Có nhiều lựa chọn nguyên liệu thô cho vật liệu composite, bao gồm nhựa, sợi và vật liệu lõi, và mỗi vật liệu có các 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 liên quan đến ma trận 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 thường được sử dụng cho vật liệu composite, các yếu tố ảnh hưởng chính của từng phương pháp và cách lựa chọn nguyên liệu thô cho các quy trình khác nhau.
Phun khuôn
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 một 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 gỗ cắt ngắn, điều này làm 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 nhựa có khả năng gây nguy hiểm cao cho người vận hành và độ nhớt thấp có nghĩa là nhựa có thể dễ dàng thấm qua 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 tiêu biểu:
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 thủ công nhựa vào sợi, sợi có thể được dệt, bện, khâu hoặc liên kết và các phương pháp gia cố khác, đúc khuôn thủ công thường được thực hiện bằng con lăn hoặc bàn chải, sau đó ép nhựa bằng con lăn keo để làm cho nó thẩm thấu vào sợi. Ván ép được đặt dưới áp suất bình thường để đông cứng.
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) Lựa chọn vật liệu và nhà cung cấp đa dạng
5) Hàm lượng sợi cao, sợi dài hơn so với quá trình phun
4, Nhược điểm chính:
1) Việc 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 từ nhựa, trọng lượng phân tử của nhựa phủ tay càng thấp thì nguy cơ đe dọa 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 tiêu biểu: 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: Quy trình đóng gói chân không là sự mở rộng của quy trình xếp thủ công ở trên, tức là niêm phong một lớp màng nhựa trên khuôn sẽ được ván ép xếp thủ công chân không, tạo áp suất khí quyển lên ván ép để đạt được hiệu ứng xả và siết chặt, nhằm nâng cao 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 sợi cao hơn so với quy trình xếp thủ công thông thường
2) Tỷ lệ rỗng thấp hơn so với quy trình đổ bê tông thủ công thông thường.
3) Dưới áp suất âm, nhựa chảy đủ để cải thiện mức độ thâm nhập của 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 việc 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 tiêu biểu: 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: Quá trình quấn chủ yếu được sử dụng để chế tạo các bộ phận kết cấu rỗng, tròn hoặc hình bầu dục như ống và máng. Các bó sợi được tẩm nhựa và sau đó được quấn trên một trục theo nhiều hướng khác nhau. Quá trình được kiểm soát bởi máy quấn và tốc độ trục.
2. Lựa chọn vật liệu:
Nhựa: không yêu cầu, chẳng hạn như 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 theo hướng trục của thành phần
(3) Chi phí đúc khuôn dương cao hơn cho các bộ phận kết cấu lớn
(4) Bề mặt bên 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 tiêu biểu: bồn chứa hóa chất và đường ống, bình khí, bình thở của lính cứu hỏa.
Đúc đùn kéo
1. Mô tả phương pháp: từ giá đỡ ống chỉ kéo bó sợi tẩm keo qua tấm gia nhiệt, trong tấm gia nhiệt để hoàn thành nhựa trên sợi thấm, và kiểm soát hàm lượng nhựa, và cuối cùng vật liệu sẽ được xử lý thành hình dạng yêu cầu; hình dạng này của sản phẩm đã xử lý cố định được cắt cơ học thành các độ dài khác nhau. Sợi cũng có thể đi vào tấm gia nhiệt theo các hướng khác ngoài 0 độ. Đùn và đúc kéo là một quá trình sản xuất liên tục và mặt cắt ngang của sản phẩm thường có hình dạng cố định, cho phép thay đổi nhỏ. Sẽ đi qua tấm gia nhiệt của vật liệu đã làm ướt trước cố định và lan vào khuôn ngay lập tức xử lý, mặc dù quá trình như vậy ít liên tục hơn, nhưng có thể đạt được sự thay đổi hình dạng mặt cắt ngang.
2. Lựa chọn vật liệu:
Nhựa: thường là 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 tiêu biểu: 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 trong khuôn dưới, có thể được nén trước để làm cho sợi vừa khít với hình dạng của khuôn nhất có thể và được liên kết bằng keo; sau đó, khuôn trên được cố định trên khuôn dưới để tạo thành một khoang, sau đó nhựa được tiêm vào khoang. Tiêm nhựa hỗ trợ chân không và thấm sợi, được gọi là Tiêm nhựa hỗ trợ chân không (VARI), thường được sử dụng. Sau khi quá trình thấm sợi hoàn tất, van đưa nhựa được đóng lại và vật liệu composite được lưu hóa. Tiêm nhựa và lưu hóa có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng hoặc trong điều kiện được 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 quá trình này, vì khoảng cách giữa các bó sợi có lợi cho việc truyền nhựa; có những sợi được phát triển đặc biệt có thể thúc đẩy dòng chảy nhựa
Vật liệu lõi: bọt xốp không phù hợp vì các ô tổ ong sẽ chứa đầy nhựa, 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 đúc 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 tiêu biểu: tàu con thoi nhỏ và phức tạp, các bộ phận ô tô, ghế tàu hỏa.
Thời gian đăng: 08-08-2024
