碳纤维复合材料成型方法及工艺详解
碳纤维复合材料成型方法及工艺详解
碳纤维复合材料因其质轻、强度大的特性而被广泛应用，从汽车零件到航空航天，从体育用品到建筑结构，其身影无处不在。然而，不同应用场景对材料性能的要求各异，因此，选择合适的成型方法至关重要。本文将详细介绍碳纤维复合材料的主要成型方法及工艺，帮助读者更好地理解和应用这一“新兴材料之王”。
一、碳纤维复合材料的成型方法
模压法：将预浸树脂的碳纤维材料放入金属模具中，加压使多余的胶液溢出，经高温固化成型后脱模。此方法特别适合制作汽车零件。
手糊压层法：将浸过胶的碳纤维片剪形叠层，或边铺层边刷树脂，再热压成型。此方法可灵活选择纤维方向、大小和厚度，应用广泛。注意铺层形状要小于模具形状，防止纤维在模具内受压时挠曲。
真空袋热压法：在模具上叠层并覆以耐热薄膜，利用柔软口袋施压，在热压罐中固化。
缠绕成型法：将碳纤维单丝缠绕在轴上，特别适用于制作圆柱体和空心器皿。
挤拉成型法：碳纤维浸润后通过挤拉除去树脂和空气，在炉中固化成型。此方法简单，适用于制备棒状、管状零件。
二、碳纤维复合材料成型工艺
手糊成型：在模具工作面上涂敷脱模剂、胶衣，铺设碳纤维预浸布，刷涂树脂胶液，固化后脱模。尽管工艺简便、投资低廉，但质地疏松、密度低，制品强度不高，质量不稳定，生产效率低。
喷射成型：使用短切纤维和树脂经喷枪混合后喷洒在模具上，再用橡胶辊按压固化。作为手糊工艺的改进，工作效率有所提升，适用于制造汽车车身、船身、浴缸、储罐的过渡层。
层压成型：将预浸料逐层铺叠于平板模之间加压加温固化。该工艺继承了木胶合板的生产方法，产品质量稳定，但设备投资大。
缠绕成型：将浸渍树脂的连续纤维按规律缠绕到芯模上，固化脱模。此工艺可充分发挥碳纤维的高比强度、高比模量和低密度特点，适用于制造圆柱体、球体及回转体型材。
拉挤成型：在牵引力作用下，将浸渍树脂的连续纤维通过挤压模具成型固化，可连续生产不限长度的型材。该工艺自动化程度高，产品强度高，适合生产各种截面形状的型材。
液态成型：将液态单体合成高分子聚合物的过程直接在模具中完成，减少能量消耗，缩短模塑周期。但该工艺对管道输送、计量及温度压力控制要求高，目前应用有限。
真空热压罐：将预浸料坯料按预定方向铺叠，在热压罐内加温加压固化。固化制度的制定与执行是保证制件质量的关键，适用于制造飞机舱门、整流罩、雷达罩等产品。
真空导入（VIP）：在模具上铺放“干”碳纤维复合材料，覆盖真空袋并抽真空，在负压作用下将树脂压入纤维层，固化后揭去真空袋得到制品。该工艺在真空环境下浸润碳纤，制品强度高、质量轻，产品质量稳定，能有效控制产品厚度。
总结
随着碳纤维复合材料应用的深入发展，多种成型工艺并存，各自发挥着独特优势。碳纤维复合材料因其重量轻、强度高、耐腐蚀、耐高温等优异性能，被誉为“新兴材料之王”，在众多领域展现出广阔的应用前景。