Processo de moldagem por compressão de saco de pó de fibra de carbono e processo de moldagem por infusão a vácuo de fibra de carbono

A pesquisa sobre as propriedades e o processo de fabricação da estrutura de sanduíche de favo de mel, como um material compósito poroso especial, tem um histórico de mais de meio século. Devido à sua alta resistência e rigidez específicas, bom isolamento elétrico, baixa condutividade térmica, alta permeabilidade de ondas, isolamento de vibração e resistência ao impacto, tornou -se um material indispensável nos campos da aviação, aeroespacial, construção naval, ferrovias, automóveis e construção. Os drones que fabricamos são leves, têm boa manobrabilidade e estão equipados com equipamentos avançados. Eles têm uma ampla gama de aplicações nos campos militares e civis. A fuselagem, as asas e as barbatanas de cauda são todas feitas de estruturas de sanduíche de favo de mel. Essa estrutura de sanduíche de favo de mel consiste em painéis internos e externos compostos de fibra de carbono e núcleo de favo de mel Nomex. Os materiais de formação de painel interno e externo ainda usam fibra de carbono/epóxi feita por auto-prereg. Devido ao projeto muito fino dos painéis interno e externo, com apenas duas camadas de espessura de tecido não tecida, e a resina epóxi sendo um sistema de cura de temperatura média, é adequado usar a tecnologia de moldagem por compressão de sacola de vácuo e pode adotar a tecnologia de cura e colagem de CO.

1) Características da estrutura de sanduíche do favo de mel
O diagrama esquemático da estrutura do sanduíche do favo de mel é mostrado na figura a seguir. Os painéis interno e externo são 0. Placas finas compostas de fibra de carbono de 25 mm de espessura, e o sanduíche é um núcleo de nomex uniformemente espesso cortado em fatias. As propriedades mecânicas dessa estrutura de sanduíche dependem não apenas das propriedades inerentes do painel e do material do núcleo, mas também do desempenho de ligação entre o painel e o material do núcleo. Ao mesmo tempo, o processo de moldagem também contribui muito para o desempenho abrangente do componente. Portanto, a adoção do processo de moldagem por compressão a vácuo requer a solução dos quatro problemas técnicos a seguir simultaneamente:
(1) Medidas de controle da qualidade da superfície para peças formadas de baixa pressão pré-impregnadas.
(2) Seleção de materiais de estrutura de sanduíche e propriedades mecânicas gerais.
(3) O desempenho da ligação entre o painel composto de fibra de carbono e a interface sanduíche de Nomex.
(4) Controle de peso dos componentes da estrutura do sanduíche.

Em termos de seleção de materiais, é importante considerar os requisitos de desempenho dos componentes de drones e os quatro processos de formação de bolsas a vácuo mencionadas acima
Os problemas técnicos determinaram a seleção dos seguintes materiais:
(1) revestimento adesivo de superfície retardador de chama (ajustável em cor).
(2) tecido não entrelaçado de fibra de carbono 8=0. 125 mm, com um teor de cola de (40 ± 2)%.
(3) Material do núcleo de nomex: favo de mel de aramid, adesivo fenólico pré -impregnado, tamanho de poro 1,83 mm, 8=5 mm, p =
48g/cm '.
(4) Filme adesivo do núcleo da placa Sy -24 c.

2) Fluxo do processo de formação
(1) Preparação do molde.
No estágio de pesquisa e desenvolvimento, para reduzir o ciclo de fabricação de moldes e reduzir os preços, os moldes de fibra de vidro são usados ​​para moldagem e a superfície do molde é submetida ao tratamento de polimento de água. Para garantir que o molde não se deforme quando usado a uma temperatura média de cerca de 130 graus, a espessura do molde de fibra de vidro é superior a 20 mm e uma estrutura de aço é usada para reforçar a parte traseira do molde. Depois de limpar a superfície do molde, primeiro aplique uma tira de seleção ao redor do perímetro e depois aplique manualmente o agente de liberação de líquidos na superfície do molde. Se o agente de liberação for aplicado primeiro, isso fará com que a tira de vidraceiro de vedação não grude firmemente na superfície do molde.

(2) pulverização de revestimento adesivo retardador de chama.
Para controlar o peso dos componentes, o painel de estrutura de sanduíche do favo de mel é muito fino. Se for tratado pulverizando tinta após moldagem, o painel externo deve ser polido para remover o agente de liberação residual, que pode danificar facilmente a qualidade do painel de paredes finas. A moldagem por cura de pressão é realizada por bombeamento de vácuo. Durante o processo de bombeamento de vácuo, o painel externo é fortemente pressionado contra a superfície. Depois que o vácuo é liberado e desmolado, devido às diferentes pressões dentro e fora da célula do favo de mel, os recuos das células do favo de mel serão formados no painel externo de paredes finas. Usando o método de pintura com spray comum, a fim de controlar o peso, o método de raspagem de massa comum não pode ser usado para o tratamento. Mesmo que a camada de tinta esteja espessada, o padrão de favo de mel na superfície da camada de tinta é difícil de eliminar completamente. Portanto, em termos de processo, o método de pulverizar diretamente o revestimento adesivo retardante da superfície no molde é adotado em vez da pintura de superfície.
Primeiro, coloque o revestimento adesivo retardante da chama de acordo com os requisitos do produto. A quantidade de revestimento adesivo usado deve ser suficiente de uma vez, caso contrário, pode causar diferença de cor. Misture a resina, o agente de cura e o diluente do revestimento adesivo com precisão de acordo com a fórmula e mexa uniformemente. Nesse ponto, o revestimento adesivo tem a viscosidade adequada para pulverização e despeje -a em uma pistola de pulverização portátil para pulverização. A espessura do revestimento adesivo pulverizada deve ser controlada entre 0. 15 ~ 0. 2mm, para que o peso do componente possa ser controlado, garantindo que o revestimento adesivo cubra completamente o ajuste do favo de mel.
(3) moldagem externa do painel.
O casaco de gel é pulverizado na superfície do molde e colocado à temperatura ambiente. Depois que seu gel é pulverizado, duas camadas de pano livre de trama de fibra de carbono pré -corte são colocadas na superfície do molde e, em seguida, o sistema de vácuo é colocado diretamente. Como mostrado na figura, a sequência de materiais auxiliares é a seguinte: libere pano, material adesivo, filme de isolamento, feltro respirável e filme de sacola a vácuo. Após a conclusão do ensacamento, a detecção de vazamento a vácuo é realizada. Depois de confirmar que não há erros, o molde é empurrado para um forno grande e aquecido para a primeira moldagem de solidificação.

Parâmetros de cura: temperatura de 125 graus, tempo de retenção da 2H, pressão da pressão negativa a vácuo acima de 0. 09mpa. Para controlar o conteúdo adesivo dos materiais compósitos de fibra de carbono, a quantidade de material de absorção adesiva deve ser calculada com precisão de acordo com a seguinte fórmula:

Na fórmula, x, a quantidade de adesivo absorvido por unidade de peso do material adesivo; W, o peso do material adesivo; W. O peso do material pré -grávido para o painel externo. O painel externo deve ser curado e formado separadamente primeiro, para que todas as suas áreas possam suportar a pressão de vácuo. Se o favo de mel for colocado e a pressão for transmitida para o painel externo através do material do núcleo do favo de mel, causará um fenômeno de alta pressão na parede do favo de mel e baixa pressão nas paredes laterais das células do favo de mel e do favo de mel, o que afeta seriamente a qualidade da formação da estrutura de carga da estrutura de sanduíche. O revestimento de superfície e o pré -registro do painel externo são curados e formados em um forno, melhorando a força de ligação entre os dois. As roupas de borracha podem cobrir os recuos do favo de mel no painel externo. A rica camada de superfície da resina também preenche a lacuna entre as fibras na superfície de contato do pré-gravador durante a moldagem de baixa pressão em tanques de prensa não quentes, tornando sua superfície externa lisa e plana e melhorando a qualidade da superfície dos componentes do corpo.
O uso do revestimento adesivo pode não apenas substituir o processo de revestimento secundário na superfície dos componentes, reduzir o peso das partes do corpo, mas também melhorar o efeito retardador da chama dos componentes, selecionando o revestimento adesivo-retardador de chama.

(4) Core de favo de mel Nomex.
De acordo com a espessura dos componentes, selecione materiais de chip com favo de mel com espessura igual. A densidade do núcleo de favo de mel Nomex fornecida diretamente pela fábrica de fabricação de favo de mel após o corte tem um impacto significativo nas propriedades mecânicas. Portanto, é necessário escolher uma folha com densidade e cor uniformes. Quanto menor a grade do núcleo do favo de mel, melhor a flexibilidade de flexão e o material mais aramido que ele contém, maior o preço correspondente.
Depois que o painel externo é curado, ele deve ser reduzido para menos de 50 graus. Depois de remover os materiais auxiliares no molde, use uma agulha de aço para marcar a linha da borda do núcleo do favo de mel na superfície interna. Neste momento, é necessário impedir que o painel externo se mova no molde. Coloque uma camada de Sy -24 c filme adesivo ao longo da linha Edge e coloque o núcleo de favo de mel nomex na parte superior do filme adesivo. Os núcleos de favo de mel devem ser colocados em pedaços inteiros o máximo possível. Se duas peças precisarem ser emendas, as tiras de borracha de espuma suficientes devem ser colocadas na face da extremidade de emenda. As tiras de borracha de espuma se expandirão devido ao calor e solidificarão síncrono com o material pré -impregnado e o filme adesivo, unindo os dois núcleos de favo de mel em um. Esse tipo de adesivo de espuma também pode ser usado para unir as laterais dos núcleos de favo de mel no esqueleto da estrutura.
O núcleo de favo de mel Nomex é dividido nas direções L e W, como mostrado na figura abaixo. A flexibilidade do favo de mel ao longo da direção W é muito mais forte do que a da direção L. Portanto, ao colocar o favo de mel, a direção L deve estar ao longo da direção longitudinal do drone para se encaixar melhor na superfície do molde. Use um raspador para chanfar as bordas do núcleo do favo de mel em um ângulo de 45 graus, como mostrado na figura direita, para criar uma vedação de borda em forma de Z nas bordas da estrutura do sanduíche, a fim de melhorar a processabilidade do lapidador de favo de mel e aprimorar a força de ligação entre o núcleo do Honeycomb e o painel interno.

(5) moldagem de cura de CO.
Depois de colocar o núcleo do favo de mel, limpe os detritos restantes do processamento da borda e coloque duas camadas de fibra de carbono por cima. Conecte as bordas do núcleo do favo de mel ao exterior com frequência e evite o deslocamento do núcleo do favo de mel durante a colocação. Coloque o sistema de vácuo novamente, como mostrado na figura do sistema de combinação de sacos de vácuo. Desta vez, nenhum material adesivo é colocado, permitindo que uma certa quantidade de resina matricial no pré -gravador seja descarregada no favo de mel e suba até a parede do favo de mel para formar pedaços adesivos, aumentando a força de ligação entre o favo de mel e o painel interno. Após a detecção de vazamento de vácuo, empurre o molde no forno e aqueça -o para a segunda moldagem de solidificação. Após a cura, a fim de evitar a deformação térmica, os componentes são selados a vácuo e resfriados à temperatura ambiente no forno e, em seguida, o vácuo é interrompido para remover os materiais auxiliares a vácuo. Depois de desmatar as peças, o processo de corte de resíduos da borda é realizado.
A adoção de um método de duas etapas para fabricar estruturas de sanduíche de favo de mel reduziu os custos. Durante o processo de cura de CO, o painel externo é formado na primeira etapa para garantir a qualidade do painel externo e a qualidade da superfície dos componentes do corpo. O painel externo é ligado ao núcleo do favo de mel através do filme adesivo, que possui altas propriedades mecânicas e garante o desempenho da carga do painel externo.
O painel interno pré -gravista forma uma depressão sob pressão de vácuo, e sua forma geral é ondulada, resultando em uma diminuição significativa em suas propriedades mecânicas. Não há filme adesivo entre o favo de mel e o painel interno, e a força da casca não é muito alta. No entanto, a força de ligação entre o painel interno e o favo de mel pode garantir a estabilidade da estrutura do sanduíche e atender aos requisitos de rigidez dos componentes.
Ao projetar a estrutura de paredes finas do painel e controlar estritamente o conteúdo adesivo do material composto, o peso de toda a estrutura do sanduíche é relativamente baixo, o que tem um excelente efeito de controle de peso nos veículos aéreos não tripulados.
O processo de moldagem por compressão de sacola a vácuo possui as características de moldagem simples, baixo custo e ciclo de fabricação curto. É fácil formar componentes estruturais complexos de veículos aéreos não tripulados como um todo. Os componentes estruturais de sanduíche compostos formados por ele têm alta resistência e rigidez específicas, que atendem melhor às necessidades de veículos aéreos não tripulados para a leveza estrutural.

Processo de moldagem por infusão a vácuo
Nos últimos anos, a tecnologia de moldagem RTM assistida a vácuo (VARTM) foi desenvolvida no exterior. Comparado com o processo tradicional de RTM, seu custo de molde pode ser reduzido em 50%~ 70%. Usando esse processo, existem muito poucos voláteis orgânicos no processo de moldagem, atendendo totalmente aos requisitos das pessoas para proteção ambiental. Além disso, a adaptabilidade de moldagem é boa porque a assistência a vácuo pode eliminar completamente as bolhas.
O processo de moldagem por infusão a vácuo é colocar diretamente materiais reforçados com fibra seca no molde e colocar uma camada de descamação na parte superior dos materiais reforçados com fibra. A camada de descamação é geralmente uma camada fina de baixa porosidade, camada de descascamento de tecido de fibra de baixa permeabilidade com meio de alta permeabilidade colocado nela e depois embrulhado e selado com um saco de vácuo.
O sistema de infusão de resina é mostrado na figura a seguir. O molde é embrulhado e selado com um filme de sacola a vácuo, e a bomba de vácuo é bombeada para um estado de pressão negativo. Várias camadas são mostradas na figura. O pano de liberação é uma camada de tecido de fibra de porosidade de baixa porosidade facilmente descascável, a rede da guia de fluxo é um meio de alta permeabilidade e os tubos da guia de fluxo são distribuídos na parte superior do pano da guia de fluxo. A resina entra em todo o sistema através do tubo de entrada e é guiada na direção principal do fluxo de resina através do tubo guia. A rede -guia distribui a resina para todos os cantos da camada e, após a cura, o pano de liberação é retirado para obter uma camada de estrutura com alta densidade e baixo teor de adesivo.
1) Características do processo de moldagem por infusão a vácuo
(1) O uso da tecnologia de moldagem por infusão a vácuo pode reduzir bastante a intensidade do trabalho dos trabalhadores e melhorar a higiene do trabalho
Condições.
(2) Devido à natureza fechada de todo o sistema de ferramentas, as condições de trabalho foram aprimoradas, a exposição ao operador a substâncias nocivas foi reduzida, o ambiente de trabalho foi aprimorado e a operação do processo é simples.
(3) Em termos de desempenho do produto, a infusão de vácuo pode reduzir a porosidade do produto, controlar efetivamente o conteúdo de gel do produto e produzir produtos menos afetados por fatores humanos. O produto tem estabilidade de alta qualidade e boa reprodutibilidade.
(4) A qualidade aparente do produto é boa, com a mesma espessura da camada sendo fina e de alta resistência, e a resistência à tração é aumentada em mais de 20% em comparação com a moldagem manual.
O processo de moldagem por infusão a vácuo é um molde fechado, controlável e contínuo. As fibras podem ser formadas com uso estável de material, e as estruturas de layup e sanduíche de alta qualidade podem ser fabricadas sem a necessidade de investimento de alto equipamento.
O pré -requisito para a infusão bem -sucedida é um molde 100% hermético, um sistema de estampa 100%, resina de baixa viscosidade e estratégia e método de infusão apropriados.
Os requisitos para a resina Matrix são os seguintes.
(1) Baixa viscosidade: geralmente 150-300 pa · s é ideal. Se a viscosidade estiver alta, o produto moldado não será fácil de encher uniformemente a cavidade do molde; Se a viscosidade estiver muito baixa, é fácil portar ar e causar furos no produto.
(2) Pico de liberação de calor de baixa cura: Quando o vácuo formando produtos maiores e mais espessos, se o pico de liberação de calor for muito alto, o calor local não será facilmente dissipado, o que pode levar a coque.
(3) Tempo de cura: o tempo de cura deve ser determinado de acordo com o produto que está sendo fabricado, e um tempo de cura apropriado é benéfico para diminuir o ciclo de trabalho.
(4) Propriedades físicas: A resina selecionada deve ter boas propriedades mecânicas, alta resistência à tração e flexão, boa resistência à corrosão e encolhimento mínimo de cura.
(5) acessível, não tóxico e amplamente de origem.
 

2) O uso da tecnologia de moldagem por infusão a vácuoEm componentes de veículos aéreos não tripulados, incluem costelas reforçadas no corpo do drone, paredes de suporte na asa traseira e outros componentes feitos de material compósito de fibra de carbono em ambos os lados do painel, com uma estrutura plana de sanduíche que consiste em painéis da camada de aviação no meio. O processo de formação adota a infusão de vácuo, e o esquema é primeiro formar placas de tamanho grande e depois cortá-las de acordo com a forma de uso. Esse método de fabricação possui boa qualidade do componente do produto e alta eficiência de produção. Durante a pesquisa e desenvolvimento do UAV, o material sanduíche pode ser substituído por placa de contorno de espuma, e o método de moldagem permanece inalterado.
3) Fluxo do processo de moldagem por infusão a vácuo
O molde de moldagem pode ser feito de placa de alumínio, placa de aço, vidro temperado, etc. Usamos moldes planos de alumínio e poliramos a superfície durante o processo de pesquisa e desenvolvimento. O molde está equipado com um sistema de aquecimento elétrico dentro, que pode controlar o processo de aquecimento. Depois de limpar a superfície do molde com acetona, aplique uma tira de seleção ao redor do perímetro e, em seguida, cubra manualmente a superfície do molde com agente de liberação de líquido. O agente de liberação adota um tipo semi -permanente, que pode ser aplicado uma vez para formar peças mais de sete vezes, evitando o acúmulo do agente de liberação causado por revestimento repetido e afetando a qualidade da superfície do produto.
(2) Seleção de material.
Material de reforço: pano de grade de fibra de carbono 150g/m.
Material da matriz: a viscosidade do sistema misturada com resina epóxi é de 300cp.
Material de sanduíche: laminados de aviação ou placas de roda de espuma, como PVC, PET, etc.
(3) material de material.
Ao cortar tecido de fibra de carbono, use tesoura para cortá -lo diretamente ao longo da direção da fibra. Na placa da camada de aviação, muitos pequenos orifícios com um diâmetro de 3 são abertos regularmente para penetração adesiva, dispostos em tamanhos de 50 mm x 50 mm. Isso pode não apenas melhorar a eficiência da infusão de resina, mas também aumentar a força de ligação entre o painel e o painel de sanduíche.
Coloque a grade de fibra de carbono plana no molde plano, depois coloque a placa da camada de aviação e coloque o quadrado de fibra de carbono na placa de camada
Pano.
Cubra toda a área dentro da tira de vedação com pano de liberação de poliéster e conserte-o com uma pequena quantidade de cola de spray super multifuncional 3M produzida pela 3M Company nos Estados Unidos.
(4) Instalação do sistema de infusão.
Filme de isolamento perfurado leigo, rede de desvio, tubo de desvio, tubulação de escape e filme de sacola de vácuo no pano de liberação em sequência. O método de posicionamento do sistema de infusão é mostrado na figura a seguir.

Use uma bomba de vácuo para evacuar o sistema para 0. Ajuste manualmente a posição de cada material auxiliar dentro do saco de vácuo.
Depois de ajustar o sistema de ar reto, evacue o sistema para 0. 1 MPa e verifique sua torneira; Em seguida, desligue a bomba de vácuo e mantenha a pressão por 10 minutos até que o grau de vácuo não diminua antes de prosseguir com o processo de infusão.
(5) moldagem por injeção.
Prepare uma quantidade suficiente de resina e agente de cura, pese -os em proporção, mexa uniformemente e coloque -os em uma caixa de Defoâmer para o vácuo por 10 minutos para remover qualquer ar que possa ser preso durante a mistura de resina.
Coloque a porta de alimentação na resina e abra o oleoduto para injeção. Durante o processo de injeção, a porta deve sempre ser imersa na resina, caso contrário, inalará uma grande quantidade de ar e causará defeitos do produto.
O tempo para fechar a entrada de alimentação deve basear -se na resina que infiltra na linha de borda das partes do produto.
Depois que o produto é derramado, ele é curado e o sistema de aquecimento do molde é ligado, com uma temperatura de 80 graus e um tempo de retenção de 60 minutos. Durante o processo de aquecimento, deve -se prestar atenção constante à condição de cura e nenhum vazamento de ar deve ocorrer; Sempre teste a temperatura da superfície do produto para evitar a agregação explosiva.
Depois que o produto é curado, a dureza é testada. Quando o valor da dureza atinge 80 ou mais, todos os materiais auxiliares no produto de fibra de carbono podem ser removidos. Use uma cunha triangular plástica para inserir o material a partir da borda do produto, afasta -se e remova o produto do molde. Cuidado para não danificar a superfície do molde e a superfície do produto.
Desenhe a forma do componente usando o software AutoCAD e coloque -o em uma plataforma de corte a jato de água para corte automático. As dimensões do componente são precisas e as bordas são suaves.