【康沃真空網】在日常生活中，我們經常會聽到人們談及一種新型材料：碳纖維。這種材料主要由碳元素組成，具有耐高溫、抗摩擦、導熱及耐腐蝕等特性，外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物。碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復合，制造先進復合材料，其比強度及比模量在現有工程材料中是最高的。
因為碳纖維輕、強、硬的力學特性，被廣泛應用于航空、航天、軍工、體育休閑等結構材料。
▲ NASA開發3D編織碳纖維折疊傘
然而，碳纖維的制造過程既困難又昂貴。建設一條世界一流的生產線以及設備組裝需要大量資本，僅設備一項就至少需要2500萬美元，加上比較長的運行周期，實際的成本可能更高。
碳纖維復合材料的原材料是碳纖維預浸料，是由碳纖維紗、環氧樹脂、離型紙等材料組成的。預浸料經過涂膜、熱壓、冷卻、覆膜、卷取等工藝加工形成工業領域應用的復合材料，可根據模具不同做成任何形狀，成型容易，便于加工，而且耐腐蝕，壽命長。我們今天介紹的，就是碳纖維預浸料加工流程中不可缺少的一環：真空成型。
碳纖維預浸料真空成型工藝主要有以下幾種：
1、真空袋工藝
真空袋成型工藝通過將產品密封在模具和真空袋之間，通過抽真空對產品加壓，進而使產品密實的成型工藝方法。真空袋工藝適用于各種厚度的單板結構和大型夾層結構的制造。
真空袋工藝的主要步驟包括鋪貼預浸料后打帶、密封，然后抽真空將空氣抽走。抽真空時，產生壓力達到1個大氣壓，從而起到對鋪層進行壓實的作用，然后將其送入固化爐內進行固化，或者采用自加熱模具固化。
▲ 真空袋工藝的主要步驟
2、熱壓罐工藝
該工藝是將單層預浸料按預定方向鋪疊成的復合材料坯料，然后放在熱壓罐內，在一定溫度和壓力下完成固化過程的工藝方法。熱壓罐也需要類似的真空袋，但是用熱壓罐取代了固化爐進行固化。
熱壓罐是一種壓力容器，通過控制不同真空、壓力、升溫速率和固化溫度等參數為復合材料提供固化條件；熱壓罐工藝通常用于制造高碳纖維體積含量、低孔隙率的優質結構件，也可以在壓力較低的情況下生產高標準的蜂窩夾層結構。
設備包括罐體、安全聯鎖裝置、快開門裝置、密封裝置、壓力系統、加熱系統、溫度循環系統、真空系統、自動控制系統組成。因為熱壓罐體積大，往往需要很長時間進行加熱和固化，因此周期較長，有時需要緩慢升溫才能保證模具和復合材料部件溫度的均勻分布。
▲ 真空袋打帶示例
將碳纖維預浸料按鋪層要求鋪放于模具上，將毛坯密封在真空袋后放置于碳纖維熱壓罐中。在真空狀態下，經過熱壓罐設備升溫、加壓、保溫、降溫和卸壓等程序，利用熱壓罐內同時提供的均勻溫度和均布壓力實現固化，從而可以形成表面與內部質量高、形狀復雜、面積巨大的碳纖維復合材料制件。
不同碳纖維制品在使用熱壓罐工藝時，方法與步驟類似，基本上都是按照鋪疊毛坯件、制真空袋、真空檢漏、工件入罐、開升溫程序、加壓、保溫保壓、降溫、降壓停機、工件出罐的順序進行的，主要區別在于模具的不同以及根據制品所需性能而設定的工藝參數。
如今，國內外研制了多種碳纖維熱壓機完成真空成型工藝過程。這種設備適用于批量化、強度高的復合材料制件的成型，但前期模具制造復雜，投入高，制件大小受壓機尺寸的限制。
▲ 國內某品牌真空熱壓成型機
不僅如此，真空成型機已經從工業領域延伸到工作生活中，小巧方便的真空成型機能夠快速高效地制作出所需模具，滿足個性化設計，讓人們享受到真空技術帶來的美好。
