ลักษณะเฉพาะของกระบวนการขึ้นรูปคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์และกระบวนการไหล

กระบวนการขึ้นรูปโลหะโดยการใส่พรีเพร็กจำนวนหนึ่งลงในช่องแม่พิมพ์โลหะของแม่พิมพ์ โดยใช้เครื่องอัดที่มีแหล่งความร้อนเพื่อผลิตอุณหภูมิและแรงดันที่กำหนด เพื่อให้พรีเพร็กในช่องแม่พิมพ์อ่อนตัวลงจากความร้อน แรงดัน การไหล เต็มไปด้วยการไหล เติมด้วยผลิตภัณฑ์ขึ้นรูปและบ่มในโพรงแม่พิมพ์ตามวิธีการกระบวนการ

กระบวนการขึ้นรูปมีลักษณะเฉพาะคือต้องใช้ความร้อนในกระบวนการขึ้นรูป โดยจุดประสงค์ของความร้อนคือเพื่อทำให้พรีเพร็กมีการไหลที่นุ่มนวลเรซิน, เติมโพรงแม่พิมพ์และเร่งปฏิกิริยาการบ่มของวัสดุเมทริกซ์เรซิน ในระหว่างกระบวนการเติมโพรงแม่พิมพ์ด้วยพรีเพร็ก ไม่เพียงแต่เมทริกซ์เรซินจะไหลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวัสดุเสริมแรงด้วย และเมทริกซ์เรซินและเส้นใยเสริมแรงจะเติมเต็มทุกส่วนของโพรงแม่พิมพ์ในเวลาเดียวกัน

มีเพียงเรซินความหนืดของเมทริกซ์มีขนาดใหญ่ พันธะมีความแข็งแรงมาก เพื่อให้ไหลไปกับเส้นใยเสริมแรง ดังนั้นกระบวนการขึ้นรูปจึงต้องมีแรงกดในการขึ้นรูปที่สูงกว่า ซึ่งต้องใช้แม่พิมพ์โลหะที่มีความแข็งแรงสูง ความแม่นยำสูง และทนทานต่อการกัดกร่อน และต้องใช้เครื่องอัดร้อนพิเศษเพื่อควบคุมอุณหภูมิของการขึ้นรูปขณะบ่ม แรงกด เวลาในการยึด และพารามิเตอร์กระบวนการอื่นๆ

วิธีการขึ้นรูปที่มีประสิทธิภาพการผลิตสูง ความแม่นยำของขนาดผลิตภัณฑ์ พื้นผิวสำเร็จ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโครงสร้างที่ซับซ้อนของผลิตภัณฑ์วัสดุคอมโพสิต โดยทั่วไปสามารถขึ้นรูปได้เพียงครั้งเดียว จะไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์วัสดุคอมโพสิต ข้อบกพร่องหลักคือการออกแบบและการผลิตแม่พิมพ์มีความซับซ้อนมากขึ้น การลงทุนเริ่มต้นจะมากขึ้น แม้ว่ากระบวนการขึ้นรูปจะมีข้อบกพร่องดังกล่าวข้างต้น แต่กระบวนการขึ้นรูปแม่พิมพ์ยังคงครองตำแหน่งที่สำคัญในกระบวนการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิต

1、การเตรียมพร้อม
ทำหน้าที่ของตนให้ดีพรีเพร็กเครื่องมือขึ้นรูปแม่พิมพ์ โดยมีชิ้นงานรองรับการทดสอบเตา และทำความสะอาดแม่พิมพ์ในการใช้งานครั้งสุดท้ายของเรซินที่เหลือ เศษต่างๆ เพื่อให้แม่พิมพ์สะอาดและเรียบเนียน
2、การตัดและวางพรีเพร็ก
จะถูกทำให้เป็นผลิตภัณฑ์จากวัตถุดิบคาร์บอนไฟเบอร์ที่พร้อมพรีเพร็ก หลังจากผ่านการตรวจสอบแล้ว คำนวณพื้นที่ของวัตถุดิบ วัสดุ จำนวนแผ่น ชั้นวัตถุดิบโดยชั้นธูปรวมกัน พร้อมกันนั้นบนซ้อนทับของวัสดุสำหรับแรงดันเบื้องต้น กดให้เป็นรูปร่างปกติ คุณภาพของหน่วยความหนาแน่นจำนวนหนึ่ง
3、การขึ้นรูปและการบ่ม
วางวัตถุดิบที่เรียงซ้อนกันลงในแม่พิมพ์ และปิดแม่พิมพ์ในถุงลมนิรภัยพลาสติกภายในทั้งหมด จากนั้นใส่ทั้งหมดลงในเครื่องขึ้นรูป ถุงลมนิรภัยพลาสติกภายในบวกกับความดันคงที่ อุณหภูมิคงที่ ตั้งเวลาคงที่ เพื่อให้การบ่มคงที่
4、การระบายความร้อนและการถอดแม่พิมพ์
หลังจากที่แรงดันภายนอกแม่พิมพ์ผ่านไประยะหนึ่ง ให้ทำการระบายความร้อนออกก่อนสักระยะหนึ่ง แล้วจึงเปิดแม่พิมพ์ ถอดแม่พิมพ์ออกด้านนอกเพื่อทำความสะอาดแม่พิมพ์
5、การขึ้นรูปชิ้นงาน
หลังจากถอดแม่พิมพ์แล้ว ต้องทำความสะอาดผลิตภัณฑ์ โดยใช้แปรงเหล็กหรือแปรงทองแดงขูดพลาสติกที่เหลือออก แล้วเป่าลมอัดเพื่อขัดผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปแล้ว เพื่อให้พื้นผิวเรียบและสะอาด
6、การทดสอบแบบไม่ทำลายและการตรวจสอบขั้นสุดท้าย
การทดสอบแบบไม่ทำลายและการตรวจสอบขั้นสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ดำเนินการตามข้อกำหนดของเอกสารการออกแบบ

การวิเคราะห์จุดทางเทคนิคของกระบวนการขึ้นรูปพรีเพร็ก

นับตั้งแต่การถือกำเนิดของคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ มันถูกจำกัดด้วยต้นทุนการผลิตและผลกระทบของจังหวะการผลิตเสมอมา และไม่ได้ถูกนำมาใช้ในปริมาณมาก ตัดสินใจเกี่ยวกับต้นทุนการผลิตคาร์บอนไฟเบอร์และจังหวะคือกระบวนการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์กระบวนการขึ้นรูปมีมากมาย เช่น RTM, VARI, ถังอัดร้อน, พรีเพร็กที่บ่มในเตาอบ (OOA) เป็นต้น แต่มีคอขวดอยู่สองประการคือ 1. เวลารอบการขึ้นรูปยาวนาน 2. ราคาแพง (เมื่อเทียบกับโลหะและพลาสติก) การขึ้นรูปด้วยการบีบอัดพรีเพร็กเป็นกระบวนการขึ้นรูปชนิดหนึ่ง สามารถทำการผลิตแบบแบตช์และลดต้นทุนการผลิตได้ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น

กระบวนการขึ้นรูปพรีเพร็กหมายถึงอุณหภูมิและแรงดันในช่วงระยะเวลาหนึ่ง พรีเพร็กจะถูกกระจายเข้าไปในตัวที่ขึ้นรูปไว้ล่วงหน้าโดยการอัดขึ้นรูป ความเร็วในการขึ้นรูปของกระบวนการนี้รวดเร็ว ความต้องการอุปกรณ์นั้นเรียบง่าย ใช้งานง่าย เมื่อเปรียบเทียบกับถังอัดร้อน กระบวนการ VARI และ OOA ผลิตภัณฑ์นั้นยอดเยี่ยมทั้งในด้านคุณภาพที่ปรากฏบนพื้นผิว ความเสถียรของมิติที่ดี และกระบวนการนี้ควบคุมได้ง่าย

▲ผังกระบวนการขึ้นรูปพรีเพร็ก

สี่องค์ประกอบของกระบวนการขึ้นรูป

1. อุณหภูมิและความสม่ำเสมอ: สะท้อนถึงระดับปฏิกิริยาระหว่างเรซินและสารทำให้แข็งตัวและความสม่ำเสมอของตำแหน่งปฏิกิริยา โดยควบคุมคุณภาพของพื้นผิวการขึ้นรูปและระดับการบ่มเป็นหลัก

2. แรงดันและความสม่ำเสมอ: สะท้อนการระบายอากาศและผลการไหลในเรซิน ควบคุมคุณภาพพื้นผิวการขึ้นรูปและคุณสมบัติเชิงกล

3. ความยาวของเวลาการบ่ม: สะท้อนถึงระดับการบ่ม เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการผลิต

4. ความหนาของช่องแม่พิมพ์: สะท้อนถึงความหนาของผลิตภัณฑ์ ตามลักษณะพิเศษของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เอง ออกแบบความหนาของช่องที่เหมาะสม

ความสามารถในการใช้กระบวนการ

พรีเพร็กในเชิงทฤษฎี กระบวนการขึ้นรูปสามารถผลิตโครงสร้างของผลิตภัณฑ์ได้ทุกประเภท โครงสร้างผลิตภัณฑ์หากมีความซับซ้อนเกินไป เช่น หัวเข็มขัดกลับด้าน พื้นที่หน้าแปลนมากเกินไป ส่งผลให้ต้นทุนแม่พิมพ์เพิ่มขึ้นอย่างมาก และเกิดความยุ่งยากในการผลิต ดังนั้น โครงสร้างของชิ้นส่วนที่ซับซ้อนเป็นพิเศษอาจไม่มีความเหมาะสมมากนัก แต่เราสามารถปรับโครงสร้างให้เหมาะสมหรือออกแบบบล็อก + โซลูชันการยึดติดเพื่อผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้

เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง

1. เทคโนโลยีการตัดแบบหลายชั้น: พรีเพร็กหลายชั้นจะถูกตัดในครั้งเดียว พรีเพร็กที่มีมุมต่างกันจะถูกตัดในครั้งเดียวเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในการตัด

2. เทคโนโลยีร้อนเข้า/ร้อนออก: แม่พิมพ์จะได้รับความร้อนโดยตรงจนถึงอุณหภูมิในการบ่ม จากนั้นพรีฟอร์มจะถูกใส่เข้าไปในแม่พิมพ์แล้วกดเป็นรูปร่าง ซึ่งช่วยลดเวลาในการขึ้นรูปและลดการใช้พลังงาน

3. เทคโนโลยีการขึ้นรูปขนาดสุทธิ: ขั้นแรกต้องเจาะรูพรีฟอร์มให้ได้ขนาดสุทธิ จากนั้นจึงใส่ในแม่พิมพ์ขนาดสุทธิเพื่อการบ่ม ทำให้ขั้นตอนการตัดลดลง

ความยากลำบากของกระบวนการ

ความยากลำบากในการออกแบบแม่พิมพ์สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างซับซ้อน: หากมีหัวเข็มขัดกลับหัวและมุมลบจำนวนมากในผลิตภัณฑ์ จะทำให้แม่พิมพ์ผลิตได้ยากขึ้น และในขณะเดียวกัน หลังจากใช้แม่พิมพ์เป็นเวลานาน จะทำให้ความแม่นยำในการประสานงานตำแหน่งของชิ้นส่วนแทรกลดลง ดังนั้น เมื่อออกแบบผลิตภัณฑ์ พยายามหลีกเลี่ยงหัวเข็มขัดกลับหัวหรือมุมลบ

หมายเหตุ: ข้อกำหนดด้านคุณภาพพื้นผิวผลิตภัณฑ์ของชิ้นส่วนที่เคลือบภายนอกนั้นสูงมาก ส่วนที่เป็นวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์มักมีปัญหา เช่น ชิ้นส่วนที่มีพื้นผิวเป็นน้ำค้าง จุดขาว ปัญหาพื้นผิวที่เลอะเทอะ รูพรุนบนพื้นผิว ปัญหากาวขาด เป็นต้น สรุปได้ว่า ตัวแทนการบ่มในพรีเพร็กไม่ได้ผสมกันอย่างสม่ำเสมอหรือปฏิกิริยาไม่สมบูรณ์ อุณหภูมิของแม่พิมพ์ไม่สม่ำเสมอ อุณหภูมิและแรงดันไม่อยู่ในที่ การออกแบบและการประมวลผลแม่พิมพ์ไม่อยู่ในที่ กระบวนการขึ้นรูปไม่ได้รับการควบคุม แม่พิมพ์ตัวแทนปล่อยตอบสนองและอื่นๆ