高性能复合材料在要求同时具有质量轻和高强度的应用领域毫无疑问地赢得了重要地位。然而,这种材料必须比现有工艺的成型速度更快,成本更低。
预浸料的问世避免了一度成为标准工艺的、冗长的手工湿法手糊工艺,并且可以改善产品质量和一致性。因此,产品固化环节成为整个生产过程的焦点,特别是如何避免使用热压罐固化,因为购买和使用热压罐的成本都非常高。于是既可以加快生产速度、节约成本,又可以使产品保持与热压罐工艺相同质量的非热压罐(OoA)工艺成为复合材料行业的新宠。
代替热压罐的方法包括:真空袋法、滚压法、压力袋法。其中,真空袋法受关注。该工艺是在抽真空的情况下形成大为1个大气压的压力,在固化炉或加热模具上固化成型高质量产品,而不像传统热压罐法,所需压力几乎要达到10个大气压。这就要求预浸料能够在低温、低压条件下固化,生产出高质量产品。
早期曾试图在固化炉中成型几乎没有改性的热压罐成型用预浸料,但是没有取得成功。于是工程师们开始致力于开发可以在低温下固化的树脂体系,固化温度通常低于100℃。这种第一代OoA预浸料只适用于制作原理样机和便宜的模型。然而,用21世纪初开发的OoA体系可以生产出高质量无孔隙的产品,可以与热压罐工艺相媲美。
根据瑞典联邦技术研究院机械和工艺工程部的BryanLouis介绍,这种低孔隙率特性非常关键。他说,材料制造商花了很多年研究空气和气体的束缚机理,以及如何在真空固化成型时驱除它们。现在很明确,与热压罐工艺通过压力将空气和可挥发性物质在树脂凝胶时压入树脂液中相比,OoA方法是在凝胶前,在很低的压力下(如1个大气压)将空气和挥发性气体赶出。这就要求预浸料具有透气性,且树脂在凝胶前能保持足够的空隙。因此,合理调整树脂体系的流变性至关重要。
材料的物理组成也非常重要。开发人员尝试了多种材料构造方式,包括通过部分预浸玻璃纤维毡而形成空气通道。剩下的干燥区域只在树脂胶凝开始时才被浸渍。
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