熱壓罐成型工藝中的物理和化學過程
發布時間：2023-03-08 10:41瀏覽次數：
《熱壓罐成型工藝中的物理和化學過程》
熱壓罐成型工藝是用真空袋密封復合材料坯件組合件放入熱壓罐中，在加熱、加壓的條件下進行固化成型制備復合材料制件的一種工藝方法。它是目前廣泛應用的先進復合材料結構、蜂窩夾芯結構及金屬或復合材料膠接結構的主要成型方法之一，其原理是利用熱壓罐提供的均勻的壓力和溫度，促使預浸料中的樹脂流動和浸潤纖維，并充分壓實，排除材料中的孔隙，然后通過持續的溫度使樹脂固化制成復合材料。
熱壓罐是一個具有整體加熱系統和加壓系統的大型圓柱形金屬容器，一般為臥式裝置。常見的結構是一端封閉，另一端開門的圓柱體，利用熱空氣、蒸汽或內置加熱元件對預浸料加熱，并經過壓縮空氣(或氮氣)加壓到0.2-2.5MPa固化成型，為先進復合材料的壓實和固化提供必要的熱量和壓力。
熱壓罐成型復合材料工藝中發生的主要物理和化學過程如下：
(1) 樹脂的流動，使制件中的纖維被充分浸潤。大多數預浸料中樹脂的初始黏度較高。當材料被加熱時，黏度急劇下降，并在某一溫度下達到最低值。這一溫度就是常說的熱壓罐成型周期中的“保溫”溫度，這可以確保增強材料完全浸透，并有效地將多余的樹脂擠入吸膠材料中。這個溫度也是樹脂最容易形成孔隙的溫度，這時加在樹脂上的壓力是非常重要的。持續的加熱使樹脂開始固化，樹脂黏度不斷增加直到樹脂的固化成型。
(2) 纖維網絡的壓實，施加一定壓力除去樹脂基體中可能存在的孔隙，使復合材料中的纖維體積含量達到最大。在固化周期的低黏度點，如施加一定壓力，樹脂可能從復合材料中擠出。事實上，對于有吸膠材料的成型，吸膠層會誘導樹脂從復合材料流入吸膠層，這一步驟既能確保樹脂的浸潤，也有利于排除復合材料中的孔隙，使復合材料中纖維的體積含量達到最大。在復合材料的壓實與固化過程中，濕氣的擴散可能使先前存在的孔隙進一步生長或被消除。在固化的過程中，升高溫度有利于孔隙的生長，為了促使孔隙消除，必須保證預浸料上有足夠的壓力。
(3) 合理的熱傳遞過程以保證樹脂基體的充分固化。與熱壓罐成型工藝相關的熱傳遞過程包括兩個方面：包括各類鋪層材料和模具在內的成型組合系統內部的熱傳遞；熱壓罐內加熱單元對制件和模具的加熱。前者是必需的，而后者也很重要，因為它控制著對整個制件加熱的均勻性，而且對復合材料的總固化時間也有重要的影響。現代化的熱壓罐設備中有循環鼓風機和通道等裝置來保證熱量的均勻分布，對于已給定的工件有兩個主要的熱傳遞方式：從循環介質中強制對流傳熱和熱壓罐內壁輻射傳熱。
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