Metoda proizvodnje (8) – kompresijsko kalupljenje
Ugljična vlakna naširoko se koriste u zrakoplovstvu, infrastrukturi, elektromagnetskoj zaštiti, proizvodnji automobila, eksploataciji nafte i drugim poljima zbog svojih prednosti otpornosti na zamor, otpornosti na visoke temperature, visoke čvrstoće, visokog modula, vodljivosti, otpornosti na zračenje, malog koeficijenta toplinskog širenja, mala težina, itd. Ima visoku fleksibilnost u dizajnu i može se proizvoditi različitim proizvodnim metodama, uključujući namatanje, ekstruziju, ubrizgavanje, ručno postavljanje i kalupljenje. Dolje će vam pokazati više detalja o jednoj od najčešćih metoda proizvodnje proizvoda od karbonskih vlakana – kompresijskom kalupljenju.
Koraci metode proizvodnje kompresijskog kalupa:
1. Položaj ugrađenih umetaka (ako ih ima)
Ugrađeni dijelovi općenito su izrađeni od metala i mogu poboljšati mehanička svojstva proizvoda, poput vodljivosti, toplinske vodljivosti ili drugih funkcionalnih karakteristika.
Najbolje je prethodno zagrijati umetak prije postavljanja, a umetak treba postaviti točno i stabilno kako bi se spriječilo pomicanje ili odvajanje. U protivnom se ne može postići svrha korištenja umetaka, a to može dovesti do otpadanja proizvoda, pa čak i do oštećenja kalupa.
2. Polaganje materijala
Polaganje materijala utječe na veličinu i gustoću proizvoda, stoga materijal treba strogo izmjeriti prije stavljanja u kalup metodom težine, volumetrijskom metodom i metodom brojanja.
Metoda težine je točna, ali nespretna i često se koristi za fragmentirane i vlaknaste materijale. Volumetrijska metoda nije točna kao metoda težine, ali je jednostavna za rukovanje i općenito se koristi za mjerenje praha. Metoda brojanja koristi se samo za polaganje preprega.
3. Zatvaranje kalupa
Zatvaranje kalupa sastoji se od 2 koraka:
1) prije nego što muški kalup dođe u kontakt s materijalima: nizak tlak (1-5-3.0MPa) koristi se za skraćivanje ciklusa i izbjegavanje bilo kakve promjene materijala
2) nakon što muški kalup dođe u kontakt s materijalima: brzinu zatvaranja kalupa treba usporiti, a visoki tlak (15-30MPa) treba koristiti polako kako bi se izbjeglo oštećivanje umetka i izazivanje ispuštanja zraka iz kalupa
4. Stvrdnjavanje
Proces prelaska materijala iz tekućeg stanja u tvrdo, netopivo stanje naziva se skrućivanje termoreaktivnih smola. Brzina stvrdnjavanja ovisi o brzini kojom se komponente niske molekularne težine u smoli pretvaraju u proizvode visoke molekularne težine, to jest, brzina stvrdnjavanja je povezana s molekularnom strukturom smole.
5. Održavanje tlaka
Proces stvrdnjavanja smole u kalupu uvijek je pod visokom temperaturom i visokim tlakom, a vrijeme održavanja tlaka je u biti vrijeme održavanja temperature i tlaka, što je u potpunosti u skladu s brzinom stvrdnjavanja. Ako je vrijeme održavanja tlaka prekratko, što znači prerano hlađenje i smanjenje tlaka koji mogu dovesti do nepotpunog stvrdnjavanja smole, smanjujući mehanička i električna svojstva kao i toplinsku otpornost proizvoda. U isto vrijeme, proizvod će se nastaviti skupljati i savijati nakon vađenja iz kalupa.
6. Vađenje iz kalupa
Proizvode sa šipkama za oblikovanje ili određenim ugrađenim dijelovima prvo treba odvrnuti specijaliziranim alatima prije vađenja iz kalupa.
8. Čišćenje plijesni
Potrebno je očistiti kalup nakon svake proizvodnje kako bi se izbjegli zaostali materijali u kalupu. Nakon čišćenja, sredstvo za odvajanje može se nanijeti za sljedeći kalup.
Glavne prednosti usvajanja kompresijskog kalupljenja za kompozitni materijal od ugljičnih vlakana:
1. Visoka proizvodna učinkovitost, lako postizanje specijalizacije i automatizirana proizvodnja
2. Proizvod ima visoku dimenzijsku točnost i dobru ponovljivost
3. Površina je glatka i ne zahtijeva mnogo naknadne obrade
4. Sposobnost oblikovanja proizvoda složene strukture u jednom potezu
5. Cijena je niska za masovnu proizvodnju
Nedostaci oblikovanja kompozitnog materijala od karbonskih vlakana:
1. Izrada kalupa je složena i ulaganje je visoko
2. Prikladno samo za male i srednje kompozitne proizvode zbog velike težine kalupa
Uz kontinuirano poboljšanje i razvoj tehnologije obrade metala, razine proizvodnje preše i performansi procesa sintetičke smole, tonaža i veličina stola preše nastavljaju se povećavati, a temperatura kalupljenja i tlak materijala za kalupljenje također su relativno smanjeni, što dovodi do postupni razvoj lijevanih proizvoda velikih dimenzija.
Tijekom procesa kalupljenja posebnu pozornost treba obratiti na tri čimbenika temperaturu, tlak i vrijeme. Temperatura ima presudan utjecaj na taljenje, tečenje i skrućivanje materijala; Pritisak može učiniti slojeve prepreg karbonskih vlakana čvršćim; Vrijeme može omogućiti dovoljno vremena da se proizvod u šupljini kalupa skrutne.
