Phương pháp sản xuất (8) – Nén khuôn
Sợi carbon được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, cơ sở hạ tầng, che chắn điện từ, sản xuất ô tô, khai thác dầu mỏ và các lĩnh vực khác do ưu điểm chống mỏi, chịu nhiệt độ cao, độ bền cao, mô đun cao, độ dẫn điện, khả năng chống bức xạ, hệ số giãn nở nhiệt nhỏ, trọng lượng nhẹ, v.v. Nó có tính linh hoạt cao trong thiết kế và có thể được sản xuất bằng nhiều phương pháp sản xuất khác nhau, bao gồm cuộn dây, ép đùn, phun, xếp chồng bằng tay và đúc. Dưới đây sẽ cho bạn biết thêm chi tiết về một trong những phương pháp sản xuất sản phẩm sợi carbon phổ biến nhất – Nén khuôn.
Các bước của phương pháp sản xuất ép nén:
1. Vị trí Phụ trang nhúng (nếu có)
Các bộ phận nhúng thường được làm bằng kim loại và có thể nâng cao các tính chất cơ học của sản phẩm, chẳng hạn như độ dẫn điện, độ dẫn nhiệt hoặc các đặc tính chức năng khác.
Tốt nhất là làm nóng hạt dao trước khi đặt nó và hạt dao phải được đặt chính xác và ổn định để tránh dịch chuyển hoặc tách rời. Nếu không, không thể đạt được mục đích sử dụng hạt dao và có thể dẫn đến sản phẩm bị loại bỏ và thậm chí làm hỏng khuôn.
2. Đặt vật liệu
Việc đặt vật liệu ảnh hưởng đến kích thước và mật độ của sản phẩm, do đó vật liệu phải được đo lường nghiêm ngặt trước khi đưa vào khuôn bằng phương pháp trọng lượng, phương pháp thể tích và phương pháp đếm.
Phương pháp trọng lượng chính xác nhưng vụng về và thường được sử dụng cho các vật liệu dạng sợi và mảnh. Phương pháp thể tích không chính xác bằng phương pháp trọng lượng, nhưng nó dễ vận hành và thường được sử dụng để đo bột. Phương pháp đếm chỉ được sử dụng để đẻ chuẩn bị.
3. Đóng khuôn
Bế khuôn gồm 2 bước:
1) trước khi khuôn đực tiếp xúc với vật liệu: áp suất thấp (1-5-3.0MPa) được sử dụng để rút ngắn chu kỳ và tránh mọi thay đổi vật liệu
2) sau khi khuôn nam tiếp xúc với vật liệu: nên giảm tốc độ đóng khuôn và sử dụng áp suất cao (15-30MPa) từ từ để tránh làm hỏng miếng chèn và khiến không khí thoát ra khỏi khuôn
4. Bảo dưỡng
Quá trình vật liệu chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái cứng, không hòa tan được gọi là quá trình hóa rắn của nhựa nhiệt rắn. Tốc độ đóng rắn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các thành phần trọng lượng phân tử thấp trong nhựa thành các sản phẩm có trọng lượng phân tử cao, nghĩa là tốc độ đóng rắn có liên quan đến cấu trúc phân tử của nhựa.
5. Duy trì áp suất
Quá trình đóng rắn nhựa trong khuôn luôn ở nhiệt độ cao và áp suất cao, thời gian duy trì áp suất về cơ bản là thời gian duy trì nhiệt độ và áp suất, hoàn toàn phù hợp với tốc độ đóng rắn. Nếu thời gian duy trì áp suất quá ngắn, đồng nghĩa với việc làm nguội và giảm áp suất sớm có thể dẫn đến nhựa đóng rắn không hoàn toàn, làm giảm tính chất cơ điện cũng như khả năng chịu nhiệt của sản phẩm. Đồng thời, sản phẩm sẽ tiếp tục bị co lại và bị cong vênh sau khi tháo dỡ.
6. Đúc khuôn
Các sản phẩm có thanh định hình hoặc một số bộ phận nhúng trước tiên phải được tháo bằng các công cụ chuyên dụng trước khi tháo khuôn.
8. Làm sạch nấm mốc
Cần phải làm sạch khuôn sau mỗi lần sản xuất để tránh các vật liệu còn sót lại trong khuôn. Sau khi làm sạch, chất giải phóng có thể được áp dụng cho lần đúc tiếp theo.
Những ưu điểm chính của việc áp dụng ép nén cho vật liệu composite sợi carbon:
1. Hiệu quả sản xuất cao, dễ đạt được chuyên môn hóa và sản xuất tự động
2. Sản phẩm có độ chính xác kích thước cao và độ lặp lại tốt
3. Bề mặt nhẵn và không cần gia công nhiều
4. Có khả năng tạo hình các sản phẩm có kết cấu phức tạp trong một lần
5. Giá thấp cho sản xuất hàng loạt
Nhược điểm của vật liệu composite sợi carbon đúc:
1. Làm khuôn phức tạp và đầu tư cao
2. Chỉ phù hợp với các sản phẩm composite vừa và nhỏ do trọng lượng khuôn nặng
Với sự cải tiến và phát triển liên tục của công nghệ xử lý kim loại, trình độ sản xuất máy ép và hiệu suất xử lý nhựa tổng hợp, trọng tải và kích thước bàn của máy ép tiếp tục tăng, đồng thời nhiệt độ và áp suất của vật liệu đúc cũng giảm tương đối, dẫn đến sự phát triển dần dần của các sản phẩm đúc có kích thước lớn.
Trong quá trình đúc, cần đặc biệt chú ý đến ba yếu tố nhiệt độ, áp suất và thời gian. Nhiệt độ có tác động quyết định đến quá trình nóng chảy, chảy, đông đặc của vật liệu; Áp lực có thể làm cho các lớp tiền chế sợi carbon liên kết chặt chẽ hơn; Thời gian có thể cho phép đủ thời gian để sản phẩm trong khoang khuôn đông đặc lại.
