復合材料制造中的熱力學優化：最小化收縮、翹曲和缺陷
時間：2025/4/25 9:19:45 瀏覽量：
復合材料具有優異的強度重量比，使其成為各種工程應用的理想選擇。然而，制造過程帶來了挑戰，尤其是在尺寸穩定性方面。在樹脂灌注和固化過程中出現的收縮和翹曲可能導致缺陷，從而影響最終產品的性能和可靠性。實施精確的熱管理和機械策略對于解決這些問題至關重要。
樹脂灌注的熱管理
控制樹脂灌注
在灌注過程中管理樹脂的溫度和流動至關重要：
• 低粘度樹脂浸漬 ：在浸漬前調整樹脂溫度，以降低其粘度，從而更好地浸漬纖維預成型體，并最大限度地減少空隙的風險。
• 室溫浸漬 ：在環境溫度下進行浸漬確保了均勻的流動前沿，并減少了可能導致缺陷的熱梯度的可能性。
室溫預固化
允許浸漬的層壓板在室溫下（例如，8小時）固化，有助于形成初始聚合物網絡，而不會引入熱應力。這一步驟在將部件暴露于高溫之前穩定了幾何形狀。
逐漸升溫并浸泡間隔
一個可控的加熱計劃至關重要：
• 慢速升溫速率：以每分鐘約 0.25°C 的速度升高溫度，允許工具和部件均勻膨脹。
• 浸潤間隔：在中間溫度點（例如，80°C）保持溫度，確保熱量分布均勻，并在進行更高溫度處理之前緩解內部應力。
控制冷卻過程
后固化，一個逐漸冷卻的過程是必不可少的：
• 緩慢降溫 ：以可控的速度降低溫度（例如，每分鐘 0.25°C）可以防止熱沖擊和差異收縮，保持零件的完整性。
機械策略：預緊模具
預應力工具涉及在灌注工藝之前對模具或工具組件施加機械張力。這項技術可以抵消樹脂固化冷卻過程中產生的內部應力和尺寸變化。通過預加載工具，制造商可以：
• 補償固化引起的收縮 ：當樹脂固化并收縮時，預先施加的張力有助于保持所需的幾何形狀，降低變形風險。
• 增強尺寸穩定性 ：在整個固化周期中保持張力，確保復合材料部件緊密符合模具尺寸，提高公差遵守性。
常見缺陷及緩解策略
灌注和固化過程中產生的熱沖擊可能導致多種缺陷：
• 高放熱反應 ：溫度快速升高會導致過度的熱量產生，從而引起樹脂降解和機械性能下降。
• 層狀皺紋 ：復合材料層之間不均勻的熱膨脹和收縮會導致皺紋，影響美觀和結構性能。
• 樹脂流動紊亂 ：溫度波動會改變樹脂的粘度，導致流動不均勻、潤濕不完整和氣泡形成。
有效地實施上述熱和機械策略可以有效地緩解這些問題，確保生產出高質量的復合材料部件。
觀點
將受控的熱量分布與機械預張力技術相結合，為在復合材料制造中最大限度地減少收縮、翹曲和缺陷提供了一種穩健的方法。通過平衡材料性能與精確的過程控制，工程師可以實現復合材料部件的尺寸精度和結構完整性，從而在各種應用中提高性能和可靠性。
文章來源：復合材料前沿
