处理技术大多数复合应用程序可以分为三类，由性能要求决定，定义为增强特性: •结构:连续排列的纤维 •半结构:连续的非排列纤维 •非结构性:不连续纤维 表1概述了1991年至1994年期间美国综合消费的主要领域。虽然表1中列出的大多数行业涵盖了不止一种应用程序类型，但它们通常可以分为上述其中一种。用于在这些性能范围内制造部件的主要加工路线见图1，以及通常与这些工艺相关的年生产数量。显然，在结构和半结构领域缺乏处理量市场的工艺技术。在需要这些组件的行业中，这个因素是复合材料增长有限的主要原因。 表1．1991-1994年期间从美国进口的复合货物，以百万公斤计。
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航天 |
17.6 |
14．7 |
11．5 |
11．0 |
商业设备app亚博体育 |
61.3 |
65.0 |
66.9 |
72.9 |
建设 |
190.5 |
219.1. |
240.4 |
270.7 |
消费产品 |
67.4 |
73.6 |
75.2 |
79.3 |
耐腐蚀的产品 |
161.0 |
150.7 |
159.7 |
170.7 |
电 |
104.8 |
117.9 |
124.7 |
135.8 |
海洋 |
124.7 |
138.1 |
144.8 |
164.9 |
运输 |
309.4 |
340.2 |
372.9 |
428.9 |
其他 |
33.5 |
37.8 |
40.5 |
46.2 |
总计 |
1070.2 |
1157.1 |
1236.6. |
1380.4 |
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图1所示。复合制造工艺。 |
生产力在原材料供应商、设备制造商、贸易模具制造商和最终用户的共同努力下，生产率的提高已经实现。app亚博体育图2显示了四种处理技术的目标生产力。加工技术也可以按开模过程(例如手铺，纤维缠绕)，闭模过程(真空袋成型，RTM, SMC)和连续过程(拉挤)分类。
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图2。针对复合制造过程的生产率。 |
板成型化合物直到20世纪80年代中期，板模复合材料(SMCs)的成型被认为是一个缓慢的过程，但仍然能够交付小的和大的非结构组件，表面光面优于所有其他复合材料加工方法。SMC既可以参考材料，也可以参考工艺。复杂的形状和细节可能不可能与钣金往往可以实现相对容易的SMC。该材料通常包括填充的聚酯树脂和玻璃纤维，玻璃纤维可以是短切的、连续的或两者的混合。当准备成型时，它通常具有类似于厚腻子的一致性，因为它将部分固化(B阶段)。顾名思义，SMC是以薄片形式供应的，在许多方面可以被认为是一种性能较低的预浸料。这些薄板基本上是用模压成型的。 周期时间通常实现的周期时间是4分钟左右，这导致处理器操作多个模具和辅助设备，以满足其主要客户——汽车行业的生产需求。app亚博体育在增加成本的同时，它也进一步增加了工艺或部件变化的风险。SMC构件的一个主要缺陷是其结构不一致，这是由装料流动过程中钢筋分布不均匀造成的。近年来，许多工作都集中在SMC的成型过程，这导致了每分钟1件的障碍被挑战。使这种改进成为可能的一个关键发展是真空辅助成型。 真空辅助成型
在传统的SMC工艺中，装料和压合速度的选择主要是为了迫使夹带空气出来。通常，“堆叠”的电荷被放置在模具中，只覆盖40%的模具表面，并且模具闭合率在0.1毫米/分钟左右-1．在真空协助下，在闭合模具前应用一大气压真空。这使得电荷能够覆盖高达90%的模具表面，闭合速度为0.9 m.min-1不截留空气而达到的。 通过电荷的模具表面覆盖的增加具有与减少的材料流相关的额外额外益处。亚博网站下载由于更好地保留纤维取向，消除了波纹图案和流线，并且增加了部件的局部强度。特别引入的方向现在可行，高强度SMC工艺可在特定位置安排单向纤维。原料供应商正在开发更快的反应树脂系统，设计用于利用较低的流量，速度更高。app亚博体育设备制造商正在投资自动化和控制过程。这些持续的活动正在定位SMC，以便在高批量半结构应用中重新疗效。 拉挤成型在拉挤工艺（图3）中，用特别制备的低粘度液体树脂系统浸渍干强化，并通过加热至约120-150℃的模具绘制，其中发生固化。已经假设模头的形状的固体层压板通过一系列牵引夹具撤回并切割到长度或盘绕。拉挤阻在所考虑的过程中是独特的，因为它能够连续地生产复杂的组分。该过程基本上可以产生任何可以挤出的形状。它也没有与任何一个行业和应用范围的盟军从土木工程到电气。这些因素组合起来给予所有复合过程的最高预测生长速率之一。
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图3。拉挤过程示意图。 |
目前，拉挤机及其供应商的需求是更强大的市场开发和更高的生产率，以利用这些预测。提高生产率是实现这一目标的一种方式，但该行业本身已经认识到，需要提高原材料和工艺操作的一致性，以及更密切地监控产品质量的能力。亚博网站下载 Polyester-Based树脂系统目前生产以聚酯基树脂体系为主，加工窗口相对较宽。这导致拉挤术仍然主要是一门艺术而不是一门科学。亚博老虎机网登录在过去的五年里，设备制造商一直专注于提供更复杂的机app亚博体育器，具有运行多种工具的能力。该行业一直在努力开发监测和控制系统，通过降低报废水平和减少与新模具或材料相关的调试时间，使过程更有效地运行。亚博网站下载对这一过程的更好理解使我们能够考虑更具挑战性的树脂系统，正在进行的项目包括对酚醛树脂和热塑性塑料的评估。 酚醛树脂系统传统的酚醛材料在拉挤过程中存在三个主要问题亚博网站下载:挥发性释放、反应活性高和腐蚀。这些结果导致高孔隙含量，狭窄的加工窗口和快速的刀具磨损。已经实施了工艺修改，并配制了新的树脂，以允许更“用户友好”和可重复加工。酚醛拉挤型材现已问世，并正在进行进一步开发，以扩大型材范围，降低生产成本。市场已经要求使用拉挤型材来替代梁、屋顶支撑和模块化建筑组件。随着防火和有毒烟雾排放要求的日益严格，酚醛树脂的前景一片光明。 拉挤成型的发展目前存在的对拉挤部件的主要限制，也可能在未来几年内显著减少。除了极少数例外，由于纤维固有的排列，产品必须是平行的，横向力学性能比轴向的要弱。热塑性塑料已经显示出巨大的生产率提高，但也提供了后成型部分成为非平行边形状的可能性。类似地，牵引缠绕变体的引入提供了精确定位横向纤维的能力，从而纠正了轴向性能的平衡。 纤维缠绕将树脂浸渍的连续纤维的高速精确铺设在心轴上是长丝绕组过程的基础（图4）。压力容器，管道和驱动轴都使用丝绕组制造。心轴可以是任何没有重新参赛者曲率的形状，尽管在固化并使用一些其他压实手段之前可以从心轴上移除组件以产生反向曲率，以产生反向曲率。也可以使用多轴绕组机器。该过程通常是计算机控制的，并且加强件可以取向以匹配设计负载。使用细丝绕组制造了小直径管至40μm，13吨风力涡轮机叶片的组件。一家欧洲公司现在通过灯丝绕组过程的变化制造通勤列车车厢。
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图4。长丝绕组过程的示意图。 |
纤维可在缠绕前(湿缠绕)、预浸渍(干缠绕)或后浸渍。湿式缠绕采用成本最低的材料，储存寿命长，粘度低。亚博网站下载预浸料系统生产的零件具有更一致的树脂含量，通常可以缠绕得更快。 亚博网站下载玻璃纤维是缠绕长丝最常用的纤维，也有碳纤维和芳纶纤维。大多数高强度的关键航空航天结构是用环氧树脂生产的，环氧树脂或更便宜的聚酯树脂被指定用于大多数其他应用。使用无任何断裂或连接的连续增强的能力是缠绕长丝的绝对优势，因为可以获得高纤维体积分数(60-80%)。只有纤维缠绕结构的内表面是光滑的，除非对其外表面进行二次手术。组件通常在拆卸芯棒之前在高温下固化。加工或磨削等精加工操作通常是不必要的。 半固化片成型预浸料成型在许多方面都是手工成型的下一步。通过预浸成型，成品部件的树脂含量可以被精确控制，这对于手工铺制来说是不可能的。此外，使用编织或单向增强纤维，而不是短切毡。原因是它们在要求的方向对齐。然而，预浸料并不便宜，它们通常需要亚博网站下载烤箱固化和真空袋或高压釜成型来充分利用它们的性能。真空袋成型的典型布置示意图如图5所示。预浸料成型在航空航天工业中仍有广泛的应用。它也被用于大型复合结构的制造，如赛艇和F1赛车单体。
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图5。真空袋工艺示意图。 |
亚博网站下载预浸层含有指定的树脂、硬化剂、催化剂和增强纤维的混合物，被切割成型。该模具经脱模剂处理，并可涂上一层凝胶涂层以获得最佳表面光洁度。当凝胶涂层是粘的和部分固化，预浸层铺设在适当的方向。由于曲线复杂，预浸料可能无法表现出足够的悬垂性;然后需要对厚度形状进行一些修改。一旦层板就位，为了复合材料层板的生产，真空叠片就会就位。对于夹层结构的生产，可以在层压板的顶部放置薄膜粘合剂和夹层芯材，夹层芯材可以是硬质泡沫或蜂窝，层压板以及层压板芯接头可以一次固化。 其他组件图5所示的真空堆叠由剥离层、释放膜、空气/树脂排出层和真空袋组成。剥离层，通常是尼龙，最后从固化的层压板上去除，并提供一个清洁的，有纹理的表面用于粘接。空气/树脂流出层不仅允许真空维持在层压板上，而且还允许一些树脂流出层压板如果必要。一旦应用了真空，袋装组件要么放入烤箱或高压釜中。高压釜成型基本上涉及真空袋成型在一个高压锅(压力高达7巴)。随着压力的增加，层板厚度和纤维体积分数也会增加。 处理变量用于固化层压板的温度/时间周期是实现最佳性能的关键，因为这将决定树脂流动和固化程度。这一过程可以通过机器切割预浸料带和机器人进行铺设实现半自动化。 树脂传递模塑在树脂转移模塑(RTM)过程中，低粘度树脂被转移到一个封闭的模具中，其中包含所有适当的增强材料和插入材料作为预制件。空气通常从模具中抽离，允许使用低树脂注射压力和环氧树脂模具。人孔盖、压缩机外壳、车门、螺旋桨叶片均由RTM制造。福特汽车公司最近展示了整个90件前端护航可以被2件RTM结构取代。生产周期估计不到10分钟。RTM结构比钢结构更坚固，重量轻1/3。 RTM处理的特点传统上与低批量零件制造和低纤维含量相关，RTM研究在过去几年经历了重大投资。循环次数少于3分钟，纤维含量超过50%的体积已经可以证明。对于复杂或大型组件，一到两个小时的周期是典型的。持续的开发有望在不到一分钟的时间内生产出小部件，纤维含量接近60%。 RTM的发展树脂供应商正在制定专用于实现更快，更可控的模具填充的低粘度系统。钢筋供应商正在构建具有高纤维内容物，可成形性和最小抗性树脂流动的织物。在使用RTM原理的改进的树脂注射成型（RIM）设备上，可以在改进的树脂注射成型（RIM）设备上制造具有比车身面板更具结构性的汽车组件。app亚博体育生产量将是补充现有优势的额外奖励，例如在插入件，泡沫核心，质量良好的表面光洁度和紧密公差上进行模制的潜力。将过程移动到更高的性能应用中，涉及重新设计树脂以具有较低的粘度来补偿通过更高密度的纤维密度来补偿扩散。织物形式的开发兼容较高的过程速度和注射压力也将使RTM技术的扩展和增长保持关键。 航空航天工业还对与高压灭菌法竞争的加工路线有着浓厚的兴趣，高压灭菌法通常用于非常高质量、低体积的部件。RTM可以达到这一要求，成本降低了大约40%。为此，随着预浸料切割、堆垛和处理设施的使用，高压釜技术正变得越来越自动化，劳动强度越来越低。 |