纖維復合材料拉擠工藝技術新進展

  型材是所有應用技術領域的基本要素,從建筑結構、橋梁、電線桿、地下管線到汽車工業中的軸和螺旋彈簧等。2008年底之前,除了直線拉擠復合材料型材,不可能經濟的生產出曲向纖維增強復合材料型材,這成為纖維增強拉擠復合材料工藝的一個主要缺陷。因為大多數情況下,同時需要直線型材和曲線型材。

1、反向拉擠工藝

  在2009年,德國Thomas技術創新公司開發了“反向拉擠工藝”,被稱為“曲線拉擠成型”的工藝的技術突破使等半徑曲線型材的生產成為可能。證實了連續等半徑疊加物體,如螺旋彈簧(圖1)和其他類型線圈可以用這個工藝進行連續生產。這種工藝方案是傳統拉擠成型“逆向工藝”。型材不再被拉著穿過模具,而是模具以一種逐步后退的方法沿著型材移動來進行制品成型,為拉擠纖維增強復合材料制品增加了一種新的規格型材,并拓展了新的應用。

  但根據這個原理,不僅僅是恒定半徑、線圈等相似結構可以被制造?!胺聪蚶瓟D成型”還可以開發出非常多的纖維增強型材解決方案:
  反向拉擠成型不但可以生產恒定半徑曲線型材,而且可以生產變半徑型材。通過使用彈性或分段模具實現上述“逐步后退工藝”。
  反向拉擠成型工藝應用在直線型材的生產上可以小化拉力,在傳統的拉擠成型工藝中,拉力會使復合織物預成型件變形。因此,這使得可以將+/-45°預浸料或是層疊材料整合在型材上,而不產生任何扭曲。

  反向拉擠成型可以生產連續的幾乎任何直徑的硬質或是彈性管材,現在僅僅通過纖維纏繞工藝制造(圖2)。對于大直徑產品來說,不需要芯模,由此在直徑和/或長度上沒有限制,而是由工藝決定。
  反向拉擠成型可以加工中空織物預成型件。目前,用標準的拉擠成型工藝還不能實現,因為在標準拉擠成型工藝中,中空型材的核心必須被固定在模具的入口,紡織增強材料必須至少有一個缺口。因為反向拉擠成型工藝只需要短得多的機器,現在可以將核心固定在生產的型材的一側。有了這個設定,中空紡織物如帶多個編織層的管材可以像中空織物材料管材一樣進行加工。

2、弧形―拉擠TM

  彎曲型材可以有多種技術應用,可以提供特殊的功能,或是實現特定的設計。直線型材可以使用連續制造纖維增強型材的標準技術實現,而缺乏實現2維、3維型材的專門技術,使得纖維增強復合材料材料替代鋼、鋁材料的努力受到了抑制。
  現在這個空白已經被Thomas技術創新公司所開發的弧形拉擠技術所填補,全新的技術使利用連續纖維和織物連續生產彎曲的復合材料型材成為可能,采用拉擠工藝制造連續的圓環和各種直徑圓弧制品。例如可以實現彈簧形狀的設計,型材使用連續纖維單向帶,織物和雙向網狀物進行加強。

  應用領域

  無論何時當材料必須能勝過鋼或者鋁的極限,或者必須實現某種僅在自然界出現的全新產品特性時,纖維增強材料都應該被考慮在內。任何成分的纖維增強材料的真正綜合應用,以及特定領域的應用都以曲線型材的生產為前提,它使纖維增強材料在工程和建筑領域的應用幾乎不受限制。

  ?汽車制造業/交通運輸業

  卡車、公共汽車、火車、集裝箱箱壁,屋頂結構、飛機機體、海事工程、緩沖器固定器、儀表盤、彈簧的框架和主體結構

  ?建筑業

  窗結構、拱形結構、橋、腳手架和梯子、樓梯和導軌、格柵、采礦和隧道挖掘、給排水、電纜槽、綠色房屋的結構件。

  ?運動/休閑

  滑雪和滑雪桿、網球拍、壁球室、沖浪板和帆船的壓條、高爾夫球桿、沖浪板、釣竿、棒球棒、弓和箭、帳篷支柱、撐桿跳的桿

  ?機械工程

  T螺桿和螺母、設備元件、滑動元件、輸送機部件、夾緊和旋轉模塊、彈簧、回轉支撐軸承、線性軸承