กระบวนการขึ้นรูปแบบเรซิน (RTM) เป็นกระบวนการขึ้นรูปแบบของเหลวโดยทั่วไปสำหรับวัสดุคอมโพสิตที่มีเรซินเสริมเส้นใย ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วย:
(1) ออกแบบเส้นใยพรีฟอร์มตามรูปร่างและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเชิงกลของส่วนประกอบที่ต้องการ
(2) วางไฟเบอร์พรีฟอร์มที่ออกแบบไว้ล่วงหน้าลงในแม่พิมพ์ ปิดแม่พิมพ์แล้วบีบอัดเพื่อให้ได้สัดส่วนปริมาตรที่สอดคล้องกันของไฟเบอร์พรีฟอร์ม
(3) ภายใต้อุปกรณ์ฉีดพิเศษ ให้ฉีดเรซินเข้าไปในแม่พิมพ์ที่ความดันและอุณหภูมิที่แน่นอนเพื่อกำจัดอากาศและจุ่มลงในพรีฟอร์มของเส้นใย
(4) หลังจากที่ไฟเบอร์พรีฟอร์มถูกแช่อยู่ในเรซินอย่างสมบูรณ์ ปฏิกิริยาการบ่มจะดำเนินการที่อุณหภูมิหนึ่งจนกว่าปฏิกิริยาการบ่มจะเสร็จสิ้น และผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะถูกนำออกมา
ความดันการถ่ายโอนของเรซินเป็นพารามิเตอร์หลักที่ควรได้รับการควบคุมในกระบวนการ RTMแรงดันนี้ใช้เพื่อเอาชนะความต้านทานที่เกิดขึ้นระหว่างการฉีดเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์และการแช่วัสดุเสริมแรงเวลาที่เรซินในการส่งเสร็จสมบูรณ์นั้นสัมพันธ์กับความดันและอุณหภูมิของระบบ และช่วงเวลาสั้นๆ ก็สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตได้แต่หากอัตราการไหลของเรซินสูงเกินไป กาวจะไม่สามารถเจาะวัสดุเสริมแรงได้ทันเวลา และอาจเกิดอุบัติเหตุได้เนื่องจากแรงดันของระบบเพิ่มขึ้นดังนั้น โดยทั่วไประดับของเหลวของเรซินที่เข้าสู่แม่พิมพ์ในระหว่างกระบวนการถ่ายโอนไม่ควรเพิ่มขึ้นเร็วกว่า 25 มม./นาทีตรวจสอบกระบวนการถ่ายโอนเรซินโดยสังเกตช่องระบายโดยปกติจะสันนิษฐานว่ากระบวนการถ่ายโอนจะเสร็จสมบูรณ์เมื่อช่องสังเกตทั้งหมดบนแม่พิมพ์มีกาวล้นและไม่ปล่อยฟองอีกต่อไป และปริมาณเรซินจริงที่เติมโดยพื้นฐานแล้วจะเท่ากับปริมาณเรซินที่คาดไว้ดังนั้นควรพิจารณาการตั้งค่าช่องระบายไอเสียอย่างรอบคอบ
การเลือกเรซิน
การเลือกระบบเรซินเป็นกุญแจสำคัญในกระบวนการ RTMความหนืดที่เหมาะสมที่สุดคือ 0.025-0.03Pa • s เมื่อเรซินถูกปล่อยเข้าไปในโพรงแม่พิมพ์และแทรกซึมเข้าไปในเส้นใยอย่างรวดเร็วเรซินโพลีเอสเตอร์มีความหนืดต่ำและสามารถทำได้โดยการฉีดเย็นที่อุณหภูมิห้องอย่างไรก็ตาม เนื่องจากข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกันของผลิตภัณฑ์ เรซินประเภทต่างๆ จะถูกเลือกและความหนืดจะไม่เท่ากันดังนั้นขนาดของท่อและหัวฉีดจึงควรได้รับการออกแบบให้ตรงตามข้อกำหนดการไหลของส่วนประกอบพิเศษที่เหมาะสมเรซินที่เหมาะสำหรับกระบวนการ RTM ได้แก่ เรซินโพลีเอสเตอร์, อีพอกซีเรซิน, เรซินฟีนอล, เรซินโพลีอิไมด์ ฯลฯ
การเลือกใช้วัสดุเสริมแรง
ในกระบวนการ RTM สามารถเลือกวัสดุเสริมแรงได้ เช่น ใยแก้ว เส้นใยกราไฟท์ คาร์บอนไฟเบอร์ ซิลิคอนคาร์ไบด์ และเส้นใยอะรามิดสามารถเลือกพันธุ์ได้ตามความต้องการในการออกแบบ รวมถึงเส้นใยตัดสั้น ผ้าทิศทางเดียว ผ้าหลายแกน การทอผ้า การถัก วัสดุหลัก หรือพรีฟอร์ม
จากมุมมองของประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ ชิ้นส่วนที่ผลิตโดยกระบวนการนี้มีสัดส่วนปริมาณเส้นใยสูง และสามารถออกแบบด้วยการเสริมเส้นใยเฉพาะที่ตามรูปร่างเฉพาะของชิ้นส่วน ซึ่งเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์จากมุมมองของต้นทุนการผลิต 70% ของต้นทุนส่วนประกอบคอมโพสิตมาจากต้นทุนการผลิตดังนั้นวิธีการลดต้นทุนการผลิตจึงเป็นประเด็นสำคัญที่ต้องแก้ไขอย่างเร่งด่วนในการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตเมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีถังอัดร้อนแบบดั้งเดิมสำหรับการผลิตวัสดุคอมโพสิตที่ทำจากเรซิน กระบวนการ RTM ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวถังที่มีราคาแพง ซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมากนอกจากนี้ ชิ้นส่วนที่ผลิตโดยกระบวนการ RTM ไม่ได้ถูกจำกัดด้วยขนาดถัง และช่วงขนาดของชิ้นส่วนค่อนข้างยืดหยุ่น ซึ่งสามารถผลิตส่วนประกอบคอมโพสิตขนาดใหญ่และมีประสิทธิภาพสูงได้โดยรวมแล้ว กระบวนการ RTM ได้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางและพัฒนาอย่างรวดเร็วในด้านการผลิตวัสดุคอมโพสิต และจะกลายเป็นกระบวนการหลักในการผลิตวัสดุคอมโพสิต
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผลิตภัณฑ์วัสดุคอมโพสิตในอุตสาหกรรมการผลิตการบินและอวกาศได้ค่อยๆ เปลี่ยนจากส่วนประกอบที่ไม่รับน้ำหนักและส่วนประกอบขนาดเล็ก มาเป็นส่วนประกอบรับน้ำหนักหลักและส่วนประกอบแบบรวมขนาดใหญ่มีความต้องการเร่งด่วนสำหรับการผลิตวัสดุคอมโพสิตขนาดใหญ่และประสิทธิภาพสูงดังนั้น กระบวนการต่างๆ เช่น การขึ้นรูปแบบเรซินช่วยด้วยสุญญากาศ (VA-RTM) และการขึ้นรูปแบบการขึ้นรูปแบบเรซินเบา (L-RTM) จึงได้รับการพัฒนา
กระบวนการขึ้นรูปแบบเรซินช่วยสุญญากาศ กระบวนการ VA-RTM
กระบวนการขึ้นรูปแบบเรซินด้วยความช่วยเหลือของสุญญากาศ VA-RTM เป็นเทคโนโลยีกระบวนการที่ได้มาจากกระบวนการ RTM แบบดั้งเดิมกระบวนการหลักของกระบวนการนี้คือการใช้ปั๊มสุญญากาศและอุปกรณ์อื่น ๆ เพื่อดูดฝุ่นด้านในของแม่พิมพ์ซึ่งเป็นที่ตั้งของเส้นใยพรีฟอร์ม เพื่อให้เรซินถูกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์ภายใต้การกระทำของแรงดันลบสุญญากาศ บรรลุกระบวนการแทรกซึมของ เส้นใยที่ขึ้นรูปล่วงหน้า และสุดท้ายก็แข็งตัวและขึ้นรูปภายในแม่พิมพ์เพื่อให้ได้สัดส่วนรูปร่างและปริมาตรเส้นใยที่ต้องการของชิ้นส่วนวัสดุคอมโพสิต
เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยี RTM แบบดั้งเดิม เทคโนโลยี VA-RTM ใช้การปั๊มสุญญากาศภายในแม่พิมพ์ ซึ่งสามารถลดแรงดันการฉีดภายในแม่พิมพ์ และลดการเสียรูปของแม่พิมพ์และผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปด้วยเส้นใยได้อย่างมาก จึงลดความต้องการด้านประสิทธิภาพของกระบวนการสำหรับอุปกรณ์และแม่พิมพ์ได้อย่างมาก .นอกจากนี้ยังช่วยให้เทคโนโลยี RTM ใช้แม่พิมพ์ที่เบากว่า ซึ่งเป็นประโยชน์ในการลดต้นทุนการผลิตดังนั้นเทคโนโลยีนี้จึงเหมาะสมกว่าสำหรับการผลิตชิ้นส่วนคอมโพสิตขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น แผ่นคอมโพสิตโฟมแซนด์วิชเป็นหนึ่งในส่วนประกอบขนาดใหญ่ที่ใช้กันทั่วไปในสาขาการบินและอวกาศ
โดยรวมแล้ว กระบวนการ VA-RTM มีความเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการเตรียมส่วนประกอบคอมโพสิตการบินและอวกาศขนาดใหญ่และมีประสิทธิภาพสูงอย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ยังคงเป็นแบบกึ่งเครื่องจักรในประเทศจีน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตผลิตภัณฑ์ต่ำนอกจากนี้ การออกแบบพารามิเตอร์กระบวนการส่วนใหญ่อาศัยประสบการณ์ และการออกแบบที่ชาญฉลาดยังไม่บรรลุผลสำเร็จ ทำให้การควบคุมคุณภาพของผลิตภัณฑ์อย่างแม่นยำทำได้ยากในเวลาเดียวกัน การศึกษาจำนวนมากได้ชี้ให้เห็นว่าการไล่ระดับความดันสามารถสร้างขึ้นได้ง่ายในทิศทางของการไหลของเรซินในระหว่างกระบวนการนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ถุงสูญญากาศ จะมีการผ่อนคลายความดันในระดับหนึ่งที่ด้านหน้าของการไหลของเรซิน ซึ่งจะ ส่งผลต่อการแทรกซึมของเรซิน ทำให้เกิดฟองอากาศภายในชิ้นงาน และลดคุณสมบัติทางกลของผลิตภัณฑ์ในเวลาเดียวกัน การกระจายแรงกดที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้เกิดการกระจายความหนาที่ไม่สม่ำเสมอของชิ้นงาน ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพรูปลักษณ์ของชิ้นงานขั้นสุดท้าย นี่เป็นความท้าทายทางเทคนิคที่เทคโนโลยียังคงต้องแก้ไข
กระบวนการขึ้นรูปแบบถ่ายโอนเรซินแบบเบา กระบวนการ L-RTM
กระบวนการ L-RTM สำหรับการขึ้นรูปแบบเรซินน้ำหนักเบาเป็นเทคโนโลยีรูปแบบใหม่ที่พัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของเทคโนโลยีกระบวนการ VA-RTM แบบดั้งเดิมดังที่แสดงในภาพ คุณสมบัติหลักของเทคโนโลยีกระบวนการนี้คือ แม่พิมพ์ด้านล่างใช้แม่พิมพ์โลหะหรือแม่พิมพ์แข็งอื่นๆ และแม่พิมพ์ด้านบนใช้แม่พิมพ์น้ำหนักเบากึ่งแข็งภายในของแม่พิมพ์ได้รับการออกแบบให้มีโครงสร้างการปิดผนึกสองชั้น และแม่พิมพ์ส่วนบนได้รับการแก้ไขภายนอกด้วยสุญญากาศ ในขณะที่ภายในใช้สุญญากาศเพื่อแนะนำเรซินเนื่องจากการใช้แม่พิมพ์กึ่งแข็งในแม่พิมพ์ด้านบนของกระบวนการนี้ และสภาวะสุญญากาศภายในแม่พิมพ์ ความดันภายในแม่พิมพ์และต้นทุนการผลิตของแม่พิมพ์จึงลดลงอย่างมากเทคโนโลยีนี้สามารถผลิตชิ้นส่วนคอมโพสิตขนาดใหญ่ได้เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการ VA-RTM แบบดั้งเดิม ความหนาของชิ้นส่วนที่ได้จากกระบวนการนี้มีความสม่ำเสมอมากกว่า และคุณภาพของพื้นผิวด้านบนและด้านล่างก็เหนือกว่าในเวลาเดียวกัน การใช้วัสดุกึ่งแข็งในแม่พิมพ์ส่วนบนสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เทคโนโลยีนี้หลีกเลี่ยงการเสียถุงสูญญากาศในกระบวนการ VA-RTM ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตชิ้นส่วนคอมโพสิตด้านการบินและอวกาศที่มีข้อกำหนดคุณภาพพื้นผิวสูง
อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการผลิตจริง ยังคงมีปัญหาทางเทคนิคบางประการในกระบวนการนี้:
(1) เนื่องจากการใช้วัสดุกึ่งแข็งในแม่พิมพ์ด้านบน ความแข็งแกร่งที่ไม่เพียงพอของวัสดุสามารถนำไปสู่การยุบตัวได้ง่ายในระหว่างกระบวนการแม่พิมพ์คงที่แบบสุญญากาศ ส่งผลให้ชิ้นงานมีความหนาไม่เท่ากันและส่งผลต่อคุณภาพพื้นผิวในเวลาเดียวกัน ความแข็งแกร่งของแม่พิมพ์ยังส่งผลต่ออายุการใช้งานของแม่พิมพ์ด้วยวิธีการเลือกวัสดุกึ่งแข็งที่เหมาะสมเนื่องจากแม่พิมพ์สำหรับ L-RTM เป็นหนึ่งในปัญหาทางเทคนิคในการใช้งานกระบวนการนี้
(2) เนื่องจากการใช้ปั๊มสุญญากาศภายในแม่พิมพ์เทคโนโลยีกระบวนการ L-RTM การปิดผนึกของแม่พิมพ์มีบทบาทสำคัญในการทำให้กระบวนการดำเนินไปอย่างราบรื่นการปิดผนึกที่ไม่เพียงพออาจทำให้เรซินแทรกซึมภายในชิ้นงานไม่เพียงพอ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานดังนั้นเทคโนโลยีการปิดผนึกแม่พิมพ์จึงเป็นหนึ่งในปัญหาทางเทคนิคในการใช้กระบวนการนี้
(3) เรซินที่ใช้ในกระบวนการ L-RTM ควรรักษาความหนืดต่ำในระหว่างกระบวนการเติม เพื่อลดแรงดันในการฉีดและปรับปรุงอายุการใช้งานของแม่พิมพ์การพัฒนาเมทริกซ์เรซินที่เหมาะสมเป็นหนึ่งในปัญหาทางเทคนิคในการใช้งานกระบวนการนี้
(4) ในกระบวนการ L-RTM โดยปกติจำเป็นต้องออกแบบช่องการไหลบนแม่พิมพ์เพื่อส่งเสริมการไหลของเรซินที่สม่ำเสมอหากการออกแบบช่องทางการไหลไม่สมเหตุสมผล อาจทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น จุดแห้งและจาระบีเข้มข้นในชิ้นส่วน ซึ่งส่งผลกระทบร้ายแรงต่อคุณภาพขั้นสุดท้ายของชิ้นส่วนโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนสามมิติที่ซับซ้อน การออกแบบช่องการไหลของแม่พิมพ์อย่างสมเหตุสมผลก็เป็นหนึ่งในปัญหาทางเทคนิคในการใช้งานกระบวนการนี้
เวลาโพสต์: 18 มกราคม 2024
