可以制造中空结构复合材料部件

Cannon Afros开发了一项新技术，用于生产内置金属嵌件的碳纤维增强复合材料（CFRP）中空结构件。该技术使用高压注射树脂工艺，通过使用高电阻，低熔点的差压加压，在合适的聚合温度下生产金属芯材料。通常，具有嵌入式插入物的不规则形状或中空结构的HP-RTM（高压树脂传递模塑）复合材料部件可以是外部和内部的碳纤维增强复合材料（CFRP）层。可出口的金属芯。该技术的专利仍处于应用过程中，同时可以进行工业生产。历史发展近年来，碳纤维复合材料的渗透过程迅速发展，因为宝马需要以高效且可重复的方式生产数以万计的复合材料部件，并使其非常轻。电动车可以满足大城市人们乘车旅行的需求。宝马及其复合材料零件供应商已投入大量资金开发高压树脂传递模塑（HP-RTM）工艺。该过程以高压将树脂注入模具中以渗透纤维。可快速固化的聚氨酯或环氧树脂材料经过精确计量，然后在高压下通过安装在模具上的混合头混合。因此，模具的腔体是模制部件的形状。

因此，它通常是产生具有一定形状的三维片状结构的构件，而不是类似于中空结构的构件，因为如果构件的形状将朝向中空形状，则纤维容易起皱。树脂填充模腔并润湿腔体中的碳纤维片。这里的碳纤维片可以堆叠有几层碳纤维织物。板材和模具有数千吨（400-4000吨）的模具夹紧吨位。所有空气都从封闭的模具中抽出，在模腔和纤维织物叠层中产生真空。然后通过高压混合头将树脂注入模腔中，然后在织物的纹理之间流动，直到所有纤维片完全润湿。为了避免最终产品中的气泡，应注入少量树脂以使其流出模具的接头。树脂从混合头的注入口进入模具，克服流动阻力，并逐渐填充空腔，直到纤维织物的质地完全润湿。当树脂在空腔中扩散时，可以监测注入口附近树脂的压力以逐渐增加到一定值。过去，当树脂填充在空腔中时，峰值压力通常为80至100巴，最近一些客户已经使用过。压力峰值为130 bar，因此它们需要200 bar的压力峰值。最终压力值总是较高，其中一个原因是树脂的反应时间缩短了，现在每100秒可以提取一种产品（以前每5到6分钟一次）。第二是压力峰值较高，并且模塑部件的树脂可以更紧凑，因此复合材料中树脂的量达到约40％至45％。

该树脂比已经与通过预浸料高压灭菌生产的航空航天复合材料部件的树脂比相当。要解决的问题因此，为了能够使用高压树脂传递模塑（HP-RTM）工艺生产高质量的碳纤维增强复合材料（CFRP）结构构件，必须施加至少80巴的单位压力碳纤维层压板的表面。在片状碳纤维层压板的情况下，可以使用足够吨位的压机来压缩模具的上模和下模，以确保碳纤维层压板表面上所需的压力。但是，如果要生产中空结构该部件需要在不增加太多重量的情况下增强其结构强度。一种方法是将两部分制成一部分，然后将它们粘合在一起;另一种方法是将灯放在空心位置。芯材料或可衍生的重芯材料用于支撑压力以避免使中空部分变平。轻质芯材（轻木或泡沫）不能出口，压力不应超过15至20巴。或者，可以使用硬质多孔聚集体作为可提取的芯材料，并且在最终部件模塑之后，聚集体可以分解并溶解在水中。分解的聚集物粉末可以通过在碳纤维复合材料表面钻出的小孔排出。但即使有这个“集团”，压力也不能超过30巴。另一种方法是使用柔软，充液的压力袋来抵抗液体树脂的压力（液压袋易碎，也容易变形，体积不能大，否则不方便取出）。厚液压袋将在所需的峰值压力下进行预加压，但可能太重而无法从模塑部件中取出，或难以从不规则的空腔中取出，液体压力袋也很难去到腔的狭窄角落。 Cannon的Afros解决方案使用的金属芯与最终碳纤维增强复合材料（CFRP）中空结构件的内腔形状相同。在制造最终的碳纤维部件之后，然后输出金属芯。这种芯材料还便于金属嵌件的容纳或定位销插入铸件中。金属芯材料可由熔点低于典型碳纤维增强复合材料（CFRP）结构树脂的共晶合金制成（通常固化温度约为130-140℃，可承受温度为30℃） °C更高而不损坏最后部分）。具有已经发现，几种金属合金的熔点从略高于室温开始直至250℃。将金属合金倒入模具中，其中插入件可以预先固定。为了避免诸如气泡，收缩和粘附之类的问题，将模具预热至接近共晶合金熔点的温度。将一层释放粉末施加到模具上。模具有开口和抽出销和垫圈，以避免过多的毛刺或金属熔体浪费。

一旦形成金属芯材料，立即将模芯脱模，去毛刺并去除脱模粉末，并正确检查插件的位置，同时确保芯的表面和内部没有气泡材料。首先，将几层纤维片依次放入高压树脂传递模塑（HP-RTM）模具中，将芯材放入HP-RTM模具中，然后用纤维层压材料包裹芯材。应该注意的是，纤维是定向的（取向是正确的并且部件被更好地支撑）并且预成型纤维叠层以使其适合放入模具中。将芯材压在下面的纤维层压材料上，该纤维层压材料也覆盖有纤维层压材料。然后，夹紧HP-RTM模具，此时，检查模具的真空密封性能，并将压力推入树脂浸渍纤维的外表面。将模具预热至树脂固化温度（约130℃），然后将树脂注入高压。需要至少一个传感器来监测腔注入口附近的扩散压力。传感器也可以安装在几个外围点以监控扩散。压力，您还可以添加一些电容式传感器，以检测树脂是否已流到零件的角落或薄部位，确保树脂填充整个腔体。一旦达到所需的峰值压力（210巴），混合头就会关闭并进入再循环模式。在固化时间结束后，打开压机并取出部件。之后，有两种生产方法可供选择：第一种生产方法是再加热，零件是将其放入模板笼中并送入炉中，通过辐射或感应将芯材料和空气加热至共晶合金的熔化温度。熔融的共晶合金通过预钻孔从模板笼中排出，形成中空复合材料部件的内腔，并且刀片保持在所需位置，使其成为碳纤维增强复合材料（CFRP）的一部分。第二种生产方法是冷却部件，使金属芯保留在部件中，金属芯材料可以在随后的加工过程中增强结构。硬金属芯材料有利于整个部件的放置以及部件的切割和去毛刺，因为金属芯材料减少了振动并防止了部件在加工过程中变形。在待机处理完成之后，将检查的部件放入模板笼中并送入炉中以熔化共晶合金芯材料，使其可以从小孔中完全排出。此外，共晶合金的熔化温度（135-220℃）很低，如果需要，即使部件拐角处的共晶合金液体可以旋转，部件也可以旋转以抽空所有的共晶合金。彻底放电了。出来。如果腔体填充有压力袋或其他材料，则加压材料可能不会到达拐角位置或者可能不会完全排出。在熔融的共晶合金液体排出后，它可以流入热熔炉下方的储罐中进行回收，最后返回到共晶合金的坩埚中进行再循环。该技术还可用于生产用于大型部件的空芯，以取代原始的多孔聚集体芯。尽管多孔聚集体的失蜡模塑工艺可以承受非常高的温度，但其耐压缩性差（多孔聚集体最终可以通过振动或水溶解排出）。总之，空心结构碳纤维增强复合材料（CFRP）零件可用于许多领域，如机器人的运动。部件，传动装置，不规则形状的结构构件，非圆柱形罐，以及用于液体和压缩气体的储罐。