碳纤维在国内的发展时间较短,最初碳纤维复合材料只被用在航空航天、军工等高精尖领域,随着众多专家、学者的共同努力,碳纤维得以在众多其他领域积极发展。目前碳纤维复合材料在汽车、医疗、体育用品等行业都有广泛应用。
在碳纤维民用方面,自行车是一个应用较为成熟的产品,多数用来制作自行车架。碳纤维轻质高强的特性用在自行车中可以减轻车身自身重力,减少骑行过程中力的消耗,同时,高强度也能保证能够经受更多的颠簸,骑行更多里程数。
选择一个合适的成型工艺是制造优秀碳纤维车架制品的关键环节 ,成型工艺的选择取决于制品的形状、物理性能要求和用途,常见有以下几种:
裱糊成型工艺
它是用手工将预浸料裱糊在模具上,然后固化成型。此法最大的优点是工艺装备简单,手工完成比较复杂的操作,能加工出形状复杂的零件,适用于小批量生产,缺点是生产效率低,劳动条件差,劳动强度大,采用该工艺制出的碳纤维整体车架样件,表观质量尚可,但尺寸精度较差,工艺稳定性差。
纤维缠绕成型工艺
它是开发最早的连续成型工艺,即纤维通过树脂胶槽浸上树脂后按照一定的规律缠绕在转动的芯模上,然后经加热使胶液固化成型。它的一个突出特点是能够按照制品的受力情况,将纤维按一定规律排布,从而充分发挥纤维的强度,获得轻质高强的制品,在工艺上能实现连续化、机械化生产,并且生产周期短,生产效率高,劳动强度小,适用于制造圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形制品 。
拉挤工艺
它是发展速度较快的一种成型工艺,即纤维通过树脂槽浸渍树脂后进入加热模具固化,制成各种各样不同形状的型材。其优点是能一次压制出形状复杂、尺寸准确的零件,生产率高,但工艺装备复杂,不适于制备批量小、尺寸大的产品。
树脂传递模压工艺 ( RTM)
RTM( resin transfer moulding)工艺是 9 0年代最热门的一种成型工艺,即先将增强材料做成预成型件放入封闭模具中,在真空和压力的条件下,树脂被注入模具而固化成型。其特点是:
1、工艺过程简单,避免了预浸料这一中间环节。
2、低压注胶,节约了附加设备的费用
3、封闭式模具操作,作业环境清洁
4、易于实现自动化和计算机控制
5、制件表面质量好
碳纤维自行车车架的结构具有自由形态的三维曲面、非等径结构、截面变化比较大等特点,因而无法采用缠绕法和拉挤法 ;而编织成型工艺 ,在编织之前 ,必须使用计算机对制作零件的编织物进行设计和计算,由于车架是三维自由曲面 ,难于构造出数学模型 ,无法进行编程计算 ,因此难以采用编织法。基于以上原因,树脂传递模压工艺就具备了非常明显的优势,因此,RTM技术有很好的发展前景。
苏州挪恩复合材料曾为国内外多家大型企业提供碳纤维部件定制服务,其加工的碳纤维产品遍布航空航天、军工、汽车、医疗等多个领域,对碳纤维的成型工艺的了解与应用非常熟练,可针对碳纤维部件的外观、尺寸,甚至数量,来选择最适合的成型工艺,为客户争取利润的最大化。