탄소 섬유 진공 백 압축 성형 공정 및 탄소 섬유 진공 주입 성형 공정

특수 다공성 복합 재료로서 벌집 샌드위치 구조의 특성 및 제조 공정에 대한 연구는 반세기가 넘는 역사를 가지고있다. 높은 특이 적 강도 및 강성, 우수한 전기 단열재, 낮은 열전도율, 높은 파동 투과성, 진동 분리 및 충격 저항으로 인해 항공, 항공 우주, 조선, 철도, 자동차 및 건축 분야에서 필수 재료가되었습니다. 우리가 제조하는 드론은 가볍고 기동성이 우수하며 고급 장비가 장착되어 있습니다. 그들은 군사 및 민간 분야에 광범위한 응용 프로그램을 가지고 있습니다. 동체, 날개 및 꼬리 지느러미는 모두 벌집 샌드위치 구조물로 만들어졌습니다. 이 벌집 샌드위치 구조는 탄소 섬유 복합 내부 및 외부 패널 및 NOMEX 벌집 코어로 구성됩니다. 내부 및 외부 패널 형성 재료는 여전히 자체 제작 된 탄소 섬유/에폭시 프리프 레그를 사용합니다. 내부 및 외부 패널의 매우 얇은 디자인으로 인해 두 개의 렌즈 패브릭 두께의 두 층 만 있고 에폭시 수지는 중간 온도 경화 시스템이기 때문에 진공 백 압축 성형 기술을 사용하고 CO 치료 및 CO 결합 기술을 채택하는 데 적합합니다.

1) 벌집 샌드위치 구조의 특성
벌집 샌드위치 구조의 개략도는 다음 그림에 나와 있습니다. 내부 및 외부 패널은 0. 이 샌드위치 구조의 기계적 특성은 패널 및 코어 재료의 고유 한 특성뿐만 아니라 패널과 코어 재료 사이의 결합 성능에 달려 있습니다. 동시에, 성형 공정은 또한 구성 요소의 포괄적 인 성능에 크게 기여합니다. 따라서 진공 백 압축 성형 성형 공정을 채택하려면 다음 4 가지 기술 문제를 동시에 해결해야합니다.
(1) 미리 함침 된 저압 형성 부품에 대한 표면 품질 관리 측정.
(2) 샌드위치 구조 재료 및 전반적인 기계적 특성의 선택.
(3) 탄소 섬유 복합 패널과 NOMEX 샌드위치 인터페이스 사이의 결합 성능.
(4) 샌드위치 구조 성분의 체중 제어.

재료 선택 측면에서, 드론 구성 요소의 성능 요구 사항과 위에서 언급 한 4 개의 진공 백 형성 공정을 고려하는 것이 중요합니다.
기술적 인 문제는 다음 자료의 선택을 결정했습니다.
(1) 화염 지연 표면 접착제 코팅 (색 조절 가능).
(2) 탄소 섬유 Prepreg 비직 직물 8=0. 125mm, 접착제 함량은 (40 ± 2)%입니다.
(3) NOMEX 코어 재료 : 아라미드 종이 벌집, 사전 함침 된 페놀 접착제, 기공 크기 1.83mm, 8=5 mm, p =
48g/cm '.
(4) 보드 코어 접착제 필름 Sy -24 c.

2) 공정 흐름 형성
(1) 곰팡이 준비.
연구 개발 단계에서 곰팡이 제조주기를 단축하고 가격을 줄이기 위해, 유리 섬유 곰팡이는 성형에 사용되며, 곰팡이 표면은 수제 처리에 적용됩니다. 약 130 도의 중간 온도에서 사용될 때 금형이 변형이 변하지 않도록하기 위해, 유리 섬유 금형의 두께는 20mm 이상이고, 강철 프레임은 금형의 뒷면을 강화하기 위해 사용된다. 금형 표면을 청소 한 후 먼저 주변 주위에 밀봉 퍼티 스트립을 바른 다음 금형 표면에 액체 방출 제를 수동으로 바릅니다. 릴리스 에이전트가 먼저 적용되면 밀봉 퍼티 스트립이 금형 표면에 단단히 달라 붙지 않게됩니다.

(2) 화염 지연 접착제 코팅 스프레이.
구성 요소의 무게를 제어하기 위해 벌집 샌드위치 구조 패널은 매우 얇습니다. 성형 후 페인트를 스프레이하여 처리되는 경우, 잔류 방출 제를 제거하기 위해 외부 패널을 연마하여 얇은 벽 패널의 품질을 쉽게 손상시킬 수 있습니다. 압력 경화 성형은 진공 펌핑에 의해 수행됩니다. 진공 펌핑 공정 동안, 외부 패널은 표면에 단단히 압축됩니다. 허니 콤 셀 내부와 외부의 압력으로 인해 진공이 방출되고 데 몰려 된 후, 벌집 세포 압입이 얇은 벽 외부 패널에 형성 될 것이다. 중량을 제어하기 위해 일반적인 스프레이 페인팅 방법을 사용하여 일반 퍼티 스크래핑 방법을 치료에 사용할 수 없습니다. 페인트 층이 두껍게 되더라도 페인트 층 표면의 벌집 패턴은 완전히 제거하기가 어렵습니다. 따라서, 공정 측면에서, 표면 페인팅 대신 몰드에서 표면 화염 재도 대착 접착제 코팅을 직접 분산시키는 방법이 채택된다.
먼저, 제품의 요구 사항에 따라 화염 재생 접착제 코팅을 색칠하십시오. 사용 된 접착제 코팅의 양은 한 번에 충분해야하며, 그렇지 않으면 색상 차이를 유발할 수 있습니다. 공식에 따라 접착제 코팅의 수지, 경화제 및 희석제를 정확하게 혼합하고 균등하게 저어줍니다. 이 시점에서, 접착제 코팅은 스프레이에 적합한 점도를 가지고 있으며, 분무를 위해 핸드 헬드 스프레이 건에 붓습니다. 스프레이 된 접착제 코팅의 두께는 0. 15 ~ 0. 2mm 사이에서 제어되어야하므로 구성 요소의 무게를 제어 할 수 있도록 접착제 코팅이 꿀벌 드림을 완전히 덮을 수 있습니다.
(3) 외부 패널 성형.
겔 코트를 금형 표면에 스프레이하고 실온에서 배치한다. 겔을 분무 한 후, 2 층의 사전 절단 탄소 섬유 씨실이없는 천을 금형 표면에 놓은 다음 진공 시스템을 직접 배치합니다. 그림에 표시된 바와 같이, 보조 재료의 배치 서열은 다음과 같습니다 : 릴리스 천, 접착제 재료, 분리 필름, 통기성 펠트 및 진공 백 필름. 포장이 완료되면 진공 누출 감지가 수행됩니다. 오류가 없음을 확인한 후, 곰팡이는 큰 오븐으로 밀고 첫 번째 응고 성형을 위해 가열됩니다.

경화 매개 변수 : 125 도의 온도, 2h의 유지 시간, 0. 09mpa 이상의 진공 부압의 압력. 탄소 섬유 복합 재료의 접착 성 함량을 제어하기 위해, 접착제 흡수 물질의 양은 다음 공식에 따라 정확하게 계산되어야한다.

공식에서, X는, 접착제 재료의 단위 중량 당 흡수 된 접착제의 양; w, 접착제 재료의 중량; W. 외부 패널의 미리 함침 된 재료의 무게. 외부 패널은 먼저 구어지고 형성되어 모든 영역이 진공 압력을 견딜 수 있도록해야합니다. 벌집이 놓인 다음 허니 콤 코어 재료를 통해 외부 패널로 압력이 전염되면, 벌집 벽에서 고압 현상과 벌집 셀과 벌집 측벽에서 저압 현상이 발생하여 샌드위치 구조 하중 외부 패널의 형성 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 표면 코팅 및 외부 패널 Prepreg는 공동으로 경화되어 오븐에 형성되어 둘 사이의 결합 강도를 향상시킵니다. 고무 의류는 외부 패널의 벌집 들여 쓰기를 덮을 수 있습니다. 풍부한 수지 표면 층은 또한 비 핫 프레스 탱크에서 저압 성형 동안 Prepreg의 접촉 표면의 섬유 사이의 간격을 채워서 외부 표면이 부드럽고 평평하게 만들고 신체 성분의 표면 품질을 향상시킵니다.
접착제 코팅의 사용은 구성 요소 표면의 2 차 코팅 공정을 대체 할뿐만 아니라 신체 부위의 무게를 줄일뿐만 아니라 화염성 접착제 코팅을 선택하여 구성 요소의 불꽃 지연 효과를 향상시킬 수 있습니다.

(4) NOMEX Honeycomb 코어 레이어.
구성 요소의 두께에 따라 두께가 같은 벌집 칩 재료를 선택하십시오. 절단 후 Honeycomb Manufacturing Factory가 직접 제공하는 NOMEX Honeycomb 코어의 밀도는 기계적 특성에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 균일 한 밀도와 색상의 시트를 선택해야합니다. 벌집 코어 그리드가 작을수록 굽힘 유연성이 높아지고 아라미드가 포함 된 아라미드 재료가 높을수록 해당 가격이 높아집니다.
외부 패널이 경화 된 후에는 50도 미만으로 낮추어야합니다. 금형의 보조 재료를 제거한 후 스틸 바늘을 사용하여 내부 표면의 벌집 코어의 가장자리 선을 표시하십시오. 현재 외부 패널이 금형으로 이동하는 것을 방지해야합니다. 에지 라인을 따라 Sy -24 c 접착제 필름의 층을 놓고 접착제 필름 위에 nomex 벌집 코어를 놓으십시오. 벌집 코어는 가능한 한 전체 조각으로 놓아야합니다. 두 조각을 접합 해야하는 경우 스 플라이 싱 끝면에 충분한 폼 고무 스트립을 놓아야합니다. 폼 고무 스트립은 열로 팽창하고 사전 함침 된 재료 및 접착제 필름과 동기식으로 팽창하여 2 개의 벌집 코어를 하나로 결합시킵니다. 이러한 유형의 폼 접착제는 또한 허니컴 코어의 측면을 프레임 골격에 결합시키는 데 사용될 수 있습니다.
NOMEX Honeycomb 코어는 아래 그림과 같이 L 및 W 방향으로 나뉩니다. W 방향을 따른 벌집의 유연성은 L 방향을 따르는 것보다 훨씬 강합니다. 따라서, 벌집을 놓을 때, L 방향은 드론의 세로 방향을 따라야 금형 표면에 더 잘 맞도록해야한다. 스크레이퍼를 사용하여 오른쪽 그림과 같이 45도 각도로 벌집 코어의 가장자리를 모아 샌드위치 구조의 가장자리에 z 자형 에지 씰을 생성하고 허니 콤 코어와 내부 패널 사이의 결합 강도를 향상시키기 위해 샌드위치 구조의 가장자리에 z 자형 가장자리 씰을 만들어냅니다.

(5) CO 경화 성형.
벌집 코어를 놓은 후에는 에지 가공에서 남은 잔해물을 청소하고 두 층의 탄소 섬유를 상단에 놓습니다. 벌집 코어의 가장자리를 외부에 자주 연결하고 배치 중에 벌집 코어의 변위를 방지하십시오. 진공 백 조합 시스템의 그림과 같이 진공 시스템을 다시 놓으십시오. 이번에는 접착제 재료가 없어서 PrepREG에서 일정량의 매트릭스 수지를 벌집으로 배출하고 벌집 벽으로 올라가 접착제 덩어리를 형성하여 꿀벌과 내부 패널 사이의 결합 강도를 증가시킵니다. 진공 누출 감지 후 곰팡이를 오븐으로 밀고 두 번째 응고 성형을 위해 가열하십시오. 경화 후, 열 변형을 방지하기 위해, 성분을 진공 밀봉하고 용광로의 실온으로 냉각시킨 다음 진공 보조 재료를 제거하기 위해 진공을 정지시킨다. 부품을 데 몰딩 한 후, 에지 잔류 물 절단 공정이 수행된다.
벌집 샌드위치 구조를 제조하기 위해 2 단계 방법을 채택하면 비용이 절감되었습니다. CO 경화 과정에서 외부 패널은 첫 번째 단계에서 사전 형성되어 외부 패널의 품질과 신체 성분의 표면 품질을 보장합니다. 외부 패널은 높은 기계적 특성을 갖고 외부 패널의 하중 성능을 보장하는 접착제 필름을 통해 벌집 코어에 결합됩니다.
내부 패널 Prepreg는 진공 압력 하에서 우울증을 형성하고, 전체 형태는 기복이 발생하여 기계적 특성이 크게 감소합니다. 벌집과 내부 패널 사이에는 접착제 필름이 없으며 껍질 강도는 그리 높지 않습니다. 그러나 내부 패널과 벌집 사이의 결합 강도는 샌드위치 구조의 안정성을 보장하고 구성 요소의 강성 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다.
패널의 얇은 벽 구조를 설계하고 복합 재료의 접착 성 함량을 엄격하게 제어함으로써, 전체 샌드위치 구조의 무게는 비교적 낮으며, 이는 무인 공중 차량에 우수한 무게 제어 효과를 갖습니다.
진공 백 압축 성형 공정은 간단한 성형, 저렴한 비용 및 짧은 제조주기의 특성을 가지고 있습니다. 복잡한 무인 공중 차량 구조 구성 요소 전체를 쉽게 형성하는 것은 쉽습니다. 이에 의해 형성된 복합 샌드위치 구조 구성 요소는 높은 특이 적 강도와 강성을 가지며, 이는 구조적 경량화를위한 ​​무인 항공기의 요구를 더 잘 충족시킵니다.

진공 주입 성형 공정
최근 몇 년 동안, 진공 보조 RTM 성형 기술 (VARTM)이 해외에서 개발되었습니다. 기존 RTM 공정과 비교할 때 금형 비용은 50%~ 70%감소 할 수 있습니다. 이 과정을 사용하여 성형 공정에는 유기적 휘발성이 거의 없으며 환경 보호에 대한 사람들의 요구 사항을 완전히 충족시킵니다. 또한, 진공 보조가 기포를 완전히 제거 할 수 있기 때문에 성형 적응성은 양호합니다.
진공 주입 성형 공정은 곰팡이에 드라이 섬유 강화 재료를 직접 놓고 섬유 강화 재료 위에 껍질을 벗기는 층을 놓는 것입니다. 껍질 층은 일반적으로 높은 투과성 배지 매체를 갖는 낮은 다공성의 얇은 층, 낮은 투과성 섬유 직물 잎 층을 놓은 다음 진공 백으로 감고 밀봉했습니다.
수지 주입 시스템은 다음 그림에 나와 있습니다. 몰드는 진공 백 필름으로 포장 및 밀봉되고, 진공 펌프는 음압 상태로 펌핑된다. 그림에는 다양한 레이어가 표시됩니다. 릴리스 천은 쉽게 벗겨지지 않는 저 다공성 섬유 직물의 층이며, 유량 가이드 네트는 높은 투과성 매체이며, 흐름 가이드 파이프는 플로우 가이드 천 위에 분포되어 있습니다. 수지는 입구 튜브를 통해 전체 시스템으로 들어가고 가이드 튜브를 통해 수지 흐름의 주요 방향으로 안내됩니다. 가이드 그물은 수지를 층의 모든 구석에 분배하고, 경화 후, 릴리스 천을 벗겨 내고 밀도가 높고 접착 성 함량이 낮은 구조 층을 얻습니다.
1) 진공 주입 성형 공정의 특성
(1) 진공 주입 성형 기술의 사용은 근로자의 노동 강도를 크게 줄이고 업무 위생을 향상시킬 수 있습니다.
정황.
(2) 전체 툴링 시스템의 폐쇄 특성으로 인해 작업 조건이 개선되었고, 유해 물질에 대한 운영자 노출이 줄어들고, 작업 환경이 개선되었으며, 프로세스 작동이 간단합니다.
(3) 제품 성능 측면에서, 진공 주입은 생성물의 다공성을 감소시키고, 제품의 겔 함량을 효과적으로 제어하며, 인적 요인에 의해 덜 영향을받는 제품을 생산할 수있다. 이 제품은 고품질 안정성과 재현성이 우수합니다.
(4) 제품의 겉보기 품질은 양호하고 동일한 층 두께가 얇고 강도가 높으며 인장 강도는 손 레이 업 성형에 비해 20% 이상 증가합니다.
진공 주입 성형 공정은 닫힌 금형, 제어 가능하며 연속 공정입니다. 섬유는 안정적인 재료 사용으로 사전 형성 될 수 있으며, 고비 장비 투자 없이도 고품질 레이 업 및 샌드위치 구조를 제조 할 수 있습니다.
성공적인 주입 전제 조건은 100% 밀폐 곰팡이, 100% 밀폐 시스템, 낮은 점도 수지 및 적절한 주입 전략 및 방법입니다.
매트릭스 수지의 요구 사항은 다음과 같습니다.
(1) 낮은 점도 : 일반적으로 150-300 pa · s는 최적입니다. 점도가 높으면 성형 생성물은 금형 공동을 고르게 채우기가 쉽지 않습니다. 점도가 너무 낮 으면 공기를 운반하고 제품에 핀홀을 유발하기가 쉽습니다.
(2) 낮은 경화 열 방출 피크 : 더 크고 두꺼운 제품을 형성 할 때 열 방출 피크가 너무 높으면 국소 열이 쉽게 소산되지 않아 코킹을 유발할 수 있습니다.
(3) 경화 시간 : 경화 시간의 길이는 제조되는 제품에 따라 결정되어야하며, 적절한 경화 시간은 작업주기를 단축하는 데 유리합니다.
(4) 물리적 특성 : 선택된 수지는 우수한 기계적 특성, 높은 인장 및 굽힘 강도, 우수한 부식성 및 최소 경화 수축을 가져야합니다.
(5) 저렴하고 무독성이며 널리 공급됩니다.
 

2) 진공 주입 성형 기술의 사용무인 공중 차량 구성 요소에는 드론 바디의 강화 갈비뼈, 꼬리 날개의지지 벽 및 패널 양쪽의 탄소 섬유 복합 재료로 만든 다른 구성 요소가 포함되며 중간의 항공 층 패널로 구성된 평평한 샌드위치 구조가 포함됩니다. 형성 공정은 진공 주입을 채택하고,이 계획은 먼저 대형 보드를 형성 한 다음 사용 모양에 따라 절단하는 것입니다. 이 제조 방법은 우수한 제품 구성 요소 품질과 높은 생산 효율을 가지고 있습니다. UAV의 연구 및 개발 동안 샌드위치 재료는 폼 윤곽선으로 대체 될 수 있으며 성형 방법은 변경되지 않습니다.
3) 진공 주입 성형 공정 흐름
성형 금형은 알루미늄 플레이트, 스틸 플레이트, 강화 유리 등으로 만들어 질 수 있습니다. 우리는 평평한 알루미늄 몰드를 사용하고 연구 및 개발 과정에서 표면을 연마했습니다. 금형에는 내부 가열 시스템이 장착되어있어 가열 공정을 제어 할 수 있습니다. 아세톤으로 몰드 표면을 세척 한 후, 주변 주위에 밀봉 퍼티 스트립을 바른 다음 액체 방출 제로 금형 표면을 수동으로 코팅합니다. 릴리스 에이전트는 반 영구 유형을 채택하며,이 유형은 반복 코팅으로 인한 방출 제의 축적을 피하고 제품의 표면 품질에 영향을 미치는 방출 제의 축적을 피하기 위해 7 회 이상 부품을 형성하기 위해 한 번 적용 할 수 있습니다.
(2) 재료 선택.
보강재 : 탄소 섬유 그리드 천 150G/m.
매트릭스 재료 : 에폭시 수지와 혼합 된 시스템의 점도는 300cp입니다.
샌드위치 소재 : 항공 라미네이트 또는 PVC, PET 등과 같은 폼 휠 플레이트,
(3) 재료 레이어.
탄소 섬유 직물 직물을자를 때 가위를 사용하여 섬유 방향을 따라 직접 자릅니다. 항공 레이어 보드에서, 직경이 3 인 많은 작은 구멍이 50mm x 50mm 크기로 접착 성 침투를 위해 정기적으로 열립니다. 이것은 수지 주입 효율을 향상시킬 수있을뿐만 아니라 패널과 샌드위치 패널 사이의 결합 강도를 향상시킬 수 있습니다.
탄소 섬유 그리드를 평평한 금형에 놓은 다음 항공 층 보드를 놓고 층 보드에 탄소 섬유 정사각형을 놓습니다.
옷감.
폴리 에스테르 릴리스 천으로 밀봉 스트립 내부의 전체 영역을 덮고 미국의 3M 회사에서 생산 한 3M 슈퍼 다목적 스프레이 접착제로 고정하십시오.
(4) 주입 시스템의 설치.
릴리스 천의 천공 된 분리 필름, 전환 네트, 전환 파이프, 배기 파이프 라인 및 진공 백 필름을 릴리스 천에 순서대로 놓습니다. 주입 시스템의 배치 방법은 다음 그림에 나와 있습니다.

진공 펌프를 사용하여 시스템을 0로 대피시키고 03MPA로 대피하고, 펌핑을 중지하고, 진공 백 필름을 조정하고, 진공 필름이 특히 공급 포트, 펌핑 포트 및 제품 모서리와 같은 높은 단계가있는 영역에서 로컬로 단단하지 않은지 확인하십시오. 진공 백 내부의 각 보조 재료의 위치를 ​​수동으로 조정하십시오.
직선 공기 시스템을 조정 한 후 시스템을 0. 1 MPa로 대피시키고 밀폐 함을 확인하십시오. 그런 다음 주입 공정을 진행하기 전에 진공 정도가 감소하지 않을 때까지 진공 펌프를 끄고 10 분 동안 압력을 유지하십시오.
(5) 주입 성형.
충분한 양의 수지 및 경화제를 준비하고, 비례로 무게를 측정하고, 균등하게 저어 놓고, 디포 아머 상자에 10 분 동안 진공 제고를 위해 10 분 동안 진공 분비물을 넣어 수지 혼합 동안 갇힐 수있는 공기를 제거하십시오.
공급 포트를 수지에 넣고 주입을 위해 파이프 라인을 엽니 다. 주입 과정에서 포트는 항상 수지에 담겨야합니다. 그렇지 않으면 많은 양의 공기를 흡입하여 제품 결함이 발생합니다.
피드 흡입구를 닫는 타이밍은 제품 부품의 가장자리 라인으로 스며들는 수지를 기반으로해야합니다.
제품을 부은 후, 경화되고 곰팡이 가열 시스템이 80 도의 온도와 60 분의 유지 시간으로 켜집니다. 가열 과정에서 경화 조건에 지속적으로주의를 기울여야하며 공기 누출이 발생하지 않아야합니다. 폭발성 응집을 방지하기 위해 항상 제품의 표면 온도를 테스트하십시오.
제품이 경화되면 경도가 테스트됩니다. 경도 값이 80 이상에 도달하면 탄소 섬유 제품의 모든 보조 재료를 제거 할 수 있습니다. 플라스틱 삼각형 웨지를 사용하여 제품의 가장자리에서 재료를 삽입하고 느슨하게 삽입 한 다음 금형에서 제품을 제거하십시오. 곰팡이 표면과 제품 표면을 손상시키지 않도록주의하십시오.
AutoCAD 소프트웨어를 사용하여 구성 요소의 모양을 그려 자동 절단을 위해 워터젯 절단 플랫폼에 배치하십시오. 구성 요소의 치수는 정확하고 가장자리는 매끄 럽습니다.