최근 몇 년 동안 국내외적으로 탄소 섬유 강화 열가소성 복합재 제품을 위한 새로운 성형 기술이 등장했습니다. 이러한 기술에는 자동 섬유 배치, 초음파 급속 압밀 성형, 레이저 압밀 성형, 전자빔 경화, 진공 보조 성형 및 3D 프린팅이 포함됩니다. 이러한 새로운 성형 기술이 제공하는 고효율, 저비용, 저에너지 소비 및 높은 수준의 자동화에도 불구하고 탄소 섬유 응용 분야의 현재 기술 한계로 인해 전통적인 방법은 여전히 ​​중요한 역할을 하고 있습니다.

몰래 엿보다, PI, PPS와 같은 열가소성 수지는 강한 내식성, 손상 내성, 충격 저항성 및 파괴 인성을 나타냅니다. 또한 가열하면 부드러워지고 녹아서 반복 사용이 가능합니다. 고강도 탄소 섬유와 결합된 이러한 탄소 섬유 강화 열가소성 복합재는 항공우주, 군사 및 고급 민간 응용 분야에서 빠르게 인기를 얻었습니다. 시간이 지남에 따라 탄소 섬유 응용 분야를 위한 다양한 성형 공정이 개발되었습니다. 색소브란 신소재공동., Ltd는 탄소 섬유 복합 제품 생산을 전문으로 하며 널리 사용되는 여러 가지 성형 방법의 장점과 단점을 비교했습니다.

오토클레이브 성형 공정

오토클레이브 성형은 오토클레이브의 고온 압축 가스를 사용하여 사전 배치된 프리프레그를 가열하고 가압하여 형태로 경화시킵니다. 이 방법은 수지 기반 복합 재료의 일체형 성형에 광범위하게 사용되며 산업 생산에서 매우 중요합니다. 예를 들어, 항공기 동체, 방향타, 엘리베이터, 날개 스킨, 꼬리날개 등에 사용되는 탄소섬유 강화 열가소성 복합 구조 부품의 80%는 오토클레이브 성형을 통해 제조됩니다.

오토클레이브 성형 과정에서 프리프레그는 금형 내의 진공 백에 밀봉되어 모든 방향에서 압축 공기의 균일한 압력을 보장합니다. 오토클레이브 내부의 압축 공기의 고속 흐름은 가열 및 냉각 단계 모두에서 균일한 가열을 보장합니다. 또한, 오토클레이브 내의 안정적인 압력과 온도로 인해 복합 제품의 다공성이 낮아지고 섬유가 균일하게 분포됩니다. 따라서 오토클레이브 성형 탄소섬유 강화 열가소성 제품은 균일한 압력/열 분포와 안정적인 품질을 나타내므로 이 방법은 크고 복잡한 구조 부품을 생산하는 데 적합합니다. 그러나 장비의 부피가 크고 복잡하고 에너지 소비가 높으며 투자 및 생산 비용이 많이 들고 효율성이 낮다는 단점이 있습니다.

압축 성형 공정

압축 성형에는 재료 가소화, 금형 캐비티 충전 흐름, 수지 경화 등 다양한 단계가 포함됩니다. 탄소섬유 강화 열가소성 복합 성형재료가 금형 캐비티 안으로 유동하는 동안 열가소성 수지와 강화용 고강도 탄소섬유가 모두 흘러야 하므로 다른 방법에 비해 성형 압력이 높아집니다. 이 공정에는 압력 제어가 가능한 유압 프레스와 고강도, 고정밀, 고온 내성 금형이 필요합니다. 우시 지샹 새로운 Material은 일반적으로 탄소 섬유 강화 열가소성 복합 제품을 제조하기 위해 오토클레이브 및 압축 성형 방법을 사용합니다.

압축 성형 열가소성 탄소 섬유 강화 제품은 낮은 내부 응력, 최소한의 변형, 매끄러운 표면, 높은 치수 정확도, 안정적인 기계적 특성, 낮은 수축률 및 우수한 반복성을 나타냅니다. 이 방법은 생산 효율성이 높고 복잡한 구조를 한 번에 성형할 수 있어 대형 평판 제품을 성형하는 데 적합하며 대량 생산, 전문화, 자동화가 용이합니다. 그러나 금형 제조의 복잡성과 높은 비용, 긴 성형 주기, 완전한 금형 충전 달성의 어려움 등은 탄소 섬유 응용 분야에서 눈에 띄는 단점입니다.

필라멘트 와인딩 공정

필라멘트 와인딩은 수지를 함침시킨 연속 고강도 탄소 섬유를 예열하여 맨드릴에 권취하는 작업입니다. 지속적인 가열 및 압력 적용으로 프리프레그를 단일 구조로 통합하여 원하는 구성 요소를 층별로 형성합니다. 가열 온도, 권취 방법, 압출 간격, 수지 온도, 섬유 권취 장력 등의 요인이 제품 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.

오토클레이브 공정에 비해 필라멘트 와인딩은 기계화된 생산에 더 도움이 되며 와인딩 패턴을 변경하여 탄소 섬유 강도 성능을 조정할 수 있습니다. 그러나 권취 시 탄소섬유는 맨드릴 표면에 단단히 접착되지 않기 때문에 이 방법은 표면이 오목하거나 볼록한 부품을 제조하는 데 적합하지 않습니다.

인발 성형 공정

인발 성형에는 고강도 탄소 섬유를 수지에 함침시키고 이를 금형을 통해 잡아당겨 압력을 가하여 모양을 만들고 경화시켜 연속적인 길이의 복합 제품을 형성하는 작업이 포함됩니다. 이 공정은 연속적이고 일정한 단면 구성요소를 제조하는 데 적합합니다. 즉, 선형 프로파일만 생산할 수 있고 복잡한 모양의 구조 부품은 생산할 수 없습니다. 또한, 제품의 이방성 특성으로 인해 횡강도가 제한되어 탄소섬유 강화 제품에 적용하는데 제약이 있습니다.

선형 탄소 섬유 강화 열가소성 제품의 대규모 생산을 위해 이 공정은 높은 자동화, 낮은 에너지 소비, 높은 탄소 섬유 함량, 안정적인 제품 품질 및 낮은 원자재 소비를 제공합니다. 이는 특정 제품 유형을 생산하는 데 선호되는 방법입니다.

신흥 기술

최근 몇 년 동안 탄소 섬유 강화 열가소성 복합재 제품을 위한 수많은 새로운 성형 기술이 전 세계적으로 등장했습니다. 여기에는 자동 섬유 배치, 초음파 급속 통합, 레이저 통합, 전자빔 경화, 진공 보조 성형 및 3D 프린팅이 포함됩니다. 이러한 신기술은 고효율, 저비용, 저에너지 소비 및 높은 수준의 자동화를 제공합니다. 그러나 현재 중국의 기술 수준을 고려할 때 선진국과 비교하여 연구 및 실제 적용에 상당한 격차가 남아 있습니다. 상당한 기간 동안 전통적인 성형 방법은 탄소 섬유 강화 열가소성 복합 구조 부품 및 기타 탄소 섬유 응용 제품을 생산하는 데 계속해서 필수적일 것입니다.