Quá trình đúc chuyển nhựa (RTM) là một quá trình đúc chất lỏng điển hình cho vật liệu composite dựa trên nhựa được gia cố bằng sợi, chủ yếu bao gồm:
(1) Thiết kế phôi sợi theo yêu cầu về hình dạng và tính năng cơ học của các bộ phận cần thiết;
(2) Đặt phôi sợi được thiết kế sẵn vào khuôn, đóng khuôn và nén để thu được phần thể tích tương ứng của phôi sợi;
(3) Dưới thiết bị phun chuyên dụng, bơm nhựa vào khuôn ở áp suất và nhiệt độ nhất định để loại bỏ không khí và nhúng vào phôi sợi;
(4) Sau khi phôi sợi được ngâm hoàn toàn trong nhựa, phản ứng đóng rắn được thực hiện ở nhiệt độ nhất định cho đến khi phản ứng đóng rắn hoàn tất và sản phẩm cuối cùng được lấy ra.
Áp suất chuyển nhựa là thông số chính cần được kiểm soát trong quy trình RTM.Áp suất này được sử dụng để vượt qua lực cản gặp phải trong quá trình phun vào khoang khuôn và ngâm vật liệu gia cố.Thời gian để nhựa hoàn thành việc truyền tải có liên quan đến áp suất và nhiệt độ của hệ thống, thời gian ngắn có thể nâng cao hiệu quả sản xuất.Nhưng nếu tốc độ dòng nhựa quá cao, chất kết dính không thể xuyên qua vật liệu gia cố kịp thời và có thể xảy ra tai nạn do áp suất hệ thống tăng.Do đó, yêu cầu chung là mức chất lỏng nhựa đi vào khuôn trong quá trình chuyển giao không được tăng nhanh hơn 25 mm/phút.Theo dõi quá trình chuyển nhựa bằng cách quan sát cổng xả.Người ta thường cho rằng quá trình chuyển giao hoàn tất khi tất cả các cổng quan sát trên khuôn đã tràn keo và không còn bong bóng thoát ra, và lượng nhựa thực tế được thêm vào về cơ bản giống với lượng nhựa dự kiến được thêm vào.Vì vậy, việc bố trí cửa thoát khí cần được cân nhắc kỹ lưỡng.
Lựa chọn nhựa
Việc lựa chọn hệ thống nhựa là chìa khóa cho quy trình RTM.Độ nhớt tối ưu là 0,025-0,03Pa • s khi nhựa được giải phóng vào khoang khuôn và thấm nhanh vào các sợi.Nhựa polyester có độ nhớt thấp và có thể được hoàn thiện bằng cách phun lạnh ở nhiệt độ phòng.Tuy nhiên, do yêu cầu về tính năng khác nhau của sản phẩm nên các loại nhựa khác nhau sẽ được lựa chọn và độ nhớt của chúng sẽ không giống nhau.Do đó, kích thước của đường ống và đầu phun phải được thiết kế để đáp ứng yêu cầu về dòng chảy của các bộ phận đặc biệt phù hợp.Các loại nhựa phù hợp cho quy trình RTM bao gồm nhựa polyester, nhựa epoxy, nhựa phenolic, nhựa polyimide, v.v.
Lựa chọn vật liệu gia cố
Trong quy trình RTM, vật liệu gia cố có thể được lựa chọn như sợi thủy tinh, sợi than chì, sợi carbon, cacbua silic và sợi aramid.Các loại có thể được lựa chọn theo nhu cầu thiết kế, bao gồm sợi cắt ngắn, vải một chiều, vải đa trục, dệt, đan, vật liệu lõi hoặc phôi.
Từ góc độ hiệu suất của sản phẩm, các bộ phận được tạo ra bằng quy trình này có tỷ lệ thể tích sợi cao và có thể được thiết kế bằng sợi gia cố cục bộ theo hình dạng cụ thể của các bộ phận, điều này có lợi cho việc cải thiện hiệu suất sản phẩm.Xét về mặt chi phí sản xuất, 70% giá thành của linh kiện composite đến từ chi phí sản xuất.Vì vậy, làm thế nào để giảm chi phí sản xuất là một vấn đề quan trọng cần được giải quyết cấp bách trong quá trình phát triển vật liệu composite.So với công nghệ bể ép nóng truyền thống để sản xuất vật liệu composite gốc nhựa, quy trình RTM không yêu cầu thân bể đắt tiền, giúp giảm đáng kể chi phí sản xuất.Hơn nữa, các bộ phận được sản xuất theo quy trình RTM không bị giới hạn bởi kích thước bể và phạm vi kích thước của các bộ phận tương đối linh hoạt, có thể sản xuất các bộ phận composite lớn và hiệu suất cao.Nhìn chung, quy trình RTM đã được áp dụng rộng rãi và phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực sản xuất vật liệu composite và chắc chắn sẽ trở thành quy trình thống trị trong sản xuất vật liệu composite.
Trong những năm gần đây, các sản phẩm vật liệu composite trong ngành sản xuất hàng không vũ trụ đã dần chuyển từ các bộ phận không chịu tải và các bộ phận nhỏ sang các bộ phận chịu tải chính và các bộ phận tích hợp lớn.Có nhu cầu cấp thiết về sản xuất vật liệu composite lớn và hiệu suất cao.Do đó, các quy trình như đúc chuyển nhựa có hỗ trợ chân không (VA-RTM) và đúc chuyển nhựa nhẹ (L-RTM) đã được phát triển.
Quy trình đúc chuyển nhựa có hỗ trợ chân không Quy trình VA-RTM
Quy trình đúc chuyển nhựa có hỗ trợ chân không VA-RTM là một công nghệ xử lý bắt nguồn từ quy trình RTM truyền thống.Quá trình chính của quá trình này là sử dụng máy bơm chân không và các thiết bị khác để hút chân không bên trong khuôn nơi đặt phôi sợi, để nhựa được bơm vào khuôn dưới tác động của áp suất âm chân không, đạt được quá trình thấm của tạo khuôn sợi, cuối cùng đông đặc và tạo hình bên trong khuôn để thu được hình dạng và phần thể tích sợi cần thiết của các bộ phận vật liệu composite.
So với công nghệ RTM truyền thống, công nghệ VA-RTM sử dụng bơm chân không bên trong khuôn, có thể làm giảm áp suất phun bên trong khuôn và giảm đáng kể độ biến dạng của khuôn và phôi sợi, từ đó giảm yêu cầu về hiệu suất của quá trình đối với thiết bị và khuôn mẫu. .Nó cũng cho phép công nghệ RTM sử dụng khuôn nhẹ hơn, điều này có lợi cho việc giảm chi phí sản xuất.Do đó, công nghệ này phù hợp hơn để sản xuất các bộ phận composite lớn. Ví dụ, tấm composite xốp sandwich là một trong những bộ phận lớn được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.
Nhìn chung, quy trình VA-RTM rất phù hợp để chuẩn bị các bộ phận composite hàng không vũ trụ lớn và hiệu suất cao.Tuy nhiên, quy trình này ở Trung Quốc vẫn còn cơ giới hóa bán phần nên hiệu quả sản xuất sản phẩm thấp.Hơn nữa, việc thiết kế các thông số quy trình chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, chưa đạt được thiết kế thông minh nên khó kiểm soát chính xác chất lượng sản phẩm.Đồng thời, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng gradient áp suất dễ dàng được tạo ra theo hướng dòng nhựa trong quá trình này, đặc biệt khi sử dụng túi chân không sẽ có một mức độ giãn áp nhất định ở phía trước dòng nhựa, điều này sẽ ảnh hưởng đến sự thấm nhựa, tạo thành bong bóng bên trong phôi và làm giảm tính chất cơ học của sản phẩm.Đồng thời, sự phân bố áp suất không đồng đều sẽ khiến độ dày phôi phân bố không đều, ảnh hưởng đến chất lượng bề ngoài của phôi cuối cùng. Đây cũng là một thách thức kỹ thuật mà công nghệ vẫn cần giải quyết.
Quá trình đúc chuyển nhựa nhẹ Quá trình L-RTM
Quy trình L-RTM để đúc chuyển nhựa nhẹ là một loại công nghệ mới được phát triển trên cơ sở công nghệ xử lý VA-RTM truyền thống.Như trong hình, đặc điểm chính của công nghệ xử lý này là khuôn dưới sử dụng khuôn kim loại hoặc khuôn cứng khác, còn khuôn trên sử dụng khuôn nhẹ bán cứng.Phần bên trong khuôn được thiết kế với cấu trúc kín kép, khuôn phía trên được cố định bên ngoài thông qua chân không, còn bên trong sử dụng chân không để đưa nhựa vào.Do quá trình này sử dụng khuôn bán cứng ở khuôn trên và trạng thái chân không bên trong khuôn nên áp suất bên trong khuôn và chi phí sản xuất của khuôn sẽ giảm đi rất nhiều.Công nghệ này có thể sản xuất các bộ phận composite lớn.So với quy trình VA-RTM truyền thống, độ dày của các bộ phận thu được bằng quy trình này đồng đều hơn và chất lượng bề mặt trên và dưới vượt trội hơn.Đồng thời, việc sử dụng vật liệu bán cứng ở khuôn trên có thể tái sử dụng, Công nghệ này tránh lãng phí túi chân không trong quy trình VA-RTM nên rất phù hợp để sản xuất các bộ phận composite hàng không vũ trụ với yêu cầu chất lượng bề mặt cao.
Tuy nhiên, trong thực tế quá trình sản xuất vẫn còn những khó khăn nhất định về mặt kỹ thuật trong quá trình này:
(1) Do sử dụng vật liệu bán cứng ở khuôn trên, độ cứng của vật liệu không đủ có thể dễ dẫn đến sụp đổ trong quá trình khuôn cố định chân không, dẫn đến độ dày phôi không đồng đều và ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt của nó.Đồng thời, độ cứng của khuôn cũng ảnh hưởng đến tuổi thọ của khuôn.Làm thế nào để chọn được vật liệu bán cứng phù hợp làm khuôn cho L-RTM là một trong những khó khăn kỹ thuật khi áp dụng quy trình này.
(2) Do sử dụng bơm chân không bên trong khuôn công nghệ xử lý L-RTM, việc bịt kín khuôn đóng một vai trò quan trọng trong quá trình diễn ra suôn sẻ.Việc bịt kín không đủ có thể khiến nhựa thấm vào bên trong phôi không đủ, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất của phôi.Vì vậy, công nghệ dán khuôn là một trong những khó khăn về mặt kỹ thuật khi áp dụng quy trình này.
(3) Nhựa được sử dụng trong quy trình L-RTM phải duy trì độ nhớt thấp trong quá trình đổ đầy để giảm áp suất phun và cải thiện tuổi thọ của khuôn.Phát triển nền nhựa phù hợp là một trong những khó khăn kỹ thuật khi áp dụng quy trình này.
(4) Trong quy trình L-RTM, thông thường cần thiết kế các kênh dòng chảy trên khuôn để thúc đẩy dòng nhựa đồng đều.Nếu thiết kế kênh dòng chảy không hợp lý, nó có thể gây ra các khuyết tật như vết khô và nhiều dầu mỡ trên các bộ phận, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng cuối cùng của các bộ phận.Đặc biệt đối với các bộ phận ba chiều phức tạp, làm thế nào để thiết kế kênh dòng khuôn hợp lý cũng là một trong những khó khăn kỹ thuật khi áp dụng quy trình này.
Thời gian đăng: Jan-18-2024
