酚醛复合材料汽车构件的成型工艺

放大  缩小 日期:2012-03-06     评论:0      
核心提示:1、RTM熔芯成型发动机机体的形状非常复杂,体内又有复杂的水套和油道,由此成型工艺(特别是脱模工序)很关键。机体的结构复杂性决
1、RTM熔芯成型
发动机机体的形状非常复杂,体内又有复杂的水套和油道,由此成型工艺(特别是脱模工序)很关键。机体的结构复杂性决定了必须采用熔芯成型技术。可熔型芯的工作原理是:合金的熔点应略高于RTM成型温度和固化温度、低于制品的热变形温度。选用的合金为熔点165℃的Pb一Bi一Sn合金。可熔型芯的工序是:把低熔点合金型芯固定在模具的相应位置-RTM工艺成型制品-制品固化、脱模-将制品置于加热炉内、加热~型芯熔化、流尽而呈现制品的型腔。
美国Polimotor Researchand Roger公司曾采用模压工艺,后来改用短切纤维/改性酚醛预混料浇铸成型工艺,但固化后材料的强度仅60-90MPA,机体不能承受燃气爆发力。采用预浸料铺设、热压罐成型的制品,虽强度很高,但不适宜批量生产。经筛选,树脂传递模塑(RIM,其制品的性能和成本介于SMC模压与手糊成型的制品之间)系最佳工艺。RTM与熔芯技术科学匹配可锦上添花,自然是发动机机体和进气歧管的最佳成型工艺。
树脂选用双组分间苯二酚型液一液酚醛树脂体系,A组分:B组分:填料=46:34:20。首先将B组分加人A组分,接着添加填料搅拌均匀即可。体系的固化温度60-87摄氏度,酚醛固化物的热变形温度>200摄氏度。
增强材料选用预成型玻纤体。首先根据模具型腔内壁的形状,用玻纤制作预成型筛,把直径13微米,长5mm的短切玻纤和粘接剂一起喷到背后抽风的预成型筛上,达到设计厚度时把预成型筛连同外围的短切玻纤毡一起置于烘箱内,加热使粘接剂固化,脱模即成为预成型玻纤体。
研究结果说明:采用低熔点合金型芯和RTM工艺制备的玻纤/酚醛复合材料发动机机体,完全可满足机体各功能的要求。关键的工艺参数有:树脂的粘度、成型温度、对树脂施加的压力、充模时间、固化温度与低熔点合金的熔点的匹配关系。与金属机体相比,研制成功的机体具有大幅度减重、工作噪音降低、发动机的功率特性无明显变化等优点。
2、沥青碳纤维/酚醛树脂的模压成型工艺
碳纤维有三种:丙烯睛(PAN)碳纤维、沥青碳纤维和粘胶纤维。沥青碳纤维的优点有:资源丰富、原料利用率最高(70%一75% ,PAN50%一55%,粘胶纤维20%一25%)、生产费用较低、价格较低、弹性好、断裂延伸率可达2.4%等。虽然纤维制造工艺较复杂,但它的发展前景看好。为了充分发挥该纤维的热稳定性,必须选用热稳定性好的粘接剂与之相匹配,而首选者就是酚醛树脂。沥青碳纤维/酚醛树脂可耐523K以上,523K以下的强度保留率>70%。
高分子复合材料的性能很大程度取决于高分子与增强纤维(或添加剂)界面之间产生的反应即浸润和粘接。纤维表面被粘接剂高质量地浸润,才能提高复合材料的强度。从热动力学观点看,浸润性取决于材料中各组分(相)表面张力(表面自由能)的对比关系。粘接剂的浸润性根据接触角(浸润边界角)确定。用任何溶剂稀释工业性酚醛清漆(低聚合物浓度,质量分数为60.4%),都可明显降低浸渍用粘接剂溶液的表面张力。例如:40%酚醛清漆可减小浸润边界角人一半(减小19度一20.5度),从而明显改善沥青碳纤维的浸润性。
利用沥青碳纤维/酚醛树脂制造汽车构件较理想的成型工艺是:半成品353k预热20~30min-433k、25~30MPa快速、高温模压,保压10-20min。成型制品强度高、质量好、能耗减少、成型时间缩短1/5一1/6。
 
 
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