随着碳纤维材料与聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚苯硫醚(PPS)和热塑性聚酰亚胺(TPI)等为代表的高性能热塑性树脂的结合,这种新型复合材料的出现为航天航空制造、高端工业机械、轨道交通及医疗设备等产业升级提供了富有竞争力的材料方案。随着产品涉及面的不断扩大和工艺水平的提升,碳纤维增强热塑性复合材料将逐步打破以环氧及双马等为代表的传统热固性树脂基碳纤维复合材料的垄断地位,成为高强度、轻量化先进复合材料中的“后起之秀”。
热塑性碳纤维零部件
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热塑性碳纤维零部件的成型技术:
热塑性树脂基碳纤维复合材料的成型与热固性树脂基碳纤维复合材料成型工艺相似。根据碳纤维增强的形式不同和产品的实际需求,可以选择相应的工艺方法,不同的工艺方法优缺点不同。
手糊成型很少受到制品形状及大小的制约,模具费用也较低,适用于品种多、生产量小的大型制品,但不适用于批量化生产。
注塑成型是将材料熔融后通过一定压力下将其注入到金属模腔中进行固化,这种工艺成本低,无需后续加工,可连续性批量化生产,但仅适用于短碳纤维增强热塑性复合材料制品,不适用于连续碳纤维增强热塑性制品。
注塑成型的热塑性碳纤维零部件
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纤维缠绕成型和拉挤成型都适用于型材生产,设备简单、技术容易掌握,原材料利用率和生产效率都很高,但是其应用局限性也很突出,纤维缠绕成型只能生产单型腔简单截面型材,拉挤成型技术无法生产变截面型材。
树脂传递成型RTM是一种树脂在闭合模具中流动、浸润增强材料并固化成型的工艺技术,可生产高性能、尺寸较大、高综合度、批量中等的产品,但只限于低粘度树脂,不适用于粘度大的高性能树脂基体。
模压成型属于高压成型方式,其需要高强度、高精度、耐高温的金属模具, 成品尺寸精度高,可一次性成型结构复杂的制品,尤其适用于性能要求较高的结构件。国内的碳纤维制品生产商无锡智上新材就是采用这种工艺制作连续性碳纤维增强热塑性零部件,既能保证产品性能,又能实现快速的批量化生产。
连续碳纤维增强PEEK骨科医疗部件
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热塑性碳纤维零部件的连接技术:
复合材料零部件的应用环境相对复杂,需要通过连接技术与其它部件装配使用。机械连接和胶接连接都属于复合材料常用的、经济型和可自动化的连接技术。
机械连接是目前复合材料最主要的连接方法之一,其具有工艺简单、厚度方向起到增强作用和便于拆装等优点,但同时存在钻孔应力集中、孔边易分层、纤维易损伤、会额外增加重量和热膨胀系数不匹配等弊端。
胶接连接也常常被用于复合材料零部件的连接,这种工艺可以使连接应力集中最小化,具有优越的抗疲劳性能,但是,胶接工艺操作复杂,制作周期更长,尤其是在胶接前需要严格的表面处理,这种工艺对生产环境要求高,对污染因素非常敏感,如粉尘、水分和加工油污等都有可能影响到连接效果,另外,胶粘剂的存储寿命也比较短。
热塑性碳纤维制品
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相关研究证实,热塑性碳纤维增强复合材料还具有可焊性,焊接技术可用于替代热塑性碳纤维复合材料的传统连接方式,这种焊接可以在很大程度上消除机械连接和胶接连接所带来的负面问题。现有的热塑性碳纤维复合材料焊接方法主要有超声波焊接、感应焊、电阻焊和激光焊等。连续碳纤维增强热塑性零部件生产商无锡智上新材表示,未来,这类产品的连接方式将不断更新迭代,以适应市场需求的不断变化,
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