Ảnh hưởng của quá trình đúc nén đến chất lượng sản phẩm sợi carbon
Trong số các kỹ thuật chế tạo khác nhau cho các sản phẩm sợi carbon, chẳng hạn như cuộn dây tóc và ép đùn, đúc nén nổi bật là phương pháp được ưa chuộng cho nhiều bộ phận cơ khí. Quá trình này bao gồm việc xử lý các vật liệu đã được ngâm tẩm trước trong khuôn ở nhiệt độ cụ thể, cho phép hỗn hợp sợi carbon hình thành trước khi thành phẩm được lấy ra. Việc đảm bảo chất lượng của các sản phẩm sợi carbon trong đúc nén bao gồm việc xem xét tỉ mỉ một số yếu tố, bao gồm prereg, máy ép, khuôn mẫu, điều kiện môi trường xung quanh, nhiệt độ và độ ẩm. Điểm mấu chốt của quá trình nằm ở việc xử lý prereg trong khoang khuôn, là kết quả của sự tương tác giữa áp suất, nhiệt độ và thời gian dừng. Dưới đây là một cái nhìn sâu sắc về áp suất, nhiệt độ, thời gian và chất bay hơi ảnh hưởng đến quá trình đúc nén.
Những cân nhắc về chất lượng trong quá trình đúc nén các sản phẩm sợi carbon:
1. Thời gian đúc
Thời gian đúc nén bị ảnh hưởng bởi loại prereg, hàm lượng dễ bay hơi, hình dạng sản phẩm, độ dày, thiết kế khuôn, nhiệt độ đúc và áp suất. Độ dài của thời gian đúc ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của sản phẩm. Thời gian đúc không đủ có thể dẫn đến quá trình đóng rắn không hoàn toàn, dẫn đến các đặc tính cơ lý kém, độ hoàn thiện bề mặt kém và dễ bị biến dạng. Kéo dài thời gian đúc có thể làm giảm độ co ngót và biến dạng, nhưng thời gian quá mức có thể gây ra hiện tượng đông cứng quá mức, làm tăng ứng suất bên trong sản phẩm. Việc lựa chọn thời gian đúc tối ưu là rất quan trọng.
2. Nội dung dễ biến động
Hàm lượng dễ bay hơi trong quá trình đúc nén ảnh hưởng lớn đến khả năng chảy của prereg. Hàm lượng dễ bay hơi cao có thể dẫn đến khả năng chảy quá mức, gây mất nhựa, hình thành bong bóng và giảm độ bóng bề mặt. Mặt khác, hàm lượng chất dễ bay hơi thấp có thể cản trở khả năng chảy của prereg, làm phức tạp việc hình thành các sản phẩm composite.
3. Áp suất đúc
Áp suất tạo điều kiện thuận lợi cho dòng prereg trong khoang khuôn, tăng mật độ và chống lại áp suất tạo ra do giải phóng các chất có trọng lượng phân tử thấp trong quá trình trùng hợp nhựa, ngăn ngừa sự trương nở và tách lớp. Nó cũng đảm bảo rằng khuôn được đóng đúng cách, duy trì kích thước của sản phẩm và ngăn ngừa biến dạng trong quá trình làm mát.
Áp suất đúc yêu cầu phụ thuộc vào loại prereg, hình dạng sản phẩm và tình trạng prereg. Nếu prereg có khả năng chảy thấp, tốc độ đóng rắn nhanh và tỷ lệ nén cao thì cần phải có áp suất lớn hơn; nếu không thì cần ít áp lực hơn. Trong quá trình đúc nén, nhiệt độ và áp suất có mối liên hệ với nhau. Việc tăng nhiệt độ khuôn có thể nâng cao khả năng chảy của prereg và việc giảm áp suất đúc trong giai đoạn đầu có thể đạt được kết quả mong muốn.
4. Nhiệt độ
Tốc độ phản ứng dòng chảy, làm đầy và đóng rắn của prereg trong quá trình đúc nén có liên quan mật thiết đến nhiệt độ, nhiệt độ đóng vai trò then chốt trong quá trình này. Nó ảnh hưởng đến mức độ liên kết ngang của nhựa và nói rộng ra là hiệu suất cuối cùng của sản phẩm tổng hợp.
Bằng chứng thực nghiệm cho thấy rằng việc tăng nhiệt độ khuôn có thể đẩy nhanh tốc độ đóng rắn và giảm thời gian đóng rắn. Tuy nhiên, nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến quá trình đóng rắn nhanh, làm giảm nhanh khả năng chảy của prereg và dẫn đến điền đầy không hoàn toàn, đặc biệt ở các sản phẩm composite lớn, thành mỏng và hình dạng phức tạp. Khi lớp bên ngoài xử lý nhanh hơn nhiều so với lớp bên trong, việc loại bỏ các chất dễ bay hơi trở nên khó khăn hơn, có thể làm suy giảm các tính chất cơ lý của sản phẩm và dẫn đến các khuyết tật và biến dạng. Ngược lại, nhiệt độ đóng rắn thấp dẫn đến việc đóng rắn chậm và đóng rắn không đầy đủ.
Bốn yếu tố này là tối quan trọng trong quá trình đúc nén của vật liệu composite sợi carbon. Với quy trình được thực hiện tốt, hiệu suất cơ học của các sản phẩm composite sợi carbon được nâng cao đáng kể, đó là lý do chính cho việc ứng dụng rộng rãi sợi carbon trong các ngành công nghiệp khác nhau.
