【康沃真空網(wǎng)】在日常生活中，我們經(jīng)常會(huì)聽到人們談及一種新型材料：碳纖維。這種材料主要由碳元素組成，具有耐高溫、抗摩擦、導(dǎo)熱及耐腐蝕等特性，外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物。碳纖維的主要用途是作為增強(qiáng)材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復(fù)合，制造先進(jìn)復(fù)合材料，其比強(qiáng)度及比模量在現(xiàn)有工程材料中是最高的。

　　因?yàn)樘祭w維輕、強(qiáng)、硬的力學(xué)特性，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、軍工、體育休閑等結(jié)構(gòu)材料。

▲ NASA開發(fā)3D編織碳纖維折疊傘

　　然而，碳纖維的制造過程既困難又昂貴。建設(shè)一條世界一流的生產(chǎn)線以及設(shè)備組裝需要大量資本，僅設(shè)備一項(xiàng)就至少需要2500萬美元，加上比較長(zhǎng)的運(yùn)行周期，實(shí)際的成本可能更高。

　　碳纖維復(fù)合材料的原材料是碳纖維預(yù)浸料，是由碳纖維紗、環(huán)氧樹脂、離型紙等材料組成的。預(yù)浸料經(jīng)過涂膜、熱壓、冷卻、覆膜、卷取等工藝加工形成工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的復(fù)合材料，可根據(jù)模具不同做成任何形狀，成型容易，便于加工，而且耐腐蝕，壽命長(zhǎng)。我們今天介紹的，就是碳纖維預(yù)浸料加工流程中不可缺少的一環(huán)：真空成型。

　　碳纖維預(yù)浸料真空成型工藝主要有以下幾種：

　　1、真空袋工藝 

　　真空袋成型工藝通過將產(chǎn)品密封在模具和真空袋之間，通過抽真空對(duì)產(chǎn)品加壓，進(jìn)而使產(chǎn)品密實(shí)的成型工藝方法。真空袋工藝適用于各種厚度的單板結(jié)構(gòu)和大型夾層結(jié)構(gòu)的制造。

　　真空袋工藝的主要步驟包括鋪貼預(yù)浸料后打帶、密封，然后抽真空將空氣抽走。抽真空時(shí)，產(chǎn)生壓力達(dá)到1個(gè)大氣壓，從而起到對(duì)鋪層進(jìn)行壓實(shí)的作用，然后將其送入固化爐內(nèi)進(jìn)行固化，或者采用自加熱模具固化。

▲ 真空袋工藝的主要步驟

　　2、熱壓罐工藝 

　　該工藝是將單層預(yù)浸料按預(yù)定方向鋪疊成的復(fù)合材料坯料，然后放在熱壓罐內(nèi)，在一定溫度和壓力下完成固化過程的工藝方法。熱壓罐也需要類似的真空袋，但是用熱壓罐取代了固化爐進(jìn)行固化。

　　熱壓罐是一種壓力容器，通過控制不同真空、壓力、升溫速率和固化溫度等參數(shù)為復(fù)合材料提供固化條件；熱壓罐工藝通常用于制造高碳纖維體積含量、低孔隙率的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)件，也可以在壓力較低的情況下生產(chǎn)高標(biāo)準(zhǔn)的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)。

　　設(shè)備包括罐體、安全聯(lián)鎖裝置、快開門裝置、密封裝置、壓力系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、溫度循環(huán)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。因?yàn)闊釅汗摅w積大，往往需要很長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行加熱和固化，因此周期較長(zhǎng)，有時(shí)需要緩慢升溫才能保證模具和復(fù)合材料部件溫度的均勻分布。

▲ 真空袋打帶示例

將碳纖維預(yù)浸料按鋪層要求鋪放于模具上，將毛坯密封在真空袋后放置于碳纖維熱壓罐中。在真空狀態(tài)下，經(jīng)過熱壓罐設(shè)備升溫、加壓、保溫、降溫和卸壓等程序，利用熱壓罐內(nèi)同時(shí)提供的均勻溫度和均布?jí)毫?shí)現(xiàn)固化，從而可以形成表面與內(nèi)部質(zhì)量高、形狀復(fù)雜、面積巨大的碳纖維復(fù)合材料制件。

　　不同碳纖維制品在使用熱壓罐工藝時(shí)，方法與步驟類似，基本上都是按照鋪疊毛坯件、制真空袋、真空檢漏、工件入罐、開升溫程序、加壓、保溫保壓、降溫、降壓停機(jī)、工件出罐的順序進(jìn)行的，主要區(qū)別在于模具的不同以及根據(jù)制品所需性能而設(shè)定的工藝參數(shù)。

　　如今，國(guó)內(nèi)外研制了多種碳纖維熱壓機(jī)完成真空成型工藝過程。這種設(shè)備適用于批量化、強(qiáng)度高的復(fù)合材料制件的成型，但前期模具制造復(fù)雜，投入高，制件大小受壓機(jī)尺寸的限制。

▲ 國(guó)內(nèi)某品牌真空熱壓成型機(jī)

　　不僅如此，真空成型機(jī)已經(jīng)從工業(yè)領(lǐng)域延伸到工作生活中，小巧方便的真空成型機(jī)能夠快速高效地制作出所需模具，滿足個(gè)性化設(shè)計(jì)，讓人們享受到真空技術(shù)帶來的美好。