由于澳大利亚女子国家盲人门球队渴望在东京残奥会上创造历史,因此她们通过新的全球基准女性冲击防护服Zena Z1来增强身体防护。


这款先进的抗冲击防护服采用硅胶植绒和反应注射成型技术——Impact 360制造,Impact 360系由南亚最大服装科技公司MAS Holdings旗下的MAS Silueta开发。


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Zena Z1 防护背心


Zena Z1 还具有良好的环境足迹。MAS 使用的反应注射成型技术比其他同类技术的能耗更低,而获得的专利技术将有助于减少垃圾填埋。


迪肯大学体育研究中心进行的研究表明,Zena Z1 可吸收高达 70% 的冲击能量,为女性运动员提供有效保护,防止肋骨和胸部受伤,而这些伤害在许多运动中都很常见。


该产品在不影响舒适性和移动性的情况下,提供了高水平的保护和更快的赛后恢复,同时还保持了其符合人体工程学的吸引力。由于超轻,背心可以长时间穿着,同时因其轮廓和灵活性具有出色的贴合感,也确保它保持在原位。


Zena Z1 已经用于 20 多项运动,包括澳大利亚足球、橄榄球、门球、滑雪、手球、篮球和多项格斗运动,并且是被澳大利亚足球联盟 (Australian Football League,AFL) 和新西兰/澳大利亚女子篮球联盟批准在比赛日使用的唯一一款防护服。


在开发防护背心时,Silueta 与 Zena Sport 的创始人 Brad 和 Donna Johnson 密切合作。约翰逊夫妇了解冲击运动对身体的重大影响,因为他们个人曾参与了AFL,他们意识到尽管女性青少年在身体发育的关键阶段受到冲击,但她们面临着许多肋骨和乳房损伤,这些损伤没有被报告。


布拉德约翰逊说:“为女运动员提供必要的保护,让她们在尽可能不受挑战的情况下发挥最佳水平,这是我们热衷的事情,”布拉德约翰逊说,很高兴找到像 MAS 这样的合作伙伴,其产品和技术能力帮助我们实现了这个梦想。


这件背心是怎么做成的?让我们一起来看看复合材料的成型工艺。


复合材料的各种成型工艺


手糊成型和喷射成型允许快速的产品开发周期,因为工具制造过程简单且成本相对较低。


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手糊成型工艺又称接触成型,是树脂基复合材料生产中最早使用和应用普遍的一种成型方法。手糊成型工艺是以手工操作为主,机械设备使用较少,它以不饱和聚酯树脂或环氧树脂等为基体材料将增强材料粘结在一起的一种成型方法。


手糊成型操作虽然简单,但对于操作人员的操作技能要求较高。它要求操作者要有认真的工作态度、熟练的操作技巧和丰富的实操经验。对产品结构、材料性能、模具的表面处理、胶衣质量、含胶量控制、增强材料的裁减和铺放、产品厚度的均匀性及影响产品质量的各种因素都要有比较全面的了解,尤其是实操中出现常见问题的判断和处理,不但需要有丰富的实践经验,还要有一定的化学知识和具备一定的识图能力。


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与手糊成型类似,喷射成型提供了更大的形状复杂性和更快的生产。喷射成型使用低成本的开放式模具、室温固化树脂,非常适合生产低至中等数量的大型零件。短切纤维增强材料和催化树脂从切碎机/喷枪沉积在模具中。


与铺层一样,手动滚动可去除夹带的空气并润湿纤维增强材料。通常在特定区域添加无纺粗纱以获得厚度或更大的强度。着色胶衣可用于产生光滑、彩色的表面。


模压成型 SMC/BMC


模压成型是大容量复合材料零件的最常见选择,通常与 SMC(片状成型复合材料)和 BMC(块状成型复合材料)材料相关联。


该过程可生产各种尺寸的高强度复杂零件。匹配的金属模具安装在液压成型机中。材料装料通过手动或机器人方式放入模具中,加热的半模关闭,并施加高达 2,000 psi 的压力。循环时间为 1-5 分钟,具体取决于零件尺寸和厚度。可以模制肋条、凸台和嵌件等特征。


模压部件的特点是净尺寸和形状、两个出色的成品表面和出色的部件间可重复性。修整和整理成本极低。


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模内涂层可用于改善表面可涂性,无需底漆。


颜色化合物可以定制。


模具通常由模具钢制成。当压力 <400psi 时,可以使用其他工具材料。


模具通常能够运行 150℃ 的温度和大约 1000psi 的压力,具体取决于轮廓。


每副模具通常可以制作 60,000 个零件。


LCM(液体复合成型)工艺


PRIME是预置钢筋的专有 LCM 工艺。它提供与 SMC 类似的性能特征,以及类似的成本和体积优势。其关键区别在于卓越的结构效率,可改善模制部件的机械和外观特性。这一优势使其在需要更高结构完整性的大批量汽车和卡车零件中广受欢迎。


PRIME使用预先放置的增强材料,将纤维与产品的负载设置精确对齐。这导致纤维效率提高和单位重量成本降低。先进机器人技术的使用最大限度地减少了纤维和劳动力的变化,进一步提高了性能。这些因素扩大了设计允许范围,并将能源成本降低了 50%。


如何使用PRIME堆叠起来对抗SMC?


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图 1绘制了PRIME与 SMC的冲击能量。在冲击的各个阶段,PRIME 可以比 SMC 吸收更多的能量


当比较PRIME与 SMC的拉伸强度时(图 2),两种材料的平均值非常接近——但PRIME部件的范围要小得多。这是由于纤维的分布和取向更均匀。较低的变化允许产品设计师使用非常接近其设计极限的材料——从而产生更坚固、更轻和更高效的部件。


自 2007 年以来,汽车 OEM 一直在为跑车使用PRIME(图 3)。在PRIME 部件可靠地满足必要的纤维含量和机械规格,但包含较少的总纤维。这使得车辆更轻、更快。


树脂传递模塑 (RTM) 工艺


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RTM 是一种真空辅助的树脂转移工艺。该工艺提高了层压板的压缩率、高纤维树脂比和出色的强度重量特性。RTM 零件有两个成品表面。


RTM适用于较大部件的中等批量生产,树脂传递成型通常被认为是介于相对较慢的喷涂模具成本较低和模具成本较高的快速压缩成型方法之间的中间过程。


推荐用于具有高强度重量比要求的产品


最适合中等批量生产,每年生产 200 到 10,000 个零件


胶衣可用于提供高质量、耐用的饰面


模具可以由许多不同的材料制成——聚酯、镍壳、铝甚至低碳钢。


真空灌注加工 (VIP)、RTM Light(LRTM、树脂灌注、VARTM、SCRIMP)


真空灌注成型 (VIP)


VIP 和 RTM Light 是真空辅助的闭模树脂工艺。对于 B 侧表面的压缩,VIP 使用柔性片材或使用真空袋膜。


通过这些过程,干增强材料被放置在模具中,经常与型芯或其他插入物结合在一起。然后施加真空以压实并排除空气。树脂被引入,真空将其吸入并均匀分布在增强材料内。


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VIP 可以使用非常低粘度的树脂和适当的填充时间,使用放气膜和其他排气装置制造非常大的零件。由于纤维含量相对较高,这种树脂灌注工艺可实现非常低的空隙率和优异的机械性能。纤维含量由纤维结构和压力决定。使用 RTM Light,树脂通过低于 2psi 的泵送机制引入。树脂和填料类型的更多灵活性是可能的,以及纤维含量的中间范围。好处是更好的表面处理和零件厚度的变化,以及更快的周期时间以降低成本。工具可以是铝、钢或复合材料。


轻型 RTM


Light RTM推荐用于具有高强度重量比要求的产品,或具有轻微设计回归、边缘悬垂或会导致刚性 B 侧模具表面锁模的高脱模角的产品。


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注:适合生产的产品数量——推荐量是平均值,仅作为一般指导提供。实际体积效率是一个更复杂的问题,需要有关要制造的零件的详细统计数据。



文章来源: 碳纤维及其复合材料技术,复合材料前沿

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