خصائص عملية تشكيل مركبات ألياف الكربون وتدفق العملية

عملية التشكيل هي عبارة عن وضع كمية معينة من مادة ما قبل التشريب في تجويف القالب المعدني، واستخدام مكابس مزودة بمصدر حرارة لإنتاج درجة حرارة وضغط معينين بحيث يتم تليين مادة ما قبل التشريب في تجويف القالب بواسطة الحرارة، ثم يتم تدفق الضغط، وملء تجويف القالب، وتشكيل المنتجات ومعالجتها، وهي طريقة عملية.

تتميز عملية التشكيل بالحاجة إلى التسخين، والغرض من التسخين هو تليين مادة ما قبل التشريب لتسهيل تدفقها.الراتنجيؤدي ذلك إلى ملء تجويف القالب وتسريع عملية تصلب مادة الراتنج. أثناء عملية ملء تجويف القالب بمادة ما قبل التشريب، لا تتدفق مادة الراتنج فحسب، بل تتدفق معها أيضًا مادة التقوية، حيث تملأ مادة الراتنج وألياف التقوية جميع أجزاء تجويف القالب في آن واحد.

فقطالراتنجتتميز مادة المصفوفة بلزوجة عالية جدًا، والرابطة قوية جدًا، من أجل التدفق مع ألياف التقوية، لذلك تتطلب عملية التشكيل ضغط تشكيل أكبر، مما يتطلب قوالب معدنية ذات قوة عالية ودقة عالية ومقاومة للتآكل، ويتطلب استخدام مكابس ساخنة خاصة للتحكم في درجة حرارة التشكيل المعالج والضغط ووقت التثبيت ومعايير العملية الأخرى.

تتميز طريقة التشكيل بكفاءة إنتاجية عالية، ودقة في أبعاد المنتج، وجودة سطح ممتازة، خاصةً بالنسبة للمنتجات المركبة ذات التركيب المعقد، حيث يمكن تشكيلها عادةً مرة واحدة دون التأثير سلبًا على أداء هذه المنتجات. أما عيبها الرئيسي فيكمن في تعقيد تصميم القالب وتصنيعه، وارتفاع تكلفة الاستثمار الأولي. ورغم هذه العيوب، لا تزال عملية التشكيل بالقوالب تحتل مكانة هامة في عملية تشكيل المواد المركبة.

1- التحضير
أتقن عملكحامل، قوالب أدوات التشكيل، مع قطعة اختبار الفرن كعمل داعم، وتنظيف القالب في الاستخدام الأخير من الراتنج المتبقي والحطام، للحفاظ على القالب نظيفًا وناعمًا.
2- قص ووضع الألياف المشبعة مسبقًا
سيتم تحويلها إلى منتج من المواد الخام لألياف الكربون الجاهزة، والبريبريج بعد اجتياز المراجعة، وحساب مساحة المواد الخام، والمواد، وعدد الصفائح، وإضافة طبقة تلو الأخرى من البخور، وفي نفس الوقت يتم الضغط المسبق على المادة فوق بعضها البعض، وضغطها لتشكيل شكل منتظم، وجودة عدد معين من الكيانات الكثيفة.
3- التشكيل والمعالجة
ضع المواد الخام المكدسة في القالب، وفي نفس الوقت في الأكياس الهوائية البلاستيكية الداخلية، أغلق القالب، ثم ضع الكل في آلة التشكيل، مع الأكياس الهوائية البلاستيكية الداخلية بالإضافة إلى ضغط ثابت ودرجة حرارة ثابتة، واضبط الوقت على وقت ثابت، حتى تتم معالجتها.
4- التبريد وفك القالب
بعد فترة من الضغط خارج القالب، يتم أولاً تبريده لفترة من الوقت، ثم فتح القالب، وإخراج المنتج من خارج القالب لتنظيفه.
5- عملية التشكيل
بعد إخراج المنتج من القالب، يجب تنظيفه باستخدام فرشاة فولاذية أو فرشاة نحاسية لكشط البلاستيك المتبقي، ثم نفخه بالهواء المضغوط، وتلميع المنتج المصبوب، بحيث يكون السطح أملسًا ونظيفًا.
6- الاختبارات غير المدمرة والفحص النهائي
يتم إجراء الاختبارات غير المدمرة والفحص النهائي للمنتجات وفقًا لمتطلبات وثائق التصميم.

تحليل النقاط الفنية لعملية تشكيل الألياف المشبعة مسبقًا

منذ ظهور مركبات ألياف الكربون، ظل استخدامها محدودًا بسبب تكلفة التصنيع وتأثيرات عمليات الإنتاج، ولم يتم تطبيقها بكميات كبيرة. وتُعدّ عملية التشكيل العامل الرئيسي في تحديد تكلفة إنتاج ألياف الكربون وتأثيراتها.مادة مركبة من ألياف الكربونتتعدد عمليات التشكيل، مثل RTM وVARI وخزانات الضغط الساخن ومعالجة الألياف المسبقة التشريب في الفرن (OOA)، إلا أنها تعاني من عيبين رئيسيين: أولهما طول مدة دورة التشكيل، وثانيهما ارتفاع التكلفة (مقارنةً بالمعادن والبلاستيك). أما تشكيل الألياف المسبقة التشريب بالضغط، كنوع من عمليات التشكيل، فيتيح الإنتاج بكميات كبيرة ويقلل من تكلفة الإنتاج، ولذا فهو يُستخدم على نطاق واسع.

تشير عملية التشكيل المسبق للألياف إلى تطبيق درجة حرارة وضغط محددين، حيث يتم خلال فترة زمنية معينة فرد الألياف المسبقة للألياف لتشكيل جسم مضغوط مسبقًا. تتميز هذه العملية بسرعة التشكيل، ومتطلبات المعدات بسيطة وسهلة التشغيل. وبالمقارنة مع عمليات التشكيل بالضغط الساخن، وVARI، وOOA، فإن المنتج يتميز بجودة سطحية ممتازة، وثبات أبعاد جيد، وسهولة التحكم في العملية.

▲مخطط انسيابي لعملية تشكيل ما قبل التشريب

أربعة عناصر في عملية التشكيل

1. درجة الحرارة والتجانس: تعكس درجة التفاعل بينالراتنجوعامل معالجةوتوحيد موضع التفاعل، الذي يتحكم بشكل أساسي في جودة سطح القالب ودرجة المعالجة؛

2. الضغط والتجانس: يعكس تأثير تصريف الهواء وتدفقه في الراتنج، ويتحكم في جودة سطح القالب والخواص الميكانيكية؛

3. طول فترة المعالجة: تعكس درجة المعالجة، لضمان كفاءة الإنتاج؛

4. سمك تجويف القالب: يعكس سمك المنتج، وفقًا للخصائص الخاصة لمادة ألياف الكربون نفسها، تصميم سمك تجويف معقول.

مدى قابلية تطبيق العملية

حامليمكن لعملية التشكيل نظرياً تصنيع أي هيكل للمنتج، ولكن إذا كان هيكل المنتج معقداً للغاية، مثل الإبزيم المقلوب أو مساحة الحافة الكبيرة، فإن ذلك يؤدي إلى زيادة كبيرة في تكلفة القوالب وصعوبات في الإنتاج، لذلك فإن قابلية التطبيق ليست قوية بالنسبة لهيكل القطع المعقدة بشكل خاص، ولكن يمكننا تحسين الهيكل أو تصميم الكتلة + حلول الربط لتصنيع الأجزاء المعقدة.

التكنولوجيا ذات الصلة

1. تقنية القطع متعددة الطبقات: يتم قطع المواد الأولية متعددة الطبقات في وقت واحد؛ كما يتم قطع المواد الأولية ذات الزوايا المختلفة في وقت واحد لتحسين كفاءة القطع.

2. تقنية التسخين الداخلي/التسخين الخارجي: يتم تسخين القالب مباشرة إلى درجة حرارة المعالجة، ويتم وضع الشكل الأولي في القالب وضغطه لتشكيله، مما يقلل من وقت التشكيل ويقلل من استهلاك الطاقة.

3. تقنية التشكيل بالحجم الصافي: يتم أولاً ثقب الشكل الأولي إلى الحجم الصافي، ثم يتم وضعه في قالب الحجم الصافي للمعالجة، مما يقلل من عملية القطع.

صعوبات العملية

صعوبة تصميم القوالب للمنتجات ذات الهياكل المعقدة: إذا احتوت المنتجات على العديد من الانحناءات المقلوبة والزوايا السالبة، فإن ذلك يزيد من صعوبة تصنيع القوالب، كما أنه يؤدي، بعد استخدام القوالب لفترة طويلة، إلى انخفاض دقة التنسيق الموضعي للحشوات. لذا، عند تصميم المنتج، حاول تجنب الانحناءات المقلوبة أو الزوايا السالبة.

ملاحظة: تتطلب الأجزاء الخارجية من المنتج جودة عالية جدًا، ومن المشاكل الشائعة في أجزاء ألياف الكربون: ظهور بقع بيضاء على سطح المنتج، ومشاكل في ملمس المنتج، وثقوب دقيقة على السطح، ونقص في المادة اللاصقة، وما إلى ذلك. ويمكن تلخيص الأسباب في: عدم تجانس خلط عامل المعالجة في مادة ما قبل التشريب أو عدم اكتمال التفاعل، وعدم تجانس درجة حرارة القالب، وعدم ضبط درجة الحرارة والضغط، وعدم ملاءمة تصميم القالب ومعالجته، وعدم التحكم في عملية التشكيل، وعيب في القالب.عامل إطلاقيتفاعل، وهكذا.