短切预浸成型化合物(CPMC)是一种相对较新的材料形式，类似于由短切树脂浸渍的丝束制成的成型化合物，为设计和加工工程师提供了各种好处，包括树脂选择的灵活性，可变的切屑宽度和长度。此外，可以在成型前将短切预浸料预成形，以辅助制造和优化结构性能。
切碎的预浸料坯可以在片状成型化合物（六六）中提供，作为卷起的垫子和散装成型化合物（Toray成型化合物）形式，作为松散的碎片。
片材成型化合物中的切碎的预浸料表表格减少了在诸如各向同性预浸料堆中的模塑化合物转化成垫中的过程中的工程劳动力，而散装形式的切碎的预浸料不仅在设计前提供更多选项。- 结构性能，但也消除了材料浪费。
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图1。CPMC以散装和表格形式显示。
应用技术
部分制造需求
通常在匹配金属模具中的等温温度下进行切碎的预浸料坯的成型。与预浸料高压釜成型相反，匹配的金属模具在组分的两侧递送尺寸控制的表面。当纤维和树脂移动时，将压力施加到模塑化合物，作为一个单元是模塑基于预浸料坯的切碎成型化合物的关键。如果树脂太薄以使纤维或过厚流动流动，则填充模具中的模塑化合物会出现问题，导致质量差部分。
在模制前树脂的化学增稠和热增厚用于获得用于模塑化合物的优选树脂粘度。预浸料制造商可以进行化学增厚，而可以通过部件的模板或预浸料坯制造商进行热增稠。模塑温度可能受到脱模期间诸如预成型安装时间，部分厚度和零件强度的特性的影响（Tg灵敏度）。较低的固化温度有助于过程重复性，但在所有情况下需要额外的压力机。工艺工程师还必须考虑保质期考虑，放热反应和治愈程度。
结构和设计
传统上模塑化合物已用于非结构部件。然而，由于采用更先进的纤维，先进的树脂系统，直纤维，改进的纤维湿润，精密树脂控制和定制芯片尺寸，具有基于预浸料的模具化合物的推进。表1列出了从切碎的预浸料坯可获得的纤维/树脂的不同组合。
表格1。可从切碎的预浸料坯可获得的各种纤维/树脂组合的例子
| 产品 |
描述 |
| MS-1A |
MS-1A是基于高模量碳纤维的高性能碳纤维/环氧树脂压缩系统。MS-1A压缩成型化合物产生无与伦比的刚度和高强度。MS-1A有资格用于太空应用 |
| MS-1H |
MS-1H是一种碳纤维/环氧树脂压缩成型系统，采用高模量PAN碳纤维。这是一种优秀的高刚度模塑复合材料，已合格的军事和商业应用。它具有良好的时间稳定性，对小而薄的截面零件加工效果良好。它是MS-4H模塑复合材料的性能替代品。 |
| MS-4A |
MS-4A是基于标准模量碳纤维的碳纤维/环氧树脂压缩模塑系统。MS-4A压缩模塑化合物提供经济的加工，同时提供良好的强度，刚度和可模塑性。MS-4A的光纤长度可用于自定义应用的¼英寸至2英寸。 |
| MS-4H. |
MS-4H是一种碳纤维/环氧树脂压缩成型系统。这是一种优秀的低成本高性能碳纤维模压复合材料，已被用于军事和商业应用。它具有良好的时间稳定性，在大中型重型零件加工非常好。 |
| CETEX MC1200. |
Toray CETEX MC1200 PEEK是一种基于标准或中间模量碳纤维的热塑性塑料成型化合物。它是坚韧的，阻燃剂，并且能够使用非常快速的循环时间（小于10-15分钟）形成。 |
此外，这些材料具有更高的结构性能亚博网站下载，因为它们能够易于模塑成肋骨和角撑板。需要在设计具有结构模塑化合物的部件时考虑以下因素：
- 预制件电荷设计（3D充电模式类似于Prepreg Prayups）
- 零件形式、配合及功能要求
- 模具设计(识别装料，如何流动，以及移除零件的方法)
- 候选设计对生产成本的影响（复杂性对劳动力和产量产生影响）
必须考虑这些因素，以实现性能，重量和成本的最佳整体设计。关键焦点应该是
- 电荷图案（层）的设计
- 确保负载过渡的模式对于从厚到薄区域和角落流动的负载
- 成型方法
- 模具设计用于安装预制件和脱模件
- 模具设计应该是这样一种方式，便于在模具中放置近净3D预制件
- 为图案的散装因子提供机会
- 通过减少流动诱导的纤维对准来保护对准各向同性特性的随机纤维取向
- 提供草稿，避免底切，阻碍部分脱模
应用机会
CPMC的应用
CPMC是铝和连续纤维预浸料的成本和重量替代替代品。它可用于创建类似现有的铝部件的3D形式。用连续预浸料材料制造这些形式并不容易。此外，当部件具有诸如附接孔的缺陷时，CPMC竞争对手阱很好地与连续纤维预浸料。与连续纤维复合材料相比，孔和其他缺陷对CPMC的影响要小得多。
由于负载通过矩阵从一个芯片过渡到另一个芯片，CPMC具有容错能力。因此，产生额外的流动或孔不会产生连续纤维预浸件遇到的相同的击穿因素。通过对短切纤维模塑复合材料和准各向同性层压板进行无孔压缩和开孔压缩试验，验证了缺陷容限。
相同的碳/环氧预浸料材料用作成型化合物中的切碎的预浸料，并在层压体中作为单向带。表2比较了孔对准各向同性CFP产品和CPMC的影响。
表2。比较数据显示孔（瑕疵）对CPMC和准各向同性CFP产品强度的影响
中国石油物资公司
短切预浸料成型胶
CFP.
连续纤维预浸料(准各向同性) |
裸眼压缩 |
无孔压缩 |
| 力量（MPA） |
力量（KSI） |
力量（MPA） |
力量（KSI） |
| 中国石油物资公司 |
CFP. |
中国石油物资公司 |
CFP. |
中国石油物资公司 |
CFP * |
中国石油物资公司 |
CFP * |
| 248.2 |
280.6 |
36.0 |
40.7 |
337.2 |
530.9 |
48.9 |
77.0 |
| 262.0 |
277.9 |
38.0 |
40.3 |
333.0 |
489.5 |
48.3 |
71.0 |
| 239.9 |
275.1 |
34.8 |
39.9 |
323.4 |
423.3 |
46.9 |
61.4 |
| 275.8 |
284.1. |
40.0 |
41.2 |
328.2 |
600.5 |
47.6 |
87.1. |
| 242.7 |
276.5 |
35.2 |
40.1 |
342.7 |
504.7 |
49.7 |
73.2 |
| 277.9 |
|
40.3 |
|
354.4 |
*测试停止时记录的值 |
51.4 |
*测试停止时记录的值 |
| 298.5 |
43.3. |
288.2 |
41.8 |
| 288.2 |
41.8 |
327.5 |
47.5 |
| 271.7 |
39.4 |
355.1. |
51.5 |
| 258.6 |
37.5 |
311.0 |
45.1 |
| 293.7 |
42.6 |
337.8 |
49.0 |
| 299.2 |
43.4 |
289.6 |
42.0 |
| 241.3 |
35.0 |
329.6 |
47.8 |
| 232.4 |
33.7 |
343.4 |
49.8 |
| 255.8 |
37.1 |
354.4 |
51.4 |
| 的意思是 |
265.7 |
278.8 |
38.5 |
40.4 |
330.4 |
509.8 |
47.9 |
73.9 |
| s偏差 |
22.6 |
3.6 |
3.3 |
0.5 |
20.8 |
64.4 |
3.0 |
9.3 |
| 协方差 |
8.5％ |
1.3％ |
8.5％ |
1.3％ |
6.3% |
12.6% |
6.3% |
12.6% |
| 短切预浸料MC -强度 |
连续纤维预浸材料 |
| 没有洞 |
w /孔 |
%下降 |
没有洞 |
w /孔 |
%下降 |
| 330.4 |
265.7 |
19.6% |
509.8 * |
278.8 |
> 45.3% |
| 47.9 |
38.5 |
19.6% |
73.9 * |
40.4 |
> 45.3% |
切碎的预浸料的固有缺陷降低了额外的缺陷像孔，热和水分的影响。从表2中，模塑化合物的性能命中大小为20％，在预浸料的情况下大于45％。根据当前的设计规则，将相同的击倒因子应用于预浸料和塑化化合物。基于这种新的洞察力，CPMC具有较低的击倒因素为此材料形式提供了更多选项。
表3提供了另一种缺陷驱动测试的结果，比较了CPMC和准各向同性连续纤维预浸料复合材料的轴承强度。
表3。轴承力量比较
| 轴承响应ASTM D 5961（方法B，支持，张力） |
|
力量（MPA） |
力量（KSI） |
| 中国石油物资公司 |
CFP. |
中国石油物资公司 |
CFP. |
中国石油物资公司
短切预浸料成型胶 |
787.6 |
946.7 |
114.2 |
137.3. |
| 1021.6 |
943.1 |
148.2 |
136.8 |
| 914.9 |
970.2 |
132.7 |
140.7 |
| 892.8 |
887.6 |
129.5 |
128.7 |
| 901.1. |
920.2 |
130.7 |
133.5 |
CFP.
连续纤维预浸料(准各向同性) |
898.1 |
|
130.3 |
|
| 816.6 |
118.4 |
| 783.2. |
113.6 |
| 916.0 |
132.9 |
| 784.2. |
113.7 |
| 839.6. |
121.8 |
| 902.2 |
130.9 |
| 744.9. |
108.0 |
| 835.8. |
121.2 |
| 839.8. |
121.8 |
| 的意思是 |
858.6 |
933.6. |
124.5 |
135.4 |
| s偏差 |
71.5 |
31.2 |
10.4 |
4.5 |
| 协方差 |
8.3% |
3.3％ |
8.3% |
3.3％ |
| 轴承强度比较 |
|
最低限度 |
%减少 |
的意思是 |
%减少 |
| (Mpa) |
|
(Mpa) |
|
| CFP. |
887.6 |
16％ |
933.6. |
８％ |
| 中国石油物资公司 |
744.9. |
858.6 |
|
(Ksi) |
|
(Ksi) |
|
| CFP. |
128.7 |
16％ |
135.4 |
８％ |
| 中国石油物资公司 |
108.0 |
124.5 |
|
|
|
|
|
CPMC -铝的替代品
当铝被1:1替代时，碳纤维复合材料可以减少45%的重量。此外，更容易形成CPMC的附件，遇到其他碳部件。这消除了铝部件发生的电反应问题。表4比较了CPMC与6061 T6铝的材料性能。
表4。CPMC与铝的力学试验数据比较
图2显示了CPMC对铝的替代。
| 材料 |
张力 |
压缩 |
剪 |
| 强度 |
模量 |
强度 |
模量 |
强度 |
|
MPa |
Ksi |
GPA. |
MSi |
MPa |
Ksi |
GPA. |
MSi |
MPa |
Ksi |
| CPMC（MS4H-1“） |
302.0 |
43.8 |
42.7 |
6.2 |
330.3. |
47.9 |
50.3 |
7.3 |
177.9 |
25.8 |
| 6061-T6. |
290.0 |
42.0 |
68.9 |
10.0 |
290.0 |
42.0 |
68.9 |
10.0 |
186.0 |
27.0 |
| 7075-T6. |
524.0 |
76.0 |
71.7 |
10.4 |
524.0 |
76.0 |
71.7 |
10.4 |
317.0 |
46.0 |
.jpg)
图2。铝的CPMC替代（礼貌Toray - CCS复合材料）
用CPMC替换材料很容易，只需做一些更改。但是，需要考虑以下方面:
- 部分荷载路径要求-设计改变，如厚度混合和角包，以解决材料本质上是准各向同性而不是各向同性。亚博网站下载
- 厚度要求非常薄的零件<0.045"需要额外的工艺开发
- 刚度要求 - 适用于局部加强的几何形状，如露点
- 螺纹要求-确保在这些区域使用模压或粘合的镶件(可能需要镶件)
- 底切对模制方向的要求，铝中典型的加工特征
- 铝加工零件的零件拆卸的草稿要求在大多数情况下没有起草表面
除了减轻重量和电反应的好处，用铝取代碳CPMC也提供了更好的疲劳性能和无线电透明度。
CPMC -应用实例
图3显示了代表性的CPMC零件。
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图3。代表CPMC零件(东丽- CCS复合材料)。
结论
CPMC作为一种新的材料形式，在某些应用中比铝和连续纤维预浸料具有显著的优势。本文讨论了设计和制造短切预浸料基零件的工程考虑。CPMC对于包含缺陷条件如附件孔和环境条件时的零件设计是有用的。对于铝，CPMC提供了一个更直接的转换，感谢其3D成型能力。当复合材料在初级结构上的应用增加时，需要用避免与碳发生电偶反应的材料来替代铝界面组件。亚博网站下载高结构要求和三维几何结构使cpmc成为满足这些要求的合适材料。
关于东丽高级复合材料
东丽是一家将纺织技术与相关化学工艺相结合的跨国公司。东丽开发和生产具有特殊性能的特殊材料。亚博网站下载用于消防服装的防护材料亚博网站下载，飞机上坚固、轻便的材料，以及用于帐篷布和遮阳篷的阻挡紫外线的材料都是很好的例子。
Toray的活动可分为四个应用领域：
东丽将这些部分分为八个部分:
- 防护面料
- 户外面料
- 空间复合材料
- 航空航天复合材料
- 工业复合材料
- 先进的盔甲
- 地质合成
- 工业面料
- 草
此信息已采购，从Toray先进复合材料提供的材料进行审核和调整。亚博网站下载
有关此来源的更多信息，请访问东丽先进复合材料。
作者:Jack D. Fudge PE，东丽高级复合材料
介绍：SAMPE会议41圣ITSC威奇托KS 10月19-22日n，2009年