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1、PMIPMI 泡沫真空辅助热成型工艺及其生产应用研究泡沫真空辅助热成型工艺及其生产应用研究贾思宜王莹成艳娜摘要：针对生产常用的 PMI 泡沫，设计泡沫真空辅助热成型参数实验，探索热成型合理参数。进行泡沫热成型厚度及拼接实验，给出合适的生产预留余量及拼接方案，指导真空辅助热成型工艺在实际生产中的应用。本文主要对 PMI 泡沫真空辅助热成型工艺及其生产应用进行研究。关键词：PMI 泡沫真空辅助热成型泡沫夹层结构中图分类号：V25文献标识码：A文章编号：1674-098X（2020）02（a）-0118-031引言聚甲基丙烯酰亚胺即 PMI（polymethacrylimide）泡沫是一种性能优异的
2、闭孔硬质泡沫1，其具有优良的绝热性能和耐高低温性能。PMI 泡沫芯具有力学性能上各向同性，便于机械加工，与各类型树脂兼容性好的特点，近年在高性能夹层结构芯材上得到大量应用。PMI 泡沫主要有机械加工及热成型两种成型方式。大曲率 PMI 泡沫采用机械加工会造成原材料的极大浪费，泡沫热成型工艺则较好地避免了此问题。本文主要对 PMI 泡沫真空辅助热成型工艺及其生产应用进行研究。2正文PMI 泡沫真空辅助热成型工艺，是将 PMI 泡沫以真空袋密封封装在成型模具上，在加热设备中升温至其热变形温度后，施加真空压力使泡沫与模具型面贴合，冷却后得到所需型面泡沫的工艺2。2.1 真空辅助热成型参数实验2.1.
3、1 实验设计实验一：材料：泡沫 ROHACELL 110WF-HT15mm。成型模具：转角 35曲面。加热设备：烘箱。成型温度：175，185，195。保温 15min。实验二：材料：泡沫 ROHACELL 110WF-HT20mm。成型模具：转角 67曲面。加热设备：烘箱。成型温度：195。保温 15min，25min，60min。实验三：材料：泡沫 ROHACELL 110WF-HT20mm。成型模具：转角 67曲面。加热设备：热压罐。成型温度：205。保温 60min。补充实验：材料：泡沫 ROHACELL 110WF-HT24mm，30mm;Cascell 75WH-HT20mm，24
4、mm。成型模具：转角 46，71曲面。加热设备：热压罐。成型温度：205。保温 60min。2.1.2 实验流程将裁剪并干燥完毕的 PMI 泡沫板置于成型模具待成型区域，使用隔离膜、透气织物、真空袋、密封胶带将泡沫板封装在模具上，与模具共同放入加热设备中升温至泡沫热变形温度后，保温使泡沫均匀受热并抽真空令泡沫贴合模具型面，降温冷却后脱模。2.1.3 结果分析实验一结果分析：实验一中，泡沫热成型温度为实验变量，分别在 175，185，195下进行泡沫热成型，由表 2 结果可知在 175及 185下泡沫断裂，195下实验成功。实验二结果分析：依据实验一的成功结果，实验二增加泡沫厚度至20mm，增加
5、型面弯曲程度至 67，在 195下进行热成型。由表 3 结果可知 195下保温 15min 后成型，泡沫断裂。考虑到泡沫厚度增加后，泡沫内外部温差问题，增加热成型保温时间至 25min 及 60min，结果仍为泡沫断裂。结合其余零星实验推断，实验失败的原因可能有以下两种：（1）加热设备烘箱监控温度为烘箱内部温度，没有设置泡沫温度监控偶，热成型时泡沫温度与烘箱温度存在较大差异，泡沫内部未到达热变形温度。（2）闭孔泡沫材料热导率差3，当泡沫厚度增加时，需要更高温度来使泡沫内部到达其热变形温度。实验三结果分析：实验三增加热成型温度至 205，增加保温时间至 60min。选取热压罐作为加热设备，泡沫成
6、功成型。补充实验为表中 26 组，不同牌号，厚度，尺寸的泡沫配合不同弯曲程度的模具，在热压罐中 205下保温 60min 实验结果均成功。从上述真空辅助热成型参数实验结果可知，在热压罐中 205下保温 60min 进行泡沫热成型结果理想，该参数可用于实际生产。2.2 泡沫热成型厚度实验2.2.1 实验内容实验选取泡沫 ROHACELL 110WF-HT 20mm，24mm， Cascell 75WH-HT20mm，24mm 热压罐中 205下保温 60min 进行真空辅助热成型，随机取點分别测量记录泡沫热成型前后厚度。2.2.2 实验数据及结果分析PMI 泡沫在高温受压环境下会发生压缩蠕变3，
7、热成型后存在厚度方向上的减薄。其中泡沫边缘 10mm 范围内较其余位置减薄明显（边缘位置数据未出现在上表中），可能是由于泡沫边缘位置不仅受到来自厚度方向上的压力，还受到真空袋给予的侧向拉力4。表 5 中泡沫厚度方向最大收缩率处于 8.3%以内，平均收缩率处于 2.6%6.5%。泡沫Cascell 75WH-HT24mm 热成型时其表面受辅助材料牵拉，牵拉部位泡沫表层发生横向滑移减薄，因此该组厚度压缩量数据有所上升。而泡沫 ROHACELL 110WF-HT 30mm 厚度方向减薄小于其他组可能与其较大的厚度存在联系。2.3 泡沫热成型拼接实验2.3.1 实验目的大曲率 PMI 泡沫受模具开口限
8、制需要进行分块热成型后拼接形成完整曲面。拼缝质量，拼缝预留余量以及拼接前后泡沫厚度变化是需要研究的问题。2.3.2 实验内容实验选取 ROHACELL 110WH-HT 20mm 泡沫，热成型前记录泡沫厚度。泡沫错位放置在单曲率工装上，205下热压罐中保温 60min 成型。成型后划线标出拼缝位置，测量记录泡沫厚度，并按线切除多余部分及边缘减薄区。使用发泡胶拼接分块后检查拼缝质量与拼缝宽度，记录泡沫拼接前后厚度变化。2.4 实验结果表 6 结果可知，泡沫厚度方向的压缩主要由热成型过程导致。泡沫拼接温度未到达泡沫热变形温度，拼接采用的真空压力小，故泡沫拼接前后厚度基本无变化。拼接缝均匀存在局部少
9、量溢胶，拼缝宽度接近泡沫胶理论厚度，拼缝处未产生明显凹陷。2.5 生产应用泡沫夹层进气道零件夹芯拟采用真空辅助热成型工艺制造。泡沫芯尺寸2400mm650mm，牌号 Cascell 75WH-HT，厚度20mm。泡沫夹芯依据弧面曲率均分为 3 块（单块型面转角约 55），加放余量后单块尺寸约 1100mm750mm。为保证泡沫热成型厚度方向收缩后满足型面铣切要求，选取24mm 泡沫进行热成型。2.5.1 生产应用经验总结经验一：泡沫水平放置热成型，泡沫两端会沿弯曲方向均匀下移直至贴合型面，泡沫板沿弯曲方向两端需预留足够余量，单侧余量=（成型段弧长-弦长）/2+泡沫边缘减薄区30mm。经验二：泡
10、沫侧立放置进行热成型，成型过程中泡沫在重力作用下向工装底部滑移，建议采用工装底部设置挡板的方式控制泡沫滑移。若采用顶部包裹牵拉的方式控制滑移，可能导致牵拉部位表层滑移减薄。经验三：泡沫热成型应采用带有固定真空嘴的成型模具。由于泡沫热成型制袋后无法直接施加真空压力，后期在加热设备中抽真空时，活动真空嘴易翻倒，真空袋会堵塞真空管路导致泡沫无法受压成型。经验四：热成型后泡沫与工装贴合良好，无明显回弹。经验五：泡沫热成型过程中，导气用辅助材料应固定在成型型面周边，防止辅助材料窜入悬空的泡沫底部，造成压痕缺陷。经验六：小曲率泡沫热成型前后位移小，可考虑在厚度方向预留压缩余量，将泡沫外形加工后进行热成型。
11、大曲率泡沫建议在外形及厚度方向预留余量，待泡沫成型后机械加工去除余量保证外形及型面。3结语（1）采用真空辅助泡沫热型工艺，依托成型模具，在加热设备中 205下可进行不同厚度、密度 ROHACELL 及 Cascell 泡沫的热成型。（2）泡沫热成型后厚度方向存在压缩，需预留足够压缩余量。（3）大曲率泡沫可分段热成型后使用发泡胶拼接形成整个曲面，拼缝预留余量基本与发泡胶理论厚度一致。（4）通过在成型模上设置挡条，固定真空嘴，固定辅助材料等方式可提高泡沫真空辅助热成型成功率。参考文献1 杨洋，刘军，卢鑫.固化压力对 PMI 泡沫/高温固化环氧碳纤维夹层复合材料胶接性能影响的研究J.高科技纤维与应用，2012（1）：14-21.2 郭書良，赵龙，黄峰，等.复杂曲面泡沫夹芯复合材料成型工艺研究A.第 17 届全国复合材料学术会议（复合材料制造技术与设备分论坛）论文集C.2012.3 聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）结构泡沫芯材 Cascell 技术手册Z.浙江中科恒泰新材料科技有限公司，2016.4 苏航，王翀，段正才，等.PMI 泡沫的热成型工艺研究及其应用分析J.安徽化工，2018（1）：66-68.精品文档，word 文字版可编辑