Спосіб виробництва (8) – пресування
Вуглецеве волокно широко використовується в аерокосмічній галузі, інфраструктурі, електромагнітному екрануванні, виробництві автомобілів, нафтовидобутку та інших галузях завдяки своїм перевагам стійкості до втоми, стійкості до високих температур, високої міцності, високого модуля, провідності, радіаційної стійкості, малого коефіцієнта теплового розширення, легка вага тощо. Він має високу гнучкість у конструкції та може бути виготовлений різними методами виробництва, включаючи намотування, екструзію, ін’єкцію, ручне укладання та формування. Нижче наведено додаткові відомості про один із найпоширеніших методів виробництва продукції з вуглецевого волокна – пресування.
Етапи способу виробництва компресійного формування:
1. Розміщення вбудованих вставок (якщо є)
Вбудовані деталі, як правило, виготовляються з металу та можуть покращувати механічні властивості виробів, такі як провідність, теплопровідність або інші функціональні характеристики.
Найкраще попередньо нагріти вставку перед її розміщенням, і вставка має бути розміщена точно та стабільно, щоб запобігти зміщенню або від’єднанню. Інакше мета використання вставок не може бути досягнута, і це може призвести до браку продукту та навіть пошкодження форми.
2. Укладання матеріалу
Укладання матеріалу впливає на розмір і щільність виробу, тому матеріал слід строго виміряти перед тим, як покласти у форму, ваговим методом, об’ємним методом і методом підрахунку.
Метод ваги є точним, але незграбним і часто використовується для фрагментованих і волокнистих матеріалів. Об’ємний метод не такий точний, як ваговий, але він простий у використанні і зазвичай використовується для вимірювання порошку. Метод підрахунку використовується лише для укладання препрегу.
3. Закриття форми
Закриття форми складається з 2 етапів:
1) перед контактом зовнішньої форми з матеріалами: використовується низький тиск (1-5-3.0МПа), щоб скоротити цикл і уникнути будь-яких змін матеріалу
2) після контакту зовнішньої форми з матеріалами: швидкість закриття форми повинна бути уповільнена, а високий тиск (15-30 МПа) слід використовувати повільно, щоб уникнути пошкодження вставки та спричинення викиду повітря з форми
4. Затвердіння
Процес переходу матеріалу з рідкого стану в твердий, нерозчинний стан називається твердінням термореактивних смол. Швидкість затвердіння залежить від швидкості, з якою низькомолекулярні компоненти в смолі перетворюються на продукти з високою молекулярною масою, тобто швидкість затвердіння пов'язана з молекулярною структурою смоли.
5. Підтримання тиску
Процес затвердіння смоли у прес-формі завжди відбувається під високою температурою та високим тиском, а час підтримки тиску - це, по суті, час для підтримки температури та тиску, що повністю відповідає швидкості затвердіння. Якщо час підтримки тиску занадто короткий, це означає передчасне охолодження та зниження тиску, що може призвести до неповного затвердіння смоли, зниження механічних і електричних властивостей, а також термостійкості виробу. У той же час виріб продовжуватиме стискатися та деформуватись після виймання з форми.
6. Деформування
Вироби з формувальними стрижнями або певними вбудованими частинами слід спочатку відкрутити спеціальними інструментами перед тим, як виймати з форми.
8. Очищення цвілі
Необхідно очищати форму після кожного виробництва, щоб уникнути будь-яких залишків матеріалів у формі. Після очищення можна нанести антиадгезив для наступного формування.
Основні переваги застосування компресійного формування для композитного матеріалу з вуглецевого волокна:
1. Висока ефективність виробництва, легка спеціалізація та автоматизоване виробництво
2. Продукт має високу точність розмірів і хорошу повторюваність
3. Поверхня гладка і не вимагає додаткової обробки
4. Здатність формувати вироби зі складною структурою за один прийом
5. Ціна низька для масового виробництва
Недоліки формування композитного матеріалу з вуглецевого волокна:
1. Виготовлення форм складне, а інвестиції високі
2. Підходить лише для малих і середніх композитних виробів через велику вагу форми
З безперервним удосконаленням і розвитком технології обробки металу, рівня виробництва пресів і продуктивності процесу синтетичної смоли, тоннаж і розмір столу преса продовжують збільшуватися, а температура формування і тиск формувального матеріалу також відносно знижуються, що призводить до поступовий розвиток великогабаритних формованих виробів.
Під час процесу формування особливу увагу слід приділяти трьом факторам: температурі, тиску та часу. Температура має вирішальний вплив на плавлення, текучість і твердіння матеріалів; Тиск може зробити шари препрегу вуглецевого волокна міцнішим; Час може дати достатньо часу для затвердіння продукту в порожнині форми.
