高温碳纤维成型的新工艺.pdf

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1、玻璃钢2011年第1期高温碳纤维成型的新工艺李抒编译（上海玻璃钢研究院有限公司，上海201404）摘要®新兴企业RocTool公司已经在Cage系统工艺上赢得了声誉。现在RocTool正推出其最新补®充的3iTech技术，一种将感应器集成在模具中的新型感应加热工艺。Cage系统因快速加热模具表面而闻名，而3iTech集成内部感应技术则开启了加工复合材料的其他可能性，因为它能够在20℃-400℃的温度下，加工包含碳纤维的热固性和热塑性材料。对这种新型加热和冷却工艺，RocTool的思路继续集中在两个不可分的要素上：①电磁感应迅速加热模具；②控制局部温度。2001年，当RocT

2、ool开始开发前卫的加热和冷却技术时，它显得有点与众不同，它试图用加热再冷却一个模具来加工材料的优点说服塑料和复合材料部门。随后大约在2007-2008年，该领域有了彻底改观。现在，在主要领域内，大多数主要树脂和设备制造商们对加热和冷却技术已经开展研发，或者制定了工序标准。RocTool起初并未直接选择电磁感应。公司早先试验了大量的可选方式，包括焦耳效应、高频率和微波加热等方法。感应相比其他所知的技术，如压缩热传递液体（水、油、蒸汽）或筒形加热器等，是迅速加热模具最安全和最有效的工业方案。感应可通过两种不同途径来加热一个模具：®①CageSystem—外部感应加热线圈，对模

3、具表面直接加热；®②3iTech—内部感应加热线圈，采用预埋在模具表面下的钢层加热（图1）。®3iTech工艺通过热传导利用集成在模具内部的感应器来加热模具表面。它可以简单地定义为一个“超级”筒型加®图1用于热压工艺的3iTech模具图热器的三维网络，具有以下特征：·36·（1）感应器网络：①三维相通；②可延伸至相当的长度（达数平方米）；③可传输高强度的电力（达数十万千瓦）；④可在高温下运作（达400℃以上）；（2）模腔的热阻是零，因为能量直接通过感应施加在包围感应器网络的模腔表面之上。操控这种感应工艺可以对非常薄的金属层（通常为几十分之一毫米）输入高强度的电力（每平方厘米

4、20-30千瓦）以启动快速可控的升温，同时限制着任何惯性效应。13iTech及其衍生技术的介绍®3iTech的基本原理在于创造一个埋有感应加热线圈的模腔网络（图2）。利用电磁感应加热模腔表面，使模具表面各处可以获得一个均匀的升温，从而优化所需的加热时间和能量。模具模腔感应器®图23iTech环路图模腔到模具表面之间的距离，亦可称作“热辐射的弯月面”，可通过两种方法来优化：钢®的导热率和弯月面的长度。许多3iTech的衍生技术和组合技术是根据那些目标工艺（RTM、热压、塑料注射、真空袋压、管制造）、在给定温度、加热时间和保压时间下进行加工的材®料以及所涉及部件形状的复杂性来提

5、出的。所要求的3iTech配置（图3）也存在差异，例如你要在400℃下加热一个模具2-10分钟，或是在120℃下加热5-15秒。同样，其效果也将会随着模腔的形状变化（圆形或方形）以及所用感应器的形状变化（圆形、方形或长方形）而有所不同。感应器甚至可以是弯的，通常对于铜丝而言，也可以存在实心的十字交叉部分或是空心的以便于冷却，或任何随意的形状以便能铺设成高度三维的网络。·37·®图33iTech原理的横截面®RocTool和Indumold技术发明者KIMW公司，似乎预先就确定达成一项协议。RocTool开发出一种方案更偏向用于加工高熔点材料，包括复合材料（直径6-15毫米的

6、管型感应器，可冷却，距离模具表面10-15毫米），而KIMW的Indumold技术专门用于塑料注射模型，涉及一个由小型感应加热线圈形成的网络，集成在距离模具表面非常近的地方（没有冷却感应器，直径3-6毫米，距离模具表面3-5毫米）。这两种方案是互补的，向RocTool提供了可直接应用于所有复合材料和塑料工艺领域的全套系列方案（图4）。图4Gigaset（德国）使用内部感应加热法制造的部件，省去了焊接和涂层这种工艺的优点是它在惯性效应之外利用了其他机理，使得模具加热系统更加智能化。例如：分离了模具移动和固定部分的加热，或将模具的限定区域局部加热到要求的温度。®23iTech模

7、具的结构参数®一个3iTech模具产品要加工出许多模腔来装入感应加热线圈，就这方面而言是独一无二的。如果这个模腔网络是二维平面，就可以使用机械或钻孔方法来制造。而对于一个高度三维的网络，唯一起作用的办法就是通过三维加工制造一个嵌入模具。只要它和感应模式相容，任何标准的模具材料都可使用，从铝到镍基合金如因瓦合金，以及所有种类的钢，包括不锈钢。为了在指定的操作温度下获得优化操作，对模具材料的选择被作为最后阶段的考虑。但是，如果一种材料能极好的符合以下标准就更好了：·38·①高导热率；②对热加工环境具有较好的力学抗性；③