EP/CF复合材料成型工艺分析

　　摘 要：文章主要针对环氧树脂/碳纤维复合材料的相关内容进行了介绍，通过对其材料特点、成型工艺以及实际的应用等方面进行论述，阐释了在未来，复合材料成型技术必然成为时代的主导。

　　关键词：复合材料；碳纤维；环氧树脂；成型工艺

　　中图分类号：TB332 文献标识码：A

　　1复合材料特点分析

　　1.1碳纤维。碳纤维即CF，其元素组成主要是C，碳纤维中C含量超过90%。其材料具有优良的导电性以及导热性，并且具有高温耐受性，另外在耐腐蚀和摩擦性能上也具有突出表现。但是不同于普通的碳素材料，CF材料的各向异性较为显著，能够制成各种织物，且强度较大。CF的原材料主要包括粘胶纤维，即通常所说的人造丝，聚丙烯腈纤维以及沥青等物质。而聚丙烯腈纤维是制备高强度CF的首选材料。

　　1.2环氧树脂。环氧树脂的力学性能较高，并且相对于其他材料加工性较强，加之粘结性好、收缩率低而应用于各种领域。在复合材料的制作中，环氧树脂主要用于粘结CF材料，对CF之间的荷载进行分配，起到了保护作用。

　　1.3复合材料。复合材料的性能受到原料的影响，即环氧树脂以及碳纤维的性能以及二者之间的粘特征会对符合材料特性造成影响。从材料特性上分析，复合材料的整体性能较强，抗腐蚀性高、抗蠕变性能良好，并且密度、线膨胀系数相对较小，能够有效抗击分层、冲击等。在目前已有的材料中，EP/CF复合材料的综合性能较强，比强度以及比模量指标最好。在进行加工成型时，具有稳定、易成型的特点。

　　2成型工艺

　　2.1手糊成型。该成型工艺是依次在模具型腔表面涂布或铺迭脱模剂、胶衣、粘度适中的EP和CF，手持辊子或刷子使EP浸渍CF，并将材料中的气泡予以驱除，将基层进行压实。通过多次的铺层操作，对制品厚度进行控制，从而满足成品的设计要求。通过手糊成型工艺，可以满足室温成型要求，无需大量投资，成本低廉，并且制品的规格没有限制。但是该工艺也存在不可避免的缺陷，首先该工艺的劳动强度较高，且技术要求较为专业。另外材料中的一些物质可能对人体造成危害。

　　2.2树脂传递成型。该工艺主要将CF材料设置在上下模之间，同时利用模具进行夹紧，利用压力进行EP材料的注射。待材料固化后，将制品取出。在进行注射的过程中需要注意，保证材料充满模具腔，通过夹具压力可以令EP材料迅速同CF材料结合，浸渍CF。该工艺优势在于，可以预先对CF进行预先成型处理，后进行浸渍处理。而通过真空辅助注射的方式可以提高浸渍质量。并且，该种工艺可以再室温条件下进行也可以在加热条件下进行，具有较高的灵活性。且模具材料的选择范围也较广，钢材模具以及复合材料模具均可适用。但是缺陷就在于，只能进行大型制品的制作，这是由于工艺所采用设备限制。

　　2.3真空袋法成型工艺。该种方式时间里在喷射成型以及手糊成型工艺之上的新型工艺。该方式的优势就在于，成型后所得复合材料中CF含量相对较高，且铺层技术仅采用了最普通的湿法铺层技术；并且在加工过程中EP浸渍CF性能良好。而缺陷就在于，工艺较为复杂，因而劳动强度相对较大，而复杂的工艺也增加了成本，不利于推广使用。并且生产所需要的技术水平相对较高，这就会对生产效率造成影响。

　　2.4预浸料成型技术。首先将CF材料用EP进行预浸渍，在加压、加热以及溶剂环境下，进行预先处理。这种方式的优势就在于能够对EP材料同固化剂之间的配比进行精准的调整，并能够准确控制CF中EP的含量。另外在制造过程中可以使用高粘度树脂材料，这种材料的化学性能、热性能以及力学性能等较强且应用成本较低。缺陷就在于作业速度慢且消耗过高，制品尺寸受限，因而成本相对较高。

　　另外，低温固化预浸料、拉挤成型也是应用较多的成型工艺。

　　3复合材料的应用

　　3.1飞行器的轻型化。美国从F-14、F-15战斗机就开始采用EP/CF复合材料，以降低结构质量，提高推力，复合材料占总结构质量的2%～3%。F-18战斗机中先进复合材料已占总结构质量的10.3%，包括水平尾翼、方向舵、垂直稳定板、减速板等，由F-14和F-15的次承力结构材料逐步向主承力结构材料过渡。

　　3.2轻型机枪枪架。在轻型自动武器的研制过程中，需要实现的极其重要的战术技术指标是大幅度减轻武器系统的质量，提高武器的机动性，同时保证轻武器的射弹散布精度，尤其是连发射击精度，以满足现代战争对轻武器的战技指标要求。目前，我国在这方面做了大量的工作，已初见成效。

　　3.3新型连续抽油杆。有杆泵抽油是当前国内外应用最广泛的机械采油技术，抽油杆是有杆泵系统中的关键部件，也是其中最薄弱的环节。CF具有高强度、高模量、质轻和耐腐蚀的特点，且价格稳步下降，是制备新型连续抽油杆的理想材料。以CF增强EP为主要原材料，采用拉挤成型工艺制备的新型连续抽油杆具有连续无接箍、横截面小和质轻等优点，完全克服了常规钢制抽油杆的缺点。

　　3.4风电叶片。洁净能源是全世界关心的问题，风力发电则是重要的洁净能源之一。据估计2020年世界发电总量中，风力发电要占12%。随着新型能源的开发利用，风力发电技术开始得到迅速发展，而复合材料也在风力发电装置中得到了广泛的应用，市场前景广阔。由于风力发电设备的功率不断增大，因而发电成本得到了进一步收缩。风力发电设备也开始向着长叶片大功率的方向发展，这就要求复合材料具有更高的性能，以保证转子的叶片能够承受住设备运转的要求。这不仅仅要求叶片的设计需要改变，同时也对材料的应用提出了更高的要求。而新型复合材料性能恰恰能够满足这一方面的要求。

　　3.5作为导电复合材料。该种材料主要由合成树脂以及一些具有优良导电能力的材料混合炼成，成型工艺主要利用了注射成型以及挤压成型的方式。在静电去除以及预防带电性能上具有巨大的优势，在导电材料以及半导体材料领域得到了广泛的推广。另外EP/CF材料还被用作高精度天线以及接骨板的制作中

　　结语

　　EP/CF材料成型工艺在不断的开发应用中得到了推广，新技术不断涌现，在发展的过程中其工艺向着更加便捷的方向发展，并更贴合环保这一时代的主题，成为了当前材料技术领域中的新宠儿。通过更高的生产性价比，EP/CF复合材料的应用以及成型工艺将会向着更高层次发展。

　　参考文献

　　[1]于祥明.复合新材料“起跑” 碳纤维产业有望爆发[N].上海证券报，2011.