預浸料模壓工藝技術要點分析

碳纖維復合材料自誕生以來,始終受限于制造成本以及生產節拍影響,未得到大批量應用。決定碳纖維生產成本及節拍的是成型工藝,碳纖維復合材料成型工藝有很多,如RTM、VARI、熱壓罐、烘箱固化預浸料(OOA)等,但均存在兩個瓶頸:1.成型周期長;2.價格昂貴(相對于金屬和塑料)。預浸料模壓工藝(Prepreg CompressionMolding)作為成型工藝的一種,可實現批量化生產,降低生產成本,得到越來越廣泛的應用。

預浸料模壓工藝是指借助溫度、壓力,在一定時間內將預浸料鋪貼而成的預成型體壓制成型。此工藝成型速度快,設備要求簡單,操作簡單,與熱壓罐、VARI及OOA工藝相比,產品兩個面表觀質量皆優,尺寸穩定性好,工藝過程易控制。

 

▲ 預浸料模壓工藝流程圖

 

模壓工藝四要素

1.溫度高低及均勻性:反映樹脂與固化劑的反應程度及反應位置均勻度,主要控制成型表面質量及固化程度;

2.壓力大小及均勻性:反映樹脂中空氣排出及流動效果,控制成型表面質量及力學性能

3.固化時間的長短:反映固化度,保證生產效率;

4.模具型腔厚度:反映產品厚度,根據碳纖維材料自身特殊性,設計合理的型腔厚度。

工藝適用性

預浸料模壓工藝理論上可制造任何結構的產品,產品結構若過于復雜,如倒扣、翻邊區域過多,導致模具成本及生產難度大幅增加,因此對于結構特別復雜的件適用性不強,但我們可以通過結構優化或分塊設計+粘接方案制造復雜件。如下圖所示為華特碳纖制作的典型零部件預成形體:汽車前機蓋外板、內板,結構相對簡單,有利于模壓成型。

 

▲ 前機蓋外板預成型體

 

▲ 前機蓋內板預成型體

相關技術

1.多層裁切技術:多層預浸料一次性裁切;不同角度預浸料一次裁切,提高裁切效率。

2.熱進熱出技術:將模具直接加熱到固化溫度,將預成型體放入模具壓制成型,縮短成型時間,降低能耗。

3.凈尺寸成型技術:先將預成型體沖裁至凈尺寸,再放入凈尺寸模具中固化,減少切割工序。

工藝難點

復雜結構產品模具設計難度大:若產品存在大量倒扣、負角,造成模具制造難度加大,同時模具長期使用后,會導致鑲塊位置配合精度降低。因此在設計產品時,盡量避免倒扣或負角。

注意:外覆蓋件對產品表面質量要求很高,碳纖維素材件常見問題有:產品露紋理件白點;產品亂紋問題;表面針孔、缺膠問題等。綜其原因,預浸料中的固化劑混合不均勻或反應不完全;模具溫度不均勻;溫度與壓力配合不到位;模具設計加工不到位;成型過程未把控好;脫模劑起反應等。