Metoda produkcji (8) – Formowanie tłoczne
Włókno węglowe jest szeroko stosowane w lotnictwie, infrastrukturze, ekranowaniu elektromagnetycznym, produkcji samochodów, eksploatacji ropy naftowej i innych dziedzinach ze względu na zalety odporności na zmęczenie, odporność na wysoką temperaturę, wysoką wytrzymałość, wysoki moduł, przewodność, odporność na promieniowanie, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej, lekki itp. Ma dużą elastyczność w projektowaniu i może być wytwarzany różnymi metodami produkcji, w tym nawijaniem, wytłaczaniem, wtryskiem, układaniem ręcznym i formowaniem. Poniżej przedstawimy więcej szczegółów dotyczących jednej z najczęstszych metod produkcji produktów z włókna węglowego – formowania tłocznego.
Etapy metody produkcji formowania tłocznego:
1. Umieszczenie wkładek osadzonych (jeśli występują)
Części osadzone są zazwyczaj wykonane z metalu i mogą poprawiać właściwości mechaniczne produktów, takie jak przewodność, przewodność cieplna lub inne właściwości funkcjonalne.
Najlepiej podgrzać wkładkę przed jej założeniem, a wkładkę należy umieścić dokładnie i stabilnie, aby zapobiec przemieszczeniu lub odłączeniu. W przeciwnym razie cel stosowania wkładek nie zostanie osiągnięty, a może dojść do złomowania produktu, a nawet uszkodzenia formy.
2. Układanie materiału
Ułożenie materiału wpływa na wielkość i gęstość wyrobu, dlatego przed włożeniem do formy materiał należy dokładnie zmierzyć metodą wagową, objętościową oraz metodą liczenia.
Metoda wagowa jest dokładna, ale niezgrabna i jest często stosowana w przypadku materiałów rozdrobnionych i włóknistych. Metoda wolumetryczna nie jest tak dokładna jak metoda wagowa, ale jest łatwa w obsłudze i jest powszechnie stosowana do pomiaru proszków. Metodę liczenia stosuje się wyłącznie do układania prepregów.
3. Zamknięcie formy
Zamknięcie formy składa się z 2 etapów:
1) zanim forma męska zetknie się z materiałami: niskie ciśnienie (1-5-3.0 MPa) jest stosowane w celu skrócenia cyklu i uniknięcia jakiejkolwiek zmiany materiału
2) po zetknięciu się formy męskiej z materiałami: należy zwolnić prędkość zamykania formy i powoli stosować wysokie ciśnienie (15-30}MPa), aby nie uszkodzić wkładki i nie spowodować odpowietrzenia formy
4. Utwardzanie
Proces przejścia materiału ze stanu płynnego w stan twardy, nierozpuszczalny nazywany jest krzepnięciem żywic termoutwardzalnych. Szybkość utwardzania zależy od szybkości, z jaką składniki żywicy o niskiej masie cząsteczkowej przekształcają się w produkty o wysokiej masie cząsteczkowej, to znaczy szybkość utwardzania jest związana ze strukturą cząsteczkową żywicy.
5. Utrzymanie ciśnienia
Proces utwardzania żywicy w formie odbywa się zawsze w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem, a czas utrzymywania ciśnienia to zasadniczo czas utrzymania temperatury i ciśnienia, co jest całkowicie zgodne z szybkością utwardzania. Jeśli czas utrzymywania ciśnienia jest zbyt krótki, oznacza to przedwczesne schłodzenie i spadek ciśnienia, co może prowadzić do niepełnego utwardzenia żywicy, obniżenia właściwości mechanicznych i elektrycznych oraz odporności cieplnej produktu. Jednocześnie produkt będzie się kurczył i wypaczał po wyjęciu z formy.
6. Rozbiórka
Produkty z prętami formującymi lub niektórymi osadzonymi częściami należy najpierw odkręcić za pomocą specjalistycznych narzędzi przed wyjęciem z formy.
8. Czyszczenie form
Konieczne jest wyczyszczenie formy po każdej produkcji, aby uniknąć pozostałości materiałów w formie. Po oczyszczeniu można zastosować środek antyadhezyjny do następnego formowania.
Główne zalety przyjęcia formowania tłocznego dla materiału kompozytowego z włókna węglowego:
1. Wysoka wydajność produkcji, łatwa do osiągnięcia specjalizacja i zautomatyzowana produkcja
2. Produkt ma wysoką dokładność wymiarową i dobrą powtarzalność
3. Powierzchnia jest gładka i nie wymaga dużej obróbki końcowej
4. Możliwość formowania produktów o złożonej strukturze za jednym razem
5. Cena jest niska dla masowej produkcji
Wady formowania materiałów kompozytowych z włókna węglowego:
1. Produkcja form jest złożona, a inwestycje wysokie
2. Nadaje się tylko do małych i średnich produktów kompozytowych ze względu na dużą masę formy
Wraz z ciągłym doskonaleniem i rozwojem technologii obróbki metali, poziomu produkcji pras i wydajności procesu żywicy syntetycznej, tonaż i rozmiar stołu prasy nadal rosną, a temperatura formowania i ciśnienie materiału do formowania są również stosunkowo zmniejszone, co prowadzi do stopniowy rozwój formowanych produktów wielkogabarytowych.
Podczas procesu formowania należy zwrócić szczególną uwagę na trzy czynniki: temperaturę, ciśnienie i czas. Temperatura ma decydujący wpływ na topienie, płynięcie i krzepnięcie materiałów; Nacisk może sprawić, że warstwy prepregu z włókna węglowego będą się ściślej wiązać; Czas może dać wystarczająco dużo czasu na zestalenie się produktu we wnęce formy.
