热塑性碳纤维复合材料成型工艺研究.doc

热塑性碳纤维复合材料成型工艺研究
碳纤维质量比金属轻，但是强度却高于钢铁，并且耐腐蚀，在非氧化环境下耐超高温，膨胀系数小且具有各向异性，但是传统使用碳纤维除了用作隔热保温材料之外，一般是不会单独使用的，多是会作为增强材料加入到金属、瓷器、树脂等材料中作为复合材料使用。碳纤维复合材料具有碳材料的固有本性特征，同时又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是一种力学性能优异的新一代增强纤维，可用作人工韧带、飞机结构材料、火箭外壳、工业等等领域，市场需求巨大。
      热塑性碳纤维复合材料是铝镁合金、钢铁等金属的理想替代材料，但是在基于国外技术封锁等原因，热塑性碳纤维复合材料在国内的发展时间并不是很长，国内的热塑性碳纤维复合材料发展缓慢。苏州挪恩复合材料有限公司专注碳纤维相关技术的研究，在热塑性碳纤维增强PEEK复合材料、热塑性碳纤维增强PPS复合材料、热塑性碳纤维增强PEI复合材料、热塑性碳纤维增强PC复合材料方面苦心孤诣，与日本美国等知名企业的合作，也让挪恩拥有了成熟的产品生产经验。
     现在国内的热塑性碳纤维复合材料成型工艺主要是由热固性树脂基复合材料和金属成型技术移植而来。按照设备的不同可以分为纤维缠绕成型、真空袋成型、模压成型、热压罐成型、双膜成型等等方法，其中纤维成型缠绕型、真空袋成型、模压成型、双膜成型是目前用的较多的热塑性碳纤维复合材料成型方法。
1、纤维缠绕成型
     纤维缠绕成型工艺是指浸过树脂的连续纤维按照一定的规律缠绕在芯模上，继而经过固化、脱模而得的碳纤维复合材料制品。根据纤维缠绕成型时树脂基体的物理化学状态不同，也可分为干法缠绕、半干法缠绕和湿法缠绕三种。干法缠绕工艺最大的特点是生产效率比较高，制作环境卫生环境好，但是相应的干法缠绕设备较贵，投资较大；半干法缠绕是利用纤维浸胶后至缠绕芯模的途中，多加了一套烘干设备，省却了预浸胶的工序；湿法缠绕则是将纤维浸胶后直接缠绕在芯模上，在成本方面比干法缠绕可以降低约35%，纤维排列平行度也会更好，但是操作环境差、树脂浪费也是湿法缠绕的明显缺点。
2、真空袋成型 
     真空袋成型是将预浸料铺放在模具中，利用真空袋和密封胶将真空袋抽至真空状态，将模具加热，预浸料即可在高温和大气压的作用下成型。
3、模压成型
     将预浸料裁剪至合适的大小铺设在模具中升温加热，等温度升至可成型温度后，再在压机台面上加压，待温度降温后就可脱模取出。此时需要注意压机表面必须拥有较高的平行度和平整度，否则很容易导致产品发生翘曲。
4、双膜成型 
     双膜成型是将裁剪后的预浸料放置于两层可变形的金属膜或树脂膜之间，在膜的四周做好密封，成型的过程中需要将温度调至成型温度并施加一定的成型压力，最后冷却定型，需要注意的是，在双膜成型的过程中需要处于密封环境中进行。

     目前国内市场还是多以热固性碳纤维复合材料制品为主，能够量化生产热塑性碳纤维复合材料的厂家并不多，尤其是在热塑性碳纤维增强PEI复合材料、热塑性碳纤维增强PPS复合材料等高科技材料方面，苏州挪恩就是少数可以量产热塑性碳纤维增强PEI复合材料、热塑性碳纤维增强PPS复合材料的公司之一，其公司生产的热塑性碳纤维增强PPS复合材料已经应用在国外某特大型桥梁的拉索上，替代传统桥梁上的钢铁拉索，热塑性碳纤维增强PC复合材料也出现在国外某知名品牌笔记本电脑的外壳上，在热塑性碳纤维增强PEEK复合材料方面也与医院方面合作，制作出的人工骨材料已经成功替代了传统的钛金属，在热塑性碳纤维复合材料方面，挪恩具备国内很多厂家所不具备的工艺技术。
      相信随着时间发展，国内制作热塑性碳纤维复合材料的技艺会越来越成熟，热塑性碳纤维复合材料也会越来越多的应用在各个领域，为我们带来科技所营造的便利生活