【技术干货】一文简要了解复合材料压缩成型工艺特征
摘 要
压缩成型是一种既可以用来制造热塑性材料又可以加工热固性材料的工艺。它是通过将塑料材料放入加热、加压形成的模腔中来实现的。两者结合可以使材料进入模具。而经过热压循环后材料固化、变硬，然后可以从模具中取出。本文主要介绍了压缩成型工艺特点、加工工具以及使用非连续纤维加工时主要特点等。
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1、实现压缩成型的刚度
如果在压缩成型过程中使用的金属零件受到拉伸或压缩载荷，则金属零件厚度与其拉伸模量之比乘以大块模塑化合物（Bulk Molding Compound，BMC）材料模量（拉伸、压缩或弯曲）是获得刚度的成功公式。
如果零件承受的是弯曲载荷，则有可能使金属零件变厚，但这并不一定是必须的。肋条很容易添加到一个压缩成型的零件中，主要是用来增加额外的刚度，而材料重量增加则可忽略。
2、压缩成型的主要工具
通常而言，压缩成型一般需要匹配金属模具，因为它是连续长纤维BMC，纤维含量高，需要高达138bar（2000磅/平方英寸）的高压才能填充复杂的零件。此外，由于夹带的空气可以逸出，而纤维和树脂不能逸出，因此必须非常好地控制工具的型芯和型腔半部的公差。压缩成型过程中的这些要求的组合可能会增加模具成本，并超过复合材料制成的层压模具的基本成本。
然而，该工艺与注塑成型加工相比成本要低。要获得足够的模具投资回报率，一个不成文的规则是，该工具的成本应包含1000个生产单元。事实上，如果零件高度复杂，这可能会更高；如果零件不复杂，这可能会更低。例如，与钢相比，铝模具的价格较低，但是，它们不太适合大批量生产。多型腔工具也有助于降低模具成本，因为每个模具周期可以生产更多的零件。
3、坯料和压膜的3D特性
坯料压缩模压块是获得昂贵零件专用模具的绝佳选择。坯料可以节省大量的时间和成本，特别是在原型阶段预计零件会进行多次几何迭代时。另外，如果只需要几个零件，则可以完全节省模具成本。简单地说，可以从坯料上加工定制的零件，然后模出一个金属块来生产零件。
然而，从坯料加工的一个基本限制是坯料块或板是用BMC芯片压缩成型的。这些碎屑将以近似准各向同性的纤维在板的平面内铺叠，进入压模模具，但在整个厚度范围内，它将以树脂为主。因此，如果加工零件需要在平面外方向上需要强度的特征，则无法实现。
坯料加工零件；“ L”型的一个支腿将具有强硬的纤维特性，而另一根垂直支腿则将变弱，因为它是在支腿方向上以树脂为主。相反，压模部件在两条腿中具有相同的纤维支配性。
4、非连续纤维压缩成型零件
由不连续纤维制成的BMC部件可以呈现纤维排列，而不是准各向同性的且与几何结构有关的部件。当纤维放入模腔时，它通常像连续的纤维复合材料铺层一样分层。远离模具侧面的纤维通常会呈现平面内准各向同性的铺层方向。在模具的边缘，纤维倾向于使其自身与边缘平行，从而使这些纤维的性能更为正交异性。
若要十分明确的方向很难定，因此使得分析变得困难。但是，可以进行纤维方向假设，并可以创建正交异性有限元FEA模型。最终，可以在原型零件上使用X射线和破坏性方法来更好地近似定位。
上述所有特性适用于直接放置在模具特征中的热固性BMC，在成型过程中不会在工具中移动很多。对于放入工具中的热塑性塑料，有一些流动模型可以预测成型过程中BMC被推入工具不同区域时的纤维角度。这些流动模型可以与确定纤维方向和预测最终零件性能的有限元模型相交互。