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用传统模压线生产碳纤维增强热塑性塑料

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碳纤维的先进工艺技术供应商Surface Generation公司正和华威大学的WMG院系(University of Warwick),以及特种材料供应商 AGC AeroComposites(AGC)开展合作,为汽车和航空航天业制造商开发新的复合材料冲压成形工艺。

专利技术PtFS被用于塑料、玻璃和复合材料的精确高效的组合、压缩、加工和融合。
专利技术PtFS被用于塑料、玻璃和复合材料的精确高效的组合、压缩、加工和融合。

Surface Generation是一家先进材料工艺公司,坐落于英国的Midlands。它的专利技术“按功能指标生产”(Production to Functional Specifications, PtFS)工艺被用于塑料、玻璃和复合材料的组合、压缩、加工和融合。该技术比传统的注塑和模压工艺所能达到的极限还要更高效、更精确。Surface Generation的技术被部件供应商和制造商所用,跨越多个行业,包括航空航天业、汽车业、消费电子、防御和休闲用品。

Surface Generation的 PtFS工艺的局部控制能力远高于传统的蒸压法(autoclave)和烘箱固化。和其它方法相比,它在温度范围、周期时间和能耗量度方面也更出色。

PtFS的特点是,目标部件的指标被用来精确设计模具的热学、结构和控制参数。在部件的各个区域或范围,以及在成形和固化的进程步骤中,模具被设计成能动态控制模温至准确设定值。模具被划分成多个区域(通常大于32个),与多波道控制体系相连。各类可按需加热或冷却的液体分别在各个区域循环,使每个区域在整个固化过程中能被独立控制。系统中加载有先进的控制方案,可保证最终部件能最大化地达到设计意图。

Thermocomp-test1通过对不同区域进行区别和独立的控制,制造商们能实时连续而快速地调整每部分的加热和冷却程度,来优化部件质量和扩大产率。

该公司正在开发采用其专利技术PtFS的新型冲压成形模面,用于生产高性能热塑性复合材料。通过把Surface Generation的有效热管理技术整合到模面本身,WMG和AGC能实时连续调整模具各部分的加热和冷却程度以及加工步骤,以期提高模压成形的质量和产量。

这项工作协助了复合材料创新组(Composites Innovation Cluster)的Thermocomp项目。该项目在致力于开发周期时间短、流量高的制造工艺,可为汽车和航空航天业制造商采用,来生产碳纤维增强热塑性塑料部件。

Surface Generation的总裁Ben Halford评价道:“PtFS给汽车和航空航天业制造商带来了模压成型的新高度。 在固化过程中能够对模具的各个部分进行动态热控制,这意味着生产商能快速、低成本地升级现有的热塑性复合材料生产线,并能极大的降低生产成本。作为整合生产线的一部分,PtFS使生产商在热塑性部件上能达到一分钟的节拍时间。”

WMG由Kumar Bhattacharyya教授爵士于1980年创立,以帮助复兴英国的制造业。在Bhattacharyya长期担任主席的带领下,这个组织现已成长为大学与商业成功共事的国际典范。WMG拥有500多名工作人员,分布在华威校园的6座建筑里,并在七个国家有合作中心。

WMG的项目经理Geraint Williams评价说:“要让汽车行业的主流接受新型的、排列纤维增强的热塑性塑料,主要障碍和挑战是在高产量的生产环境下,能经济地缩短周期时间。Surface Generation的PtFS技术有望实现这一挑战。它缩减了加工步骤,并且让制造商能用一次成形的工艺快速生产复合材料部件 。”

AGC AeroComposites公司的材料技术总监Dave Conway评论道:“传统的冲压成形工艺用于复杂部件时,哪怕是中型生产也是不实际的。通过把它那革命性的PtFS技术整合到传统的冲压成形工艺中,Surface Generation为航空航天制造业开启了令人激动的新纪元 。”

表1   PtFS的特点

  • 周期时间缩短95%

  • 设备资本投入和占地面积降低85%

  • 能源消耗降低95%

  • 注塑成形周期的快速加热和冷却

  • 200 °C ~ 450 °C温控范围,±0.5 °C误差

  • 热塑性和热固性塑料

  • 单面、模压和树脂传递模塑工艺

  • 实时智能工艺控制

  • 100%成形质量保证

  • 模块化且可重构

  • 纤维更换、固化和修正

  • 小试和大批量生产

  • 样机制造


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