可以制造中空結構復合材料部件

Cannon Afros開發了一項新技術，用于生產內置金屬嵌件的碳纖維增強復合材料（CFRP）中空結構件。該技術使用高壓注射樹脂工藝，通過使用高電阻，低熔點的差壓加壓，在合適的聚合溫度下生產金屬芯材料。通常，具有嵌入式插入物的不規則形狀或中空結構的HP-RTM（高壓樹脂傳遞模塑）復合材料部件可以是外部和內部的碳纖維增強復合材料（CFRP）層?？沙隹诘慕饘傩?。該技術的專利仍處于應用過程中，同時可以進行工業生產。歷史發展近年來，碳纖維復合材料的滲透過程迅速發展，因為寶馬需要以高效且可重復的方式生產數以萬計的復合材料部件，并使其非常輕。電動車可以滿足大城市人們乘車旅行的需求。寶馬及其復合材料零件供應商已投入大量資金開發高壓樹脂傳遞模塑（HP-RTM）工藝。該過程以高壓將樹脂注入模具中以滲透纖維?？煽焖俟袒木郯滨セ颦h氧樹脂材料經過精確計量，然后在高壓下通過安裝在模具上的混合頭混合。因此，模具的腔體是模制部件的形狀。

因此，它通常是產生具有一定形狀的三維片狀結構的構件，而不是類似于中空結構的構件，因為如果構件的形狀將朝向中空形狀，則纖維容易起皺。樹脂填充模腔并潤濕腔體中的碳纖維片。這里的碳纖維片可以堆疊有幾層碳纖維織物。板材和模具有數千噸（400-4000噸）的模具夾緊噸位。所有空氣都從封閉的模具中抽出，在模腔和纖維織物疊層中產生真空。然后通過高壓混合頭將樹脂注入模腔中，然后在織物的紋理之間流動，直到所有纖維片完全潤濕。為了避免最終產品中的氣泡，應注入少量樹脂以使其流出模具的接頭。樹脂從混合頭的注入口進入模具，克服流動阻力，并逐漸填充空腔，直到纖維織物的質地完全潤濕。當樹脂在空腔中擴散時，可以監測注入口附近樹脂的壓力以逐漸增加到一定值。過去，當樹脂填充在空腔中時，峰值壓力通常為80至100巴，最近一些客戶已經使用過。壓力峰值為130 bar，因此它們需要200 bar的壓力峰值。最終壓力值總是較高，其中一個原因是樹脂的反應時間縮短了，現在每100秒可以提取一種產品（以前每5到6分鐘一次）。第二是壓力峰值較高，并且模塑部件的樹脂可以更緊湊，因此復合材料中樹脂的量達到約40％至45％。

該樹脂比已經與通過預浸料高壓滅菌生產的航空航天復合材料部件的樹脂比相當。要解決的問題因此，為了能夠使用高壓樹脂傳遞模塑（HP-RTM）工藝生產高質量的碳纖維增強復合材料（CFRP）結構構件，必須施加至少80巴的單位壓力碳纖維層壓板的表面。在片狀碳纖維層壓板的情況下，可以使用足夠噸位的壓機來壓縮模具的上模和下模，以確保碳纖維層壓板表面上所需的壓力。但是，如果要生產中空結構該部件需要在不增加太多重量的情況下增強其結構強度。一種方法是將兩部分制成一部分，然后將它們粘合在一起;另一種方法是將燈放在空心位置。芯材料或可衍生的重芯材料用于支撐壓力以避免使中空部分變平。輕質芯材（輕木或泡沫）不能出口，壓力不應超過15至20巴?；蛘?，可以使用硬質多孔聚集體作為可提取的芯材料，并且在最終部件模塑之后，聚集體可以分解并溶解在水中。分解的聚集物粉末可以通過在碳纖維復合材料表面鉆出的小孔排出。但即使有這個“集團”，壓力也不能超過30巴。另一種方法是使用柔軟，充液的壓力袋來抵抗液體樹脂的壓力（液壓袋易碎，也容易變形，體積不能大，否則不方便取出）。厚液壓袋將在所需的峰值壓力下進行預加壓，但可能太重而無法從模塑部件中取出，或難以從不規則的空腔中取出，液體壓力袋也很難去到腔的狹窄角落。 Cannon的Afros解決方案使用的金屬芯與最終碳纖維增強復合材料（CFRP）中空結構件的內腔形狀相同。在制造最終的碳纖維部件之后，然后輸出金屬芯。這種芯材料還便于金屬嵌件的容納或定位銷插入鑄件中。金屬芯材料可由熔點低于典型碳纖維增強復合材料（CFRP）結構樹脂的共晶合金制成（通常固化溫度約為130-140℃，可承受溫度為30℃） °C更高而不損壞最后部分）。具有已經發現，幾種金屬合金的熔點從略高于室溫開始直至250℃。將金屬合金倒入模具中，其中插入件可以預先固定。為了避免諸如氣泡，收縮和粘附之類的問題，將模具預熱至接近共晶合金熔點的溫度。將一層釋放粉末施加到模具上。模具有開口和抽出銷和墊圈，以避免過多的毛刺或金屬熔體浪費。

一旦形成金屬芯材料，立即將模芯脫模，去毛刺并去除脫模粉末，并正確檢查插件的位置，同時確保芯的表面和內部沒有氣泡材料。首先，將幾層纖維片依次放入高壓樹脂傳遞模塑（HP-RTM）模具中，將芯材放入HP-RTM模具中，然后用纖維層壓材料包裹芯材。應該注意的是，纖維是定向的（取向是正確的并且部件被更好地支撐）并且預成型纖維疊層以使其適合放入模具中。將芯材壓在下面的纖維層壓材料上，該纖維層壓材料也覆蓋有纖維層壓材料。然后，夾緊HP-RTM模具，此時，檢查模具的真空密封性能，并將壓力推入樹脂浸漬纖維的外表面。將模具預熱至樹脂固化溫度（約130℃），然后將樹脂注入高壓。需要至少一個傳感器來監測腔注入口附近的擴散壓力。傳感器也可以安裝在幾個外圍點以監控擴散。壓力，您還可以添加一些電容式傳感器，以檢測樹脂是否已流到零件的角落或薄部位，確保樹脂填充整個腔體。一旦達到所需的峰值壓力（210巴），混合頭就會關閉并進入再循環模式。在固化時間結束后，打開壓機并取出部件。之后，有兩種生產方法可供選擇：第一種生產方法是再加熱，零件是將其放入模板籠中并送入爐中，通過輻射或感應將芯材料和空氣加熱至共晶合金的熔化溫度。熔融的共晶合金通過預鉆孔從模板籠中排出，形成中空復合材料部件的內腔，并且刀片保持在所需位置，使其成為碳纖維增強復合材料（CFRP）的一部分。第二種生產方法是冷卻部件，使金屬芯保留在部件中，金屬芯材料可以在隨后的加工過程中增強結構。硬金屬芯材料有利于整個部件的放置以及部件的切割和去毛刺，因為金屬芯材料減少了振動并防止了部件在加工過程中變形。在待機處理完成之后，將檢查的部件放入模板籠中并送入爐中以熔化共晶合金芯材料，使其可以從小孔中完全排出。此外，共晶合金的熔化溫度（135-220℃）很低，如果需要，即使部件拐角處的共晶合金液體可以旋轉，部件也可以旋轉以抽空所有的共晶合金。徹底放電了。出來。如果腔體填充有壓力袋或其他材料，則加壓材料可能不會到達拐角位置或者可能不會完全排出。在熔融的共晶合金液體排出后，它可以流入熱熔爐下方的儲罐中進行回收，最后返回到共晶合金的坩堝中進行再循環。該技術還可用于生產用于大型部件的空芯，以取代原始的多孔聚集體芯。盡管多孔聚集體的失蠟模塑工藝可以承受非常高的溫度，但其耐壓縮性差（多孔聚集體最終可以通過振動或水溶解排出）?？傊?，空心結構碳纖維增強復合材料（CFRP）零件可用于許多領域，如機器人的運動。部件，傳動裝置，不規則形狀的結構構件，非圓柱形罐，以及用于液體和壓縮氣體的儲罐。