【技术干货】一文详解碳纤维复合材料高压釜工艺的九大工序
1、碳纤维复合材料的高压釜工艺
碳纤维比铝轻、比铁强度高。碳纤维增强塑料（CFRP）产品由碳纤维和树脂组成。CFRP产品的成型方法很多，例如高压釜、RTM、SMC成型等。在众多成型方法中，高压釜工艺是最为常用的一种。
为什么要采用高压釜成型？因为高压釜成型在设计灵活性和成本效益方面优于其他成型方法。在追求理想产品形象的CFRP产品的设计和开发阶段，高压釜成型是开发产品的最合理、最可行的方法。
通常而言CFRP高压釜工艺主要包括：模拟、设计、模具生产、成型加工、二次加工、部件制造、力学测试、表面喷涂以及构件评测等共计九大工序，下面将针对这9个工序进行简要介绍：
2、CFRP高压釜工艺九大工序
2.1 仿真模拟
碳纤维是具有高度设计灵活性的材料，有许多设计因素被认为是复合材料特有的例如各向异性和层压。模拟分析的主要内容涉及静态分析、影响因素分析和层压板造型设计等，通过CFRP结构模拟设计，可以最大程度发挥碳纤维的优势。下图为典型模拟分析软件：
LS-DYNA仿真分析
GENESIS / OptiStruct仿真分析
2.2 设计
设计主要过程包括：结构设计、工艺规划、材料选择、层压设计、成型和夹具工具设计等。
根据目标产品首先要选择可以实现的结构和材料，设计层压板并准备图纸。与金属材料不同，复合材料具有粘合、连接和层压设计的特定设计因素。通过利用专业设计知识，可以设计出充分利用了复合材料的特性例如零件和空心结构集成的CFRP结构。
CATIA-PLM解决方案
2.3 模具生产
模具的设计和制造是创造高精度、高质量产品的关键。除了充分利用高压釜成型特性的模具设计外，还考虑到批量生产，选择一种制造方法以确保质量和生产率。几种常用的模具包括石膏模具、CFRP模具和铸模，三种模具如下图所示：
石膏模具
CFRP模具
铸模
2.4 成型加工
在高压釜工艺成型过程中，通过按照设计切割CFRP预浸料，将材料层压在模具中，材料装袋，将其放入高压釜中以及将树脂置于高温高压下来制造成型产品。高压釜成型是一种具有高度设计灵活性的方法，能够充分利用碳纤维的特性来生产高质量的模塑产品。
高压釜装置
2.5 二次加工
从模具中脱模的模制产品经过钻孔和修整。与金属材料产品相比，复合材料产品的加工困难，必须要使用最先进的水刀和加工中心以及原始技术来加工成型产品。二次加工过程包括利用机器或手工进行修正，然后进行钻孔，最后利用机械加工、激光等方法进行切割。
五轴造型机
用于CFRP构件修正的机械臂
2.6 部件加工
部件通过将CFRP模制产品与其他模制产品和金属零件组装为最终产品来完成。在CFRP成型产品的制造中，连接零件的技术非常重要，需要从各种粘合和连接方法中选择最佳方法，从而粘合和连接CFRP成型产品。
部件加工室
2.7 力学性能测试
CFRP产品的开发不能仅通过制造产品来完成。为了验证产品是否具有设计所规定的性能，必须采用各种评估产品性能的设备例如抗拉强度测试仪、疲劳测试机等进行测试分析，主要测试内容包括静载荷、疲劳试验、冲击试验、耐候性试验等。
疲劳试验机
2.8 表面喷涂
许多CFRP模制产品，特别是外部零件，需要进行涂漆和表面处理，以防止变形和变色并具有设计特征，这也需要根据产品的用途（例如，汽车和飞机的用途）以及碳纤维复合材料的特性，来选择并应用最佳的喷漆和表面处理方法。
喷涂车间
2.9 构件评测
根据用户需求，最终结构件需要进行外观检查，使用最先进的设备进行形状测量以及使用X射线和超声波进行无损检测，典型的结构件评测包括：3D测量（激光）、尺寸、厚度（超声波）、外观（光泽、色差）、表面粗糙度、强度、刚度等。
超声波检测装置
激光扫描仪