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热压罐温度、压力选型和复合材料树脂体系的关系

浏览 发布时间 16/01/29

常用树脂体系:
       复合材料固化成型,对热压罐性能的要求主要取决于使用的树脂体系。在现有常用的热固性树脂中,以环氧树脂及酚醛树脂应用最为普遍。
       环氧树脂根据不同的配方,从常温固化到高温固化,覆盖较大的范围。但是,常温固化和低温固化树脂,其性能不适合使用热压罐,较少用于热压罐工艺。常用于热压罐工艺的环氧树脂固化温度从120℃~180℃,通常,环氧树脂体系固化是施加0.6MPa的压力就可以使力学性能趋于稳定,固化成型后满足要求。
       酚醛树脂体系的使用同样很广泛,酚醛树脂体系采用烘箱固化的效果可以满足要求不高的应用场合,但是,当要求比较高的纤维体积含量、较高的致密性、较低的缺陷时,就需要使用热压罐。酚醛树脂体系根据配方及材料性能要求的不同,固化温度通常从120℃~170℃,固化施加的压力从0.4Mpa~2Mpa不等。
       对于产品采用环氧树脂及酚醛树脂体系的热压罐用户,采用的固化辅助材料均为市场上供应的常规的尼龙薄膜真空袋、无纺透气毡、真空密封胶带,这些材料的短时间耐温上限通常在170℃~200℃之间。因此对于这些用户,选用热压罐的额定工作温度高于200℃是没有意义的。热压罐厂家通常按照250℃设计内部耐热结构,如果用户能准确提供最高使用温度,热压罐厂家可以准确计算加热负载,减小装机功率,达到节能的效果。
       压力容器在1.6Mpa分了一级,因此,高于1.6Mpa的热压罐,费用会有比较显著的增加。压力要求高,热压罐容器的重量随之增加,成本提高。同时,为热压罐供气的空压机等设施的规格要加大,造成建设费用的提高。因此,对于用户而言,合理选择常用压力是非常重要的,要建立一个概念,厂家的设计压力一定要稍大于常用压力,设计压力是出于安全的考虑的设计余量,常用压力是用户工艺中使用的实际压力,按照用户的常用压力配套的供气系统,在使用中才是合理并经济的。
其它树脂体系:
       复合材料使用的树脂体系种类很多,有些高性能的树脂的使用范围较小,如耐高温的双马树脂、聚酰亚胺树脂、高介电性能的氰酸酯树脂,以及正在研究开发中的热熔树脂系统。
       最高使用温度250℃的热压罐可以满足双马树脂、氰酸酯树脂的固化温度要求,通常0.6Mpa的压力可以满足对于力学性能的要求,如果出于其它性能的需求,压力可能需要进一步提高。但是,对于这两种复合材料固化中使用的辅助材料,可靠的耐温性能就约230℃,对工艺的制约很大。
       聚酰亚胺树脂是当前可实用的耐温等级最高的树脂,固化温度在300~370℃间,并有进一步提高的趋势,同时固化压力要求1.5Mpa以上,甚至2Mpa以上。这就需要配备高温高压热压罐。高温高压热压罐本身在技术上有较大的难度,同时,这个耐温等级的辅助材料工艺性极差,很难保证真空袋的密封,为此,高温高压热压罐必须配套氮气供应系统,以杜绝使用中材料失火。
       热熔树脂系统复合材料正在研究开发中,目前还没有得到广泛的应用,树脂正在不断的创新中,因此,如何配套热压罐还没有成熟的参数。从材料性能的规律分析,热熔树脂的成型温度一定要高于使用温度,热熔树脂的最低粘度不可能做到低于热固性树脂的最低粘度。从上述两点分析,适用于热熔树脂体系的热压罐的温度压力要求应稍高于常规热压罐。同时,热熔树脂研究的重要目标是实现高效成型,因此对设备有相应的要求,这需要从事材料及工艺研究人员进一步探索。
       热压罐相对其它复合材料成型设备,材料的综合性能最佳,适应性最大,工艺可控性最好,模具成本相对较低,因此在复合材料行业应用越来越广。但是,热压罐也存在很大的局限性,如耗能高,成型效率低等。本公司正在开发新设备,以突破其部分局限性,在针对上述特种树脂的试验工作已经取得较大进展,将择机推出。
       注:有些复合材料产品,为达到特殊的性能指标,要求很高的成型压力。虽然就压力容器而言,并没有限制。但是从安全性以及经济性考虑。热压罐的设计压力超过5Mpa是不适当的,设备制造难度加大,成本大幅提高,可靠性大幅降低。因此,如果复合材料的成型压力一定要超过3Mpa,尺寸较大部件建议使用液压釜,尺寸较小部件建议使用热压机。
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