Nguyên liệu thô của vật liệu composite bao gồm nhựa, sợi và vật liệu lõi, v.v.Có nhiều sự lựa chọn, và mỗi vật liệu có độ bền, độ cứng, độ bền và độ ổn định nhiệt riêng, đồng thời giá thành và sản lượng cũng khác nhau.
Tuy nhiên, toàn bộ vật liệu composite, hiệu suất cuối cùng của nó không chỉ liên quan đến ma trận nhựa và sợi (và vật liệu cốt lõi trong cấu trúc bánh sandwich), mà còn liên quan chặt chẽ đến phương pháp thiết kế và quy trình sản xuất vật liệu trong cấu trúc .
Bài viết này 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 cho các quy trình khác nhau.
Mô tả phương pháp:Một quy trình đúc trong đó vật liệu gia cố sợi được cắt nhỏ và hệ thống nhựa được phun vào khuôn cùng một lúc, sau đó được xử lý dưới áp suất bình thường để tạo thành sản phẩm composite nhiệt rắn.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: chủ yếu là polyester
Sợi: sợi thủy tinh thô
Vật liệu cốt lõi: Không có, cần được kết hợp riêng với các tấm mỏng
Lợi thế chính:
1) Nghề thủ công có lịch sử lâu đời
2) Chi phí thấp, tạo sợi và nhựa nhanh
3) Chi phí khuôn mẫu thấp
Nhược điểm chính:
1) Tấm nhiều lớp dễ tạo thành một khu vực được làm giàu nhựa và trọng lượng tương đối cao
2) Chỉ có thể sử dụng các sợi đã cắt nhỏ, điều này hạn chế nghiêm trọng các tính chất cơ học của các tấm mỏng
3) Để tạo điều kiện phun, độ nhớt của nhựa cần đủ thấp để làm mất tính chất cơ học và nhiệt của vật liệu composite
4) Hàm lượng styren cao trong nhựa phun có nghĩa là nguy cơ tiềm ẩn cao hơn đối với người vận hành và độ nhớt thấp có nghĩa là nhựa dễ thấm vào quần áo làm việc của nhân viên và tiếp xúc trực tiếp với da
5) Nồng độ styren bay hơi trong không khí khó đạt yêu cầu pháp luật
Ứng dụng tiêu biểu:
Hàng rào đơn giản, các tấm kết cấu tải trọng thấp như thùng xe mui trần, tấm chắn xe tải, bồn tắm và thuyền nhỏ
Mô tả phương pháp:Tẩm thủ công các sợi bằng nhựa.Các sợi có thể được gia cố bằng cách dệt, bện, may hoặc liên kết.Việc xếp bằng tay thường được thực hiện bằng con lăn hoặc bàn chải, sau đó nhựa được ép bằng con lăn cao su để thấm vào sợi.Các tấm mỏng được xử lý dưới áp suất bình thường.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: không yêu cầu, epoxy, polyester, polyvinyl ester, nhựa phenolic đều được chấp nhận
Chất xơ: Không yêu cầu, nhưng sợi aramid có trọng lượng cơ bản lớn hơn rất khó thấm vào bằng tay
Vật liệu cốt lõi: không yêu cầu
Lợi thế chính:
1) Nghề thủ công có lịch sử lâu đời
2) Dễ học
3) Nếu sử dụng nhựa đóng rắn ở nhiệt độ phòng, chi phí khuôn thấp
4) Nhiều lựa chọn về vật liệu và nhà cung cấp
5) Hàm lượng sợi cao, sợi được sử dụng lâu hơn quá trình phun
Nhược điểm chính:
1) Sự pha trộn nhựa, hàm lượng nhựa và chất lượng của các tấm mỏng có liên quan mật thiết đến trình độ của người vận hành, rất khó để có được các tấm có hàm lượng nhựa thấp và độ xốp thấp
2) Các mối nguy hiểm về sức khỏe và an toàn của nhựa.Trọng lượng phân tử của nhựa lót tay càng thấp thì mối đe dọa sức khỏe tiềm tàng càng lớn.Độ nhớt càng thấp, nhựa thông càng dễ thấm vào quần áo bảo hộ lao động của người lao động và tiếp xúc trực tiếp với da
3) Nếu không lắp đặt thiết bị thông gió tốt, nồng độ styren bay hơi từ polyester và polyvinyl ester vào không khí khó đáp ứng yêu cầu của pháp luật
4) Độ nhớt của nhựa lót tay cần phải thật thấp, do đó hàm lượng styren hoặc các dung môi khác phải cao, làm mất tính chất cơ/nhiệt của vật liệu composite
Các ứng dụng tiêu biểu:cánh quạt gió tiêu chuẩn, thuyền sản xuất hàng loạt, mô hình kiến trúc
3. Quy trình đóng túi chân không
Mô tả phương pháp:Quy trình túi chân không là một phần mở rộng của quy trình xếp bằng tay đã đề cập ở trên, nghĩa là, một lớp màng nhựa được niêm phong trên khuôn để hút chân không tấm cán mỏng bằng tay và áp suất khí quyển được áp dụng cho tấm cán mỏng để đạt được ảnh hưởng của khí thải và nén.Để nâng cao chất lượng vật liệu composite.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: chủ yếu là nhựa epoxy và nhựa phenolic, polyester và polyvinyl ester không phù hợp vì chúng có chứa styrene dễ bay hơi vào bơm chân không
Sợi: Không yêu cầu, ngay cả sợi có trọng lượng cơ bản lớn cũng có thể được làm ướt dưới áp lực
Vật liệu cốt lõi: không yêu cầu
Lợi thế chính:
1) Có thể đạt được hàm lượng chất xơ cao hơn so với quy trình sắp xếp thủ công tiêu chuẩn
2) Độ xốp thấp hơn so với quy trình đắp tay tiêu chuẩn
3) Trong điều kiện áp suất âm, dòng chảy đầy đủ của nhựa sẽ cải thiện mức độ thấm ướt của sợi.Tất nhiên, một phần của nhựa sẽ được hấp thụ bởi các vật tư tiêu hao chân không
4) Sức khỏe và An toàn: Quy trình túi chân không có thể làm giảm sự giải phóng các chất bay hơi trong quá trình bảo dưỡng
Nhược điểm chính:
1) Các quy trình bổ sung làm tăng chi phí lao động và vật liệu túi chân không dùng một lần
2) Yêu cầu kỹ thuật cao hơn đối với người vận hành
3) Việc kiểm soát hỗn hợp nhựa và hàm lượng nhựa chủ yếu phụ thuộc vào trình độ của người vận hành
4) Mặc dù túi chân không làm giảm sự giải phóng các chất dễ bay hơi, nhưng mối đe dọa về sức khỏe đối với người vận hành vẫn cao hơn so với quá trình truyền hoặc chuẩn bị trước
Các ứng dụng tiêu biểu:du thuyền phiên bản giới hạn quy mô lớn, một lần, phụ tùng xe đua, liên kết các vật liệu cốt lõi trong đóng tàu
Công ty TNHH vật liệu tổng hợp Deyang Yaoshenglà một công ty chuyên nghiệp sản xuất các sản phẩm sợi thủy tinh khác nhau.Công ty chủ yếu sản xuất sợi thủy tinh sợi thô, thảm sợi thủy tinh cắt nhỏ, vải sợi thủy tinh/vải sợi thủy tinh/vải hàng hải, v.v. Xin vui lòng liên hệ với chúng tôi.
Điện thoại: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Mô tả phương pháp:Quá trình cuộn dây về cơ bản được sử dụng để sản xuất các bộ phận kết cấu rỗng, hình tròn hoặc hình bầu dục như đường ống và bể chứa.Sau khi bó sợi được ngâm tẩm với nhựa, nó được quấn trên trục gá theo nhiều hướng khác nhau và quá trình này được điều khiển bởi máy cuộn và tốc độ trục gá.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: không yêu cầu, chẳng hạn như epoxy, polyester, polyvinyl ester và nhựa phenolic, v.v.
Sợi: không yêu cầu, sử dụng trực tiếp bó sợi của giỏ, không cần dệt hoặc may thành vải sợi
Vật liệu lõi: không yêu cầu, nhưng da thường là vật liệu composite một lớp
Lợi thế chính:
1) Tốc độ sản xuất nhanh, và đó là một phương pháp xếp lớp hợp lý và kinh tế
2) Hàm lượng nhựa có thể được kiểm soát bằng cách đo lượng nhựa được mang bởi bó sợi đi qua thùng nhựa
3) Giảm thiểu chi phí sợi, không có quá trình dệt trung gian
4) Hiệu suất cấu trúc là tuyệt vời, bởi vì các bó sợi tuyến tính có thể được đặt theo các hướng chịu lực khác nhau
Những nhược điểm chính:
1) Quá trình này được giới hạn trong các cấu trúc rỗng hình tròn
2) Các sợi không dễ sắp xếp chính xác dọc theo hướng trục của thành phần
3) Chi phí khuôn nam trục gá cho các bộ phận kết cấu lớn tương đối cao
4) Mặt ngoài kết cấu không phải là mặt khuôn nên tính thẩm mỹ kém
5) Khi sử dụng nhựa có độ nhớt thấp, cần chú ý đến hiệu suất hóa học và hiệu suất an toàn và sức khỏe
Các ứng dụng tiêu biểu:bể chứa hóa chất và đường ống phân phối, xi lanh, bình thở của lính cứu hỏa
Mô tả phương pháp:Bó sợi được rút ra từ rãnh được nhúng và đưa qua tấm gia nhiệt, và nhựa được thấm vào sợi trên tấm gia nhiệt, và hàm lượng nhựa được kiểm soát, và cuối cùng vật liệu được xử lý thành hình dạng yêu cầu;sản phẩm được xử lý cố định hình dạng này được cắt Cơ học theo các độ dài khác nhau.Các sợi cũng có thể đi vào tấm gia nhiệt theo hướng khác 0 độ.
Pultrusion 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 một chút.Cố định vật liệu ướt trước khi đi qua tấm gia nhiệt và trải nó vào khuôn để xử lý ngay lập tức.Mặc dù quá trình này có tính liên tục kém nhưng nó có thể thay đổi hình dạng mặt cắt ngang.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: thường là epoxy, polyester, polyvinyl ester và nhựa phenolic, v.v.
Chất xơ: không yêu cầu
Vật liệu cốt lõi: không được sử dụng phổ biến
Lợi thế chính:
1) Tốc độ sản xuất nhanh, và đó là một cách tiết kiệm và hợp lý để làm ướt trước và xử lý vật liệu
2) Kiểm soát chính xác hàm lượng nhựa
3) Giảm thiểu chi phí sợi, không có quá trình dệt trung gian
4) Hiệu suất cấu trúc tuyệt vời, bởi vì các bó sợi được sắp xếp theo một đường thẳng và tỷ lệ thể tích sợi cao
5) Khu vực xâm nhập của sợi có thể được bịt kín hoàn toàn để giảm sự giải phóng các chất bay hơi
Nhược điểm chính:
1) Quá trình này giới hạn hình dạng mặt cắt ngang
2) Giá thành của tấm gia nhiệt tương đối cao
Các ứng dụng tiêu biểu:Dầm và giàn cho kết cấu nhà, cầu, thang và hàng rào
6. Đúc chuyển nhựa (RTM)
Mô tả phương pháp:Đặt các sợi khô vào khuôn dưới, tạo áp lực trước để làm cho các sợi vừa khít với hình dạng của khuôn nhất có thể và kết dính chúng lại;sau đó, cố định khuôn trên vào khuôn dưới để tạo thành một khoang, sau đó bơm nhựa vào khoang khuôn.
Việc tiêm nhựa có hỗ trợ chân không và thấm vào sợi thường được sử dụng, cụ thể là quy trình truyền nhựa có hỗ trợ chân không (VARI).Sau khi quá trình thấm sợi hoàn tất, van dẫn nhựa được đóng lại và composite được xử lý.Việc phun và đóng rắn nhựa có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng hoặc trong điều kiện nóng.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: thường là epoxy, polyester, polyvinyl ester và nhựa phenolic, nhựa bismaleimide có thể được sử dụng ở nhiệt độ cao
Chất xơ: Không yêu cầu.Các sợi được khâu phù hợp hơn cho quy trình này vì các khoảng trống của bó sợi tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển nhựa;có các sợi được phát triển đặc biệt để tạo điều kiện cho dòng chảy nhựa
Vật liệu cốt lõi: Bọt tổ ong không phù hợp, vì các ô tổ ong sẽ chứa đầy nhựa và áp suất sẽ khiến bọt bị xẹp
Lợi thế chính:
1) Tỉ lệ thể tích xơ cao và độ xốp thấp
2) Vì nhựa được niêm phong hoàn toàn nên tốt cho sức khỏe và an toàn, đồng thời môi trường hoạt động sạch sẽ và ngăn nắp
3) Giảm sử dụng lao động
4) Mặt trên và mặt dưới của bộ phận kết cấu là bề mặt khuôn, dễ dàng cho việc xử lý bề mặt tiếp theo
Những nhược điểm chính:
1) Khuôn được sử dụng cùng nhau đắt tiền, và để chịu được áp lực lớn hơn, nó nặng và tương đối cồng kềnh
2) Giới hạn sản xuất các bộ phận nhỏ
3) Dễ bị xuất hiện những chỗ không thấm nước, tạo ra một lượng lớn phế liệu
Các ứng dụng tiêu biểu:tàu con thoi nhỏ và phức tạp và phụ tùng ô tô, ghế xe lửa
7. Các quy trình tưới máu khác – SCRIMP, RIFT, VARTM, v.v.
Mô tả phương pháp:Trải các sợi khô theo cách tương tự như quy trình RTM, sau đó đặt vải thoát nước và lưới thoát nước.Sau khi hoàn thành quá trình xếp lớp, nó được niêm phong hoàn toàn bằng túi chân không và khi độ chân không đạt đến một yêu cầu nhất định, nhựa sẽ được đưa vào toàn bộ cấu trúc xếp lớp.Sự phân phối nhựa trong tấm laminate đạt được bằng cách dẫn dòng nhựa chảy qua lưới dẫn hướng, và cuối cùng các sợi khô được thấm hoàn toàn từ trên xuống dưới.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: thường là epoxy, polyester, nhựa polyvinyl ester
Chất xơ: Bất kỳ loại chất xơ thông thường nào.Các sợi được khâu phù hợp hơn cho quy trình này vì các khoảng trống trong bó sợi giúp tăng tốc độ truyền nhựa
Vật liệu cốt lõi: bọt tổ ong không áp dụng
Lợi thế chính:
1) Tương tự như quy trình RTM, nhưng chỉ có một mặt là bề mặt khuôn
2) Một mặt của khuôn là túi chân không, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí khuôn và giảm yêu cầu khuôn chịu được áp suất
3) Các bộ phận cấu trúc lớn cũng có thể có tỷ lệ thể tích sợi cao và độ xốp thấp
4) Khuôn quy trình đặt tay tiêu chuẩn có thể được sử dụng cho quy trình này sau khi sửa đổi
5) Cấu trúc bánh sandwich có thể được đúc cùng một lúc
Nhược điểm chính:
1) Đối với các công trình lớn, quy trình tương đối phức tạp và không thể tránh khỏi việc sửa chữa
2) Độ nhớt của nhựa phải rất thấp, điều này cũng làm giảm tính chất cơ học
3) Dễ bị xuất hiện những chỗ không thấm nước, tạo ra một lượng lớn phế liệu
Các ứng dụng tiêu biểu:Sản xuất thử nghiệm thuyền nhỏ, tấm thân xe lửa và xe tải, cánh quạt gió
8. Prepreg – quy trình hấp tiệt trùng
Mô tả phương pháp:Vải sợi hoặc vải sợi được nhà sản xuất vật liệu tẩm trước bằng nhựa có chứa chất xúc tác và phương pháp sản xuất là phương pháp nhiệt độ cao và áp suất cao hoặc phương pháp hòa tan dung môi.Chất xúc tác tiềm ẩn ở nhiệt độ phòng, giúp vật liệu có thời hạn sử dụng hàng tuần hoặc hàng tháng ở nhiệt độ phòng;làm lạnh có thể kéo dài thời hạn sử dụng của nó.
Prepreg có thể được đặt bằng tay hoặc bằng máy lên bề mặt khuôn, sau đó được bọc trong túi chân không và làm nóng đến 120-180°C.Sau khi làm nóng nhựa có thể chảy trở lại và cuối cùng chữa khỏi.Nồi hấp có thể được sử dụng để tạo thêm áp suất cho vật liệu, thường lên đến 5 atm.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: thường là epoxy, polyester, nhựa phenolic, nhựa chịu nhiệt độ cao như polyimide, este xyanate và bismaleimide cũng có thể được sử dụng
Chất xơ: Không yêu cầu.Bó sợi hoặc vải sợi có thể được sử dụng
Vật liệu lõi: không yêu cầu, nhưng bọt cần chịu được nhiệt độ cao và áp suất cao
Lợi thế chính:
1) Tỷ lệ nhựa với chất đóng rắn và hàm lượng nhựa được nhà cung cấp đặt chính xác, rất dễ dàng để có được các tấm mỏng có hàm lượng sợi cao và độ xốp thấp
2) Vật liệu có các đặc tính an toàn và sức khỏe tuyệt vời, môi trường làm việc sạch sẽ, có khả năng tiết kiệm chi phí tự động hóa và lao động
3) Chi phí của sợi nguyên liệu một chiều được giảm thiểu và không cần quá trình trung gian để dệt sợi thành vải
4) Quy trình sản xuất đòi hỏi nhựa có độ nhớt cao và khả năng thấm ướt tốt, cũng như các đặc tính cơ và nhiệt được tối ưu hóa
5) Việc kéo dài thời gian làm việc ở nhiệt độ phòng có nghĩa là việc tối ưu hóa kết cấu và sắp xếp các hình dạng phức tạp cũng dễ dàng đạt được
6) Tiết kiệm tiềm năng trong tự động hóa và chi phí lao động
Nhược điểm chính:
1) Chi phí vật liệu tăng nhưng không thể tránh khỏi để đáp ứng yêu cầu ứng dụng
2) Cần có nồi hấp để hoàn thành quá trình đóng rắn, chi phí cao, thời gian vận hành lâu và hạn chế về kích thước
3) Khuôn cần chịu được nhiệt độ quá trình cao và vật liệu lõi có cùng yêu cầu
4) Đối với các bộ phận dày hơn, cần phải hút chân không trước khi đặt prepregs để loại bỏ bọt khí giữa các lớp
Các ứng dụng tiêu biểu:các bộ phận kết cấu của tàu con thoi (chẳng hạn như cánh và đuôi), ô tô đua F1
9. Prepreg – quy trình không nồi hấp
Mô tả phương pháp:Quy trình sản xuất chuẩn bị đóng rắn ở nhiệt độ thấp hoàn toàn giống với quy trình chuẩn bị bằng nồi hấp, điểm khác biệt là tính chất hóa học của nhựa cho phép nó được xử lý ở nhiệt độ 60-120°C.
Đối với quá trình đóng rắn ở nhiệt độ thấp 60°C, thời gian làm việc của vật liệu chỉ là một tuần;đối với xúc tác ở nhiệt độ cao (>80°C), thời gian làm việc có thể lên tới vài tháng.Tính lưu động của hệ thống nhựa cho phép đóng rắn chỉ bằng túi chân không, tránh sử dụng nồi hấp.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: Thường chỉ có nhựa epoxy
Chất xơ: không yêu cầu, giống như prepreg truyền thống
Vật liệu lõi: không yêu cầu, nhưng cần đặc biệt chú ý khi sử dụng xốp PVC tiêu chuẩn
Lợi thế chính:
1) Nó có tất cả các ưu điểm của chuẩn bị nồi hấp truyền thống ((i.))-((vi.))
2) Vật liệu khuôn rẻ, chẳng hạn như gỗ, vì nhiệt độ đóng rắn thấp
3) Quá trình sản xuất các bộ phận cấu trúc lớn được đơn giản hóa, chỉ cần tạo áp suất túi chân không, lưu thông không khí nóng của lò hoặc hệ thống sưởi ấm không khí nóng của chính khuôn để đáp ứng yêu cầu bảo dưỡng
4) Các vật liệu xốp thông thường cũng có thể được sử dụng và quy trình này trưởng thành hơn
5) So với nồi hấp, mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn
6) Công nghệ tiên tiến đảm bảo độ chính xác và độ lặp lại tốt
Nhược điểm chính:
1) Chi phí vật liệu vẫn cao hơn sợi khô, mặc dù chi phí nhựa thấp hơn so với prepreg hàng không vũ trụ
2) Khuôn cần chịu được nhiệt độ cao hơn quá trình truyền dịch (80-140°C)
Các ứng dụng tiêu biểu:cánh tuabin gió hiệu suất cao, thuyền đua lớn và du thuyền, máy bay cứu hộ, các bộ phận xe lửa
10. Quá trình không hấp áp lực của SPRINT/preg chuẩn bị chùm tia SparPreg
Mô tả phương pháp:Khó thoát bọt khí giữa các lớp hoặc các lớp chồng lên nhau trong quá trình đóng rắn khi sử dụng prepreg trong kết cấu dày (>3mm).Để khắc phục khó khăn này, quá trình hút chân không sơ bộ đã được đưa vào quy trình phân lớp, nhưng thời gian xử lý đã tăng lên đáng kể.
Trong những năm gần đây, Gurit đã giới thiệu một loạt các sản phẩm chuẩn bị cải tiến với công nghệ được cấp bằng sáng chế, cho phép hoàn thành việc sản xuất các tấm laminate dày hơn (độ xốp thấp) chất lượng cao trong một quy trình duy nhất.SPRINT bán chuẩn bị bao gồm hai lớp sợi khô kẹp một lớp cấu trúc bánh sandwich màng nhựa.Sau khi vật liệu được đặt vào khuôn, bơm chân không có thể hút hết không khí trong khuôn trước khi nhựa nóng lên, làm mềm và ngâm sợi.kiên cố hóa.
Chuẩn bị chùm tia SparPreg là một chuẩn bị cải tiến, khi được xử lý trong chân không, có thể dễ dàng loại bỏ bọt khí khỏi vật liệu hai lớp được kết dính.
lựa chọn vật liệu:
Nhựa: chủ yếu là nhựa epoxy, các loại nhựa khác cũng có sẵn
Chất xơ: không yêu cầu
Vật liệu cốt lõi: hầu hết, nhưng cần đặc biệt chú ý đến nhiệt độ cao khi sử dụng bọt PVC tiêu chuẩn
Lợi thế chính:
1) Đối với các bộ phận dày hơn (100mm), vẫn có thể thu được chính xác tỷ lệ thể tích sợi cao và độ xốp thấp
2) Trạng thái ban đầu của hệ thống nhựa là rắn và hiệu suất tuyệt vời sau khi bảo dưỡng ở nhiệt độ cao
3) Cho phép sử dụng vải sợi có trọng lượng cơ bản cao với chi phí thấp (chẳng hạn như 1600 g/m2), tăng tốc độ xếp lớp và tiết kiệm chi phí sản xuất
4) Quy trình rất tiên tiến, thao tác đơn giản và hàm lượng nhựa được kiểm soát chính xác
Nhược điểm chính:
1) Chi phí vật liệu vẫn cao hơn sợi khô, mặc dù chi phí nhựa thấp hơn so với prepreg hàng không vũ trụ
2) Khuôn cần chịu được nhiệt độ cao hơn quá trình truyền dịch (80-140°C)
Các ứng dụng tiêu biểu:cánh tuabin gió hiệu suất cao, thuyền đua lớn và du thuyền, máy bay cứu hộ
Thời gian đăng bài: 13-Dec-2022
