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复合材料行业领导者的HP-RTM生产解决方案

  • PT《现代塑料》
  • 文/本刊编译(原文来自Cannon)
  • 时间:2017-07-17
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高压树脂传递模塑(HP-RTM)是大规模工业化量产的解决方案,其关键技术在于树脂注入和模塑两个阶段。目前,汽车行业中越来越多的碳纤维复合材料零部件生产商,都在选择康隆(Cannon)的环氧树脂聚氨酯树脂配方的湿部和干部设备。

高压树脂传递模塑(HP-RTM)是传统树脂传递模塑(RTM)的大规模工业化量产的解决方案,使用的也是快速固化的化学原料。HP-RTM工艺是通过一个混合头,将基础树脂注入到模具内,并浸润其中的预成型纤维织物,最后快速固化形成高强度的复合材料部件。

HP-RTM的关键技术在于树脂注入和模塑两个阶段。先将预成型的碳纤维放入压机的模具内,然后高压注入液态的树脂。因为采用的是新一代的快速反应型化学原料,所以原料配方的各个组分在混合前一直是分开的,直到碳纤维预成型件需要注入树脂时,原料才混合。原料反应时间很短,所以在注入阶段,原料的粘度开始迅速增加。

这将导致模内压力的急剧上升(这也是此工艺最大的特点)。模内压力通常在50~120 bar(5000~12000kPa)。

树脂原料的混合和注入是通过一套专门的计量和注射设备来实现的。这套设备采用特殊的设计,原料会以要求的温度在管路内流动,同时进行适当的脱气,然后以精确的流量和比例进行计量。

这套设备还带有夹套料罐,通过导热油模温机和热交换器,将原料温度加热到100 ℃。料罐还带有专门的真空脱气系统,可去除树脂原料中残留的气泡,避免最后固化的复合材料部件中出现气孔。

HP-RTM工艺中最关键的设备是混合头。液态的原料通过计量泵在混合头内达到一定的压力,然后通过专门的喷嘴将这种压力转化成喷射混合的动能。两种或多种原料会通过这些喷嘴在混合腔内充分高压对撞混合。这种高压对撞会产生一种强烈的湍流,以实现最佳的混合效果。

德国的康隆(Cannon)E-System设备

一家主流的德国汽车制造商刚刚又采购了一台新的康隆(Cannon)E-System 5 Enhanced设备,用于他们的开发实验室。这是康隆(Cannon)专为HP-RTM工艺设计的最新型的计量设备。这台三组分的机器被用于开发他们下一代的环氧树脂基的复合材料部件。这家汽车制造商在复合材料领域创造了很多技术成果,对现代乘用车的设计和效率产生了极其深远的影响。2015年,其实验室又买了一台最新型的树脂计量设备,又开发了多项创新技术。

世界最主要的设备生产商都受到邀请参与投标,康隆(Cannon)Afros按其技术要求提供了一套性价比最高的方案,因此赢得了这个项目。

这套设备包括一台E-System 5 Enhanced树脂原料计量设备,带有70 L不锈钢料罐以及树脂和固化剂的原料管路。计量系统可处理3种液体原料。如果采用通常的混合比例,设备流量范围在15~140 g/s。设备的整个树脂计量部分都被装在一个加热的保温箱体内,所以树脂的工作温度可稳定在85℃。固化剂可加热至50℃。最新设计的计量模块,可使脱模剂与树脂组分得到更稳定而精确的预混。设备的管路设计更方便原料的更换,所以一天可做多组试验。

这套计量设备还配有一个康隆(Cannon)LN 10 EPX混合头,可以装到一个模具上,采用HP-RTM工艺生产小的复合材料零部件。

此外,这套设备还带有先进的数据记录软件包,这是康隆(Cannon)E System Enhanced计量设备的一项非常有用的配置。

注射原料的全部数据都能得到实时监控,并被保存在机器硬盘的数据库内。这些数据还可显示在21"的触摸屏显示器上,并可在机器的人机界面上直接进行复杂的统计分析。

原料组分的压力、温度、流量,以及模内压力、混合头状态和混合比例,这些都由设备进行控制,并可在一个专门的图表内查询和监控这些数据,可看到加工过程中这些参数精确的数值。

韩国的高品质CFRP零部件开发

一家韩国的原料生产商也刚刚向康隆(Cannon)Afros订购了一台复杂的HP-RTM计量设备。这也是一套康隆(Cannon)E-System 5 Enhanced三组分原料的计量设备,带有70 L的料罐和用于Liquid Lay Down(液体淋浇)树脂浸润工艺的混合头。康隆(Cannon)的这台环氧树脂计量设备与这家公司实验室中现有的一台压机相配合用于研发,主要是配方测试和原型制作。

通过配备最新的电子控制及先进的DCSP数据采集和分析软件,这台设备助力这家公司的研发团队更高效地完成了开发工作,并在整个树脂注入过程中详细地记录了所有的注射参数,可以马上评估工艺流程的完成情况,并找出可能的问题。所有统计数据还可通过一个装在手机上的APP程序进行远程控制。

一款在德国生产的用于城市车辆的大型PUR汽车零部件

德国汽车行业的一家重要的一级零部件供应商,刚刚也向康隆(Cannon)订购了一套计量设备,用于生产一款城市新能源电动汽车的大型结构部件。该部件采用了一种聚氨酯树脂基的碳纤维复合材料,在达到所要求的所有机械性能的同时,生产成本也更低。该项目的下一阶段会有更多的细节发布。康隆(Cannon)于2016年交付了这台设备。

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