碳纖維復(fù)合材料模壓成型的工藝條件

（一）壓制成型原理
　　
熱固性碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料的壓制是指模壓料在熱壓作用下塑化，并填滿模腔固化成型的過程。當(dāng)模壓料加入壓模受熱后，樹脂變軟熔融，使模壓料具有流動(dòng)性，在壓機(jī)壓力作用下開始流動(dòng)并填滿模腔。此時(shí)模壓料中的樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，逐漸變成不溶不熔的堅(jiān)硬固體。熱固性模壓料受熱后表現(xiàn)出低分子的粘流態(tài)，流動(dòng)性好，同時(shí)發(fā)生官能團(tuán)交聯(lián)反應(yīng)，分子量增大，呈現(xiàn)部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這時(shí)流動(dòng)性變小，開始表現(xiàn)出一定的彈性，實(shí)際上是處于所謂凝膠狀態(tài)。進(jìn)一步加熱，交聯(lián)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，交聯(lián)密度增加，樹脂轉(zhuǎn)變?yōu)閳?jiān)硬的體型結(jié)構(gòu)。如果在這以前模壓料已充滿模腔，則可制成合格的制品。
　　
從工藝角度來看，上述過程可分為三個(gè)階段：流動(dòng)階段、膠凝和硬化階段。前兩個(gè)階段決定模壓料的流動(dòng)性及流動(dòng)時(shí)間，是保證模壓制品質(zhì)量的先決條件。

　
在流動(dòng)階段樹脂是無定型的線型分子或帶支鏈的分子結(jié)構(gòu)，其流動(dòng)主要表現(xiàn)為整個(gè)分子的位移，流動(dòng)性的好壞與分子的鏈長(zhǎng)及支鏈的數(shù)量有關(guān)?？刂颇毫狭鲃?dòng)性的本質(zhì)就是控制樹脂的分子量及其結(jié)構(gòu)。膠凝階段的分子結(jié)構(gòu)是支鏈密度增大或部分交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而流動(dòng)困難，但還保持一定的流動(dòng)性。其直觀上，表現(xiàn)粘度增大。硬化階段肘樹脂就變成不溶不熔，完全失去流動(dòng)性的體型結(jié)構(gòu)。
　　
上述成型過程必須在一定的溫度、壓力和時(shí)間下才能實(shí)現(xiàn)，對(duì)熱固性玻璃鋼來說，溫度的作用尤為重要。當(dāng)然成型壓力也不可忽視。

（二）模壓溫度控制

　　模壓時(shí)溫度的控制主要是指裝模溫度、升溫速度、成型固化溫度和保溫時(shí)間的選擇。裝模溫度：是指將物料放入模腔時(shí)，模具的溫度。它主要取決于物料的品種及模壓料的質(zhì)量指標(biāo)。通常當(dāng)模壓料揮發(fā)物含量高，不溶性樹脂含量低時(shí)，裝模溫度低些。結(jié)構(gòu)復(fù)雜或較大的模壓制品，難于裝模時(shí)，裝模溫度應(yīng)低些為好，可控制在室溫下裝模。提高裝模溫度，可縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。裝模溫度視物料的品種而定，如鎂酚醛預(yù)混模壓料其裝模溫度即為成型固化溫度，而不是在室溫下進(jìn)行。
　　升溫速度：同樣取決于物料品種，如616#酚醛預(yù)混模壓料其升溫速度為1-20℃/分鐘。升溫速度的快慢與樹脂固化反應(yīng)速度密切相關(guān)，升溫過快，易造成樹脂固化不均衡，影響制品質(zhì)量。成型固化溫度和保溫時(shí)間的控制同樣取決于物料的品種，適當(dāng)提高成型溫度可縮短生產(chǎn)周期，有利于穩(wěn)定制品質(zhì)量。但溫度過高，影響物料的流動(dòng)性，使物料充模困難，造成廢品。若溫度過低，制品保溫時(shí)間不足，則會(huì)出現(xiàn)固化不完全的缺陷。為使制品充分固化及消除固化內(nèi)
應(yīng)力需要保溫一段時(shí)間。

　　幾種典型模壓料的成型固化溫度和保溫時(shí)間如下：



(三)成型壓力控制

　　如前所述，成型壓力是指制品水平投影面，單位面積上所承受的壓力。成型壓力的大小同樣取決于物料的品種，而且與制品的結(jié)構(gòu)形狀和模具的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。如酚醛模壓料其成型壓力一般為30-50兆帕（300-500公斤/平方厘米）；環(huán)氧酚醛模壓料其成型壓力為5-30兆帕（50-300公斤/平方厘米）。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚較厚的制品，其成型壓力要適當(dāng)增加。

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　　而成型壓力的作用是克服物料中揮發(fā)物所產(chǎn)生的蒸汽壓，避免制品產(chǎn)生氣飽、分層、結(jié)構(gòu)松散等缺陷，同時(shí)也可增加物料的流動(dòng)性，便于物料充滿模具型腔的各個(gè)角落，使制品結(jié)構(gòu)密實(shí)，機(jī)械強(qiáng)度提高。
　　然而，何時(shí)施加壓力，在模壓工藝中，是比較重要的問題。加壓時(shí)機(jī)選擇是否得當(dāng)，將直接影響制品的質(zhì)量。加壓過早，樹脂固化交聯(lián)反應(yīng)程度低，物料流動(dòng)性大，在壓力的作用下，物料流失嚴(yán)重，模壓制品中易產(chǎn)生樹脂集聚，或局部缺膠，纖維外露；而加壓過遲，樹脂固化交聯(lián)程度大，物料流動(dòng)性差，不易充模，同樣得不到理想的制品。因此，要合理選擇加壓時(shí)機(jī)。加壓時(shí)機(jī)的選擇取決于所用模壓料的類型、模壓料的質(zhì)量指標(biāo)、裝模溫度和升溫度速度等因素。為了獲得理想的模壓制品，通常要通過幾次試壓確定出較為適當(dāng)?shù)募訅簳r(shí)機(jī).