Có rất nhiều lựa chọn nguyên liệu thô cho vật liệu composite, bao gồm nhựa, sợi và vật liệu lõi. Mỗi vật liệu có những đặc tính riêng về độ bền, độ cứng, độ dai và độ ổn định nhiệt, với chi phí và năng suất khác nhau. Tuy nhiên, hiệu suất cuối cùng của vật liệu composite nói chung không chỉ phụ thuộc vào nền nhựa và sợi (cũng như vật liệu lõi trong cấu trúc vật liệu sandwich), mà còn liên quan chặt chẽ đến phương pháp thiết kế và quy trình sản xuất vật liệu trong cấu trúc. Trong bài báo này, chúng tôi sẽ giới thiệu các phương pháp sản xuất composite thường được sử dụng, các yếu tố ảnh hưởng chính của từng phương pháp và cách lựa chọn nguyên liệu thô cho các quy trình khác nhau.
Khuôn phun
1, Mô tả phương pháp: Vật liệu gia cường sợi ngắn và hệ thống nhựa được phun đồng thời vào khuôn, sau đó được xử lý dưới áp suất khí quyển thành sản phẩm composite nhiệt rắn của quá trình đúc.
2. Lựa chọn vật liệu:
Nhựa: chủ yếu là polyester
Sợi: sợi thủy tinh thô
Vật liệu lõi: không có, chỉ cần kết hợp với ván ép
3. Ưu điểm chính:
1) Lịch sử lâu đời của nghề thủ công
2) Chi phí thấp, lắp đặt sợi và nhựa nhanh chóng
3) Chi phí khuôn thấp
4, Nhược điểm chính:
1) Ván ép dễ tạo hình, diện tích giàu nhựa, trọng lượng cao
2) Chỉ có thể sử dụng sợi cắt ngắn, điều này hạn chế nghiêm trọng các tính chất cơ học của ván ép.
3) Để việc phun dễ dàng, độ nhớt của nhựa cần phải đủ thấp, làm mất đi các tính chất cơ học và nhiệt của vật liệu composite.
4) Hàm lượng styrene cao trong nhựa phun có nghĩa là có nguy cơ gây nguy hiểm cao cho người vận hành và độ nhớt thấp có nghĩa là nhựa có thể dễ dàng thấm vào quần áo làm việc của nhân viên và tiếp xúc trực tiếp với da.
5) Nồng độ styrene dễ bay hơi trong không khí khó có thể đáp ứng được các yêu cầu pháp lý.
5. Ứng dụng điển hình:
Hàng rào đơn giản, các tấm kết cấu chịu tải thấp như thân xe mui trần, vỏ xe tải, bồn tắm và thuyền nhỏ.
Khuôn đúc bằng tay
1. Mô tả phương pháp: Thẩm thấu nhựa thủ công vào sợi, sợi có thể được dệt, bện, khâu hoặc liên kết bằng các phương pháp gia cố khác. Đúc khuôn thủ công thường được thực hiện bằng con lăn hoặc chổi, sau đó ép nhựa bằng con lăn keo để thấm vào sợi. Ván ép được đặt dưới áp suất bình thường để đóng rắn.
2. Lựa chọn vật liệu:
Nhựa: không yêu cầu, có thể sử dụng nhựa epoxy, polyester, este gốc polyethylene, nhựa phenolic
Sợi: không có yêu cầu, nhưng trọng lượng cơ bản của sợi aramid lớn hơn khó thấm vào sợi được đặt bằng tay
Vật liệu lõi: không yêu cầu
3, Ưu điểm chính:
1) Lịch sử lâu dài của công nghệ
2) Dễ học
3) chi phí khuôn thấp nếu sử dụng nhựa đóng rắn ở nhiệt độ phòng
4) Nhiều lựa chọn vật liệu và nhà cung cấp
5) Hàm lượng sợi cao, sợi dài hơn so với quy trình phun
4, Nhược điểm chính:
1) Trộn nhựa, hàm lượng và chất lượng nhựa ép liên quan chặt chẽ đến trình độ của người vận hành, rất khó để đạt được hàm lượng nhựa thấp và độ xốp thấp của ép
2) Nguy cơ về sức khỏe và an toàn của nhựa, trọng lượng phân tử của nhựa phủ tay càng thấp thì nguy cơ tiềm ẩn về sức khỏe càng lớn, độ nhớt càng thấp thì nhựa càng có khả năng thấm vào quần áo làm việc của nhân viên và do đó tiếp xúc trực tiếp với da.
3) Nếu không lắp đặt hệ thống thông gió tốt, nồng độ styrene bốc hơi từ polyester và este gốc polyethylene vào không khí khó có thể đáp ứng được các yêu cầu pháp lý.
4) Độ nhớt của nhựa dán tay phải rất thấp, do đó hàm lượng styrene hoặc các dung môi khác phải cao, do đó làm mất đi các tính chất cơ học/nhiệt của vật liệu composite.
5) Ứng dụng điển hình: cánh tua bin gió tiêu chuẩn, thuyền sản xuất hàng loạt, mô hình kiến trúc.
Quy trình đóng túi chân không
1. Mô tả phương pháp: Quá trình đóng gói chân không là sự mở rộng của quá trình xếp thủ công ở trên, tức là niêm phong một lớp màng nhựa trên khuôn sẽ được dán thủ công bằng chân không ván ép, tạo áp suất khí quyển lên ván ép để đạt được hiệu quả xả và siết chặt, nhằm cải thiện chất lượng của vật liệu composite.
2. Lựa chọn vật liệu:
Nhựa: chủ yếu là nhựa epoxy và nhựa phenolic, polyester và este gốc polyethylene không áp dụng được vì chúng chứa styrene, bay hơi vào bơm chân không
Sợi: không yêu cầu, ngay cả khi trọng lượng cơ bản của các sợi lớn hơn có thể được thấm dưới áp suất
Vật liệu lõi: không yêu cầu
3. Ưu điểm chính:
1) Có thể đạt được hàm lượng chất xơ cao hơn so với quy trình xếp thủ công thông thường
2) Tỷ lệ rỗng thấp hơn so với quy trình xếp thủ công tiêu chuẩn.
3) Dưới áp suất âm, nhựa chảy đủ để cải thiện mức độ thấm sợi, tất nhiên, một phần nhựa sẽ được hấp thụ bởi vật tư tiêu hao chân không
4) Sức khỏe và an toàn: quy trình đóng gói chân không có thể làm giảm việc giải phóng các chất dễ bay hơi trong quá trình bảo dưỡng
4, Nhược điểm chính:
1) Quy trình bổ sung làm tăng chi phí nhân công và vật liệu túi chân không dùng một lần
2) Yêu cầu kỹ năng cao hơn đối với người vận hành
3) Việc trộn nhựa và kiểm soát hàm lượng nhựa phụ thuộc phần lớn vào trình độ của người vận hành
4) Mặc dù túi chân không làm giảm sự giải phóng các chất dễ bay hơi, nhưng rủi ro sức khỏe đối với người vận hành vẫn cao hơn so với quá trình truyền dịch hoặc prepreg
5, Ứng dụng điển hình: kích thước lớn, du thuyền phiên bản giới hạn, phụ tùng xe đua, quá trình đóng tàu của vật liệu lõi liên kết.
Khuôn uốn lượn
1. Mô tả phương pháp: Quy trình quấn chủ yếu được sử dụng để chế tạo các chi tiết kết cấu rỗng, tròn hoặc hình bầu dục như ống và máng. Các bó sợi được tẩm nhựa và sau đó được quấn trên trục cuốn theo nhiều hướng khác nhau. Quy trình được điều khiển bởi máy quấn và tốc độ trục cuốn.
2. Lựa chọn vật liệu:
Nhựa: không yêu cầu, chẳng hạn như nhựa epoxy, polyester, este gốc polyethylene và nhựa phenolic, v.v.
Sợi: không yêu cầu, sử dụng trực tiếp các bó sợi của khung cuộn, không cần dệt hoặc khâu dệt vào vải sợi
Vật liệu lõi: không yêu cầu, nhưng lớp da thường là vật liệu composite một lớp
3. Những ưu điểm chính:
(1) tốc độ sản xuất nhanh, là một cách xếp chồng kinh tế và hợp lý
(2) Hàm lượng nhựa có thể được kiểm soát bằng cách đo lượng nhựa được các bó sợi mang theo khi đi qua rãnh nhựa.
(3) Giảm thiểu chi phí sợi, không có quá trình dệt trung gian
(4) hiệu suất cấu trúc tuyệt vời, vì các bó sợi tuyến tính có thể được đặt dọc theo các hướng chịu tải khác nhau
4. Nhược điểm chính:
(1) Quá trình này chỉ giới hạn ở các cấu trúc rỗng tròn.
(2) Các sợi không được sắp xếp dễ dàng và chính xác dọc theo hướng trục của thành phần
(3) Chi phí đúc khuôn dương cao hơn cho các bộ phận kết cấu lớn
(4) Bề mặt ngoài của kết cấu không phải là bề mặt khuôn nên tính thẩm mỹ kém hơn
(5) Việc sử dụng nhựa có độ nhớt thấp, cần chú ý đến tính chất cơ học và hiệu suất an toàn sức khỏe
Ứng dụng điển hình: bồn chứa và đường ống chứa hóa chất, bình khí, bình thở của lính cứu hỏa.
Khuôn ép đùn
1. Mô tả phương pháp: Từ giá đỡ ống chỉ, sợi được kéo ra, tẩm keo được đưa qua mâm nhiệt, nhựa được đưa vào mâm nhiệt để hoàn thiện quá trình thấm sợi, đồng thời kiểm soát hàm lượng nhựa, cuối cùng vật liệu sẽ được sấy khô theo hình dạng mong muốn; sản phẩm sấy khô cố định này được cắt cơ học thành nhiều chiều dài khác nhau. Sợi cũng có thể đi vào mâm nhiệt theo các hướng khác ngoài góc 0 độ. Ép đùn và đúc kéo là một quy trình sản xuất liên tục, và mặt cắt ngang của sản phẩm thường có hình dạng cố định, cho phép thay đổi nhỏ. Vật liệu đã được làm ướt trước sẽ đi qua mâm nhiệt, cố định và được rải vào khuôn, sấy khô ngay lập tức. Mặc dù quy trình này ít liên tục hơn, nhưng vẫn có thể đạt được sự thay đổi hình dạng mặt cắt ngang.
2. Lựa chọn vật liệu:
Nhựa: thường là nhựa epoxy, polyester, este gốc polyethylene và nhựa phenolic, v.v.
Chất xơ: không yêu cầu
Vật liệu lõi: không được sử dụng phổ biến
3. Ưu điểm chính:
(1) tốc độ sản xuất nhanh, là một cách kinh tế và hợp lý để làm ướt và bảo dưỡng vật liệu trước
(2) kiểm soát chính xác hàm lượng nhựa
(3) giảm thiểu chi phí sợi, không có quá trình dệt trung gian
(4) tính chất cấu trúc tuyệt vời, vì các bó sợi được sắp xếp theo đường thẳng, nên tỷ lệ thể tích sợi cao
(5) khu vực thấm sợi có thể được bịt kín hoàn toàn để giảm thiểu việc giải phóng các chất dễ bay hơi
4. Những nhược điểm chính:
(1) quá trình giới hạn hình dạng của mặt cắt ngang
(2) Chi phí cao hơn của tấm gia nhiệt
5. Ứng dụng điển hình: dầm và kèo của các công trình nhà ở, cầu, thang và hàng rào.
Quy trình đúc chuyển nhựa (RTM)
1. Mô tả phương pháp: Sợi khô được đặt vào khuôn dưới, khuôn này có thể được nén trước để sợi vừa khít với hình dạng khuôn và được liên kết bằng keo; sau đó, khuôn trên được cố định vào khuôn dưới để tạo thành một khoang, và nhựa được bơm vào khoang. Phương pháp bơm và thấm nhựa chân không, còn được gọi là Bơm Nhựa Chân Không (VARI), thường được sử dụng. Sau khi sợi thấm hoàn toàn, van dẫn nhựa được đóng lại và vật liệu composite được đóng rắn. Việc bơm và đóng rắn nhựa có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng hoặc trong điều kiện gia nhiệt.
2. Lựa chọn vật liệu:
Nhựa: thường là nhựa epoxy, polyester, polyvinyl ester và nhựa phenolic, nhựa bismaleimide có thể sử dụng ở nhiệt độ cao
Sợi: không yêu cầu. Sợi khâu phù hợp hơn cho quy trình này, vì khoảng cách giữa các bó sợi thuận lợi cho việc chuyển nhựa; có những sợi được phát triển đặc biệt có thể thúc đẩy dòng chảy của nhựa.
Vật liệu lõi: bọt tổ ong không phù hợp vì các ô tổ ong sẽ chứa đầy nhựa và áp suất cũng sẽ khiến bọt bị xẹp.
3. Những ưu điểm chính:
(1) Tỷ lệ thể tích sợi cao hơn, độ xốp thấp
(2) Sức khỏe và an toàn, môi trường hoạt động sạch sẽ và gọn gàng vì nhựa được bịt kín hoàn toàn.
(3) Giảm sử dụng lao động
(4) Mặt trên và mặt dưới của các bộ phận kết cấu là bề mặt đúc, dễ dàng cho việc xử lý bề mặt tiếp theo.
4. Nhược điểm chính:
(1) Các khuôn được sử dụng cùng nhau rất đắt tiền, nặng và tương đối cồng kềnh để chịu được áp suất lớn hơn.
(2) giới hạn trong việc sản xuất các bộ phận nhỏ
(3) Các khu vực không được làm ướt có thể dễ dàng xảy ra, dẫn đến một số lượng lớn phế liệu
5. Ứng dụng điển hình: tàu con thoi vũ trụ nhỏ và phức tạp, phụ tùng ô tô, ghế tàu hỏa.
Thời gian đăng: 08-08-2024
