将CF置于上下模之间,合模并将模具夹紧,在压力条件下注射EP,EP固化后打开模具,取下制品。必(gu hua hou da kai mo ju _qu xia zhi pin _bi)须保证EP在凝胶前充满型腔,压力促使EP快速传递到模具内并浸渍CF。该工艺为低压成型工艺,EP注塑压力为0.4-0.5MPa,当制造高CF含量(体积分数超(ti ji fen shu chao)过50%)的制品时压力甚至可达0.7MPa。有时可预先将CF在一个模具内预成型(带粘结剂),再在第二个模具内注射成型。为了提高EP浸渍CP的能力,可选择真空辅助注射。当EP一旦将CF浸透,要将EP注入口封闭,以使树脂固化。注射与固化可在室温或加热条件下进行。模具可以用复合材料与钢材料制作。若采用加热工艺,宜用钢模。该法的主要优点是复合材料中CF含量可较高,未被EP浸润的CF非常少;闭模成型,成型周期较短,生产环境好,生产成本较低;制品可大型化,强度可设计。主要缺点是不易制作较小制品,因要承压,故模具较手糊与喷射工艺用模具要笨重和复杂。
2.3真空袋法成型
此法是手糊法与喷射法的延伸。将手糊或喷射好的积层在EP的A阶段与模具在一起,在积层上覆以真空袋,周边密封,然后用真空泵抽真空;使积层受到不大于101kPa的压力而被压实、成型。该法的主要优点是采用普通湿法铺层技术,通常可获得高CF含量的复合材料;EP可较好地浸渍CF。主要缺点是额外的工艺过程增加了劳动力和成本,并且要求操作人员有较高的技术水平;生产效率不高。
2.4树脂膜熔浸成型
将CF与EP片交替铺放在模具内。用真空袋包覆铺层,使用真空泵抽真空,将空气抽出。然后加热使EP熔化并浸渍CF,然后经过适当的时间使EP固化。该法的主要优点是复合材料的空隙率低,可精确获得高的CF含量;铺层清洁,有利于健康和安全,并且生产成本低。主要缺点是目前仅用于宇航工业,还未获得大规模的推广;模具要求能经受EP膜片的工艺温度。
2.5 预浸料成型
预先在加热、加压或使用溶剂的条件下,用EP预浸渍CF。预浸料在环境温度下贮存一段时间后仍能保质使用,当要延长保质期时须在冷冻条件下贮存材料。树脂通常在环境温度下呈临界固态,故触摸预浸料时有轻微的粘附感。预浸料用手工或机械铺于模具表面,通过真空袋抽真空,放入热压罐中成型。通常加热使树脂重新流动,最终固化。该法的主要优点是可精确地调整EP/固化剂配比和EP在CF中的含量,得到高含量CF;由于制造过程采用可渗透的高粘度树脂,树脂化学性能、力学性能和热性能是最适宜的。主要缺点是热压罐固化复合材料制品的耗费大、作业慢、制品尺寸受限制;模具需能承受作业温度并且生产成本较高。
2.6 低温固化预浸抖成型
该工艺完全按预浸料方法制备,EP的化学性质使其得以在肋-100℃固化。在60℃时,材料可操作保质期可(_shi2 _cai2 liao4 ke3 cao1 zuo1 bao3 zhi4 qi1 ke3)小于1个星期也可延长到几个月。树脂体系的流动截面适于采用真空袋压力,避免采用热压罐。该法除具有传统预浸料成型的优点外,因为仅需真空袋压力,固化温度低,模具材料较便宜且能耗低,采用简单的热空气循环加热室便可容易地制造大型结构。主要缺点是复合材料成本仍高于预浸织物;模具需能经受高于环境温度的温度;因需高于环境温度固化故仍有能耗。
2.7 拉挤成型
该工(gai gong)艺是指将浸渍了EP的连续CF经加热模拉出形成预定截面型材的过程。
程序是:
①使CF增强材料浸渍树脂;
②CF预成型后进入加热模具内,进一步浸渍、基体树脂固化、复合材料定型;
③将型材按要求长度切断。
该工艺中,EP浸渍CF有两种方式:
其一为胶槽浸渍法。即将增强材料通过树脂槽浸胶,然后进入模具,通常采用此法;
其二为注入浸渍法。GF增强材料进入模具后,被(zeng1 qiang2 cai2 liao4 jin4 ru4 mo2 ju4 hou4 _bei4)注入模具内的树脂所浸渍。该法的主要优点是制造速度快,拉挤成型材料的利用率为95%(手糊成型材料的利(shou hu cheng xing cai liao de li)用率仅为75%);树脂含量可精确控制;由于纤维呈纵向,且体积分数可较高(40%-80%),因而(_yin er)型材轴向结构特性可非常好。主要缺点是模具费用较高;一般限于生产恒定横截面的制品。
环氧树脂(EP)/碳纤维(CF)复合材料是CF增强复合材料的一个重要分支。近年来,随着人们对EP/CF复合材料认识的不断深入(fu4 he2 cai2 liao4 ren4 shi2 de0 bu4 duan4 shen1 ru4),其优异的性能不断凸现,促使其用量不断上升。20世纪70年代以前,EP/CF复合材料被视为昂贵的材料,价格约为玻璃纤维(GF)增强复合材料的10倍,只用于军工、宇航等尖端技术行业。20世纪80年代以敷,CF工业和(gong1 ye4 he2)EP工业迅速发展,EP/CF复合技术不断进(fu4 he2 ji4 shu4 bu4 duan4 jin4)步,加入到EP中的CF比例不断上升,目前CF的体积分数已可达60%以上,使EP/CF复合材料的质量提高而价格下降,拓宽了其应用领域,进一步促进了EP/CF复合材料的发展。
1CF及其EP复合材料的基本特点
1.1CF的特点和基本成分
CF主要是由碳元素组成,其含碳量一般在90%以上。CP具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性,与一般碳素材料不同的是,其各向异性显著,柔软,可加工成各种织物,沿纤维轴向表现出很高的强度。制备CF的主要原材料有人造丝(粘胶纤维)、聚丙烯腈(PAN)纤维和沥青等。通常制备高强度、高模量CF多选用(duo1 xuan3 yong4)PAN为原料。制备CF需经过拉丝、牵伸、稳定、炭化、石墨化5个阶段。