Stýring á þykkt og jafnvægi kolefnisvíftplata: Djúp greining á vali á undirbúinni kolefnisvíft og ferlisstillingum

Í framleiðslu kolefnisvíefra samsettra efna eru nákvæmni þykktar og jafnheit yfirborðs tvær lykilmetrikur til að meta gæði vörufloks. Til að framleiða kolefnisvíefra plötur af háum gæðum með nákvæmri þykkt og jafnu yfirborði þarf að hafa nákvæma stjórn á öllum þáttum framleiðsluferilsins – frá vali fyrirhöndlaðra víefra (prepregs) til harðunarferlisins. Þessi grein mun greina lykiltækni sem notaðar eru til að stjórna þykkt og jafnheit plötunnar kerfisbundið út frá þremur sjónvinklum: eiginleikum fyrirhöndlaðra víefra, uppbyggingu laganna (layup design) og myndunarmöguleikum (molding parameters).

„Erfðir“ fyrirhöndlaðra víefra (prepregs) ákvarða grunnstig fyrir lagplötur

Sem grunnefni fyrir kolefnisvíefra plötur ákvarða eiginleikar fyrirhöndlaðra víefra (prepregs) beint þykkt og jafnheit þeirra.

1. Víefravægi á flatarmáli (FAW) ákvarðar þeóretíska þykkt

Vægt á grunnvöxtu fíburs er lykilválidur til að stýra þykkt. Til dæmis hefur einlaga grunnvöxt 50 g/m² þykkt á bilinu 0,05–0,06 mm, en grunnvöxt 200 g/m² nær þykkt á bilinu 0,19–0,20 mm. Val á grunnvöxtu á grunnvöxtu ákvarðar beint þeóretíska þykktarmarkmiðið fyrir lokapönnuna.
Þunna grunnvöxt bjóða mikil fördæmi í stýringu jafnheitni. Rannsóknir hafa sýnt að miðað við venjulegar grunnvöxt (200 g/m²) eru þunnar grunnvöxt (t.d. 50 g/m²) auðveldari að innþrýsta og birta betri gegnvægi vegna minni þykktar einstakra fíburlaga. Í lagðum uppbyggingum er auðveldara að losa loftbobblur milli laga þunns grunnvöxt, sem leiddi til verulega færri tómra rýma og beinna fíbra. Þetta hjálpar ekki aðeins við að stýra nákvæmni þykktar, heldur einnig bætir yfirborðs jafnheitni og eiginleika í vélfræði.

2. Regluleg hlutverk innihalds líms (RC)

Innihald líms í fyrirbúnum plötum er venjulega á bilinu 35–42 % eftir þyngd. Þessi breytuskrá áhrifar beinlega flæðiskráninguna við stífun og endanlega þykktina:

Hátt RC (42 % eða meira): Góð flæðiskráning; eftir stífun hefur yfirborðið þykkja límrikt lag og vel útlit. Ef þrýstingurinn er hins vegar ekki rétt stjórnaður getur ofmikið útrás líms leitt til ónógu þykktar og tómra milli laga.

Lágt RC (35–38 %): Hátt magn vöðvavöldu og góð styrkleiki, en ónógu góð flæðiskráning. Þetta getur leitt til tómra í hornum og styrkiborðum, sem áhrifar jafnheit yfirborðsins.

3. Áhyggjur af innihaldi rýmandi efna

Lausnarefni og rúmumýki sem eftir eru í fyrirhönduðum efni mynda blösur á meðan það er stífnað. Háþáttar fyrirhönduð efni ættu að hafa minna en 1,5% flýgilegt efni, en lággæð efni geta náð 3%. Hlutir sem eru mynduð úr slíkum fyrirhönduðum efnum birta margar punktahlóður á yfirborðinu og tómar rými milli laganna, sem áhrifar flatleika þeirra mjög alvarlega.

4. Áhrif vefmyndar

Fyrirhönduð efni úr vefjum eru flokkuð í þrjá gerðir eftir vefmynd: einfaldur vefur, skávöfður vefur og satínvefur. Einfaldur vefur hefur veikar lögunarstofnanir og háa gráðu á fiberbeygingu; satínvefur hefur góðar lögunarstofnanir en lága gráðu á fiberbeygingu; og skávöfður vefur er á milli þessara tveggja. Munur á vefmyndum áhrifar þéttleika laminatsins og afloftsgetu þess, sem á síðustu enda áhrifar jafnvægi þykktarinnar.

Götuhönnun: Fyrsta varnarlínan gegn óflatleika

1. Samhverf lögun er gullreglan til að koma í veg fyrir brotningu

Leggja-horn eru venjulega stillt við 0°, ±45° og 90°, og sameinuð samkvæmt álagsskilyrðum. Eftir þurrkun geta ósamhverf leggjaferlar orðið fyrir samanlagningarskelfingu vegna munar í hitastöðugleikastuðlum og þurrkunarsamdráttshraða (um það bil 0,02–0,05 mm/m), sem leiðir til vafnings. Einfaldasta staðfestingaraðferðin er að folda leggjaferlann í tvennt frá miðju; athugaðu hvort hornin á hvernig lagin á hvorri hlið séu spegilmyndir af hverju öðru – ef þau eru ekki, þá verður ferllaginn að endurskipa.

2. Listi á hefðbundnum og yfirgnæfandi tengingum

Þegar stórir plötur eru tengdar saman verður yfirgnæfingin að vera að minnsta kosti 10 mm. Enda-tengingar (þar sem saumarnir skarast ekki) geta leitt til rillu-líkra galla og álagsmiðstöðva við tengingarnar eftir þurrkun. Þegar margir lag er tengd saman ættu saumar næstu laga að vera skýfðir um að minnsta kosti 50 mm til að koma í veg fyrir að allir saumar komi á sama stað.

3. Forsamning áður en hiti er beitt – Lykillinn að að koma í veg fyrir loftgeilur og breytingum á þykkt

Eftir að lagningin er lokið er forsamning mikilvægur skref til að stjórna þykkt og jafnheit. Loft verður fangað milli laganna við lagningu á fyrirbúnu efni; vegna hárra viskósa efnis í epóxihluti getur ekki allt loftið flutt sig út á meðan hiti er beitt, sem leiðir til tómru rýmis.

Í raunverulegri framleiðslu, eftir að lagningin er lokið, er hægt að ná samningu með því að nota rullusamningu eða köldum þrýstingi til að þjöppa lagin þétt saman. prepreg úr kolefnisvefi þar með er leyst vandamálið með lofti sem kemur inn við lagninguna. Ónógu mikil forsamning gerir ómögulegt að loftið flutti sig út á meðan hiti er beitt, sem leiðir til tómru rýmis eða geila sem ekki bara skemmir jafnvægi þykktar heldur einnig áhrifar yfirborðsheit.

Hitabreyting í formi: Ákveðandi stig fyrir þykkt og jafnheit

1. Þrýstingur í formi – Aðalvandamálið sem valdar brotum

Rannsóknir hafa sýnt að meðal ferlisvirkja fyrir þrýstiformsgervingu eru þættirnir sem áhrifa brotmyndun, í röð mikilvægi: þrýstihraði (P), festihraði (v), halda tími (t) og gervingshiti (T), þar sem þrýstihraði er mikilvægasti þátturinn sem áhrifar brotmyndun.

Þrýstihraði fyrir fyrirgertar blöndur er venjulega aðeins 0,5–3 MPa, sem er langt lægra en 10–20 MPa sem krefst SMC-gerving. Þrýstihraðinn verður valinn með nákvæmni:

Ofmikill þrýstihraði: Aukalegt efni er pressað út, sem leidir til efnaþekks á milli laganna, minnkar skerhaldi og leidir til þunnara veggar.

Of lítil þrýstihraði: Hola á milli laganna geta ekki verið fjarlægðar, sem leidir til þykkrari veggar og slæmr jafnvægis.

1–1,5 MPa er besta sviðið fyrir flesta 3K fyrirgertar blöndur; þegar skipt er yfir í nýja fyrirgertar blöndu er mælt með því að framleiða fyrst þrjú prófhluti til að staðfesta þrýstihraðann.

2. Formshiti og hitunaráhraði

Hitastig moldunnar er venjulega á milli 120–150°C. Hitunarskórun verður að stjórna nákvæmlega:

Ef hitunarskórun er of hröð (yfir 8°C/min), þá gelar smjörðin áður en viskositetin hefur tíma til að lækka í lægsta gildi sitt, sem leidir til slæmrar tengingar á milli laganna og mögulegra yfirborðsskemmda eins og hvítum flekkjum eða of mikilli smjörð.

Ef hitastigið hækkar of seint: lengjast framleiðslutímar, sem veldur hærri kostnaði.

3°C/min er örugg byrjunarpunktur. Í framleiðsluferlinu má stilla hitunaraftöku til að tryggja að hitastig moldunnar hækkar innan viðeigandi bils (ekki meira en ±5°C).

3. Nákvæmur tími fyrir þrýsting

Tíminn fyrir þrýsting notkun á meðan hörðun fer fram er ákveðinn:

Ef þrýstingur er beindur of snemma: Ofmikill úrflæði smjörðar, lágt innihald smjörðar og minnkað skerþol á milli laganna.

Ef þrýstingur er beindur of seint: Smjörðin hefur byrjað að stífna, sem gerir ómögulegt að halda við ákveðið þykkt; hátt innihald smjörðar leidir til minnkunar í beygjuþoli.

Tími þegar þrýstingur er beindur ætti ekki að ákvarðast einungis út frá hitastöðugu eiginleika hráefniskerfisins; ákvarðanir um það verða teknar með tilliti til raunverulegra framleiðsluskilyrða.

4. Samband milli halda tíma og þykktar

Hörfnunartími fyrir fyrirbúin efni er reiknaður út frá þykkt, venjulega 1–2 mínútur fyrir hvern millimetra þykktar. Hlutur sem er 2 mm þunnur krefst 2–4 mínútna þrýstingstímans; þessi tími er hins vegar mældur eftir að hitastig moldarinnar hefur verið stöðugt, ekki frá upphafi lokunar moldarinnar. Ferlið við að hita moldina upp frá herbergishitum tekur mikla tíma og verður mælt með hitamælari inni í moldinni.

5. Kölinn og afþönnun

Eftir að hörfnun er lokið skal láta vörurnar kólna niður í 50°C eða lægra áður en þær eru afþönnuðar til að lágmarka afvikun vegna hráefnisþroska og tryggja samhverfni milli birtinga.