पारम्परिक कार्बन फाइबर प्रिप्रेग मोल्डिङ विधि

एयरोस्पेस र उच्च-स्तरीय उत्पादनको परिष्कृत संसारमा, कार्बन फाइबर प्रिपेग मोल्डिङ प्रविधि एउटा "अदृश्य कारीगर" जस्तो हुन्छ, जसले बलियो र हल्का सामग्रीको संयोजन गर्न अत्यधिक कारीगरीका साथ उच्च-स्तरीय सामग्रीलाई आकार दिन्छ। कम्पोजिटको क्षेत्रमा एउटा क्लासिक प्रक्रिया को रूपमा, पारम्परिक कार्बन फाइबर प्रिप्रेग मोल्डिङ विधि दशकौंको पुनरावृत्ति भएको छ र अझै पनि उच्च-स्तरीय उत्पादनको "मेरुदण्ड" हो। आज, हामी यस प्रविधिको मूल तर्कलाई गहिराइँदै विश्लेषण गर्नेछौं कि कसरी यो राल-आर्द्रित कार्बन फाइबर कपडाको एउटा टुक्राबाट अन्तरिक्ष यानको महत्त्वपूर्ण घटक र रेस कारको शरीरको ढाँचामा परिवर्तन हुन्छ।

कार्बन फाइबर प्रिपेग के हो?

मोल्डिङ विधि बुझ्न, हामीले प्राथमिक रूपमा "प्रेप्रेग" को मूल संकल्पना बुझ्नु पर्छ। सरल भाषामा भन्नुपर्दा, कार्बन फाइबर प्रेप्रेग एपोक्सी राल, फिनोलिक राल जस्ता आधारभूत सामग्रीहरूलाई कडा नियन्त्रित तापमान र दबावको वातावरणमा कार्बन फाइबर कपडामा समान रूपमा प्रवेश गराएर बनाइएको चिपचिपा कम्पोजिट सामग्रीको कुण्डल वा पातलो परत हो, जसलाई कार्बन फाइबर टो र रालको "उत्कृष्ट संयोजन" मानिन्छ।
यो "पूर्व-प्रवेश" विशेषताले यसलाई ड्राइ फाइबर मोल्डिङ प्रक्रियाबाट छुट्याउँछ: रालको मात्रा र वितरण पहिले नै निर्धारित हुन्छ, र पछिको मोल्डिङले केवल सामग्रीलाई साँच्चै ढालमा कसरी ठीकसँग फिट गर्ने र पूर्ण रूपमा उपचार (क्युअर) गर्ने भन्ने कुरामा ध्यान केन्द्रित गर्दछ, जसले गर्दा स्थानमा सञ्चालनको जटिलता काफी हदसम्म घट्छ। यो बेकिङ अघि बनाइएको आटा जस्तै हुन्छ, जसको सिफारिस पहिले नै समायोजित गरिएको हुन्छ, र अहिले बाँकी केवल ताप र समयको नियन्त्रण गर्नु हुन्छ।

सामान्य मोल्डिङ विधि

（1）अटोक्लेभ मोल्डिङ
उच्च प्रदर्शन वाला कम्पोजिटहरूको निर्माणको लागि एयरोस्पेस स्तरको सुनको मानक प्रक्रिया। यसले कार्बन फाइबर प्रीप्रेग लेआउट र ढालोलाई भ्याकुम बैगमा सील गरी ठूलो, उच्च तापमान, उच्च दबाव भएको पात्रमा राख्ने, हट प्रेस ट्याङ्कमा राख्ने काम गर्दछ। उपचार प्रक्रियाको दौरान, एकै साथ ट्याङ्कमा कतिपय वातावरणीय दबाव र उच्च तापमान लागू गरिन्छ, जसले राललाई पूर्ण रूपमा प्रवाह गर्न र फाइबरहरूलाई सघन बनाउन अनुमति दिन्छ, जसले गर्दा अत्यधिक उच्च फाइबर सामग्री र कम झुल्ली भएका भागहरू उत्पादन हुन्छन्।
यो प्रक्रियाको फाइदा यो हो कि यसले उत्कृष्ट यांत्रिक गुणहरू र स्थिरताका साथ अतुलनीय गुणस्तरका जटिल संरचनात्मक भागहरू उत्पादन गर्दछ। तर, यसका कमीहरू पनि अत्यन्त स्पष्ट छन्: हट प्रेस उपकरण आफैं अत्यन्त महँगो हुन्छ, धेरै ऊर्जा खपत गर्दछ र लामो र महँगो उत्पादन चक्रहरू छन्, त्यसैले यसलाई सामान्यतया एयरोस्पेस र F1 रेसिङ कारहरूमा सीमित राखिन्छ, जहाँ चरम प्रदर्शन आवश्यक हुन्छ।
（२）संकुचन मोल्डिङ
मध्यम देखि उच्च मात्रामा उत्पादनको लागि एक अत्यन्त कुशल प्रक्रिया। यसले प्रीप्रेग वा मोल्डिङ कम्पाउण्ड (जस्तै SMC) को निश्चित मात्रा तातो धातुको मोल्डमा राख्छ, त्यसपछि मोल्ड बन्द गरी उच्च दबाव र तापक्रम लगाइन्छ, जसले गर्दा सामग्री मोल्डको गुहामा प्रवाह हुन्छ र गुहा भर्छ, त्यसपछि ताप र दबाव संरक्षण गरी उपचार र मोल्ड गरिन्छ।
यो प्रक्रियाका फाइदाहरूमा अत्यधिक स्वचालन, तीव्र उत्पादन, उत्पादनको उच्च आयामीय शुद्धता र दुवै तर्फ समतल हुने गुणस्तर समावेश छ। तर, उच्च दबाव सहन गर्ने कठोर मोल्डको आवश्यकताका कारण प्रारम्भिक लगानी लागत अपेक्षाकृत बढी हुन्छ। यो कारको बडी प्यानल, ब्याट्री केस र उच्च प्रदर्शन वाला खेलकुद उपकरण जस्ता राम्रो सतहको गुणस्तर आवश्यकता भएका ठूलो मात्रामा संरचनात्मक भागहरूको निर्माणका लागि धेरै उपयुक्त छ।
（3）भ्याकुम बैग मोल्डिङ
वायुमण्डलीय दबावको प्रयोग गरेर संयुक्त सामग्रीलाई कम्प्याक्ट गर्ने एक आधारभूत र सामान्यतया प्रयोग हुने प्रक्रिया। सहायक सामग्रीको श्रृंखलालाई हातले चिपचिपो वा प्रिप्रेग पर्तले ढाकिन्छ र पूरा प्रणालीलाई भ्याकुम ब्यागले सील गरिन्छ, जसलाई निरन्तर रूपमा भ्याकुम पम्पद्वारा पम्प गरिन्छ जसले नकारात्मक दबाव सिर्जना गर्छ, ताकि वायुमण्डलीय दबाव उत्पादनको सतहमा समान रूपमा लागू हुन्छ, जसले वायुलाई हटाउँछ र संरचनालाई कम्प्याक्ट गर्छ।
यो विधि फाइबर सामग्रीलाई उल्लेखनीय रूपमा बढाउन सक्छ, पोरोसिटी घटाउँछ, र रालको वितरणको एकरूपता सुधार गर्छ, र यसको लागत तातो प्रेस ट्याङ्कको तुलनामा धेरै कम छ। तर, यसले लगभग 0.1 MPa को अधिकतम दबाव मात्र प्रदान गर्न सक्छ, र उच्च दबाव प्रक्रियाको तुलनामा प्रदर्शनको उच्च सीमा राम्रो छैन, जुन जहाज निर्माण, प्रोटोटाइपिङ, र मध्यम प्रदर्शन आवश्यकताका संयुक्त भागहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुन्छ।
（4）रोल र्यापिङ
उच्च प्रदर्शन भएका पातलो-भित्ता वाला ट्यूबहरूको उत्पादनमा विशेषज्ञता लिएको एक दिशात्मक प्रक्रिया। कार्बन फाइबर प्रीप्रेगलाई निश्चित कोणमा काटेर तनावको अवस्थामा सटिक रूपमा म्यान्ड्रलमा लपेटिन्छ, सामान्यतया संकुचन ब्यान्डले लपेटेर संकुचन दबाव दिइन्छ, त्यसपछि ओभनमा तातो पारी उपचार गरिन्छ र पाइप प्राप्त गर्न ढाल हटाइन्छ।
यो प्रक्रियाले फाइबरको अभिविन्यास (जस्तै 0°, ±45° संयोजन) को सटीक नियन्त्रण गर्न अनुमति दिन्छ, जसले राम्रो आयामीय शुद्धता र सतहको गुणस्तरका साथ उत्कृष्ट अक्षीय आवधिक यान्त्रिक गुणहरू प्राप्त गर्न सक्छ। तर, यो प्रीप्रेग र म्यान्ड्रलमा निर्भर रहन्छ, उत्पादन दक्षता सीमित छ, र यसको प्रयोग मुख्यतया गोल्फ क्लबका शाफ्ट, माछा मार्ने छडी, र साइकलका फोर्क लेग जस्ता उच्च-स्तरीय खेलकुद सामानहरूमा हुन्छ।
（5）फिलामेन्ट वाइन्डिङ
घूर्णन उच्च शक्ति सदस्यहरूको उत्पादनका लागि स्वचालित प्रक्रिया। निरन्तर कार्बन फाइबर टोलाई रालको स्नानमा भिजाइएपछि कम्प्युटर नियन्त्रित वाइन्डिङ टाउकोद्वारा घूम्ने म्यान्ड्रेलमा अग्रिम निर्धारित प्रोफाइल र कोणमा आवश्यक मोटाइ पुगेसम्म सटीक रूपमा राखिन्छ, त्यसपछि आकारमा सजिलो हुन्छ।
यो प्रक्रियाको सबैभन्दा ठूलो फाइदा यो हो कि तन्तुहरू निरन्तर र समान रूपमा तनावयुक्त हुन्छन्, जसले अत्यधिक उच्च तन्तु आयतन सामग्री र शक्ति उपयोगीकरणलाई समर्थन गर्दछ, विशेष गरी आन्तरिक दबावमा रहेका पात्रहरूका लागि। तर, यो उभिएका आकारहरूमा र खर्चिलो उपकरणमा सीमित छ। प्राय: उत्पादनहरू उच्च दबाब ग्याँस सिलिन्डर (CNG/हाइड्रोजन), पाइपिङ र रकेट मोटर केसहरू समावेश छन्।
（6）पल्ट्रुजन
निरन्तर कार्बन फाइबर टोह वा कपडा लाई रालोको स्नानमा प्रवेश गराएर भिजाउने, त्यसपछि तिनीहरूलाई उष्णता प्राप्त सटीक स्टील ढालमा बाहिर निकाल्दा निरन्तर उत्पादन गर्ने स्थिर अनुप्रस्थ क्षेत्रफल वाला संयुक्त प्रोफाइलको लागि उच्च दक्षतामा काम गर्ने प्रक्रिया। "स्पेगेटी" जस्तै, यसले निरन्तर कार्बन फाइबर टोह वा कपडा लाई रालोको स्नानमा प्रवेश गराएर भिजाउने, त्यसपछि तिनीहरूलाई उष्णता प्राप्त सटीक स्टील ढालमा प्रारम्भिक आकार दिने, संकुचित र निरन्तर उपचार गर्ने र अन्तमा ट्र्याक्टरद्वारा बाहिर निकालेर निश्चित लम्बाइमा काट्ने हुन्छ।
यो प्रक्रिया अत्यन्तै उत्पादक हुन्छ, जसले स्वचालित निरन्तर उत्पादन, उच्च कच्चा पदार्थको उपयोग र महत्वपूर्ण लागत प्रभावकारितालाई समर्थन गर्दछ। तर, यसका उत्पादनहरू सिधा स्थिर अनुप्रस्थ क्षेत्रफल वाला प्रोफाइलमा सीमित छन्, र लम्बाइमा भएको शक्ति पारगमन भएको शक्तिभन्दा धेरै बढी हुन्छ। सामान्य उत्पादनहरूमा ट्रस ब्रिज सदस्य, केबल ब्रिज, सीढीका खम्बा, र विभिन्न छड र प्रोफाइलहरू समावेश छन्।
（7）प्रेशर बैग मोल्डिङ
यसलाई भ्याकुम बैग मोल्डिङको उन्नत संस्करणको रूपमा मान्न सकिन्छ। भ्याकुम बैग प्रणालीमा आधारित, सम्पूर्ण सीलित साँचोलाई एक सील गर्न सकिने दबाव ट्यांकमा राखिन्छ, जसले भित्री भागलाई खाली गर्न मात्र होइन, ट्यांकमा सङ्कुचित वायु पनि पठाउँछ, जसले भ्याकुम बैगको बाहिरी भागमा उच्च सकारात्मक दबाव (सामान्यतया 0.4-0.6MPa) लागू गर्दछ, जसले शुद्ध भ्याकुमभन्दा ठूलो मोल्डिङ दबाव प्रदान गर्दछ।
यो विधि तातो प्रेस ट्यांकमा ठूलो लगानीको आवश्यकता बिना भागको फाइबर सामग्री र घनीभूतिकरणलाई काफी सुधार गर्दछ र भ्याकुम-मात्र बैग प्रक्रियाभन्दा राम्रो प्रदर्शन गर्दछ। यो ठूला भागहरूको उत्पादनका लागि आदर्श छ जुन तातो प्रेस ट्यांकमा फिट हुन सक्दैनन्, जस्तै साना देखि मध्यम आकारका जहाजका ढाँचा, रेलका डब्बाका भागहरू र ठूला रेडोमहरू।

कार्बन फाइबर प्रीप्रेग आकार दिने विधिहरूको तुलना

भविष्य: विरासतमा नवीनता

परम्पराले स्थिरताको अर्थ बुझाउँदैन। आज, उद्योगले "सूक्ष्म-नवीनताहरू" मार्फत अवरोधहरू तोड्दै गरेको छ: उदाहरणका लागि, कम तापमानमा छिटो उपचार हुने रालहरूको विकास जसले उपचार समय २ घण्टाबाट घटाएर ३० मिनेटमा पुर्याउँछ; हातले ढुक्का लगाउने कामलाई प्रतिस्थापन गर्न स्वचालित लेमिनेटिङ उपकरणको प्रयोगले दक्षता सुधार गर्ने; र साँचोको डिजाइनमा दोषहरू घटाउन दबाब वितरण अनुकूलन गर्न AI एल्गोरिदम प्रवेश गराउने।
यी सुधारहरूले पारम्परिक प्रक्रियाहरूले आफ्नो प्रदर्शन फाइदाहरू कायम राख्दा "उच्च दक्षता र कम लागत" को ओर धीरे-धीरे संक्रमण गर्न सकेको छ, र संयुक्त क्षेत्रमा महत्वपूर्ण भूमिका खेल्न जारी राखेको छ।
अन्तरिक्ष यानदेखि खेलकुद सामग्रीसम्म, पारम्परिक कार्बन फाइबर प्रिप्रेग मोल्डिङ विधिले ठोस कारीगरीका साथ "बिस्तारै र निरन्तर काम" को उत्पादन दर्शनको व्याख्या गर्दछ। यो सबैभन्दा उन्नत हुन सक्दैन, तर अत्यधिक विश्वसनीयताको आवश्यकता पर्ने परिदृश्यहरूमा, यो "परम्परा" नै सबैभन्दा मूल्यवान गुणस्तर आश्वासन हो।