热塑性复合材料简述
热塑性复合材料是什么?
热塑性脂基复合材料主要有长纤维增强粒料(LFT)连续纤维增强预浸带MT和玻璃纤维增强型热塑性复合材料(CMT)。根据使用要求不同,树脂基体有PPE.PAPRT,PELPCPES,PEEKPI、PA等热塑性工程塑料,维种类包括玻璃干维西芳纤和硼维等一切可能的纤维品种。随着热塑树脂基复合材科技术的断熟以及可回收用的发展,该品种的复会材料发展较快欧美发达国家热上合料已占到树基复合材料总量的30%以上。
热塑性基体
增强材料
连续纤维增强复合材料中的纤维是“连续的”,长度从几米到几千米不等,连续纤维复合材料一般主要提供层压板、预浸带或编织物等,通过用所需的热塑性基体浸渍连续纤维形成。
用纤维增强过的复合材料有什么特点
由于纤维增强复合材料具有如下特点:(1)比强度高,比模量大;(2)材料性能具有可设计性:(3)抗腐蚀性和耐久性能好;(4)热膨胀系数与混凝土的相近。这些特点使得FRP材料能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需要,同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求,因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。
热塑性复合材料发展前景大
连续纤维增强热塑性复合材料的几种浸渍方式
连续纤维增强热塑性复合材料的浸渍方式主要有溶液浸渍法、熔体浸渍法、粉末浸渍法、浆状树脂沉积法、混编法、薄膜叠层法及反应浸渍等。
01、溶液浸渍法
尽管如此,目前一些采用其他制备技术不易浸渍的高性能树脂复合材料的制备大多仍采用溶液浸渍法。
02、熔体浸渍法
以上两种方法,施加在纤维上的压力很大,会导致纤维损伤。而熔体浸渍法的主要优点是不需要任何溶剂。
03、粉末浸渍法
浸润所需的时间、温度、压力依赖于粉末粒径的大小及分布。
04、浆状树脂沉积法
浆状树脂沉积法的优点,纤维分散性好、破损小,受热少,生产效率高;缺点是技术难度大、设备成本高。
05、混编法
但是该技术不适用于玻纤材料的复合以及日用品或低温热塑性工程材料的成型。
06、薄膜叠层法
高粘性基体树脂很难浸润到纤维中。
07、反应浸渍法
一文了解纤维增强热塑性复合材料的成型
纤维增强热塑性复合材料是复合材料中的重要一支,用玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、芳纶纤维(AF)及其它纤维材料,对各种热塑性树脂进行增强,国外称之为FRTP(Fiber Reinforced ThermoPlastics)。先进的纤维增强热塑性复合材料具有韧性耐蚀性和抗疲劳性高、成型工艺简单周期短、材料利用率高(无废料)、无需低温贮存等优异性能,而成为了材料行业研究的热点。
FRTP的典型性能优势
◆ 废料能回收利用:FRTP可重复加工成型,废品和边角余料能回收利用,而物理机械性能并不发生显著的变化,不会造成环境污染,很好地适应了当今世界对材料产业所提出的环保要求。
FRTP的分类
FRTP的应用
常见的FRTP成型工艺
在高效生产大型、坚固的轻量化结构零部件时,采用ENGEL公司的HP-RTM高压树脂传递模塑技术,将干燥的纤维半成品在注入的树脂中浸渍,然后在加热条件下固化,可生产出具有更好的成形性和高品质的平面形汽车零部件,如品质和坚固性上乘的车顶系统、车身件(图8)。
市场现状与前景
其中,液体成型工艺主要包括热塑性基体树脂传递模塑( T-RTM) 工艺、原位拉挤工艺等;而热塑性预浸料成型工艺则包括热压罐工艺、模压工艺、缠绕工艺等;纤维混杂工艺是制备与增强纤维直径相当的树脂纤维,然后使两种纤维混杂成一种复合纱,最终模压制备成品。
01、模压工艺
图 克劳斯玛菲的FiberForm工艺流程
克劳斯玛菲的FiberForm工艺——复合片材和单向板热成型和背面注塑工艺相结合,实现高度的功能集成,可应用于座椅托架和靠背、仪表板支架、车门模块、侧面防撞保护装置、蓄电池支架等部件。2018 年克劳斯玛菲在美国奥兰多塑料展上,首次公开展示了该设备和技术。
02、拉挤工艺
图 两类热塑性复合材料拉挤成型工艺示意图
图 采用原位拉挤工艺的前保险杠防撞梁
03、缠绕成型
图 RTP管结构层次示意图
图 预浸带缠绕成型
04、T-RTM工艺
05、热压罐工艺
06、其他
除了上述工艺外,连续纤维增强热塑性聚合物基高性能复合材料还可以利用3D打印工艺实现高性能复杂结构复合材料构件的低成本一体化快速制造。
热塑性复合材料拉挤成型简述
热塑性复合材料拉挤工艺是一种连续生产复合材料型材的方法,基本工序是增强纤维从纱架引出,经过集束辊进入树脂槽中浸胶,然后进入成型模,排除多余的树脂并在压实过程中排除气泡,纤维增强体和树脂在成型模中成型并固化,再由牵引装置拉出,最后由切创装置切割成所需长度。
热塑性复合材料拉挤成型还在继续发展中,主要是生产大尺寸、复杂截面、厚壁的产品。现在给大家具体介绍两种有代表性的热塑性复合材料拉挤成型方法。
一、反应注射拉挤
二、曲面拉挤
热塑性复合材料模压成型技术及应用
一、热塑性复合材料简介
二、热塑性复合材料优点
三、模压成型介绍
模压成型类型
GMT片材生产流程
工艺流程
在汽车上的应用
3.5、复合模压成型技术及应用
连续长纤维增强热塑性复合材料的研究进展
摘要
一、前言
表1、50%含量不同类型玻纤增强PA66的力学性能
目前国内对短纤维增强热塑性复合材料研究较多,但对长纤维增强的研究较少,而对连续长纤维增强的研究就更少,这是因为长纤维增强热塑性复合材料的成型方法受到一定的限制。
二、连续长纤维增强热塑性复合材料预浸料的制备工艺
表2、热塑性复合材料常用纤维和树脂
混编法是将纤维状树脂与增强纤维混编成一定形状,如带状、空心状、二维或三维等几何形状的织物,然后通过热压成型制备连续纤维增强热塑性复合材料。该法利用现有纺织技术的高效和自动化,可以降低成本,并且复合材料成型只需对现成的织物进行加工,工艺大大简化,同时编织物的纤维能保持平直状态,得到的复合材料力学性能损失小。而且织物的柔顺性和铺覆性较好,适于制备形状复杂的复合材料等。但也存在着很大的缺陷:如有的增强纤维没有得到很好浸渍,甚至形成干纤维区;存在孔隙;纤维束或编织缺陷等。
三、连续长纤维增强热塑性复合材料的成型
拉挤成型工艺具有如下优点:如树脂黏度可以随时调节,纤维含量可高达80%;生产过程实现自动化控制,生产效率高;制品纵、横向强度可任意调整,可满足不同力学性能制品的要求;制品质量稳定,重复性好,长度可任意切断;生产中无边角废料,产品不需后加工,故较其他工艺省工、省料、省能耗。
四、连续长纤维增强热塑性复合材料的应用
表3、长纤维增强热塑性复合材料在欧洲品牌汽车中的应用情况
5、展望
盘点连续纤维增强热塑性复合材料在汽车上的应用
随着节能减排要求的提高以及汽车电动化的加速,汽车轻量化成为汽车行业的发展潮流,推动着包括高强度钢、铝合金、工程塑料以及复合材料等在内的轻量化材料在汽车领域的应用。
除了上述应用外,随着技术的发展成熟,连续纤维增强热塑性复合材料正越来越多地被用作汽车轻量化设计中金属的替代品。下面我们来看看,近期连续纤维增强热塑性复合材料在汽车上的创新应用。
一、宝马iX前围板和后窗框架部件
这种CFRP-CFRTP的混合结构与同样的钢制部件相比,在提高刚性的同时还减轻了5 kg的重量,同时实现了宝马想要的简约外观,从而增加了乘员舱的宽敞感。
二、奔驰S级轿车驾驶辅助系统电池支架
采用复合材料可以使成品可比金属造的减重 40%,注塑成型步骤还可实现集成功能,不仅使安装支架变得更加容易,而且还可减少了传送运输工作。这些加工工艺有助于降低 制造成本。且复合材料对车身和电池的金属部件是电绝缘的,大大降低了短路的风险。而由金属制成的组件需要额外的措施来防止短路。
三、梅赛德斯-奔驰S级轿车上的负载舱
除了S轿车外,Tepex dynalite还应用于梅赛德斯-奔驰 C 级轿车的负载舱,用于容纳车载电源电池。轻质结构材料比金属轻得多,未来将在电动汽车安全装置、完整的电池系统外壳或引擎下可用的装载空间组件方面有巨大应用潜力。
四、东风汽车轻型卡车工具箱
复合材料的加工方法
前言
图1、手工铺设
最简单也是最基础的方法,它用于制造简单的、平面或者轻微的曲面的复合材料部件。通过手动将增强材料铺设到模具上,然后将树脂均匀的涂抹在上面。树脂的作用是固化增强材料,形成最终的复合材料结构。这种方法的成本低,但劳动强度高,质量控制更依赖于工人的技能。
真空辅助树脂传输成型(VARTM)
自动铺设(Automated Lay-up)
自动铺设是一种先进的复合材料加工技术,主要用于高性能、大批量生产的复合材料部件,尤其是在航空航天领域。自动铺设开始之前会预先设计好铺设路径,然后自动铺设机器会自动把已经被树脂浸透的增强材料放置在模具上进行铺设。这种机器具有高精度和高重复性,可以提高生产效率,减少材料浪费,保持一致的产品质量,但是自动铺设设备成本较高,且对设计和编程有严格要求。
创新的复合材料加工技术
由于科学技术和材料科学的不断发展,近几年出现了一些创新性的复合材料加工技术。
三维打印(3D Printing)
自动纤维放置(Automated Fiber Placement, AFP)
图4、自动纤维放置装置
微波固化技术
图 5: 微波固化技术示意图
结论
来源:高分子材料改性、复材殿堂、复材人、复材资讯、艾邦、玻纤复材、严说一点、爱复材等等由复材先生搜集、编译、整理、汇总。