CFRP热塑性型材的批量生产

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玻璃钢2008年第4期
CFRP 热塑性型材的批量生产
王强华编译
（上海玻璃钢研究院有限公司，上海201404）
摘要
连续模压成型是一种既定工艺技术，用来生产工业和汽车上的平板（有机片层）和成形部件。

运动和军用部件已被制造了许多年。

xperion Aerospace 公司在2005年开始批量生产用于飞机上的型材。

为了制造有竞争力价格的高性能部件，降低生产成本是一个办法。

通过使用自动化工艺和低成本机器就能做到，因为这样能降低人时和折旧成本。

怎样在生产中加工大量的热塑复合材料呢？有一个例子就是批量生产用于空客A330/340侧壁板的固定轨道。

通过结合使用原有工艺和新工艺，如热冲压成形或连续模压成型，制造商可以优化工艺链，推出价格有竞争力的高品质零部件产品。

1连续模压成型
连续模压成型是最具前途的技术，它能使制造工艺更经济有效。

在一个多步骤加工过程中，半成品热塑性材料在模具中加热、受压和冷却。

受压后，打开压机，取出材料。

在第一步中，材料被放入一个模具中进行预成型。

接着放到一个预加热区升温至加工温度，然后在压缩区受压。

模具中的冷却系统对材料进行冷却至室温。

喂料系统包括一个液压夹具和一个喂料驱动柱。

连续模压成型工艺如图1所描述。

图1连续模压成型工艺
间歇式压机
零部件材料供应
喂料冷却挤压预加热预成型/预加热
绝缘
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与其他工艺相比，连续模压成型使热塑性复合材料达到所需的形状，不会过分压缩或挤压材料。

对一个确定的铺层结构，其必要的不同层取向在成型后被保留。

此外，喂料速度、压缩力、压缩长度和压缩时间可以针对不同材料分别进行调整。

采用这种方法，任何要求的预浸料结构都可以被加工。

2更轻的零部件
用铝制成的空客A330/340侧壁板固定部件（图2）是由三个零件组成：轨道、扣件和
支架。

在一个轻量化项目的框架下铝被复合材料替代。

图2空客A330/340侧壁板
3材料和工艺链
在部件制造和成本/能力比率上，Ten Cate 的C-PEI 在几种候选材料中显示最佳结果。

C-PEI 给与了一个独一无二的机会，把通常所看到的热塑性材料性能和结构件连续成型或热
冲压成形的高速度结合起来。

进行了一个试样项目，并确定工艺参数。

图3侧壁板固定轨道：轨道，扣件和托架
扣件和轨道适合于连续模压成型工艺。

因为有16种不同类型的支架被使用，连续模压成型工艺对于这样一种数量较少的型材（对每种类型每年约10-20米）显得太快了。

因此决
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定用热冲压成形技术。

对于大量生产的支架制造了特殊的工装模具，对于较小的数量，一个简单的模具就能用于几种不同的支架。

图4
是这个零件的制造工艺链。

图4零件制造工艺链
质量保证措施在每道生产过程中和完成后执行。

所有相关数据（工艺参数等）被记录。

4制造用于支架的有机片层
为配合热冲压成形技术，有机片层使用xperion 的连续模压成型机制造。

先裁剪片层，然后热冲压成型为支架。

使用这种技术，xperion 能降低生产周期至180秒以下。

一个支架的平均周期时间是在35秒以下。

图5显示了连续模压成型机用于制造有机片层。

图6是热
冲压成型机制造支架。

图5生产有机片层的机器图6生产支架的机器
5制造扣件和轨道
扣件和轨道使用连续模压成型技术制造，在一个专门设计的机器上进行（图7），它制造的部件宽度可达200毫米、高度达100毫米。

图8是用G-PEI 和C-PEI
制造轨道。

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图7生产扣件和轨道的机器图8切割后的G-PEI 和C-PEI 轨道
6后续加工
热冲压成形后，使用3D 水射流切割来切割支架至一定形状。

轨道和扣件切割至所需长度，边缘裁减至所需宽度。

切割后，部件自动打孔（图9）并铆接（图10）。

图9自动打孔用于铆接图10铆接后的部件
7制造轨道两年
自2005年8月开始生产起，已生产了15000多根轨道，这相当于用连续模压成型技术制造了2万米的型材。

为了保证及时交货，制造了第二套CCM 模具。

新的表面处理使模具上没有磨损，甚至和碳纤维接触也不影响。

据估计模具在需要维护前可以使用2万米以上。

已用热冲压成型技术制造了总共3万多个支架，废品率低于0.0013。

所有交货已及时装运。

一年后，生产成本下降15%。

8展望
连续模压成型技术能以合理的成本制造高质量部件。

已制造了新而复杂且较大的部件，批量生产也已开始。

2007年7月，xperion 的新系列制造机器（图11）在Markdorf
投入运行。

43更大规模的部件生产在2008年中进行。

这种机器能生产复杂的形状，如C 形和I 形梁。

甚至能生产C-PEI （Tencate ）、C-PEEK 或C-PEKK （Cytec ）制成的次结构件或结构件。

对于工业上的应用，有半成品材料可用，包括C-P A （Porcher 、Schappe ）和C-PEI 或C-PEEK （Phoenixx 、T encate
）等。

图11用于批量生产热塑性复合材料复杂型材的制造设备
（《JEC 》2008，No.44：72-74）
（上接46页）
2复合材料优于木材
当前在建筑行业中的趋势是用涂塑板或全复材板替代胶合板。

这个趋势就产生了对质量更好和寿命更长的板材需求，特别是针对租借模板和外表面模板。

此外，传统胶合板价格较高，不易获得，质量下降，有利于全复合材料模板的替代。

胶合板用塑料蒙皮覆盖后，确实比酚醛树脂浸渍的传统板材要好，但它还是有些缺点，这些缺点和木质芯材有关，和蒙皮与芯材之间不同的热膨胀系数有关。

而且，塑性蒙皮在抗混凝土压力上不起作用，同时涂塑板材的力学性能较低，因为对于相同的整个厚度，胶合板厚度是下降的。

潮气能穿过塑料膜上的钉孔或切割进入芯材，产生不能接受的局部膨胀。

另一种可供选择的复材方案是使用聚丙烯泡沫芯材和铝蒙皮粘接，外面再覆一层聚丙烯薄膜。

Quadrant 塑性复合材料方案不采用金属，因此比较轻。

但由于GMT ex 蒙皮有非常高的性能，因此它们的力学强度也较好，并且容易用钉子固定，可循环利用。