产品类别及客户对品质、成本的要求这三点因素。

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碳纤维预浸料因其优异的性能而被广泛应用于航空航天、汽车、体育器材、建筑等领域。在航空航天领域,碳纤维预浸料被用于制造飞机、卫星等高性能结构件,以减轻重量、提高性能。在汽车领域,碳纤维预浸料被用于制造轻量化车身、底盘等部件,以提高汽车的燃油经济性和行驶稳定性。在体育器材领域,碳纤维预浸料被用于制造高档自行车、高尔夫球杆、钓竿等器材,以提高器材的强度和耐用性。在建筑领域,碳纤维预浸料被用于制造桥梁、建筑外墙等结构件,以提高建筑的安全性和耐久性。
随着科技的不断发展,碳纤维预浸料在未来将会有更加广阔的应用前景。首先,随着碳纤维制备技术的不断提高,碳纤维的性能将会得到进一步提升,从而推动碳纤维预浸料性能的提升。其次,随着新型树脂基体的研究和开发,碳纤维预浸料的综合性能将会得到进一步优化。此外,碳纤维预浸料的加工成型技术也将会不断改进和创新,为碳纤维预浸料的应用提供更多可能性。
预浸料工艺问答
1.1 预浸料如何铺贴成部件?
在碳纤维预浸料铺贴成件过程中首先需要工装设计,通过设计一种简单、稳定的工装意味着在固化过程中能够对部件施加均匀压力,工装设计主要考虑因素如下:在碳纤维预浸料铺贴成件过程中首先需要工装设计,通过设计一种简单、稳定的工装意味着在固化过程中能够对部件施加均匀压力,工装设计主要考虑因素如下:

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1.2 预浸料工艺技术有哪些?
预浸料常用的成型工艺主要包括真空袋工艺、热压罐工艺、模压工艺、卷管工艺、拉挤成型工艺、缠绕成型工艺、压力袋工艺等。
真空袋工艺:通过将产品密封在模具和真空袋之间,通过抽真空对产品加压、加热,从而获得性能优异产品,其优点在于压力均匀、有助于减少气泡产生。真空袋工艺的主要步骤包括铺贴预浸料后打带、密封,然后抽真空将空气抽走。抽真空时,产生压力达到1个大气压,从而起到对铺层进行压实的作用,然后将其送入固化炉内进行固化,或者采用自加热模具固化。

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真空袋工艺的主要步骤
热压罐工艺:热压罐是一种压力容器,通过控制不同真空、压力、升温速率和固化温度等参数为复合材料提供固化条件;该成型技术与真空袋工艺相类似,它通过将预浸料放置真空袋置于热压罐中,将真空泵打开抽至真空,再经过一定时间的真空加热使其固化;该成型工艺稳定可靠,使用范围十分广泛,适用于制造军用机载雷达罩、整流罩、飞机舱门、机翼等产品。

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模压工艺:将一定量的预浸料加入金属对模内,经加热、加压固化成型的方法。其主要优点在于生产效率高、产品尺寸精度高、重复性好,但模具制造复杂、成本较高。
卷管工艺:采用卷管机上的热辊,使预浸料软化,随后在一定张力下,在辊的旋转操作过程中,利用辊和心轴之间的摩擦,将预浸料连续卷到管芯上,然后通过冷辊冷却定型,从卷绕机取出,在固化炉中固化。卷管工艺主要用于加工管状结构件。

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1.3 什么是预浸料夹层结构?
夹层结构是由薄的高强度预浸料蒙皮黏合在较厚的蜂窝、泡沫或轻木芯上构成。具有自粘特性的预浸料不需要额外的胶膜,因此可以更低的成本生产轻型的夹层结构。

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该结构的优点包括:重量轻、刚度高、经久耐用、设计自由,生产成本低。
1.4 夹层结构是如何制造的?
可以使用热压罐、模压或真空袋成型来制造夹层结构,在热压罐或模压情况下,通过可以一次性铺贴并固化夹层结构,但是对于大型部件的真空袋固化而言,可能需要两个或以上的阶段进行铺贴和固化,这样可以提高部件的质量,避免孔隙和蜂窝印痕,避免过度压力导致的蜂窝滑移,乃至蜂窝破裂。

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此文由中国复合材料工业协会搜集整理编译,部分数据来源于网络资料。文章不用于商业目的,仅供行业人士交流,引用请注明出处。


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