运动器材的主要成型技术离不开碳纤维离型剂
时间:2019-09-17 15:02   作者:admin   阅读:
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碳纤维是含碳量很高的无机高分子纤维材料,质量比金属/铝轻,但强度却高于钢铁,有“外柔内刚”之美誉。碳纤维有4种产品形式:布料、碳纤、切短纤维和预浸料坯,布料指的是由碳纤维制成的织品;切短纤维是指短丝,而预浸料坯则是将碳纤维按照一个方向一致排列,并将碳纤维或布料通过树脂浸渍使其转化成片状。这些物料都是和树脂混合一起形成碳纤维增强复合材料,简称CFRP。目前广泛应用于体育运动器材领域,碳纤维不仅是复合材料中的佼佼者,更是科技创新的体现。从某种意义来讲,现代竞技运动是一项可以向人类体能极限挑战的运动,任何项目世界纪录微小的提高往往需要和依赖科技的推动,利用新材料提升运动器材的性能,从而提高运动成绩的案例屡见不鲜。

碳纤维复合材料通过合理的设计可整体成型,这样可以省掉许多组合型架和装配型架,降低生产成本。随着技术的发展,体育器材的成型方法很多,主要包括模压成型、RTM成型、缠绕成型、拉挤成型等工艺

1模压成型工艺

模压成型工艺是先在模具上涂刷碳纤维离型剂,再在封闭的模腔内借助加热和压力固化成型复合材料制品的方法。模压成型的模具由阴、阳模两部分组成,增强材料一般为短切纤维毡、连续纤维毡和织物。模压成型法生产效率高,制品尺寸准确,表面光洁,特别适用于制造大批量以及精度和重复性要求比较高的制品。结构复杂的制品可一次成型,无需有损于制品性能的辅助加工(如车、铣、刨、磨、钻等),制品的外观及尺寸的重复性好。其缺点是:模具设计与制造复杂,初次投资较高,易受设备限制。

2、RTM成型工艺

RTM(树脂传递模塑,简称RTM)是复合材料较为常用的一种成型工艺。该工艺先模腔内涂刷碳纤维离型剂,然后将纤维或预成坯铺放到密闭模腔内,用压力将树脂液注入模腔,浸透纤维或预成型坯,然后固化,脱模成型制品。RTM工艺的优点是:能够制造高质量、高精度、低孔隙率、高纤维含量的复杂复合材料构件,无需胶衣树脂也可获得光滑的双表面;产品从设计到投产时间短,生产效率高;RTM模具和产品可采用CAD进行设计,模具制造容易,材料选择面广;RTM成型的构件与管件易于实现局部增强或制造局部加厚的构件,带芯材的复合材料能一次成型;RTM成型过程中挥发少,有利于保护劳动者及生产环境。目前一般使用RTM技术来批量生产自行车和划艇的身体部分。

3、缠绕成型工艺

在专门的缠绕机上涂刷碳纤维离型剂,再将预浸料坯均匀、有规律地缠绕在一个转动的芯模上,最后固化、除去芯模获得制品。缠绕成型法既适用于制造简单的旋转体,如圆柱体、球体及某些正曲率回转体或筒形制品,也可用于非旋转体部件制造。其显著特点是能够按照制品的受力情况将纤维按一定规律排布,从而充分发挥纤维的强度,获得轻质高强的制品;在工艺上能实现连续化、机械化生产,并且生产周期短,生产效率高,劳动强度低;其缺点是制品固化后需除去芯模,不适宜于带凹曲表面制品的制造。用这种方法可以制成高尔夫球杆和钓鱼竿。

4、拉挤成型工艺

用于连续生产纤维复合材料型材。拉挤是指纤维束或带状织物在外力牵引下,经过浸胶、挤压成型、加热固化、定长切割,制成具有特定横截面形状和长度不受限制的线型制品的一种方法。它将经过浸渍的连续纤维通过具有一定截面形状的成型模具,在模腔内固化成型或在模腔内凝胶、出模加热固化,在牵引机械拉力作用下可连续引拔出无限长的型材制品。拉挤成型工艺简单,效率高;拉挤法制备制品时,增强纤维沿轴向平行排列,能有效地利用其强度;采用纤维毡增强材料可制备各向同性制品;采用编织带可提高制品的横向强度拉挤制品具有高强、轻质、易装饰、表面质量好等特点。