HRC带您一起了解复合材料成型工艺:SMC模压、HP-RTM、湿法模压

  原标题:HRC带您一起了解复合材料成型工艺:SMC模压、HP-RTM、湿法模压

  复合材料本身的灵活性和多样性,使其最终制品具有优于传统材料的可设计性和优越性能。作为亚洲领先的专注于提供先进复合材料综合解决方案的供应商,HRC具有突出的复合材料工程设计能力,高度现代化生产基地内配备适合不同产量需求的多种先进生产工艺及自动化加工设备,同时拥有丰富的产品开发及生产经验。

  在接下来的一段时期内,我们将以专题的形式,以深入浅出的方式分享介绍HRC拥有同时也是具有代表性的几种主流复合材料成型工艺,总计有四期内容,带大家一起探索复合材料制品行业的最新趋势及方向。本期内容我们从SMC模压工艺开始,欢迎各位持续关注。

  SMC(Sheet Molding Compound的缩写,即片状模塑料)模压是指将片材按制品尺寸、形状、厚度、重量等要求裁剪下料,然后将裁剪好的材料叠合放入已加热的金属模具型腔内,按预先设定好的加压方式固化成型的过程。

  CF-SMC模压成型工艺是将连续碳纤维和短切纤维通过不同形式的混杂加工从而制备成形状较为复杂、有较高尺寸精度要求的复合材料零部件,这里连续纤维作为增强体弥补了短切纤维的力学短板,达到了局部补强的目的,在力学性能上远远优于传统的SMC制备技术,适用于大批量、重复性高、结构复杂的半结构汽车件生产。

  SMC模压工艺的优点有很多,比如它具有操作简单、易于实现自动化、生产节拍短(3-5min)、可成型表面光滑结构复杂的制品等,另外应用SMC模压工艺得到制品,其性能也非常出色:优异的电绝缘性能、机械性能、热稳定性、耐化学腐蚀性。

  SMC工艺并不是一个新兴的复合材料成型工艺,它在上世纪六十年代就已经出现,经过了半个多世纪的发展,不断更新优化,现在广泛应用于汽车行业、建筑行业、通讯工程、电子、电气等行业中。

  其中,在汽车行业,发达国家早已有大量的应用案例,随着近年来新能源汽车行业的高速发展,汽车轻量化需求越来越明显,本土汽车制造也在进行大批量SMC模压制品的应用,包括了:

  值得一提的是,用于SMC生产的材料和生产工艺是相互促进不断发展的,整体发展趋势是低密度,低模压,其中低模压指的是固化成型过程中所需的压力,低密度指的是材料性能。而低密度SMC带来的直接结果就是:在不牺牲力学性能、表面质量的情况下继续减轻重量。

  (该系列产品入围了2019年的JEC Innovation奖项,并且在上周荣获2019年度金辑奖 “十大创新技术”奖项)

  来自Honda家族的Acura NSX是一款应用了大量轻质高强复合材料的车型

  Acura NSX设计人员为外部车身使用了大量轻质复合材料,挡泥板和行李箱盖采用SMC制品, 多材料车身空间框架结构采用了轻质铝合金与低密度SMC外板共同打造,并且该车型在内饰、覆盖件上均有应用碳纤维制品。

  本期工艺介绍SMC专题到这里就结束了,下一期我们将带来HP-RTM和湿法模压成型工艺的专题介绍。

  复合材料成型工艺专题系列第二期,本期我们带来了的内容介绍包含了两种成型工艺,分别是:HP-RTM和湿法模压成型工艺。

  HP-RTM是英文High Pressure Resin Transfer Molding的简写,全称是高压树脂传递模塑成型工艺,简称HP-RTM成型工艺。它是指利用高压压力将树脂对冲混合并注入到预先铺设有纤维增强材料和预置嵌件的真空密闭模具内,经树脂流动充模、浸渍、固化和脱模,获得复合材料制品的成型工艺。

  高压压力:这里的高压是相对于传统RTM(Resin Transfer Molding)工艺而言,HP-RTM把注胶压力提升到80bar。高压注胶的好处是树脂可以更快的达到每个拐角,因此可以提高产品的纤维含量,提高产品性能,对于造型复杂的零件更加适用;

  预先铺设:这里预先铺设的纤维增强材料是指已经经过剪裁预成型的纤维材料;

  预置嵌件:嵌件是指在成型前放置于模具里的零件,材质有金属和非金属,这样使得成型后的制品,嵌件被包入本身的结构中,不可拆卸。是否需要预置嵌件由制品的结构设计决定。

  前面提到HP-RTM成型工艺是相对于传统RTM工艺而言进行优化后的成型工艺,在不同的优化方向上,也相应开发出了其它的以RTM工艺为基础,进一步提高生产效率和制品性能的工艺,比如现在HRC拥有的HP-CRTM(High Pressure Compression Resin Transfer Molding)成型工艺.

  HP-CRTM成型工艺是在HP-RTM工艺技术中的树脂注胶前,将模具上移0.5~1mm,增大密封模腔间隙,模具可以有更宽的浇道,降低树脂流动阻力,注胶结束后再将模具在高压下完全闭合,树脂体系随闭合压力流动充模,成型压力相对较低,这样既保证纤维不乱纹,又保证了较高的注射速度。

  HP-RTM成型工艺是现在广泛应用在多行业的复合材料成型工艺之一,它的优点在于可能实现相对于传统RTM工艺的低成本、短周期、大批量、高质量生产(良好的制件表面),在汽车制造、造船、飞机制造、农业机械、铁路运输、风力发电、体育用品等多行业均有应用。

  下面,我们来看一些采用了HP-RTM成型工艺及衍生的其它相关工艺得到的具体制品:

  本期推送介绍的第二个成型工艺是湿法模压工艺,也称WCM(是Wet Compression Molding的简称)工艺,先来看相关的工艺流程图:

  湿法模压工艺最主要的特点是前期裁切使用干的纤维布,先进行喷涂树脂之后再放入模具进行成型固化,这也致使该工艺更适合加工形状复杂程度低(2D或2.5D造型)的制品,应用行业广泛,其优点是批量生产节拍快,模具设计简单,单件成本低。

  上图是湿法模压工艺在BMW i3和i8车型中应用图示,其中在BMW i3(右)中使用了17个“湿压部件”,在i8(左)中使用了21个。

  上图,湿法模压工艺被用来生产BMW7系的“Carbon Core(碳芯)”乘客舱组件,为造型复杂度较低的零件提供更短的生产周期和更低的成本。