Көміртегі талшығы парақтарының қалыңдығы мен жазықтығын реттеу: Препрег таңдауы мен өңдеу параметрлерінің терең талдауы

Karbon tellerі kompozitін өндіру саласында қалыңдық дәлдігі мен беттің жазықтығы өнім сапасын бағалаудың екі негізгі көрсеткіші болып табылады. Дәл қалыңдық пен жазық беті бар жоғары сапалы карбон талшықты панельдерді шығару үшін — прегрепті таңдаудан бастап, күйдіру процесіне дейін — барлық өндіріс тізбегі бойынша дәл реттеу қажет. Бұл мақала панельдің қалыңдығы мен жазықтығын реттеуге арналған негізгі технологияларды үш бағыттан жүйелі талдайды: прегрептің сипаттамалары, қабаттау дизайны және формалау параметрлері.

Прегрептердің «гендері» ламинаттар үшін негізгі бағыттаушыларды анықтайды

Карбон талшықты панельдердің шикізаты ретінде прегрептердің физикалық қасиеттері олардың қалыңдығы мен жазықтығын тікелей анықтайды.

1. Талшықтың аудандық салмағы (FAW) теориялық қалыңдықты анықтайды

Препрегтің талшықтық массасы – қалыңдығын реттеудегі негізгі параметр. Бірбағытты препрегті мысалға алсақ, 50 г/м² негізгі массасы бар жеке қабаттың қалыңдығы шамамен 0,05–0,06 мм болса, 200 г/м² негізгі массасы бар қабат 0,19–0,20 мм-ге жетеді. Препрегтің негізгі массасын таңдау соңғы панельдің теориялық қалыңдық референсін тікелей анықтайды.
Жұқа препрегтер жазықтықты реттеуде маңызды артықшылықтарға ие. Зерттеулер көрсеткендей, әдеттегі препрегтермен (200 г/м²) салыстырғанда жұқа препрегтер (мысалы, 50 г/м²) талшық қабаттарының қалыңдығы азайғандықтан, олардың ішіне шыны талшықтарын қолайлырақ сіңіруге және жақсы өткізгіштікке қол жеткізуге болады. Қабаттасқан құрылымдарда жұқа препрег қабаттары арасындағы ауа көпіршіктері оңайырақ шығарылады, нәтижесінде көпіршіктер саны әлдеқайда азаяды және талшықтар түзуірек болады. Бұл тек қалыңдық дәлдігін бақылауға ғана емес, сонымен қатар беттің жазықтығы мен механикалық қасиеттерін жақсартуға да ықпал етеді.

2. Шайыр мазмұнының (ШМ) реттеуші рөлі

Алдын ала ылғалданған материалдардың шайыр мазмұны салмағы бойынша әдетте 35%–42% аралығында болады. Бұл параметр кептіру кезіндегі ағысу әрекетіне және соңғы қалыңдыққа тікелей әсер етеді:

Жоғары ШМ (42% және одан жоғары): Жақсы ағысу қабілеті; кептіргеннен кейін бетінде қалың шайырлы қабат пайда болады және тартымды көрініс береді. Алайда, қысым дұрыс реттелмесе, артық шайырдың ағып шығуы қалыңдықтың жетіспеушілігі мен қабаттар арасындағы саңылауларға әкелуі мүмкін.

Төмен ШМ (35%–38%): Жоғары талшық көлемдік үлесі мен жақсы беріктік, бірақ ағысу қабілеті жеткіліксіз. Бұл бұрыштар мен күшейткіш қабырғалардағы саңылауларға әкелуі мүмкін, беттің жазықтығына әсер етеді.

3. Улеткіш заттардың мазмұнына қатысты қамғылықтар

Күрделі қабаттың (препрег) құрамындағы еріткіш пен ылғал кептіру кезінде көпіршіктер түзеді. Жоғары сапалы препрегтердің улеткіш заттардың мөлшері 1,5%-дан аз болуы керек, ал төменгі сапалы препрегтерде бұл көрсеткіш 3%-ға дейін жетуі мүмкін. Мұндай препрегтерден дайындалған бөлшектердің бетінде көптеген инелі тесіктер мен қабаттар арасындағы бос орындар болады, бұл олардың жазықтығына қатты әсер етеді.

4. Тоқыманың құрылымының әсері

Тоқыма препрегтері тоқу үлгісіне қарай үш түрге бөлінеді: жай тоқыма, твил тоқыма және сатин тоқыма. Жай тоқыманың қабаттау қасиеттері төмен және талшықтың иілу деңгейі жоғары; сатин тоқыманың қабаттау қасиеттері жақсы, бірақ талшықтың иілу деңгейі төмен; ал твил тоқыма осы екеуінің ортасында орналасқан. Тоқу құрылымындағы айырмашылықтар ламинаттың тығыздығы мен газдану қабілетін әсер етеді, бұл өз кезегінде қалыңдық біркелкілігіне әсер етеді.

Жол жабынының жобасы: Жазықтықты қорғаудың бірінші сызығы

1. Симметриялық қабаттау — бұралуға қарсы күресудің негізгі ережесі

Орналасу бұрыштары әдетте 0°, ±45° және 90° болып орнатылады және жүктеме талаптарына сәйкес қосылады. Қатайғаннан кейін асимметриялық қабаттасу ыстық кеңею коэффициенттері мен қатайу кезіндегі сығылу жылдамдықтарының (шамамен 0,02–0,05 мм/м) айырмашылығынан жинақталған деформацияға ұшырайды, нәтижесінде бұралу пайда болады. Ең қарапайым тексеру әдісі — қабаттасу ретін ортасынан екіге бүгу; екі жақтағы қабаттардың бұрыштары бір-біріне симметриялы ма, жоқ па, тексеру керек; егер симметриялы болмаса, орналастыруды қайта жасау керек.

2. Тұтас және бір-біріне үстемелес қосылу өнері

Үлкен өлшемді панельдерді қосқанда, үстемелесу ені кемінде 10 мм болуы керек. Қосылулардың үстемелеспейтін (шегілер бір-біріне үстемелеспейтін) тәсілі қатайғаннан кейін шығыңқылық тәрізді ақаулар мен қосылу орындарындағы керілу концентрациясына әкеледі. Бірнеше қабатты қосқанда көршілес қабаттардың шегілері барлық шегілер бір орында қиылыспас үшін кемінде 50 мм-ге ығысуы керек.

3. Алдын ала қысу — ауа көпіршіктері мен қалыңдық айырымдарын жоюдың негізгі кілті

Орналастыру аяқталғаннан кейін алдын ала қысу — қалыңдық пен жазықтықты бақылау үшін маңызды қадам. Препрегті орналастырған кезде ауа қабаттар арасында қалып қояды; эпоксидті смола өте тұтқыр болғандықтан, жылумен қату кезінде барлық ауа шыға алмайды, нәтижесінде бос орындар пайда болады.

Нақты өндірісте орналастыру аяқталғаннан кейін қабаттарды тығыз қысу үшін роликті қысу немесе суық престеу әдістері қолданылады. көміртекті талшықты препрег бұл орналастыру кезінде ауаның енуінің мәселесін тиімді шешеді. Алдын ала қысу жеткіліксіз болса, қату кезінде ауа шыға алмайды, сондықтан бос орындар немесе көпіршіктер пайда болады; бұл қалыңдық біркелкілігін ғана емес, сонымен қатар беттің жазықтығын да бұзады.

Калыпта қату — қалыңдық пен жазықтық үшін шешуші кезең

1. Калыптау қысымы — иілу себебінің негізгі факторы

Зерттеулер көрсеткендей, компрессиялық формалаудың процестік параметрлері ішінде бұралуға әсер ететін факторлар маңыздылығы бойынша мынадай ретпен орналасады: компрессиялық қысым (P), қысу жылдамдығы (v), ұстау уақыты (t), формалау температурасы (T); мұндағы компрессиялық қысым — бұралуға ең көп әсер ететін фактор.

Препрегтер үшін формалау қысымы әдетте 0,5–3 МПа құрайды, бұл SMC формалау үшін қажетті 10–20 МПа-дан әлдеқайда төмен. Қысымды дәл таңдау керек:

Артық қысым: артық шыны талшығы сыртқа қысылып шығады, нәтижесінде қабаттар арасында шыны талшығы жетіспей қалады, бұл кесу беріктігін төмендетеді және қабырға қалыңдығының азаюына әкеледі.

Жеткіліксіз қысым: қабаттар арасындағы куандықтар жойылмайды, нәтижесінде қабырға қалыңдығы артады және біркелкілік нашарлайды.

көптеген 3K препрег бөлшектері үшін 1–1,5 МПа — оптималды ауқым; әрбір жаңа препрегке ауысқан кезде қысымды тексеру үшін алдымен үш сынақ үлгісін дайындау ұсынылады.

2. Пресс температурасы мен қыздыру жылдамдығы

Kalıp температурасы әдетте 120–150°C аралығында болады. Қыздыру жылдамдығын мұқият бақылау керек:

Егер қыздыру жылдамдығы өте жылдам болса (8°C/мин асады), смола төменгі вязкостың ең төменгі деңгейіне жеткенге дейін гельденеді, нәтижесінде қабаттар арасындағы байланыс нашарлайды және ақ дақтар немесе артық смола сияқты беткі ақаулар пайда болуы мүмкін.

Егер температура өте баяу көтерілсе: өндіріс циклдары ұзарып, шығындар өседі.

3°C/мин — қауіпсіз бастапқы нүкте. Калыптау процесі кезінде қыздыру қуатын реттеуге болады, осылайша калып температурасының көтерілуі қажетті диапазонда (±5°C-тен аспай) ұсталады.

3. Қысым қолданудың дәл уақыты

Қысым қолдану уақыты қолдану қатайту процесі кезінде өте маңызды:

Қысымды өте ерте қолдану: Артық смоланың асуы, төмен смола мазмұны және қабаттар арасындағы жанасу беріктігінің төмендеуі.

Қысымды өте кеш қолдану: Смола қатайуға бастаған, сондықтан қажетті қалыңдықты сақтау қиын болады; жоғары смола мазмұны иілу беріктігінің төмендеуіне әкеледі.

Қысымды қолдану уақытын тек полимерлік жүйенің термопластикалық қасиеттеріне ғана сүйеніп анықтауға болмайды; шешімді нақты технологиялық жағдайларды ескере отырып қабылдау керек.

4.Ұстау уақыты мен қалыңдық арасындағы байланыс

Препрегтің күйіп қату уақыты қалыңдыққа негізделеді, әдетте қалыңдықтың әрбір миллиметрі үшін 1–2 минут. 2 мм қалыңдықтағы бөлшек үшін қысымды ұстау уақыты 2–4 минут болады; бірақ бұл уақыт форма температурасы тұрақтанғаннан кейін есептеледі, форманың жабылуының басынан емес. Форманы бастапқы температурадан қыздыру процесі ұзақ уақыт алады және оны форма ішіндегі термопара қолданып өлшеу керек.

5.Салқындату және формадан шығару

Күйіп қату аяқталғаннан кейін бұйымды резинаның сығылуынан пайда болатын деформацияны азайту және партиялардың біркелкілігін қамтамасыз ету үшін формадан шығару алдында оны 50°C немесе одан төмен температураға дейін салқындату керек.