Konvensionele Koolstofvesel Prepreg-Vormmetode

In die gesofistikeerde wêreld van lugvaart en hoë-end vervaardiging, koolstofvesel Voorverkweekte vormtegnologie is soos 'n "on sigbare ambagsman", wat hoë-end materiale vorm met uiterste vakmanskap wat sterkte en ligtheid kombineer. As 'n klassieke proses in die veld van saamgestelde materiale, het die tradisionele koolstofvesel prepreg-vormmetode dekades lank ontwikkel en is dit steeds die "ruggraat" van hoë-end vervaardiging. Vandag gaan ons die kernlogika van hierdie tegnologie diep ontleed om te sien hoe dit oorgaan vanaf 'n vel harsgedrenkte koolstofveseldoek na 'n sleutelkomponent van 'n ruimtetuig en die liggaamsraam van 'n renmotor.

Wat is Koolstofvesel Prepreg?

Om die vormmetode te verstaan, moet ons eers die basiese konsep van "prepreg" verstaan. Eenvoudig gestel, is koolstofvesel prepreg die "perfekte kombinasie" van koolstofveselsnoer en hars – in 'n streng beheerde temperatuur- en drukomgewing word epoksiehars, fenolhars en ander matriksharstowwe eenvormig in die koolstofveseldoek ingetrek om 'n klewerige saamgestelde materiaalrol of -plaat met 'n sekere viskositeit te vorm.
Hierdie "voor-geïmpregneerde" eienskap onderskei dit van die droë veselvormproses: die harsinhoud en -verspreiding word vooraf ingestel, en die daaropvolgende vorming behoort slegs gefokus te word op hoe die materiaal akkuraat in die gietvorm pas en volledig uitgehard word, wat die kompleksiteit van die werksoperasie aansienlik verminder. Dit is soos voorgemaakte deeg voor dit gebak word; die resep is reeds aangepas, die enigste ding wat oorbly, is om die hitte en tyd van die bakproses onder die knie te kry.

Konvensionele vormmetode

（1）Autoklaaf-Vorming
Die goudstandaardproses vir die vervaardiging van hoë-prestasie saamgestelde materiale van lugvaartkwaliteit. Dit behels die versegeling van die koolstofvesel prepreg uitleg en matriks in 'n vakuumzak en dit in 'n groot, hoë-temperatuur, hoë-druk vaten, die warmpersketel, te plaas. Tydens die verhardingsproses word gelykmatige hoë druk (verskeie atmosfere) en hoë temperatuur gelyktydig op die ketel toegepas, wat die hars toelaat om volledig te vloei en die vesels saam te pers, wat onderdele met uiters hoë veselinhoud en lae porositeit tot gevolg het.
Die voordeel van hierdie proses is dat dit komplekse strukturele onderdele van ongeëwenaarde gehalte produseer met uitstekende meganiese eienskappe en konsekwentheid. Die nadele is egter uiters duidelik: die warmpers-toerusting self is uiters duur, verbruik baie energie, en het lang en kostbare produksiesiklusse, dus word dit gewoonlik beperk tot lugvaart en F1-renmotors, waar ekstreme prestasie vereis word.
（2）Kompressievorming
ʼN Hoogs doeltreffende proses vir medium- tot hoë-volumes produksie. Dit plaas ʼn vaste hoeveelheid prepreg of gietverbinding (soos SMC) in ʼn voorverwarmde metaalvorm, waarna die vorm toegemaak word en hoë druk en temperatuur toegepas word, sodat die materiaal binne die vormholte beweeg en dit vul, en dan stol en gevorm word na isolasie en drukbehoud.
Die voordele van hierdie proses is ʼn hoë graad van outomatisering, vinnige produksie, hoë dimensionele akkuraatheid van die produk en gladde oppervlakke aan beide kante. Egter, weens die behoefte aan ʼn stywe vorm wat hoë druk kan weerstaan, is die aanvanklike beleggingskoste hoër. Dit is baie geskik vir die vervaardiging van groot volumes strukturele onderdele wat goeie oppervlakgehalte vereis, soos motorlyfwerke, batteryhuisings en hoë-prestasiesporttoerusting.
(3) Vakuumzakvorming
ʼN Basiese en algemeen gebruikte proses wat atmosferiese druk benut om saamgestelde materiale te verdig. ʼn Reeks hulpbronne word bedek met ʼn handgeplakde of prepreg-laag en die hele stelsel word verseël met ʼn vakuumzak, wat deurlopend deur ʼn vakuum pomp ontruim word om ʼn negatiewe druk te skep, sodat die atmosferiese druk gelykmatig op die oppervlak van die produk toegepas word, wat sodoende lug verwyder en die struktuur verdig.
Hierdie metode kan die veselinhoud aansienlik verhoog, porositeit verminder en die eenvormigheid van harsverspreiding verbeter, en dit is veel goedkoper as die warmdruktenk. Dit kan egter slegs ʼn maksimumdruk van ongeveer 0,1 MPa lewer, en die boonste prestasieperk is nie so goed soos dié van die hoëdrukproses nie. Dit word wyd gebruik in skipbou, prototipering en saamgestelde komponente met medium prestasievereistes.
（4）Rolomwikkeling
ʼN Rigtingsproses wat gespesialiseer in die produksie van hoë-prestasie dunwandbuise. Koolstofvesel pre-impregneer word teen 'n spesifieke hoek gesny en dan presies onder spanning op 'n mal gewikkel, gewoonlik gevolg deur die toevoeging van 'n kompressieband om verdigtingsdruk toe te pas, en daarna verhit en gehard in 'n oond en ontdemold om die buis te verkry.
Hierdie proses maak dit moontlik om die veseloriëntasie presies te beheer (byvoorbeeld 0°, ±45° kombinasies), wat uitstekende aksiale heen-en-weer meganiese eienskappe, goeie dimensionele akkuraatheid en oppervlakgehalte verseker. Dit is egter afhanklik van pre-impregneer en malle, het beperkte produksiedoeltreffendheid, en word hoofsaaklik gebruik in hoëprestasie sportartikels soos gholfklubsteel, visstokke en fietsvorkpote.
（5）Sirkeldraai
ʼN Geautomatiseerde proses vir die vervaardiging van roterende hoë sterkte onderdele. Die deurlopende koolstofvesel word geïmpregneer in ʼn harsbad en dan met groot presisie deur ʼn rekenaargestuurde wikkelkop op ʼn roterende mal in vooraf ingestelde profiele en hoeke afgelê totdat die ontwerpte dikte bereik is, en daarna uitgehard om die vorm te verkry.
Die grootste voordeel van hierdie proses is dat die vesels deurlopend en eenvormig gespan is, wat toelaat vir ʼn baie hoë veselinhoud en sterktebenutting, veral by houers wat aan interne druk onderworpe is. Dit is egter beperk tot konvekse rotomodelvorms en duur toerusting. Tipiese produkte sluit in hoë-druk gasflessies (CNG/Waterstof), pypwerk en vuurpylmotoromhulselles.
（6）Pultreksie
ʼN Hoogs effektiewe proses vir die deurlopende produksie van konstante deursnee saamgestelde profiele. Soos "spaghetti", trek dit deurlopende koolstofveselgare of weefsels deur ʼn harsbad vir indrupping, waarna dit deur ʼn verhitte, presiese staalmatriks beweeg waar dit gevorm, saamgepers en deurlopend gehard word, en uiteindelik deur ʼn trekker uitgetrek en tot ʼn konstante lengte gesny word.
Die proses is uiters produktief, wat geoutomatiseerde deurlopende produksie, hoë grondstofbenutting en beduidende koste-effektiwiteit moontlik maak. Egter, die produkte is beperk tot lineêre profiele met konstante deursnee, en die lengtekragssterkte is veel hoër as die dwarsrigtingsterkte. Algemene produkte sluit in vakwerkbalkies, kabelbrûe, ladderstokke, en verskeie stawe en profiele in.
（7）Drukzak-Vorming
Dit kan beskou word as 'n verbeterde weergawe van vakuum-sakvorming. Op grond van die vakuum-sakstelsel, word die volledig ingekapselde vorm in 'n digte drukketel geplaas, wat nie net die binnekant ontruim nie, maar ook persluf in die ketel laat instroom, wat 'n hoër positiewe druk (gewoonlik 0,4-0,6 MPa) op die buitekant van die vakuum-sak toepas, en sodoende groter vormdrukke verskaf as slegs vakuum.
Hierdie metode verbeter aansienlik die veselinhoud en verdigting van die onderdeel sonder die nodige groot belegging in 'n warmdrukketel, en presteer beter as die slegs-vakuum-sakproses. Dit is ideaal geskik vir die vervaardiging van groot onderdele wat nie in 'n warmdrukketel kan pas nie, soos klein tot medium groot skroefhulle, treinwa-dele en groot radome.

Vergelyking van Koolstofvesel Prepreg-Vormingsmetodes

Toekoms: Innovasie in Erfenis

Tradisie beteken nie stagnering nie. Vandag breek die industrie deur bottelnekke via "mikro-innovasies": byvoorbeeld, die ontwikkeling van lae-temperatuur, vinnig-uitsaaiende hars wat uithardingstyd van 2 ure na 30 minute verkort; die aanvaarding van geoutomatiseerde lamineringstoerusting wat handmatige stapeling vervang om doeltreffendheid te verbeter; en selfs die invoering van KI-algoritmes in gietvormontwerp om drukverspreiding te optimaliseer en tekorte te verminder.
Hierdie verbeteringe het tradisionele prosesse in staat gestel om hul prestasievoordele te behou terwyl hulle geleidelik oorgaan na "hoë doeltreffendheid en lae koste", en hulle bly 'n belangrike rol speel in die komposietveld.
Vanaf ruimtetuie tot sporttoerusting interpreteer die tradisionele koolstofvesel prepreg vormmetode die vervaardigingsfilosofie van "stadige en stewige werk" met stewige vakmanskap. Dit mag dalk nie die mees gevorderde wees nie, maar in gevalle wat ekstreme betroubaarheid vereis, is hierdie "tradisie" juis die kosbaarste gehalteversekeringsfaktor.