熱壓罐成型工藝中的物理和化學(xué)過程
發(fā)布時間：2023-03-08 10:41瀏覽次數(shù)：
《熱壓罐成型工藝中的物理和化學(xué)過程》
熱壓罐成型工藝是用真空袋密封復(fù)合材料坯件組合件放入熱壓罐中，在加熱、加壓的條件下進(jìn)行固化成型制備復(fù)合材料制件的一種工藝方法。它是目前廣泛應(yīng)用的先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)及金屬或復(fù)合材料膠接結(jié)構(gòu)的主要成型方法之一，其原理是利用熱壓罐提供的均勻的壓力和溫度，促使預(yù)浸料中的樹脂流動和浸潤纖維，并充分壓實，排除材料中的孔隙，然后通過持續(xù)的溫度使樹脂固化制成復(fù)合材料。
熱壓罐是一個具有整體加熱系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)的大型圓柱形金屬容器，一般為臥式裝置。常見的結(jié)構(gòu)是一端封閉，另一端開門的圓柱體，利用熱空氣、蒸汽或內(nèi)置加熱元件對預(yù)浸料加熱，并經(jīng)過壓縮空氣(或氮氣)加壓到0.2-2.5MPa固化成型，為先進(jìn)復(fù)合材料的壓實和固化提供必要的熱量和壓力。
熱壓罐成型復(fù)合材料工藝中發(fā)生的主要物理和化學(xué)過程如下：
(1) 樹脂的流動，使制件中的纖維被充分浸潤。大多數(shù)預(yù)浸料中樹脂的初始黏度較高。當(dāng)材料被加熱時，黏度急劇下降，并在某一溫度下達(dá)到最低值。這一溫度就是常說的熱壓罐成型周期中的“保溫”溫度，這可以確保增強材料完全浸透，并有效地將多余的樹脂擠入吸膠材料中。這個溫度也是樹脂最容易形成孔隙的溫度，這時加在樹脂上的壓力是非常重要的。持續(xù)的加熱使樹脂開始固化，樹脂黏度不斷增加直到樹脂的固化成型。
(2) 纖維網(wǎng)絡(luò)的壓實，施加一定壓力除去樹脂基體中可能存在的孔隙，使復(fù)合材料中的纖維體積含量達(dá)到最大。在固化周期的低黏度點，如施加一定壓力，樹脂可能從復(fù)合材料中擠出。事實上，對于有吸膠材料的成型，吸膠層會誘導(dǎo)樹脂從復(fù)合材料流入吸膠層，這一步驟既能確保樹脂的浸潤，也有利于排除復(fù)合材料中的孔隙，使復(fù)合材料中纖維的體積含量達(dá)到最大。在復(fù)合材料的壓實與固化過程中，濕氣的擴(kuò)散可能使先前存在的孔隙進(jìn)一步生長或被消除。在固化的過程中，升高溫度有利于孔隙的生長，為了促使孔隙消除，必須保證預(yù)浸料上有足夠的壓力。
(3) 合理的熱傳遞過程以保證樹脂基體的充分固化。與熱壓罐成型工藝相關(guān)的熱傳遞過程包括兩個方面：包括各類鋪層材料和模具在內(nèi)的成型組合系統(tǒng)內(nèi)部的熱傳遞；熱壓罐內(nèi)加熱單元對制件和模具的加熱。前者是必需的，而后者也很重要，因為它控制著對整個制件加熱的均勻性，而且對復(fù)合材料的總固化時間也有重要的影響?，F(xiàn)代化的熱壓罐設(shè)備中有循環(huán)鼓風(fēng)機和通道等裝置來保證熱量的均勻分布，對于已給定的工件有兩個主要的熱傳遞方式：從循環(huán)介質(zhì)中強制對流傳熱和熱壓罐內(nèi)壁輻射傳熱。