目前,針對熱塑性復(fù)合材料的成型方法主要有注射成型、擠出成型、鋪放、熱壓以及增材制造等。
以下主要介紹國外使用范圍較廣的成形技術(shù):自動鋪放原位固化成型、熱壓成型、增材制造成形技術(shù)。
一、自動鋪放原位固化成型自動鋪放技術(shù)
是國外研究的熱塑性復(fù)合材料構(gòu)件自動化成型的關(guān)鍵制造技術(shù)之一,不僅適用于平面型或低曲率的曲面型,而且還可以實現(xiàn)復(fù)雜曲面型的鋪層與制造。該技術(shù)能夠?qū)⒃鰪?qiáng)纖維從0(軸向)定向到90(環(huán)箍)和其間的任何位置。通過將連續(xù)纖維放置在需要的方向上以獲得高質(zhì)量、高性能部件的最佳強(qiáng)度和剛度。自動鋪放適用于尺寸較大、形狀相對較復(fù)雜的零件。
二、熱壓成型
熱壓成型也是國外研究的熱塑性復(fù)合材料成型主要的方法之一,按照所用的設(shè)備不同又可以分為模壓成型、雙膜成型、熱壓罐成型和真空袋成型。其基本工藝過程是先將預(yù)浸料裁剪鋪疊后,放人模具中升溫加熱,待升溫至成型溫度后,通過不同的加壓設(shè)備與模具對預(yù)浸料鋪層進(jìn)行加壓,得到最終滿足形狀要求的制件。
熱壓成型效率高,適合自動化大規(guī)模生產(chǎn),一般生產(chǎn)一個零件的時間<3min,甚至在1min以內(nèi),因此工業(yè)界普遍看好,并重點研究發(fā)展的低成本、規(guī)模化制造技術(shù)。
三、包覆成型
包覆成型技術(shù)原理是首先通過熱壓技術(shù)完成產(chǎn)品主結(jié)構(gòu)成形,然后通過注塑技術(shù)完成加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)成形。該技術(shù)目前主要難點是如何處理好熱壓成形與注塑成形的界面強(qiáng)度,如何保證尺寸精度,通過數(shù)字模擬的方法優(yōu)化工藝,減小因為應(yīng)力引起的彎曲變形。
四、增材制造成型
熱塑性復(fù)合材料增材制造技術(shù)主要包括短纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料增材制造與連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料增材制造。目前,采用增材制造成型的純PEEK結(jié)構(gòu),拉伸強(qiáng)度在90+5MPa左右,而經(jīng)過纖維加強(qiáng)的PEEK材料目前采用FDM增材制造工藝,拉伸強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到200MPa以上,彈性模量達(dá)到20GPa以上完全具備在次承力構(gòu)件中應(yīng)用的條件,甚至可以取代部分鋁合金材料構(gòu)件,從而減輕重量。
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