固化系統

在纖維纏繞時,要求樹脂有長的適用期和能夠快速固化是相互矛盾的。通常具有長適用期的樹脂往往要求或在低溫下很長的固化時間或者較高的固化溫度。較高的固化溫度可能導致終制件的熱誘導微開裂。另外一些會造成微開裂的因素為:芯模、纖維和樹脂的熱膨脹失配,加熱和冷卻速率,纖維和樹脂的熱膨脹過程中的收縮以及纖維不同的纏繞方向。除了微波加熱外,取決于加熱源的位置，纖維纏繞制件的固化或從內表部或外表部開始。當固化從內表部開始時,由于樹脂被擠出制件可能獲得較高的纖維含量。另外空隙含量也可能較低。當使用外表面加熱,可獲得較高的樹脂含量且可以消除樹脂滴落。在纖維纏繞中已有不少的樹脂體系可供選擇,但關鍵是必須選擇適當的樹脂體系以滿足需要。

 

 

(1)烘箱

電加熱或氣加熱烘箱是傳統的固化設備，它們投資少,并可做成不同的尺寸形狀。采用烘箱固化,所需固化壓力由收縮帶或空氣袋提供。在許多情況下,例如對于纏繞管和另外- -些圓形制件，固化過程中制件應保持轉動以減少下垂和樹脂滴落。在烘箱固化中,能耗花費比其他許多方法多，因為不但要加熱制件，而且包括周圍的空氣以及輔助設備如芯模和支撐體。而且大的烘箱要占用較大的空間。

 

(2)熱油加熱

熱油加熱一般在非常快速固化樹脂體系(固化時間小于15min)中使用。熱油加熱中熱油直接經過芯模,這樣可保證芯模非常迅速地加口熱到所需溫度。如在纏繞過程早期就使芯模加熱對于脫模極為有利。通常復合材料在固化過程中收縮從而和芯模保持極緊密的接觸。在熱

油加熱系統,芯模先加熱膨脹之后復合材料開始升溫固化,這樣復合材料實際上和膨脹的芯模相接觸，當停止加熱泠卻到室溫后,芯模從固化后的復合材料中回復原來的狀態,這樣脫模就相對容易。熱油加熱系統使用范圍一般在150~ 200°C。

 

(3)加熱燈

加熱燈也可提供一個高為170°C左右的固化溫度。加熱燈-般應為便攜式，由于加熱燈作為熱源使用非常直接，必須注意使制件各部分固化均勻。加熱燈固化的一個缺點是樹脂外表面先形成一-層表皮，而這層表皮阻止固化過程中的進一步熱傳遞。紅外燈是復合材料固化常用的加熱燈。常在使樹脂從A階段轉變為B階段過程中使用。使用加熱燈固化復合材料制件,這些燈通常排列成和制件結構形狀相匹配的形狀,在加熱過程中制件保持轉動。

 

(4)蒸汽加熱

許多纏繞管材的廠家使用蒸汽作為樹脂固化的熱源。當管子纏繞完畢后,熱蒸汽經金屬芯模端部接頭通過管狀芯模，纏繞件快速固化。當完全固化后，利用冷卻水快速冷卻。這樣做既能方便操作,提高效率,也能提供足夠的收縮以使脫模更為容易。

 

(5)熱壓罐

當制備航空航天用高質量制件時，樹脂基體往往采用高性能環氧樹脂,雙馬來酰亞胺或聚酰亞胺，有必要采用真空袋/熱壓罐固化纖維纏繞件。熱壓罐固化能提供400°C的固化溫度和35MPa的固化壓力。熱壓罐固化的主要缺點是長的固化周期以及尺寸等方面的限制。

 

(6)微波加熱

對于玻璃纖維和芳綸纖維增強復合材料,微波固化有明顯的優點。微波能被纖維和樹脂很快地吸收，因此原來需要數小時固化的體系有可能在數分鐘內便完全固化。由于復合材料固化的微波設備需要很高的能量水平,因此成本較高。微波加熱固化的另一缺點是對于導電的碳纖維不能使用。因此,大部分復合材料制造廠商已放棄了使用微波固化復合材料。

 

(7)其他固化方法

電子束、激光、射頻、超聲和誘導固化方法都在纖維纏繞工藝中試用且有不同程度的成功。超聲可使樹脂體系快速固化但這種固化不均勻。射頻固化已得到了許多研究，并被認為是一個有希望的加熱固化方式。激光加熱已基本被否定,因為它們不適用于碳纖維增強體系，激光不能穿過復合材料中的碳纖維層。由于在熱塑性樹脂纖維纏繞中只需加熱表面一層熱塑性樹脂使其熔融，激光束不能穿過碳纖維層并不十分重要，因此激光加熱可在熱塑性樹脂纖維纏繞中應用。

來源：《復合材料件可制造性技術》