碳纤维复合材料成型技术的应用:热压成型机工艺(碳纤维复合材料的优点和缺点)

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纤维是一种轻量化需求的新材料,具有硬度强、阻尼强、 耐腐蚀等特性的有机复合材料(包括碳纤维、玻璃纤维),深受汽车、轨道交通、航天航空、手机、3C电子等高端行业使用的喜爱,纤维热压成型机便是针对纤维材料研发的热压成型设备,匹配工艺需求高效率、高良率的生产纤维产品。

热压成型机是一种专门用于新材料碳纤、玻纤复合材料的热压成型设备。该机采用热压技术,通过高温、高压将碳纤维和树脂基体复合,使其具有优异的力学性能和轻量化特点。

热压成型机是一种专门用于新材料碳纤、玻纤、复合材料热压成型设备。整个成型过程需要严格控制温度、压力和成型时间等参数,以保证产品的质量和性能一致性。热压成型机采用伺服油路系统,低噪音,节能环保。独特的发热系统装置,可分段、分区控制温度和压力,整体温差可控制在±3度内,确保热压温度的稳定性,大大提高产品的良率。设备压力有100T-500T等不同规格。采用智能多段位分段加温加压系统,解决产品所有对于温控的精确要求。采用伺服液压系统,油温低,较传统液压设备节能50%-70%。

碳纤维复合材料成型技术的应用:热压成型机工艺

工作原理:碳纤维热压成型机主要由加热系统、压力控制系统、模具装置等组成。首先将碳纤维材料放入模具中,然后通过加热系统将模具加热至一定温度,最后通过压力控制系统将模具中的材料加压成型。整个加工过程需要严格控制温度、压力和成型时间等参数,以保证产品的质量和性能一致性。

设备特点:

1、通过电加热或油加热至发热板,发热板升温到一定温度后保持稳定,发热板温度控制在±3℃。

2、发热板采用优质模具钢进行热处理,研磨以达到平面度0.05mm。

3、设备结构才有四柱三板式结构,无油衬套做导向,以达到上下发热板平行度±0.03mm。

4、采用伺服电机驱动油泵,PLC控制,配合压力传感器、位移传感器,以达到最小可调行程±0.05mm,最小可调压力500kg的要求。

5、闭环控制,可做成分段压力、时间、行程控制,可分3段及以上。

6、PLC触屏直接设定设备压力、行程、速度、开关模时间;中停位置、及多段位气压压力和保压时间。

7、采用伺服液压系统,油温低,较传统液压设备节能50%-70%。

8、采用智能多段位分段加温加压系统,解决产品所有对于温控的精确要求。

9、设备拓展:预留机械手控制接口,自动化程度高,配有安全光栅。

碳纤维复合材料成型技术的应用:热压成型机工艺

平面度:

机台的平面度对产品的质量有很大的影响。机台在静止状态下上下加热板的平面度应小于0.5mm,同时在运动过程中发热板平行垂直度在小于0.5mm。

温控性:

设备采用独创的电加热加压方式成型,温度稳定;依靠加热板及发热管系统的优化设计,使得设备达到恒温控制状态,温差在±3℃内。

热压成型(Hot Press Molding)是一种通过对预浸料(Prepreg)或预成型体施加热量和压力,使其在模具内固化成型为最终复合材料制品的工艺。其核心设备是热压成型机(通常简称热压机),它集成了加热系统、加压系统和控制系统,能够精确控制成型过程中的温度、压力和时间这三个关键参数。

碳纤维复合材料成型技术的应用:热压成型机工艺

整个过程可以分解为以下几个关键步骤:

模具准备与装料

  • 模具通常由上、下两块(阳模和阴模)组成,材质为钢或铝,以保证良好的导热性和刚性。
  • 在模具型腔内涂抹或喷涂脱模剂,确保固化后的产品能顺利脱模。
  • 将准备好的预浸料预成型体放入下模的指定位置。

合模与加压

  • 热压机驱动上模向下移动,与下模闭合。
  • 合模后,设备开始施加预设的压力(通常从几十吨到上千吨不等)。压力作用:
  • 压实铺层:排出层间的空气和挥发分,减少孔隙率。
  • 控制厚度:确保产品厚度均匀且符合设计要求。
  • 使树脂流动:促进树脂均匀分布并充分浸润纤维。

碳纤维复合材料成型技术的应用:热压成型机工艺

加热与固化

  • 在加压的同时,通过模具内的加热管(电加热或油加热)或平台加热,对预浸料进行加热。
  • 温度按照材料供应商提供的固化曲线(Cure Cycle) 精确控制。典型的环氧树脂固化曲线包括:
  • 升温段:从室温升至固化温度。
  • 保温段:在特定固化温度下保持一段时间,使树脂发生交联反应(固化)。
  • 降温段:固化完成后,控制冷却至脱模温度。
  • 整个固化过程就是树脂从液态(或粘流态)转变为固态三维网络结构的过程。

脱模与后处理

  • 固化完成并冷却后,热压机开模。
  • 使用专用工具将成型好的碳纤维零件从模具中取出。
  • 后续可能需要进行后处理,如:切除飞边(毛刺)、钻孔、打磨、表面喷涂或质量检测等。

热压成型工艺的关键优势

  1. 高效率与自动化: cycle time(周期时间)短,易于实现自动化生产,非常适合大批量制造。
  2. 高精度与一致性: 刚性的金属模具保证了产品形状、尺寸和厚度的高度一致性和重复性。
  3. 优异的表面质量: 零件与模具接触的表面可以获得非常光滑的A级表面(Class A Surface)。
  4. 力学性能高: 较高的成型压力使得纤维体积含量高,孔隙率低,从而制品的力学性能非常出色。
  5. 可设计性强: 可以通过铺层设计灵活地改变不同区域的强度和刚度。

碳纤维复合材料成型技术的应用:热压成型机工艺

主要应用领域

热压成型机主要应用于手机后盖、VR/AR智能穿戴、头盔、无人机、螺旋桨、平板后盖、TWS耳机背盖、球拍、高尔夫球具、鞋类等碳纤、玻纤轻量化行业产品及航空航天、汽车内饰件、医疗器械、AI人形『机器人』️、体育器材、户外运动、消费电子、家电面板等产品领域。

  • 汽车工业: 车身板件(引擎盖、车顶、车门)、底盘结构件(电池盒、防撞梁)、内饰件等。是实现轻量化的关键技术。
  • 体育器材: 自行车架、网球拍、滑雪🎿板、头盔、钓鱼竿等,追求高强度重量比。
  • 航空航天: 次承力结构件、内饰板、舱门、无人机机体等。
  • 工业领域: 机械臂、『机器人』️部件、无人机机架、医疗设备(如X光床板)等。

总结来说,热压成型机工艺是碳纤维复合材料实现高性能、高效率、大批量生产的核心技术。 它在追求轻量化、高强度和高外观质量的现代工业,特别是汽车领域,扮演着不可或替代的关键角色。其核心在于通过精确控制的热和压,将预浸料转化为结构致密、性能卓越的最终产品。

碳纤维复合材料成型技术的应用:热压成型机工艺

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