碳纖維SMC產(chǎn)品生產(chǎn)中常見問題及解決方案
發(fā)布時(shí)間:
2024-12-31
碳纖維SMC產(chǎn)品生產(chǎn)中常見問題及解決方案
1、什么是碳纖維SMC?
在碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域,碳纖維片狀模塑料(Carbon Fiber Reinforced Sheet Molding Compound,簡(jiǎn)稱CF-SMC),是由高強(qiáng)度碳纖維短切材料(12.5/25mm)浸漬各種樹脂基體后所形成的高性能薄片狀半成品。CF-SMC作為一種高性能的成型材料,正逐步在航空航天、汽車制造、風(fēng)電葉片及體育器材等多個(gè)行業(yè)展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而,盡管CF-SMC具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn),其生產(chǎn)過程中仍會(huì)面臨一系列常見問題。
基體樹脂、增稠劑、固化劑等混合好并鋪設(shè)到下方移動(dòng)載體膜上→切割好的碳纖維碎片隨機(jī)分布在帶有樹脂的載體上→將涂有樹脂漿料的上表面載體膜以朝下的方式放置在短切碳纖維上→短切碳纖維呈上下樹脂之間夾層狀態(tài),再將空氣擠壓出,樹脂浸潤(rùn)到碳纖維中,形成CF-SMC。
2、碳纖維SMC的特性
材料融合了碳纖維的優(yōu)異性能和SMC的成型工藝特性,是一種高性能、高效率模壓成型材料。
與常規(guī)預(yù)浸料相比:SMC零件生產(chǎn)效率更高,制造成本更低;很容易加工制備肋骨和角撐板等結(jié)構(gòu);能夠成型肋骨 、凸臺(tái)、厚度變化;可以包覆金屬件成型;可以制造具有混合結(jié)構(gòu)(如連續(xù)+不連續(xù)纖維);尺寸穩(wěn)定性高制備成形狀較為復(fù)雜 、有較高尺寸精度要求的碳纖維復(fù)合材料零部件。
與玻纖SMC相比:不僅纖維含量高,還具有低密度和理想的力學(xué)性能。
3、碳纖維SMC的應(yīng)用領(lǐng)域
目前被用于大批量地制造交通運(yùn)輸、運(yùn)動(dòng)器材、醫(yī)療器械、電子設(shè)備、消費(fèi)品市場(chǎng)、特殊裝備等所需更高性能且輕質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料部件,以及需要新花紋的裝飾性部件。
4、一些常見問題及原因
產(chǎn)生原因:
1、材料
• SMC樹脂流動(dòng)性差,材料內(nèi)部空氣無(wú)法逸出
• 材料熟化不完全,含浸不佳,氣體無(wú)法逸出
2、工藝
• 壓機(jī)無(wú)排氣功能,產(chǎn)品內(nèi)部氣體無(wú)法逸出
• 模具無(wú)排氣槽,產(chǎn)品內(nèi)部氣體無(wú)法逸出
• 模具溫度不均,影響樹脂流動(dòng),氣體逸出不全
• 合模速度過快,氣體來不急逸出
• 投料面積過大, 中間區(qū)域氣體來不及逸出
產(chǎn)生原因:
1、材料
• 樹脂浸潤(rùn)性、流動(dòng)性不佳
• 樹脂含量不均,局部樹脂含量偏低
2、工藝
• 壓力較低,樹脂未流動(dòng)或流動(dòng)不充分
• 投料不足
• 加壓時(shí)間過早或過晚錯(cuò)過較佳的加壓時(shí)間
• 合模速度過快,部分殘留氣體懸浮在制品表面
產(chǎn)生原因:
• 各個(gè)區(qū)域材料匯集,匯集處因樹脂粘度不一致或粘度過 高產(chǎn)生熔接痕
• 成型時(shí)流動(dòng)過程中阻力不均纖維堆積產(chǎn)生熔接痕
• 流動(dòng)距離過長(zhǎng),樹脂粘度增大產(chǎn)生熔接痕
• 模溫過高產(chǎn)生快速凝膠,而影響到材料較好地熔接
5、解決方案
原因分析:
碳纖維SMC制品的質(zhì)量受原材料影響大,如樹脂、纖維等材料質(zhì)量不佳,會(huì)導(dǎo)致制品性能下降。
設(shè)計(jì):模具及產(chǎn)品設(shè)計(jì)
產(chǎn)品及摸具設(shè)計(jì)不合理,增加產(chǎn)品缺陷率,影響產(chǎn)品質(zhì)量。
工藝:生產(chǎn)工藝
生產(chǎn)工藝控制不嚴(yán),如溫度、壓力、時(shí)間等因素控制不當(dāng),會(huì)影響制品的強(qiáng)度和耐久。
問題解決方案
材料,主要考慮以下3個(gè)方面:
1.片材流動(dòng)性
• 提高樹脂與纖維復(fù)合后的流動(dòng)性,成型過程帶動(dòng)纖維一起流動(dòng)。流動(dòng)性高的材料成型過程種更容易填充模腔、制品表面的纖維與樹脂更均勻等
• 適當(dāng)提高樹脂粘度,成型過程中樹脂帶動(dòng)纖維一起流動(dòng)。
• 添加填料,增加片材成型過程的流動(dòng)性。
2.樹脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)性
• 提高樹脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)性,保證制品質(zhì)量(浸潤(rùn)性好的材料可以減少表面的氣泡及分層情況)
• 提高樹脂與纖維表面張力,減小樹脂對(duì)纖維的浸潤(rùn)角。
• 提高纖維表面處理效果,增加樹脂與纖維的表面附著力。
• 改進(jìn)纖維上漿劑,提升樹脂與纖維的接著力。
3.供應(yīng)商產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性(熟化度,面密度,樹脂含量等)。
設(shè)計(jì)—產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
好的產(chǎn)品從起跑線(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))開始,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品所能達(dá)到的高度,做CF-SMC產(chǎn)品滿足產(chǎn)品功能是基礎(chǔ),工藝可行性是本源,滿足產(chǎn)品功能的同時(shí)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要注意:
?產(chǎn)品線條流暢,避免應(yīng)力集中。
?產(chǎn)品結(jié)構(gòu)避免#型溝壑縱橫,影響SMC材料的流動(dòng)性。
?避免葫蘆截面急縮頸口,影響SMC材料性能與排氣效果。
?避免直角,盡可能圓角+錐度引導(dǎo)過度。
除了通用模具設(shè)計(jì)要求外,還需注意:
1.閉料口
CF-SMC產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)需設(shè)計(jì)閉料口,使材料只能在模腔內(nèi)流動(dòng),保證產(chǎn)品的填充性。
2.排氣口
模具設(shè)計(jì)需設(shè)計(jì)排氣口,有利于CFSMC材料內(nèi)部氣體與揮發(fā)物排除,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
3.模具材質(zhì)膨脹/收縮率
模具設(shè)計(jì)時(shí)需考慮模具材質(zhì)膨脹/收縮率,保證產(chǎn)品尺寸。
4.抽真空
模具設(shè)計(jì)需設(shè)計(jì)抽真空功能,提高CF-SMC材料的流動(dòng)性,減少氣體與揮發(fā)物殘留。
5.頂出機(jī)構(gòu)
設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu),減少取模時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。
設(shè)計(jì)-鋪層
制作好的產(chǎn)品鋪層設(shè)計(jì)先行,可根據(jù)產(chǎn)品的造型、厚度、結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)分析SMC材料在模腔內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)/趨勢(shì),設(shè)計(jì)SMC材料成型時(shí)料片的投放位置、投放區(qū)域、投放量。
鋪層設(shè)計(jì)需要注意:
• 減小SMC材料在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)時(shí)間,提高生產(chǎn)效率
• 使模腔內(nèi)壓力分布均勻,減小產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力,減小產(chǎn)品變形量
• 減少SMC材料匯集產(chǎn)生的熔接痕,提高產(chǎn)品品質(zhì)
• 要生產(chǎn)出好的產(chǎn)品,成型工藝必不可少,需要成型溫度、成型壓力、加壓時(shí)間通力配合協(xié)作,需要根據(jù)產(chǎn)品的造型、厚度、結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)制定專屬的成型工藝
• 模壓溫度:溫度是SMC材料軟化與固化的必要條件,需要復(fù)合材料要求的模溫,合適的溫度可以:保證材料的軟化程度,充分體現(xiàn)材料流動(dòng)性與排氣性;提高制品固化時(shí)溫度均勻性,降低產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力,減小產(chǎn)品變形量;保證樹脂固化度
• 成型壓力:壓力是SMC材料流動(dòng)的動(dòng)力,需要符合材料要求的壓力,合適的壓力可以:為材料流動(dòng)提供有效動(dòng)力,使熔體高效充滿模腔;保證制品的密實(shí)度,減小產(chǎn)品因收縮引起的變形量;為排氣創(chuàng)造條件,有效擠出材料與模腔內(nèi)的揮發(fā)物與殘余氣體。
• 加壓時(shí)間:是制品品質(zhì)的護(hù)衛(wèi),合適的加壓時(shí)機(jī)可:使材料流動(dòng)性得到充分體現(xiàn),過早或過晚加壓均會(huì)影響材料的流動(dòng)性;更有效的排出氣體;使模具填充更充分,保證制品品質(zhì)。
• 抽真空:是SMC工藝的靈魂。抽真空可提高SMC材料的流動(dòng)性,填充更充分;減小制品內(nèi)氣泡與揮發(fā)物,提高制品品質(zhì)。
• 排氣:排氣可有效擠出產(chǎn)品內(nèi)部氣體與揮發(fā)物;排氣可提高SMC材料的交融性與交粘性;排氣可降低制品熔接痕,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
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