Kontrolli i trashësisë dhe të sheshtësisë së fletave të fibrës së karbonit: Një analizë thellë e zgjedhjes së prepreg-ut dhe të parametrave të procesit

Në fushën e prodhimit të kompoziteve të fibrit të karbonit, saktësia e trashësisë dhe rrafshësia e sipërfaqes janë dy metrika kryesore për vlerësimin e cilësisë së produktit. Për të prodhuar panele të fibrit të karbonit me cilësi të lartë me trashësi të saktë dhe sipërfaqe të rrafshët, duhet ushtruar kontroll të saktë në të gjithë zinxhirin e prodhimit – nga zgjedhja e prepreg-ut deri te procesi i ngurtësimit. Kjo artikull do të analizoje sistematikisht teknologjitë kryesore për kontrollin e trashësisë dhe rrafshësisë së panelit nga tre pikëpamjet: karakteristikat e prepreg-ut, dizajni i vendosjes së shtresave dhe parametrat e formimit.

«Gjenet» e Prepreg-ut Përcaktojnë Standardin e Referencës për Shtresat

Si material i parë për panelet e fibrit të karbonit, vetitë fizike të prepreg-ut përcaktojnë drejtpërdrejt trashësinë dhe rrafshësinë e tyre.

1. Pesha e Sipërfaqes së Fibrit (FAW) Përcakton Trashësinë Teorike

Pesha e bazës së fibrave të prepreg është parametri kyç për kontrollin e trashësisë. Si shembull, merrni prepregun unidireksional: një shtresë e vetme me peshë bazë 50 g/m² ka një trashësi prej rreth 0,05–0,06 mm, ndërsa një shtresë me peshë bazë 200 g/m² arrin 0,19–0,20 mm. Zgjedhja e peshës së bazës së prepregut përcakton drejtpërdrejt referencën teorike të trashësisë së panelit përfundimtar.
Prepregu i hollë ofron avantazhe të konsiderueshme në kontrollin e rrafshësisë. Studimet kanë treguar se, në krahasim me prepregun konvencional (200 g/m²), prepregu i hollë (p.sh., 50 g/m²) lehtëson më shumë impregnimin dhe ofron permeabilitet më të mirë për shkak të trashësisë të zvogëluar të shtresave individuale të fibrave. Në strukturat laminare, flluskat ajri largohen më lehtë midis shtresave të prepregut të hollë, duke rezultuar në shumë më pak boshllëqe dhe fibra më të drejta. Kjo nuk ndihmon vetëm në kontrollin e saktësisë së trashësisë, por edhe në përmirësimin e rrafshësisë së sipërfaqes dhe të vetive mekanike.

2. Roli rregulluese e përmbajtjes së rezinës (RC)

Përmbajtja e rezinës në prepregjet zakonisht varion nga 35% deri në 42% sipas peshës. Ky parametër ndikon drejtpërdrejt në sjelljen e rrjedhës gjatë procesit të ngurtësimit dhe në trashësinë përfundimtare:

RC e lartë (më shumë se 42%): Rrjedhshmëri e mirë; pas ngurtësimit, sipërfaqja ka një shtresë të trashë të pasur me rezinë dhe një pamje tërheqëse. Megjithatë, nëse shtypja nuk kontrollohet në mënyrë të duhur, rrjedhja e tepërt e rezinës mund të çojë lehtë në trashësi të pavlefshme dhe boshllëqe midis shtresave.

RC e ulët (35%–38%): Fraksion i lartë i vëllimit të fibrit dhe qëndrueshmëri e mirë, por rrjedhshmëri e pakufizuar. Kjo mund të çojë në boshllëqe në këndet dhe në ribat e forcimit, duke ndikuar në rrafësinë e sipërfaqes.

3. Shqetësimet lidhur me përmbajtjen e substancave të volatilizuara

Tretja dhe lagësia që mbeten në prepreg do të formojnë flluskë gjatë procesit të ngurtësimit. Prepregjet me cilësi të lartë duhet të kenë një përmbajtje volatil më pak se 1,5%, ndërsa ato me cilësi të ulët mund të arrijnë deri në 3%. Pjesët e formuara nga këto prepregje tregojnë shumë vrima të vegjël në sipërfaqe dhe boshllëqe midis shtresave, gjë që i dëmton rëndë planitetin e tyre.

4. Ndikimi i strukturës së materialit

Prepregjet e materialit klasifikohen në tre lloje sipas modelit të përgjithshëm: modeli i thjeshtë, modeli i shkallëzuar dhe modeli i satenit. Modeli i thjeshtë ka veti të dobëta të vendosjes dhe një shkallë të lartë të lakimit të fibrit; modeli i satenit ka veti të mira të vendosjes por një shkallë të ulët të lakimit të fibrit; ndërsa modeli i shkallëzuar është ndërmjet këtyre dyve. Diferencat në strukturën e modelit ndikojnë në dendësinë e laminatit dhe në performancën e tij të degazimit, gjë që ndikon në uniformitetin e trashësisë.

Dizajni i rrugës: Linja e parë e mbrojtjes kundër planitetit

1. Vendosja simetrike është rregulli i artë për parandalimin e deformimit

Këndet e vendosjes zakonisht janë të vendosura në 0°, ±45° dhe 90°, dhe kombinohen sipas kërkesave të ngarkesës. Pas shërbimit, vendosjet asimetrike mund të përjetojnë deformim kumulativ për shkak të ndryshimeve në koeficientët e zgjerimit termik dhe në shkallën e shkurtimeve gjatë shërbimit (rreth 0,02–0,05 mm/m), duke çuar në përkulje. Metoda më e thjeshtë e verifikimit është të përdorësh sekuencën e vendosjes duke e palosur në dy pjesë nga qendra; kontrollo nëse këndet e shtresave në të dyja anët janë imazhe pasqyrë njëra-tjetrës—nëse nuk janë, rregullimi duhet të rirregullohet.

2. Arti i lidhjeve të papritura dhe me mbivendosje

Kur lidhen panelet me madhësi të madhe, gjerësia e mbivendosjes duhet të jetë të paktën 10 mm. Lidhjet me skaj të drejtpërdrejtë (ku vijat e lidhjes nuk mbivendosen) mund të rezultojnë në defekte si gropa dhe në përqendrim stressi në vendet e lidhjes pas shërbimit. Kur lidhen shumë shtresa, vijat e lidhjes të shtresave ngjitur duhet të jenë të zhvendosura me të paktën 50 mm për të parandaluar që të gjitha vijat e lidhjes të përputhen në të njëjtën pozicion.

3. Para-kompaktimi — Kyçi për Eliminimin e Bubullimave të Ajrit dhe të Variacioneve të Trashësisë

Pas përfundimit të vendosjes, para-kompaktimi është një hap kritik për kontrollin e trashësisë dhe të sheshtësisë. Ajri bllokohet midis shtresave gjatë vendosjes së prepreg-ut; pasi rezina epoksidike është shumë viskoze, jo të gjithë ajri mund të dalë gjatë ngrohjes, duke krijuar boshllëqe.

Në prodhimin reale, pas përfundimit të vendosjes, kompaktimi mund të arrihet me anë të kompaktimit me rrotullues ose shtypjes së ftohtë për të shtypur ngushtë shtresat e prepreg me Fibër Karboni , duke zgjidhur efektivisht problemin e hyrjes së ajrit gjatë vendosjes. Para-kompaktimi i pavolitëshëm pengon daljen e ajrit gjatë ngrohjes, duke krijuar boshllëqe ose bubullima që jo vetëm që komprometohen uniformitetin e trashësisë, por edhe sheshtësinë e sipërfaqes.

Ngrohja në Formë: Faza Vendimtare për Trashësinë dhe Sheshtësinë

1. Shtypi i Formës — Faktori Kryesor që Shkakton Kthimin

Studimet kanë treguar se, mes parametrave të procesit për formatimin me shtypje, faktorët që ndikojnë në deformimin e pjesës, sipas rëndësisë së tyre, janë: shtypja e kompresionit (P), shpejtësia e mbylljes (v), koha e mbajtjes (t) dhe temperatura e formatimit (T), ku shtypja e kompresionit është faktori më i rëndësishëm që ndikon në deformim.

Shtypja e formatimit për prepreg-et është zakonisht vetëm 0,5–3 MPa, e cila është shumë më e ulët se 10–20 MPa që kërhen për formatimin e SMC-ve. Shtypja duhet të zgjidhet me saktësi:

Shtypja e tepërt: Resina e tepërt shtypet jashtë, duke rezultuar në mungesë rezine midis shtresave, gjë që zvogëlon fortësinë në prerje dhe çon në trashësi më të vogël të murit.

Shtypja e pavolitshme: Vrimat midis shtresave nuk mund të eliminohen, duke rezultuar në trashësi më të madhe të murit dhe uniformitet të dobët.

1–1,5 MPa është intervali optimal për shumicën e pjesëve të prepreg-ut 3K; kurdo që kalohet në një prepreg të ri, rekomandohet të prodhohen së pari tre mostra testuese për të verifikuar shtypjen.

2. Temperatura e mold-it dhe shpejtësia e ngrohjes

Temperatura e moldit është zakonisht midis 120–150°C. Shkalla e ngrohjes duhet të kontrollohet me kujdes:

Nëse shkalla e ngrohjes është shumë e shpejtë (më shumë se 8°C/min), rezina do të gëlqerohet para se viskoziteti i saj të ketë kohë të zvogëlohet deri në pikën më të ulët, çka rezulton në lidhje të dobëta ndërmjet shtresave dhe defekte të mundshme në sipërfaqe si yllëza të bardha ose rezinë e tepërt.

Nëse temperatura rritet shumë ngadalë: ciklet e prodhimit zgjaten, duke rritur koston.

3°C/min është një pikë fillestare e sigurt. Gjatë procesit të formimit, fuqia e ngrohjes mund të rregullohet për të garantuar që rritja e temperaturës së moldit mbetet brenda një gamë të përshtatshme (jo më shumë se ±5°C).

3. Kohëzimi i saktë i shtypjes

Kohëzimi i shtypjes zbatimi gjatë procesit të hardhimit është kritik:

Nëse shtypja aplikohet shumë herët: rrjedhje e tepërt e rezinës, lëndë e ulët rezine dhe forcë e zvogëluar e prerjes ndërmjet shtresave.

Nëse shtypja aplikohet shumë vonë: rezina ka filluar t’u ngurtësohet, gjë që bën të vështirë ruajtjen e trashësisë së dëshiruar; lënda e lartë rezine çon në forcë të zvogëluar të lakimit.

Koha e aplikimit të shtypjes nuk duhet të përcaktohet vetëm në bazë të vetive termosetuese të sistemit të rezinës; vendimi duhet të merret duke marrë parasysh kushtet reale të procesit.

4.Marrëdhënia midis kohës së mbajtjes dhe trashësisë

Koha e hardhimit për prepreg-et llogaritet në bazë të trashësisë, zakonisht 1–2 minuta për milimetër trashësi. Një pjesë me trashësi 2 mm kërkon 2–4 minuta mbajtje shtypjeje; megjithatë, kjo kohë matet pasi temperatura e mold-it ka arritur qëndrueshmërinë, jo nga fillimi i mbylljes së mold-it. Procesi i ngrohjes së mold-it nga temperatura e dhomës zgjat një kohë të konsiderueshme dhe duhet të matet duke përdorur një termokupull brenda mold-it.

5.Nxirja e nxehtësisë dhe nxjerrja nga mold-i

Pas përfundimit të hardhimit, lejoni produktin të ftohet në 50°C ose më pak para se ta nxishni nga mold-i, për të minimizuar deformimin e shkaktuar nga zvogëlimi i rezinës dhe për të siguruar konzistencën e partisë.