Under de senaste åren, både nationellt och internationellt, har nya formningstekniker för kolfiberförstärkta termoplastiska kompositprodukter dykt upp. Dessa teknologier inkluderar automatisk fiberplacering, ultraljudspressning med snabb konsolidering, laserkonsolidering, elektronstrålehärdning, vakuumassisterad formning och 3D-utskrift. Trots den höga effektiviteten, låga kostnaden, låga energiförbrukningen och den höga graden av automatisering som dessa nya formningstekniker erbjuder, spelar traditionella metoder fortfarande en betydande roll på grund av de nuvarande tekniska begränsningarna i kolfiberapplikationer.

Termoplastiska hartser som PEEK, PI och PPS uppvisar stark korrosionsbeständighet, skadetolerans, slaghållfasthet och brottseghet. De mjuknar också och smälter vid uppvärmning, vilket möjliggör upprepad användning. När de kombineras med höghållfast kolfiber har dessa kolfiberförstärkta termoplastiska kompositer snabbt blivit populära i flyg-, militär- och avancerade civila tillämpningar. Med tiden har olika formningsprocesser utvecklats för kolfiberapplikationer. Saxobran Nytt materialCo., Ltd, specialiserar sig på produktion av kolfiberkompositprodukter och har jämfört fördelarna och nackdelarna med flera allmänt använda och mogna gjutningsmetoder.

Autoklavgjutningsprocess

Autoklavgjutning använder högtemperatur komprimerad gas i autoklaven för att värma och trycksätta förlagda prepregs, härda dem till form. Denna metod används i stor utsträckning för integrerad formning av hartsbaserade kompositmaterial och har betydande betydelse i industriell produktion. Till exempel tillverkas 80 % av de kolfiberförstärkta termoplastiska kompositstrukturerna som används i flygplanskroppar, roder, hissar, vingskinn och stjärtfenor med autoklavgjutning.

Under autoklavformningsprocessen förseglas prepreg i en vakuumpåse inuti formen, vilket säkerställer enhetligt tryck från den komprimerade luften i alla riktningar. Det snabba flödet av tryckluft inuti autoklaven säkerställer jämn uppvärmning under både uppvärmnings- och kylningsskeden. Dessutom resulterar det stabila trycket och temperaturen i autoklaven i låg porositet och enhetlig fiberfördelning i kompositprodukterna. Således uppvisar autoklavgjutna kolfiberförstärkta termoplastprodukter enhetlig tryck/värmefördelning och stabil kvalitet, vilket gör denna metod lämplig för att producera stora och komplexa strukturella delar. Emellertid inkluderar nackdelarna den skrymmande och komplexa utrustningen, hög energiförbrukning, betydande investerings- och produktionskostnader och låg effektivitet.

Formpressningsprocess

Formpressning involverar olika stadier såsom materialplastning, flöde för att fylla formhåligheten och hartshärdning. Under flödet av det kolfiberförstärkta termoplastiska kompositformningsmaterialet in i formhåligheten behöver både termoplasthartset och den förstärkande höghållfasta kolfibern flyta, vilket resulterar i högre formtryck jämfört med andra metoder. Denna process kräver en hydraulisk press som kan styra trycket och höghållfasta, högprecisions-, högtemperaturbeständiga metallformar. Wuxi Zhishang New Material använder i allmänhet autoklav- och formpressningsmetoder för tillverkning av kolfiberförstärkta termoplastiska kompositprodukter.

Kompressionsgjutna termoplastiska kolfiberförstärkta produkter uppvisar låg inre spänning, minimal skevhet, släta ytor, hög dimensionsnoggrannhet, stabila mekaniska egenskaper, låg krympning och god repeterbarhet. Denna metod är lämplig för att forma stora platta produkter med hög produktionseffektivitet och förmågan att forma komplexa strukturer på en gång, vilket underlättar massproduktion, specialisering och automatisering. Emellertid är komplexiteten och den höga kostnaden för formtillverkning, långa formningscykler och utmaningar för att uppnå fullständig formfyllning anmärkningsvärda nackdelar i kolfibertillämpningar.

Filamentlindningsprocess

Filamentlindning innebär förvärmning av hartsimpregnerade kontinuerliga höghållfasta kolfibrer och lindning av dem på en dorn. Kontinuerlig uppvärmning och tryckapplicering konsoliderar prepreg till en enhetlig struktur och bildar den önskade komponenten lager för lager. Faktorer som uppvärmningstemperatur, lindningsmetod, extruderingsgap, hartstemperatur och fiberlindningsspänning påverkar direkt produktkvaliteten.

Jämfört med autoklavprocessen är filamentlindning mer gynnsam för mekaniserad produktion och möjliggör justeringar av kolfiberstyrka genom att ändra lindningsmönster. På grund av kolfibrernas oförmåga att tätt vidhäfta dornytan under lindningen är denna metod olämplig för tillverkning av delar med konkava eller konvexa ytor.

Pultrusionsprocess

Pultrusion innebär att man impregnerar höghållfasta kolfibrer i harts och drar dem genom en form där de formas och härdas under tryck och bildar kontinuerliga längder av kompositprodukter. Denna process är lämplig för tillverkning av kontinuerliga komponenter med konstant tvärsnitt, vilket innebär att den endast kan producera linjära profiler och inte komplexa konstruktionsdelar. Dessutom, på grund av produkternas anisotropa egenskaper, är deras tvärhållfasthet begränsad, vilket innebär tillämpningsbegränsningar i kolfiberförstärkta produkter.

För storskalig produktion av linjära kolfiberförstärkta termoplastprodukter erbjuder denna process hög automatisering, låg energiförbrukning, högt kolfiberinnehåll, stabil produktkvalitet och låg råvaruförbrukning. Det är en föredragen metod för att producera specifika produkttyper.

Nya teknologier

Under de senaste åren har många nya formningstekniker för kolfiberförstärkta termoplastiska kompositprodukter dykt upp globalt. Dessa inkluderar automatisk fiberplacering, ultraljudssnabbkonsolidering, laserkonsolidering, elektronstrålehärdning, vakuumassisterad formning och 3D-utskrift. Dessa nya teknologier erbjuder hög effektivitet, låg kostnad, låg energiförbrukning och en hög grad av automatisering. Men med tanke på den nuvarande tekniska nivån i Kina finns det fortfarande en betydande klyfta i forskning och praktisk tillämpning jämfört med utvecklade länder. Under en längre tid kommer traditionella formningsmetoder att fortsätta att vara avgörande för att producera kolfiberförstärkta termoplastiska kompositkonstruktionsdelar och andra produkter i kolfiberapplikationer.