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在注射成型中集成连续碳纤维增强材料

发布日期：2021-3-10 来源:PT现代塑料

一个名为“连续纤维局部增强注射成型”（简称IMCoLoR）的项目，开发了一种新的生产工艺，该工艺将一种多次注射成型制程与连续碳纤维增强材料的集成组合在一起，并使用了一种可融化的芯材，从而生产出轻质、生态友好的空气循环机部件。

涵盖注射成型的新工艺生产出复杂机器部件的环保结构

这种在注射成型与采用原位固结的热塑性自动纤维铺放（简称TP-AFPisc）之间形成的协同效应，将推动轻质且力学性能高的未来设计通过易于再现的自动化生产技术而得以实现。采用原位固结的热塑性自动纤维铺放（简称TP-AFPisc）不同于目前*先进的制程，在这些制程中，复合材料结构通常是在工艺链中构建出来的。

迄今为止，虽然注射成型已在热塑性塑料的加工中得到广泛应用，但仅限于短纤维材料，传统上，连续纤维尚未用于注射成型。IMCoLoR项目则成功地缩小了这一差距，实现了对这种材料的高效利用。通过使用由TP-AFPisc工艺制成的嵌入物，这种纤维结构完全适合客户的需求，带来的额外好处是，*大程度地减少了复合材料部件的修边工作，同时也减少了废料。

重要的是，这项新工艺还具有环保优势：生产过程中，无需处理六价铬离子（Cr6+）。Cr6+是毒性*强的铬，在许多工业生产中都会产生，对环境具有很大的负面影响。此外，采用这种新工艺制成的轻质结构，还提升了飞机的飞行速度，同时降低了油耗和排放。同样重要的是，由于使用的是热塑性塑料以及环保型工艺辅料，因此成型部件易于回收。

IMCoLoR项目面临的挑战包括：找到合适的型腔设计和注射参数，以便将碳纤维增强聚合物（CFRP）的嵌件包覆到注射成型的聚合物中。此外，找到合适的材料组合以使CFRP嵌件与聚合物之间良好粘接也是一件困难的事情。CFRP嵌件还必须在高压注射期间正确固定，以避免变形或错位。

IMCoLoR工艺过程

在PEEK注射成型中还使用了盐芯。PEEK是用途*为广泛的注射成型材料之一，而盐芯的使用则更加*，因为它既可融化又环境友好。使用盐芯的结果非常令人鼓舞，因为质量优良的盐芯令横截面能够承受注射载荷。*终，该项目完成了概念验证。

意想不到的是，在模型部件的23层嵌件（厚3mm）上发现了面外起皱缺陷，这可能是因为模芯与嵌件之间的配合问题导致的。然而，在示范部件的70层嵌件（厚10mm）上却没有出现这种现象。

下一步，该项目联盟将进一步研究新的材料组合，并对这项新工艺进行内部评估。此外，还将研究盐芯在复合材料生产和金属铸造工艺中应用的潜力。

参与该项目的合作伙伴包括：LiebherrAerospaceToulouseSAS、慕尼黑工业大学、ThermoPlastic复合材料研究中心、ApppexGmbh和FischerAdvancedCompositeComponents。欧盟为此提供了€254775的资助。

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