压缩成型复合材料:流程、优点和应用程序

AZoM谈判DeWayne豪厄尔和杰森加布里埃尔(CCS技术工程TenCate /复合材料),对复合材料的压缩成型过程以及的好处和应用程序是什么。

有许多不同的制造过程用于创建先进复合部分,你能给我们一个压缩成型过程的描述受雇于TenCate / CCS复合材料吗?

确实有许多不同的方式使用复合材料制造的一部分。欧洲杯足球竞彩压缩成型的过程中,我们使用TenCate / CCS复合材料。我们可以模具部分非常小或超过5英尺(1.5米)长,厚度薄如0.050英寸和超过1”(25毫米)。我们模具热固性和热塑性复合材料。

一般有4个关键步骤的过程。注意,这是更常见的热固性复合材料。热塑性塑料是相似的,但我们可以稍后详细讨论他们。

首先,为了模具的一部分,一个高强度金属工具加工所需的确切尺寸生产部分的形状,收缩的一些调整。该工具由一个腔和一个核心。腔定义部分的一侧,核心定义部分的另一边,和这两个工具之间的空隙或模具半合成部分的体积是形成。工具安装在媒体和整体加热,温度可以控制整个成型周期的一部分。

例子使用大型压缩模制品的v - 22鱼鹰直升机。基地(60×8英寸,12英寸身高152 x20x31厘米)。图片来源:TenCate

第二,纤维增强树脂材料成品的形状工具。压片是非常重要的;有几种方法可以使用特定部分的形状和一个特定的方法可以提高部分性能。

第三,pre-form转移到加热腔的媒体工具,该工具半关闭在很高的压力下从800 psi超过2000 psi(55 - 138条)取决于材料类型和厚度。工具仍然是一组封闭的时间基于给定的材料。这允许树脂材料融化,流在此工具中,因此完全填补的空白巩固前两模之间的部分。

第四,最后,压力释放后,一部分从工具中删除。在这一点上可能会有少量的树脂flash边缘需要移除,和部分完成。

你会怎么认为压塑成型制造部分的主要优点?

有一系列优点时压缩成型。首先,只供参考,先进复合材料一般金属零件相比有很多优点,包括重量轻、高强度、高硬度和耐蚀性,根据复合材料的类型。但是,我不得不说,五大优势全面相比,金属和其他复合制备方法有:

• 部分的复杂性
• 易于更换金属近几何匹配的金属部分
• 添加插入和肋加劲肋形式的能力
• 尺寸控制和稳定
• 完成部分成本低,制造大量的部件的能力

部分的复杂性——一个模制品,几乎可以认为复杂的部分与注塑——几乎获得。塑料注射成型可以非常复杂的几何图形,而几何复杂性的典型层压复合材料的限制。压缩模塑法允许很长纤维,在1英寸以上,被集成到一个复杂形状。,我们的化合物通常提供更多的纤维含量。更长、更纤维材料提供更严厉和强于短/更少的纤维中发现注塑材料。欧洲杯足球竞彩提供一个复杂的形状与这些更高的力学性能是注塑和传统层压复合材料制备方法,使压缩成型一个优秀的两者之间的中间地带。例如头盔光学支撑结构我们捏造(见图)。这里显示的复杂性是难以置信的,然而长纤维增强和高纤维的体积。

代替金属——这一事实意味着,我们可以非常复杂的模具部分可以部分为金属设计,更容易地将其转换为一个压缩模制品不需要对几何形状的变化。这是不可能与传统层压复合方法也不需要大量的制造加工。金属部分几何匹配的近,可以完全替代型和取代金属部分无接口问题。

f - 35的头盔光学支撑结构。图片来源:TenCate

添加插入和强化肋骨——这是压缩成型的另一个优点。金属或其他材料插入可以放入模具时形成。这些附件硬点消除常见的二级流程比其他组合制造方法。同时,通过合并肋骨部分,由简单容易实现这种特性添加到工具,抗弯刚度和强度急剧增加,如果任何改变部分成本。它不是那么容易把肋骨融入传统层压复合部分。作为一个额外的功能,我们也可以轻松地添加一个电玻璃表面堆焊层或导电雷击网的外表面部分。

FLIR显示整流罩与铜雷击屏幕集成到表面的一部分。图片来源:TenCate

尺寸控制和稳定——这是增强匹配的金属工具用于压缩成型。每个部分由相同的工具基本上是一个维重复之前的部分。其他复合造作过程依赖于软物质形成一方;导致尺寸变化,然后额外的加工。虽然可以将压缩成型零件加工,它通常是留给极高的容忍区域或少数部分地区一部分,不会直接成型,因为额外的模具的复杂性。

降低部分成本完成的部分成本可以低于预期。并不少见TenCate / CCS复合材料只产生一个完整的复杂形状的部分在5 - 15分钟。此外,将否则次要特征和插入的能力,减少劳动内容,产生低废材料,达到高产量,减少检验部分时间都可以属性来节约成本。一些客户选择替换几个组装,简单形状零件有一个复杂的压缩模制品。这样可以节省装配时间和库存的多个部分。

什么类型的复合材料可以压缩成型和首选形式的这些材料吗?欧洲杯足球竞彩

大多数纤维类型可以压缩成型包括玻璃纤维、芳纶、标准模数碳纤维和碳纤维的每一个其他年级。树脂时,使用两个大类:热固性,环氧树脂和氰酸酯;热塑性塑料,如PEEK和裴。

热固性复合材料是最常见的材料用于TenCate / CCS复合材料。欧洲杯足球竞彩TenCate压缩成型材料的特殊配方给合适的粘度,在合适的温欧洲杯足球竞彩度,在适量的时间压缩成型。其他供应商使用的树脂“标准”,而不是特定于压缩成型。

热塑性塑料是一个相对较新的能力和我们主要使用PEEK, PPS和裴纤维增强材料,但其他人也可以。欧洲杯足球竞彩TenCate提供了一个广泛的高质量的生产线热塑性预浸材料可以制成压缩成型材料;从低温树脂HDPE高性能聚合物喜欢偷看。TenCate是世界领先的公司之一高性能热塑性复合材料。欧洲杯足球竞彩

CCS复合材料模具(SMC)“片状成型化合物”和“批量成型化合物”(BMC)。混合切碎的纤维和树脂,但以不同的方式。

片状成型化合物由切碎的纤维和树脂混合,形成一张。预先形成然后切板和剩下的表就会被丢弃。或者,有时可以滚床单或堆放,减少浪费。一些SMC的高质量切碎的单向带;一些更多的是一种通用的混合切碎的纤维和树脂。

首选材料我们使用形式是热固性复合材料。BMC的代表混合,高质量,单向带事先饱含树脂专门为压缩成型。然后缝和切碎,通常的”½英寸2英寸的长度。纤维含量相对高约50%,有时更多。我们发现我们的定制树脂、高纤维体积,与一个非常高质量的半固化片混合技术产生一个非常高质量的模塑料。

这些材料成型时的纤维取向在某种程度上是随机的,一欧洲杯足球竞彩般准各向同性平面的部分特征。但也可以东方纤维或躺在一些织物或连续纤维材料在预成形阶段创建一个杂化材料占主导地位有定向纤维角度来提供更高的刚度和强度在特定方向和领域。

你能详细关于碎纤维体积成型化合物?

确定。也许最好的方法是比较物质的东西每个人都熟悉,6061 - t6铝合金,特别是铝。TenCate / CCS提供热固性的bmc的7年级。取决于使用的碳纤维,由此产生的弹性模量可以6061铝的60%和200%之间。抗拉强度几乎相当于铝所有纤维的成绩,但抗弯强度更大。真正的好处是当我们比较材料的具体优势。欧洲杯足球竞彩

比强度考虑材料的密度,是衡量材料的强度单位交付的重量,这是重要的任何需要轻量级的结构。例如,MS-4H BMC的特定的抗拉强度等级的材料是铝的190%,230%的钢和130%的钛。这个表(见附件)总结了这些比较。

表1。BMC材料的比较。图片来源:TenCate

比较碎纤维的BMC和其他连续纤维复合材料,连续层压复合材料总是提供更高的强度,在BMC的150%左右。欧洲杯足球竞彩然而,当我们比较的bmc连续层压复合材料,包括图样和孔洞附加点的不同强度大大降低。作为一个例子,在一个典型的飞机有访问面板和数以百计的图样有成千上万的连接和扣点。常见的复合飞机设计基于一个“空心”抗拉和抗压强度,而不是原始的(无孔)强化优势。裸眼优势占所有这些图样和附加分和有效地敲下叠层复合材料的强度。

BMC材料,裸眼欧洲杯足球竞彩力量和原始材料强度基本上是相同的。事实上,裸眼BMC的力量几乎一样的裸眼层压复合材料的强度。所以,将出现在零件图样和洞,BMC压缩模制品可以给优势等于叠层复合材料的一部分。

树脂材料的选择是bmc的另一个关键因素。我们的高性能热塑性的bmc会产生一部分优秀的火焰,烟雾和毒性特征,使它们适合飞机结构和飞机内饰。在热固性材料,氰酸酯热固性树脂有极低的挥发属性,脱气和环氧树脂也可以接受,这是重要的空间基础结构。各种树脂系统和操作温度不同的范围可以从250年^◦F (120^◦超过500 C)^◦F (260^◦C)根据操作负荷。最重要的,bmc的极佳人选金属替代,甚至可以对手连续层压复合材料是特定的应用程序。

前面提到的肋骨成形能力你听起来很有趣,你有一个部分的例子包括肋骨?

这是一个相对简单的肋骨添加到压缩成型部分。因为形成高压力包括BMC材料容易流入空腔模具树脂的粘度随温度。不仅树脂流入一根肋骨腔但纤维流动,从而产生一个纤维增强时刻在板肋接口。

一根肋骨的作用是增加刚度和强度的部分。平板相比,一个单一的肋骨,只增加了15%的体重会增加部分抗弯刚度超过700%。这个图表显示的加强可以实现压缩成型只有微不足道的体重增加,因此成本。

表2。刚度与最低重量增加。图片来源:TenCate

一个很好的例子,这是一个舱口盖TenCate / CCS编造的v - 22旋翼飞机。最初的封面是一个叠层复合材料蜂窝夹层结构的核心。核心材料有效地分离这两个表的面板,如排骨、增加覆盖而添加的抗弯刚度最小重量。复合材料夹层板有几个固有的挑战。

制造要求使用的胶粘剂债券面临表的核心,随着时间的推移,有一个倾向的面板陷阱水蜂窝的空洞。这两个问题单独添加和维护成本。将是一个长期的过程,装配、真空袋,然后高压釜治愈面板。

V22压缩成型。图片来源:TenCate

TenCate / CCS重新设计封面单面的,压缩成型面板与嵌入加劲肋。重新设计导致压缩模制品可以捏造更快,消除昂贵的蜂窝材料的必要性。此外,雷击网格合并为一个图层添加到面板在成型。

模具的材料如此之快,相比之下;CCS复合材料部分完成后,在使用旧的设计,部分原材料仍被削减形状之前组装和成型。欧洲杯足球竞彩更低的成本和更少的维护是一个明确的胜利这个V22覆盖应用程序。

早些时候你提到你可以使用纤维增强热塑性材料和模具零件不仅热固性材料。欧洲杯足球竞彩有什么区别两者之间的压缩成型过程和有明显优势吗?

是的。热塑性压缩成型是一种相对较新的技术在TenCate / CCS。高性能热塑性塑料和热固性材料相比,我们一般浮置板轨道(火焰、烟雾和毒性)提供卓越的性能,更低的热释放率(俄勒冈州立大学),良好的耐久性和影响特点,高耐溶剂性和更快的处理速度。你可以看到,这些好处的热塑性塑料容易让自己飞机的应用程序。

压缩成型的热塑性的bmc需要一个稍微不同的过程。自交联的热塑性塑料融化,而不是简单地像热固性材料,重要的是要有严格的温度控制材料在压缩成型。为了方便我们开发了专有的过程称为“Xpress”。本质上Xpress技术允许我们独立控制温度的热塑性塑料模具内的不同位置上。与热固性压缩成型,我们可以提高和降低部分的温度更快地形成。相比其他许多热塑性压缩成型过程,Xpress提供更快的周期时间,减少部分整体弯曲和减少缺陷,从而导致更低的成本。通过监控温度在很多领域在成型,提高质量和过程的一致性。

碳纤维/热塑性塑料支架。图片来源:TenCate

目前的主要应用是什么你看到压缩成型零件?

TenCate / CCS已经存在自1994年以来,在许多行业工作。目前我们通常看到大约50%的零部件制造业务是飞机,空间为25%,剩下的25%在各种各样的商业应用程序。飞机的应用范围从各种剪辑和括号,许多不同的封面和访问面板、翼栅栏和导弹部件。空间应用还包括各种支架、桁架管端配件甚至主要承重结构在运载火箭。

飞机,包括商业应用中心在内部结构如托盘和面板,但兴趣也聚集在地面勘探石油和天然气行业的相关硬件。需要任何复杂形状的零件,注塑材料不提供足够的力学性能,重量,成本和腐蚀金属的形状是一个问题,我们已经看到了成功。欧洲杯足球竞彩

压缩成型部分。图片来源:TenCate

什么TenCate / CCS复合材料的未来和你在地平线上看到任何重大突破吗?

飞机和空间将继续申请压缩成型复合材料零件的主要来源。随着这些材料继续展欧洲杯足球竞彩示他们的性能和成本的价值,合格的BMC材料继续选择对于更复杂的形状在现有和新项目。

也许一个更大的潜在的热塑性塑料零件制造部分是飞机工业。因为热塑性部分有理想效益飞机,浮置板轨道和耐久性等,我们希望看到业务大幅增加在这个舞台上。我们也看到我们的热塑性Xpress技术开门商业部分制造更高的体积。与速度的增加部分制造Xpress提供我们可以更具价格竞争力和部分交付启用。允许这些材料被用来取代低成本,并降低欧洲杯足球竞彩执行材料,如铸件和注塑件。

TenCate先进复合材料主要是材料公司广泛的热固性和热塑性塑料产品,CCS复合材料将继续第欧洲杯足球竞彩一个获得新的先进压缩成型材料和学到的知识在发展中。它还提供了直接的供应和支持材料和成型从一个公司。在访问我们www.tencateadvancedcomposites.com。

关于DeWayne豪厄尔和杰森·加布里埃尔

DeWayne豪厄尔目前高级工程师和技术销售经理TenCate CCS的复合材料。DeWayne已经在复合材料行业工作了28年的公司,如美国国家航空航天局,ATK公司和几个小公司,包括他自己的,复合材料,Inc .,开发和销售CompositePro复合材料工程软件包。

他的工作都集中在设计、分析和组合结构的发展基于热固性和热塑性复合材料的广泛应用。他拥有航空航天工程学位,主任是落基山SAMPE一章,并撰写了十复合材料领域的技术论文。

杰森·加布里埃尔TenCate / CCS复合材料是一个客户经理,服务于北美东部的一面。杰森是TenCate“CCS复合材料”业务,专门从事先进复合材料的压缩成型,复杂的形状,热固性或热塑性塑料部件。

杰森在过去十年在不同的研发、工程、制造和销售的角色在先进复合材料行业。他有一个从宾夕法尼亚州立大学机械工程学位。

额外的技术信息,请联系TenCate通过电子邮件(电子邮件保护)。