碳纤维复合材料热压机-电加热、油加热,分区独立控温(碳纤维复合材料加工工艺)

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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。

碳纤维复合材料热压机-电加热、油加热,分区独立控温

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%。

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。

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。

碳纤维复合材料热压机-电加热、油加热,分区独立控温

一、热压机在碳纤维复合材料成型中的作用

热压机是生产碳纤维复合材料层压板、壳体等制品的关键设备。它主要提供两个核心作用:

  1. 加热:使预浸料中的树脂体系达到指定的温度,经历粘流态,发生交联固化反应,最终形成坚固的复合材料。
  2. 加压:在树脂粘度最低时施加压力,排除层间空气,使树脂均匀流动并充分浸润纤维,实现高的纤维体积含量和致密的制品结构。

二、两种加热方式:电加热 vs. 油加热

1. 油加热(热油加热)

  • 工作原理:通过外置或内置的锅炉/电加热器将导热油加热,然后通过油泵和管路系统将热油循环通过热压板的内部流道,从而将热量传递给压板。
  • 优点:
  • 温度均匀性好:导热油在压板内部流道中连续循环,可以有效地减少压板表面的温差,实现大尺寸面板的均匀加热。这是其传统优势。
  • 技术成熟:在大型、传统复合材料热压设备中应用历史长,可靠性高。
  • 适合超大型设备:对于工作台面非常大(如几十平方米)的热压机,油加热在保证整体温度均匀性方面仍有其优势。
  • 缺点:
  • 升温速度慢:需要先加热整个油路系统中的大量导热油,热惯性大,升温速率相对较低。
  • 能耗较高:持续运行油泵和维持整个油路系统温度,能耗较大。存在管道热损失。
  • 维护复杂:系统复杂,包含锅炉、油泵、阀门、管道等,存在漏油风险,维护工作量较大。
  • 工作温度上限:受导热油性质的限制(通常低于350°C),不适合需要极高固化温度(如400°C以上)的先进树脂体系(如聚酰亚胺PI、PEEK等)。
  • 清洁问题:漏油会污染生产环境。

碳纤维复合材料热压机-电加热、油加热,分区独立控温

2. 电加热(通常指内置电热管加热)

  • 工作原理:将电阻式加热管(电热管)直接插入热压板上精密钻孔的孔道中。通过控制每个加热管或每组加热管的通电功率来直接加热压板。
  • 优点:
  • 升温速度快:直接对压板加热,热惯性小,可以实现快速升温。
  • 控温精度高、响应快:与先进的温控仪和PLC(可编程逻辑控制器)结合,能实现非常精确的温度控制,PID调节响应迅速。
  • 能耗相对较低:热能直接产生于压板内,效率高,无管道损失。待机时能耗低。
  • 系统简洁、维护方便:无需复杂的锅炉和管路系统,结构紧凑,占地面积小,基本无泄漏风险。
  • 工作温度高:加热管可承受很高温度(可达500°C甚至更高),适合高温树脂成型。
  • 易于实现分区控制:这是电加热最大的优势之一(下文详述)。
  • 缺点:
  • 局部过热风险:加热管自身是点热源,如果压板设计或控温策略不佳,容易在加热管附近产生热点,影响整体温度均匀性。需要通过优化的压板设计和分区策略来弥补。
  • 初期投资:高品质的压板钻孔和加热管布局设计可能成本较高。

碳纤维复合材料热压机-电加热、油加热,分区独立控温

三、核心优势:分区独立控温

“分区独立控温”是现代高性能热压机,尤其是电加热热压机的标志性功能。

1. 什么是分区独立控温?

将整个热压板的工作面划分为多个独立的、物理上隔离的加热区域。每个区域都配备:

  • 独立的加热元件(一组电热管或一块独立的油路循环区域)。
  • 独立的温度传感器(热电偶或热电阻)。
  • 独立的温控模块(在PLC或多回路温控表中)。

每个区域都根据其传感器的反馈,独立地调整加热功率,以精确达到并维持设定的温度。

2. 为什么分区控温对碳纤维成型至关重要?

  • 补偿边缘热损失:热压板的边缘和角落由于暴露在空气中,散热比中心区域快。如果没有分区控制,整个压板统一加热,会导致中心温度过高,边缘温度不足。分区控制允许边缘区域的加热功率稍高于中心区域,从而实现整个工作面的温度均匀性。
  • 适应不同模具和制品:
  • 模具热容差异:如果模具本身厚度不均,厚的地方吸热多,升温慢。分区控制可以针对模具下方的区域提高功率,补偿热容差异。
  • 制品形状复杂:对于非矩形的复杂形状制品,分区控制可以只对模具实际覆盖的区域进行精确控温,避免能源浪费和对压板空烧。
  • 实现特殊的温度曲线:在某些工艺中,可能需要压板不同区域有不同的温度(虽然不是常见需求),分区控温提供了这种灵活性。
  • 提高可靠性和可维护性:如果某个区域的加热管损坏,只需关闭该区域并进行维修,其他区域仍可继续工作,不影响整机运行,降低了停机风险。

碳纤维复合材料热压机-电加热、油加热,分区独立控温

3. 电加热如何更好地实现分区控温?

电加热在实现分区控温方面具有天然优势:

  • 布局灵活:电热管可以非常灵活地分布在压板的不同区域,每个分区可以很小、很精确。
  • 独立控制响应快:通过固态继电器(SSSR)控制,通断频率高,功率调节(PWM或调功方式)精确快速,能及时响应每个分区的温度变化。
  • 系统集成度高:易于与先进的『数字化』控制系统集成,实现复杂的多变量控制算法。

而油加热系统要实现精细的分区控温,需要在流道设计上非常复杂(如设计多个独立的微型循环回路),并配备多个独立的油泵和控温阀,成本和复杂性会急剧增加。

对于当今的碳纤维复合材料生产,采用分区独立控温的电加热热压机已成为绝对的主流和首选。它在控温精度、能耗、维护便利性和工艺适应性方面全面优于传统的油加热方式。

在选择设备时,除了关注加热方式,更应深入了解供应商的压板设计能力(流道/加热管布局、材质、加工精度)和控制系统水平(PLC、温控模块、人机界面)。一个优秀的分区控温电加热系统,是生产出高质量、高性能碳纤维复合材料制品的有力保障。

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