Trong những năm gần đây, nhu cầu về vật liệu composite nhẹ, mạnh và bền đã tăng mạnh trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô, biển và năng lượng tái tạo. Những vật liệu này kết hợp sức mạnh của các sợi như carbon hoặc thủy tinh với khả năng phục hồi của ma trận nhựa, tạo ra các sản phẩm vượt trội so với các kim loại truyền thống theo tỷ lệ trọng lượng-cường độ và khả năng chống ăn mòn.
Một trong những phương pháp sản xuất hiệu quả nhất để sản xuất các bộ phận tổng hợp chất lượng cao là đúc chuyển nhựa hỗ trợ chân không (VARTM). VARTM cung cấp một quy trình tiết kiệm chi phí, có thể mở rộng và thân thiện với môi trường để chế tạo các cấu trúc tổng hợp phức tạp. Nó nổi bật như một phương pháp cân bằng chất lượng, năng suất và tính khả thi về kinh tế, đặc biệt là đối với các bộ phận lớn hoặc phức tạp.
Bài viết này cung cấp một hướng dẫn toàn diện, từng bước để hiểu và thực hiện VARTM , giúp các kỹ sư, nhà sản xuất và sinh viên nắm bắt cách thức hoạt động của quá trình này và lý do tại sao nó lý tưởng cho sản xuất tổng hợp hiệu suất cao.
Việc đúc chuyển nhựa hỗ trợ chân không là gì?
VARTM là một kỹ thuật sản xuất composite đúc kín, sử dụng áp lực chân không để truyền nhựa vào cốt thép khô được đặt bên trong khuôn. Không giống như các quá trình đúc mở truyền thống, có thể đưa nhựa vào không khí và tạo ra các khuyết tật, VARTM đảm bảo thâm nhập nhựa kỹ lưỡng, giảm các khoảng trống và cải thiện tính chất cơ học.
Nguyên tắc cơ bản rất đơn giản: sợi khô được đặt vào khuôn, sau đó được niêm phong bằng túi chân không. Khi một khoảng trống được áp dụng, nhựa được hút qua các sợi, làm bão hòa chúng hoàn toàn. Phần chữa khỏi trong môi trường được kiểm soát này, dẫn đến cấu trúc tổng hợp mạnh, nhẹ.
Tại sao chọn VARTM?
Trước khi đi sâu vào quá trình, đáng để hiểu những lợi ích chính làm cho VARTM trở nên phổ biến:
Hiệu quả chi phí : Yêu cầu dụng cụ và thiết bị ít tốn kém hơn so với nồi hấp hoặc đúc nhựa áp suất cao.
Chất lượng được cải thiện : Truyền chân không làm giảm túi khí và các vùng giàu nhựa, dẫn đến sức mạnh cơ học phù hợp.
Tính linh hoạt : Thích hợp cho các bộ phận nhỏ đến lớn và hình dạng phức tạp.
An toàn môi trường : Giảm khí thải hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) do thiết lập khuôn kín.
Hiệu quả năng lượng : Thường có thể chữa khỏi ở nhiệt độ phòng hoặc với hệ thống sưởi tối thiểu, giảm chi phí năng lượng.
Bước 1: Chuẩn bị khuôn
Quá trình bắt đầu bằng việc chuẩn bị khuôn, xác định hình dạng cuối cùng của phần tổng hợp. Khuôn phải sạch sẽ, không có bụi hoặc mảnh vụn, và được phủ một chất phát hành. Tác nhân phát hành này ngăn chặn composite được chữa khỏi dính, cho phép loại bỏ dễ dàng mà không bị hư hại.
Các khuôn được sử dụng trong VARTM có thể được làm từ các vật liệu như nhôm, sợi thủy tinh hoặc bảng dụng cụ tổng hợp, tùy thuộc vào quy mô sản xuất và độ phức tạp. Chất lượng bề mặt của khuôn ảnh hưởng trực tiếp đến sự xuất hiện của phần cuối cùng.
Bước 2: Lay-up các gia cố sợi khô
Một khi khuôn đã sẵn sàng, các lớp quân tiếp viện sợi khô được đặt cẩn thận bên trong. Quân tiếp viện phổ biến bao gồm sợi thủy tinh, sợi carbon hoặc thảm sợi aramid hoặc vải. Định hướng và số lượng các lớp phụ thuộc vào các yêu cầu cơ học của phần hoàn thành.
Sợi được định vị cẩn thận để tránh nếp nhăn hoặc nếp gấp, vì chúng có thể thỏa hiệp sức mạnh của bộ phận. Bước này đòi hỏi sự chú ý đến chi tiết vì sự sắp xếp sợi xác định các thuộc tính định hướng của composite, bao gồm độ cứng và khả năng chịu tải.
Bước 3: Niêm phong bằng túi chân không
Sau khi các sợi khô được đặt, một vật liệu túi chân không linh hoạt được đặt trên cụm khuôn. Các cạnh được niêm phong bằng cách sử dụng băng dính hoặc chất trám chuyên dụng để tạo ra một vỏ bọc kín.
Túi chân không là rất cần thiết vì nó duy trì áp lực trong suốt quá trình và ngăn ngừa rò rỉ nhựa. Nó phải được niêm phong cẩn thận xung quanh chu vi của khuôn để đảm bảo bơm chân không có thể sơ tán hiệu quả không khí.
Bước 4: Cài đặt nhựa và đường chân không
Trước khi bắt đầu truyền nhựa, đầu vào nhựa và ống hút chân không được lắp đặt. Các ống này được kết nối thông qua các cổng hoặc lỗ được niêm phong trong túi chân không.
Nhựa đầu vào cho phép nhựa chất lỏng chảy vào cốt thép, trong khi ổ cắm chân không loại bỏ không khí và hút nhựa qua các sợi. Bố cục của các dòng này là rất quan trọng; Vị trí của chúng ảnh hưởng đến cách các loại nhựa trải đều và bão hòa các lớp sợi.
Phương tiện truyền thông hoặc các lớp phân phối có thể được thêm vào trên các sợi để giúp nhựa di chuyển đều hơn trên các phần, đặc biệt là trong các phần lớn hoặc dày.
Bước 5: Áp dụng Truyền chân không và nhựa
Với tất cả mọi thứ tại chỗ, bơm chân không được kích hoạt để sơ tán không khí từ cụm khuôn kín. Áp suất chân không nén các lớp sợi, giảm nhẹ độ dày và chuẩn bị phần truyền nhựa.
Khi một khoảng trống ổn định được thiết lập, nhựa được giới thiệu tại cổng đầu vào. Áp suất chân không kéo nhựa qua các sợi, đảm bảo ướt hoàn toàn. Trong suốt giai đoạn này, điều cần thiết là theo dõi dòng nhựa và áp lực chân không một cách cẩn thận để tránh các đốm khô hoặc gộp nhựa.
Tốc độ quá trình truyền phụ thuộc vào độ nhớt nhựa, tính thấm của sợi và độ dày một phần. Nhựa có độ nhớt thấp hơn chảy dễ dàng hơn, giảm thời gian truyền.
Bước 6: Chữa bệnh nhựa
Sau khi nhựa bão hòa hoàn toàn, gia cố sợi, nó phải chữa khỏi để tạo thành một hỗn hợp rắn. Tùy thuộc vào hệ thống nhựa, bảo dưỡng có thể xảy ra ở nhiệt độ phòng hoặc được tăng tốc bằng cách sưởi ấm vừa phải trong lò.
Thời gian chữa bệnh và nhiệt độ được quyết định bởi các thông số kỹ thuật của nhà sản xuất nhựa. Chữa chữa đúng là rất quan trọng để đạt được các tính chất cơ học và độ bền mong muốn.
Bước 7: Xả và hoàn thiện
Sau khi được chữa khỏi, túi chân không và phim phát hành được gỡ bỏ. Phần tổng hợp được chiết cẩn thận từ khuôn. Nhờ tác nhân phát hành của khuôn, phần thường dễ dàng tách ra mà không bị hư hại.
Tùy thuộc vào ứng dụng, phần có thể yêu cầu cắt tỉa, khoan hoặc các bước hoàn thiện bổ sung như chà nhám hoặc sơn. Phía nấm mốc thường có một kết thúc mịn, chất lượng cao, giảm nhu cầu cho công việc bề mặt rộng lớn.
Mẹo cho một quy trình VARTM thành công
Để đạt được kết quả tối ưu với VARTM, đây là một số mẹo thực tế:
Sử dụng vật liệu chất lượng : Sợi cao cấp và nhựa có độ nhớt thấp cải thiện dòng chảy và sức mạnh.
Duy trì tính toàn vẹn chân không : Bất kỳ rò rỉ nào trong túi chân không đều có thể làm tổn hại dòng nhựa và chất lượng phần cuối cùng.
Lập kế hoạch dòng nhựa một cách cẩn thận : Vị trí thích hợp của các cổng đầu vào/đầu ra và phương tiện dòng chảy đảm bảo phân phối nhựa đồng nhất.
Kiểm soát các điều kiện môi trường : Nhiệt độ và độ ẩm ảnh hưởng đến độ nhớt của nhựa và bảo dưỡng; duy trì điều kiện ổn định.
Các nhà khai thác đào tạo : Các kỹ thuật viên lành nghề có thể xác định và khắc phục các vấn đề quy trình trước khi chúng ảnh hưởng đến sản phẩm cuối cùng.
Ứng dụng của VARTM
VARTM đã tìm thấy sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp do tính linh hoạt và lợi thế về hiệu suất của nó.
Hàng không vũ trụ : Sản xuất các tấm nội thất nhẹ, fairings và các thành phần cấu trúc không quan trọng.
Marine : Tạo ra thân tàu và sàn lớn, chống ăn mòn với bề mặt tuyệt vời.
Ô tô : Sản xuất các bộ phận mạnh mẽ, nhẹ cho hiệu suất và xe điện.
Năng lượng gió : chế tạo lưỡi tuabin dài, mạnh mẽ có khả năng chịu được căng thẳng môi trường.
Cơ sở hạ tầng : Xây dựng các thành phần cầu tổng hợp, đường ống và bảo vệ có khả năng chống ăn mòn và hao mòn.
Phần kết luận
Nước chân không hỗ trợ đúc nhựa là một phương pháp sản xuất sáng tạo và thực tế, pha trộn hiệu quả chi phí với sản lượng chất lượng cao. Khả năng tạo ra các bộ phận tổng hợp mạnh mẽ, nhẹ và phức tạp làm cho nó không thể thiếu trên nhiều lĩnh vực hiệu suất cao. Bằng cách làm theo hướng dẫn từng bước được nêu ở trên, các nhà sản xuất có thể thực hiện các quy trình VARTM một cách tự tin, đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của bộ phận vượt trội.
Đối với các công ty tìm kiếm các vật liệu bằng nhựa và sợi hiệu suất cao đáng tin cậy phù hợp với VARTM, Công ty TNHH Changzhou Huake Polymer cung cấp các giải pháp polymer tiên tiến giúp tối ưu hóa quy trình và cải thiện các thuộc tính tổng hợp cuối cùng. Hợp tác với các chuyên gia như Changzhou Huake Polymer đảm bảo bạn có các vật liệu và hỗ trợ kỹ thuật cần thiết để sản xuất composite thành công.
