碳纤维复合材料成型工艺

碳纤维复合材料成型工艺

        碳纤维复合材料虽然性能优异，但因为成本和批量化生产效率的问题，迟迟没有大规模应用。如何高速、高效大批量生产高质量、低成本的碳纤维复合材料，并提高材料利用率，是业界人士的共同目标。

        碳纤维复合材料在发挥其轻质高强的基础上，会根据应用对象的差异采用不同的成型工艺，从而尽可能地发挥出碳纤维所具有的特殊性能。

成型工艺改进、优化的目的主要是提高效率和制品质量，从而降低整体的加工成本。 （1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法； （2）喷射成型工艺； （3）树脂传递模塑成型技术（RTM技术）； （4）袋压法（压力袋法）成型； （5）真空袋压成型； （6）热压罐成型技术； （7）液压釜法成型技术； （8）热膨胀模塑法成型技术； （9）夹层结构成型技术； （10）模压料生产工艺； （11）ZMC模压料注射技术； （12）模压成型工艺； （13）层合板生产技术； （14）卷制管成型技术； （15）纤维缠绕制品成型技术； （16）连续制板生产工艺； （17）浇铸成型技术； （18）拉挤成型工艺； （19）连续缠绕制管工艺； （20）编织复合材料制造技术； （21）热塑性片状模塑料制造技术及冷模冲压成型工艺； （22）注射成型工艺； （23）挤出成型工艺； （24）离心浇铸制管成型工艺； （25）其它成型技术。          随着碳纤维复合材料应用的深入和发展，碳纤维复合材料的成型方式也在不断地以新的形式出现，但是碳纤维复合材料的诸种成型工艺并非按照更新淘汰的方式存在的，在实际应用中，往往是多种工艺并存，实现不同条件、不同情况下的最好效应。相信在未来几年碳纤维复合材料成型速度会不断提高，或许一分钟内成型将不会是空谈。

        在模具工作面上涂敷脱模剂、胶衣，将剪裁好的碳纤维预浸布铺设到模具工作面上，刷涂或喷涂树脂体系胶液，达到需要的厚度后，成型固化、脱模。在制备技术高度发达的今天，手糊工艺仍以工艺简便、投资低廉、适用面广等优势在石油化工容器、贮槽、汽车壳体等许多领域广泛应用。其缺点是质地疏松、密度低，制品强度不高，而且主要依赖于人工，质量不稳定，生产效率很低。

         属于手糊工艺低压成型中的一类，使用短切纤维和树脂经过喷枪混合后，压缩空气喷洒在模具上，达到预定厚度后，再手工用橡胶锟按压，然后固化成型。为改进手糊成型而创造的一种半机械化成型工艺，在工作效率方面有一定程度的提高，但依然满足不了大批量生产，用以制造汽车车身、船身、浴缸、储罐的过渡层。        将逐层铺叠的预浸料放置于上下平板模之间加压加温固化，这种工艺可以直接继承木胶合板的生产方法和设备，并根据树脂的流变性能，进行改进与完善。

层压成型工艺主要用来生产各种规格、不同用途的复合材料板材。具有机械化和自动化程度高、产品质量稳定等特点，但是设备一次性投资大。         将经过树脂胶液浸渍的连续纤维或布带按一定规律缠绕到芯模上，然后固化、脱模成为复合材料制品的工艺。

碳纤维缠绕成型可充分发挥其高比强度、高比模量以及低密度的特点，制品结构单一，可用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形碳纤维制品。         将浸渍树脂胶液的连续碳纤维丝束、带或布等，在牵引力的作用下，通过挤压模具成型、固化，连续不断地生产长度不限的型材。拉挤成型是复合材料成型工艺中的一种特殊工艺，其优点是生产过程可完全实现自动化控制，生产效率高。拉挤成型制品中纤维质量分数可高达80%，浸胶在张力下进行，能充分发挥增强材料的作用，产品强度高，其制成品纵、横向强度可任意调整，可以满足制品的不同力学性能要求。

该工艺适合于生产各种截面形状的型材，如工字型、角型、槽型、异型截面管材以及上述截面构成的组合截面型材，碳纤维复合芯导线主要采用这种成型工艺。        将液态单体合成为高分子聚合物，再从聚合物固化反应为复合材料的过程改为直接在模具中同时一次完成，既减少了工艺过程中的能量消耗，又缩短了模塑周期（只需约2分钟便可完成一件制品）。但这种工艺的应用，必须以精确的管道输送和计量以及温度压力自动控制为基础，属于高分子材料和近代高新科学技术的交叉范畴，目前的应用还不是很广。液态成型主要包括：RTM成型工艺、RFI成型、VARI成型。

         树脂膜渗透(RFI)成型工艺示意图如下。主要优点是模具比RTM工艺模具简单，树脂沿厚度方向流动，更容易浸润纤维，没有预浸料，成本较低。但所得制品尺寸精度和表面质量不如RTM工艺，空隙含量较高，效率也稍微低一些，适合生产大平面或简单曲面的零件。         真空辅助成型工艺(VARI)的示意图如下，这种方法的优点是原材料利用率高，制件修整加工量少，不需要预浸料，成本较低，适用于常温或温度不高的大型壁板结构件生产。

但缺点和RFI成型工艺相似。            将单层预浸料按预定方向铺叠成的复合材料坯料放在热压罐内，在一定温度和压力下完成固化过程。热压罐是一种能承受和调控一定温度、压力范围的专用压力容器。

坯料被铺放在附有脱模剂的模具表面，然后依次用多孔防粘布(膜)、吸胶毡、透气毡覆盖，并密封于真空袋内，再放入热压罐中。加温固化前先将袋抽真空，除去空气和挥发物，然后按不同树脂的固化制度升温、加压、固化。固化制度的制定与执行是保证热压罐成型制件质量的关键。

该种成型工艺适用于制造飞机舱门、整流罩、机载雷达罩，支架、机翼、尾翼等产品。 这种方法使用较多，主要优点是： （1）制品尺寸稳定，重复性好； （2）纤维体积含量高（60%-65%）； （3）力学性能可靠； （4）几乎可成型所有的材料； （5）可固化不同厚度的层合版； （6）可制造复杂曲面的零件。 但也存在以下不足： （1）制件大小受热压罐尺寸限制； （2）周期长、生产效率低； （3）耗能高，运行成本高。        简称VIP， 在模具上铺“干”碳纤维复合材料，然后铺真空袋，并抽出体系中的真空，在模具腔中形成一个负压，利用真空产生的压力把不饱和树脂通过预铺的管路压入纤维层中，让树脂浸润增强材料，最后充满整个模具，制品固化后，揭去真空袋材料，从模具上得到所需的制品。

该工艺在1950年就出现了专利记录，但在近几年才得到发展。在真空环境下树脂浸润碳纤，制品中产生的气泡极少，制品的强度更高、质量更轻，产品质量比较稳定，而且降低了树脂的损耗，仅用一面模具就可以得到两面光滑平整的制品，能较好地控制产品厚度。一般应用于船艇工业中的方向舵、雷达屏蔽罩，风电能源中的叶片、机舱罩，汽车工业中的各类车顶、挡风板、车厢等。

        将碳纤维预浸料置于上下模之间，合模将模具置于液压成型台上，经过一定时间的高温高压使树脂固化后，取下碳纤维制品。这种成型技术具有高效、制件质量好、尺寸精度高、受环境影响小等优点，适用于批量化、强度高的复合材料制件的成型。但前期模具制造复杂，投入高，制件大小受压机尺寸的限制。 预浸料基材的成型工艺         另外片状模塑料（Sheet Molding Compound，SMC）模压成型工艺、长碳纤维增强热塑性材料（Long Carbon Fiber Reinforced Thermolplastics，CF-LFT）注塑成型工艺也得到了广泛应用。

        SMC由树脂糊浸渍纤维或短切纤维毡，两面覆盖聚乙烯薄膜而制成的片状模压料，属于预浸毡料范围。SMC成型效 率高、产品的表面光洁度好、外形尺寸稳定性好，且成型周期短、成本低，适合大批量生产，适合生产截面变化不太大的薄壁制品，在GFRP汽车部件生产领域已得到广泛应用。目前，在车用CFRP成型工艺方面，SMC主要用于片状短切纤维复合材料的生产，由于纤维的非连续性，制品强度不高，且强度具有面内各向同性特点。

而碳纤维在树脂糊中的润湿性是SMC工艺面临的重要课题，通过对碳纤维进行必要的表面处理，并采用适当的润湿分散剂能够有效提高碳纤维在树脂糊中的润湿性和均匀性。碳纤维SMC也在汽车工业领域获得了不少应用。 SMC的参考工艺流程         模压工艺在欧美虽然已经有相当长的应用历史，但是在国内�。

碳纤维复合材料的生产工艺有哪些

碳纤维复合材料成型工艺主要有：手糊成型、模压成型、喷射成型、缠绕成型、拉挤成型、真空导入成型、RTM成型、热压罐成型等等。请问您知不知道，有哪种成型工艺，纤维含量可达80%？博皓复合材料给您提示下：手糊工艺的纤维含量一般是30-40%，真空导入工艺纤维含量一般是60-70%，RTM工艺纤维含量一般是50-60%。

而拉挤工艺用的是直接纱（也有合股纱），且预浸体进入模具后会受到一个挤压的力，纤维含量可以高达80%。

缠绕碳纤维环氧树脂的模量

碳纤维环氧树脂复合材料是由纤维、基体和界面层三部分组成的一种新型材料，由于其低密度、高比强度、高比模量、耐热及稳定的物理化学性质等特点，在航空航天、现代化国防、医疗和建筑等领域得到广泛的应用。然而在碳纤维环氧树脂复合材料丝线制备过程中，碳纤维、树脂粘度、固化条件、缠绕张紧力和缠绕丝线结构等因素都影响碳纤维丝线材料的性能。

在碳纤维环氧树脂复合材料制备过程中，很少有学者对碳纤维丝缠绕拉力进行详细研究。

本文针对碳纤维复合材料制备过程中不同缠绕拉力，对材料特性的影响进行了试验研究，以便确定最佳缠绕拉力，提高复合材料的性能。试验采用T700碳纤维丝束与环氧树脂，把卷筒碳纤维安装在自动绕线机机架上，再将碳纤维丝通过树脂槽：向树脂槽内注入环氧树脂；使用拉力延伸计对碳纤维丝缠绕拉力进行设定；使碳纤维通过环氧树脂槽，在自动绕线机的矩形支架上进行缠绕。完成缠绕之后，将缠绕的碳纤维矩形支架放置高温箱中旋转支架上进行循环加热固化；固化之后，用粘结剂加固夹片制作试样。把固化好后的缠绕架上的碳纤维环氧树脂复合材料丝分为4组，每相邻3圈碳纤维复合材料丝作为一组，对每组中碳纤维环氧树脂复合材料丝进行试验。

每次试验控制碳纤维丝缠绕拉力，缠绕拉力分布为15、30、44、59、78、90N。将试样夹固在拉伸试验机的拉伸头处，加载从试样开始到断裂结束，拉伸试验机加载速度控制为1.0mm/min，延伸范围为50mm，最后测试应力应变曲线。缠绕架不同位置处的碳纤维样本在同一缠绕拉力作用下所测的拉伸模量基本相近。

这是由于在碳纤维丝刚开始缠绕时，开始阶段施加的缠绕拉力处于非稳定状态，使得碳纤维丝在缠绕过程开始阶段受力不均匀，导致材料拉伸模量稍微偏大。在缠绕拉力不断增加的过程中，材料拉伸模量先降低再升高。当缠绕拉力为44N时，碳纤维环氧树脂复合材料丝的模量最低；当缠绕拉力为78N和90N时，碳纤维环氧树脂复合材料丝的模量最高。

但78N和90N时，材料的拉伸模量一致，这是由于缠绕张力越大，碳纤维丝与缠绕支架和树脂槽喷嘴处的摩擦力增大，导致在缠绕过程中碳纤维丝结构受损，材料的拉伸模量降低。缠绕架不同位置处的碳纤维样本在同一缠绕拉力作用下所测的拉伸强度基本相近。说明在不同位置处的样本的拉伸强度均匀性较好。

不同缠绕拉力作用下，材料的拉伸强度不同。随着缠绕拉力的增大，材料的拉伸强度基本呈现先增大再减小的趋势。当缠绕拉力为55N时，碳纤维环氧树脂复合材料丝的拉伸强度最大，为4673.5Mpa。最大拉伸强度与最小拉伸强度差值为180Mpa，可见缠绕拉力对材料的拉伸强度有很大的影响。

因此要制作高强度的碳纤维复合材料时，尽量使缠绕拉力控制在60N左右。但缠绕拉力过高，则碳纤维丝与缠绕支架和树脂槽喷嘴处的摩擦力增大，碳纤维丝结构易受损，影响材料特性。综上所述，材料拉伸强度与缠绕拉力之间的关系比拉伸模量和缠绕拉力之间的关系更敏感。要制作高强度、高模量的碳纤维环氧树脂复合材料，必须选取合适的缠绕拉力。

通过对碳纤维环氧树脂复合材料在不同缠绕拉力作用下的性能试验可得以下结论：不同缠绕拉力对缠绕初始阶段的碳纤维丝拉伸模量有一定的影响，但同一缠绕拉力，相同位置处材料的拉伸模量均匀性较好。应在制作过程中，严格控制缠绕拉力的稳定性。不同的缠绕拉力对碳纤维丝复合材料拉伸强度和拉伸模量有一定的影响，随着试验缠绕拉力的增大，材料拉伸强度先增后减，拉伸模量先减后增。在缠绕拉力为59N时，材料拉伸强度最大；在缠绕拉力为78N时，材料拉伸模量最大。

理论上选择缠绕拉力越大，碳纤维丝拉伸模量越大，但材料与缠绕机构摩擦会增大，影响材料微观结构和性能。碳纤维复合材料拉伸强度与缠绕拉力之间的关系比拉伸模量和缠绕拉力之间的关系更敏感。综上，在制作碳纤维环氧树脂复合材料丝过程中，选择缠绕拉力为60N左右，能更好的保证材料的拉伸强度和拉伸模量。

碳纤维布怎样高温固化,要什么材料,设备?

碳纤维布高温固化：加入树脂（例如酚醛树脂），然后抽滤（也可以不抽滤），再高温加热。材料：碳纤维布、树脂等。

设备：成型设备、高压釜、抽真空设备等。

碳纤维布又称碳素纤维布、碳纤布、碳纤维编织布、碳纤维预浸布、碳纤维加固布、碳布、碳纤维织物、碳纤维带、碳纤维片材（预浸布）等 。碳纤维加固布是一种单向碳纤维加固产品，通常采用12K碳纤维丝织造。[1]可提供两种厚度：0.111mm（200g）和0.167mm（300g）。多种宽度：100mm、150mm、200mm、300mm、500mm及其他工程所需的特殊宽度。

随着碳纤维布行业的不断发展，越来越多的行业和企业运用到了碳纤维布，也有部门企业进入到了碳纤维布行业并发展。碳纤维布用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固，该材料与配套浸渍胶共同使用成为碳纤维复合材料，可构成完整的性能卓越的碳纤维布片材增强体系，适用于处理建筑物使用荷载增加、工程使用功能改变、材料老化、混凝土强度等级低于设计值、结构裂缝处理、恶劣环境服役构件修缮、防护的加固工程。