熱壓罐成型技術(shù)是塑料加工中較為簡(jiǎn)單且普遍的一種加工方式，同時(shí)也是碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的主要成型方式。具有成型制件性能高和質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，還存在一些需要改進(jìn)的地方，如設(shè)備投資大、制作成本高、能耗高等。所以，如何實(shí)現(xiàn)熱壓罐成型技術(shù)高效率低成本已經(jīng)成為碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料加工過(guò)程中的一個(gè)重要問(wèn)題。
先了解一下碳纖維復(fù)合材料的熱壓罐成型過(guò)程。首先，將已經(jīng)準(zhǔn)備好的模具放入熱壓罐中，將預(yù)浸料鋪裝在框架式模具上，再用真空袋將其蓋上，并且與模具四周密封；然后，將已加熱的高壓氣體通過(guò)空氣泵不斷地向熱壓罐內(nèi)注入，真空袋內(nèi)部不斷有氣體被排出，從而形成一定的壓力對(duì)預(yù)浸料進(jìn)行施壓工作，受壓的預(yù)浸料會(huì)將自身承受的壓力傳遞到模具型面上，表面形成對(duì)模具的壓力載荷。
經(jīng)過(guò)加熱的氣體會(huì)經(jīng)過(guò)真空袋上表面給預(yù)浸料加熱，其產(chǎn)生的熱量會(huì)通過(guò)真空袋和模具下表面?zhèn)鬟f給預(yù)浸料。隨著溫度的不斷增加，預(yù)浸料會(huì)形成一定程度的固化，帶到溫度上升到一定程度，預(yù)浸料會(huì)形成制件，這就是碳纖維制品的熱壓罐成型的整個(gè)流程。
在熱壓罐成型中，最常見(jiàn)的就是模具變形引起的尺寸偏差，模具變形的原因主要有兩個(gè)。一是制作過(guò)程中由于真空袋內(nèi)部氣體不斷被抽空產(chǎn)生的壓力引起的模具受壓彈性變形，另一方面則是模具在受熱后引起的膨脹形變，兩個(gè)原因結(jié)合起來(lái)就會(huì)造成碳纖維產(chǎn)品尺寸的偏差與形狀的翹曲。在這兩個(gè)原因中，對(duì)模具變形大小起決定性作用的主要是工藝參數(shù)和模具的剛度。
其中，由于受樹(shù)脂固化工藝曲線的限制，如果希望有效地減少碳纖維制品變形和翹曲的程度，關(guān)鍵在于模具合理的剛度設(shè)計(jì)以及對(duì)模具型面的事先調(diào)整。但同時(shí)要注意的是，雖然增加模具的剛度能夠有效地對(duì)抗壓力帶來(lái)的負(fù)載變形，但是對(duì)抗高溫所引起的膨脹并沒(méi)有明顯的改善。因此，想要獲得高精度質(zhì)量高的碳纖維產(chǎn)品，最關(guān)鍵的因素是合適的模具型面的調(diào)整。
所以在設(shè)計(jì)模具的尺寸和形狀的時(shí)候，一定要根據(jù)模具的具體特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。一般來(lái)說(shuō)，可以用有限單元模擬的方法對(duì)其變形情況進(jìn)行初步預(yù)測(cè)，結(jié)合預(yù)測(cè)的結(jié)果，再應(yīng)用反變形法對(duì)模具的變形情況進(jìn)行合理的改正，以保證碳纖維產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)成型變形后能夠達(dá)到預(yù)期的形狀要求。由于框架式模具結(jié)構(gòu)本身具有相似性，并且模具變形的機(jī)理也基本一致，因此，可以將這種改善的方法廣泛應(yīng)用到各個(gè)碳纖維制品的制作過(guò)程當(dāng)中。并且可以建立相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)，選擇工藝參數(shù)以及合適的模型進(jìn)行存儲(chǔ)。等運(yùn)用到實(shí)力中可以達(dá)到優(yōu)化模擬參數(shù)，減小誤差，從而提高模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性了。
綜上所述，碳纖維復(fù)合材料的制作要求的提升，對(duì)熱壓罐成型技術(shù)也要求不斷的更新和優(yōu)化。工程師應(yīng)該在對(duì)熱壓罐成型技術(shù)初步了解的基礎(chǔ)上，對(duì)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料熱壓罐生產(chǎn)所用的設(shè)備能力參數(shù)、工藝生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)以及工裝模具信息進(jìn)行數(shù)字化描述，形成一套相關(guān)的知識(shí)管理框架。這套框架能夠提高碳纖維產(chǎn)品的質(zhì)量提升，并且可以從本質(zhì)上促進(jìn)我國(guó)碳纖維產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展。
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