Konbensyonal na Paraan ng Pagmolda ng Carbon Fiber Prepreg

Sa sopistikadong mundo ng aerospace at mataas na uri ng pagmamanupaktura, carbon fiber prepreg ang teknolohiya ng molding ay parang isang "di-nakikikitang artisano", na hugis sa mataas na uri ng materyales na may ekstremong kasanayan na nag-uugnay ng lakas at magaan na timbang. Bilang isang klasikong proseso sa larangan ng komposit, ang tradisyonal na pamamaraan ng carbon fiber prepreg molding ay dumaan sa maraming dekada ng pagbabago at patuloy na naging "pinunong gulugod" ng produksyon sa mataas na antas. Ngayon, susubukan nating lubos na unawain at buwagin ang pangunahing lohika ng teknolohiyang ito upang makita kung paano ito nagmamalaking nagmula sa isang piraso ng resin-na pinahiran na tela ng carbon fiber tungo sa pagiging mahalagang bahagi ng sasakyang pangkalawakan at balangkate ng katawan ng kotse sa rumba.

Ano ang carbon fiber prepreg?

Upang maunawaan ang paraan ng pagmomold, kailangan muna nating maunawaan ang pangunahing konsepto ng "prepreg". Sa madaling salita, ang carbon fiber prepreg ay ang "perpektong kombinasyon" ng carbon fiber tow at resin – sa isang mahigpit na kontroladong temperatura at presyon, ang epoxy resin, phenolic resin, at iba pang matrix na materyales ay pare-parehong pinapasok sa carbon fiber na tela upang makabuo ng isang malagkit na rol o sheet na kompositong materyal na may tiyak na viscosity.
Ang katangian nitong "pre-impregnation" ang naghihiwalay dito sa proseso ng dry fiber molding: ang laman at distribusyon ng resin ay nakatakdang mauna, at ang susunod na pagmomold ay kailangan lamang pokusin kung paano ito tumpak na maisasaklaw sa loob ng mold at lubos na matuyo, na malaki ang nagpapagaan sa kumplikado ng operasyon sa lugar. Katulad ito ng pre-made na dough bago ihurno, ang reseta ay naayos na, ang natitira na lang ay ang kontrol sa init at oras ng paghuhurno.

Karaniwang paraan ng pagmomold

（1）Autoclave Molding
Ang gold standard na proseso sa paggawa ng aerospace-grade na mataas na performance na composites. Kasali rito ang pagse-seal sa carbon fiber prepreg layup at ang silya nito sa loob ng vacuum bag at ilalagay ito sa malaking, mataas na temperatura, mataas na presyong sisidlan, ang hot press tank. Habang nagaganap ang proseso ng pagkakalat ng resin, ang pantay na mataas na presyon (mga ilang atmospera) at mataas na temperatura ay sabay na inilalapat sa tank, na nagbibigay-daan sa resin na lubos na umagos at masiksik na i-compress ang mga fibers, na nagreresulta sa mga bahagi na may napakataas na nilalaman ng fiber at mababang porosity.
Ang bentahe ng prosesong ito ay ang paggawa nito ng mga kumplikadong istrukturang bahagi na may walang kapantay na kalidad na may mahusay na mekanikal na katangian at pagkakapareho. Gayunpaman, napakalinaw ng mga disbentaha: ang mismong kagamitan sa hot press ay napakamahal, nakakagamit ng maraming enerhiya, at may mahaba at mahal na production cycle, kaya karaniwang limitado lamang ito sa aerospace at F1 racing cars kung saan kailangan ang sobrang performance.
（2）Compression Molding
Isang lubhang mahusay na proseso para sa produksyon ng katamtaman hanggang mataas na dami. Isinasaklaw nito ang takdang halaga ng prepreg o molding compound (tulad ng SMC) sa isang preheated metal mold, saka isinasisirado ang mold at inilalapat ang mataas na presyon at temperatura, upang ang materyal ay lumipat sa loob ng kavidad ng mold at mapunan ito, at pagkatapos ay tumitigas at nahuhubog matapos ang insulasyon at pagpapanatili ng presyon.
Ang mga benepisyo ng prosesong ito ay mataas na antas ng awtomatiko, mabilis na produksyon, mataas na akurasya sa dimensyon ng produkto, at parehong panig ay makinis. Gayunpaman, dahil sa pangangailangan na manatiling matibay laban sa mataas na presyon, mas mataas ang paunang gastos sa pag-invest. Napakahusay nito para sa paggawa ng malalaking bahagi na nangangailangan ng magandang kalidad sa ibabaw, tulad ng mga panel ng katawan ng kotse, mga kahon ng baterya, at mataas na performance na sports equipment.
（3）Vacuum Bag Molding
Isang pangunahing at karaniwang ginagamit na proseso na gumagamit ng presyur ng atmospera upang mapakilig ang mga composite material. Ang isang serye ng mga auxiliary na materyales ay sakop ng isang kamay na nakadikit o prepreg na hibla at ang buong sistema ay nakaselyo sa loob ng vacuum bag, na patuloy na hinuhugot ng vacuum pump upang makalikha ng negatibong presyur, kaya't ang presyur ng atmospera ay pare-pareho ang ipinapataw sa ibabaw ng produkto, na nag-aalis ng hangin at pinipigil ang istraktura.
Ang paraang ito ay maaaring makabuluhang mapataas ang nilalaman ng hibla, bawasan ang porosity, at mapabuti ang pagkakakalat ng resin nang pantay, at mas mababa ang gastos nito kumpara sa hot press tank. Gayunpaman, hindi ito kayang magbigay ng higit sa 0.1 MPa na presyur, at ang limitasyon nito sa pagganap ay hindi kasing ganda ng mga mataas na presyur na proseso, kung saan malawakang ginagamit sa paggawa ng barko, prototyping, at mga composite na bahagi na may katamtamang pangangailangan sa pagganap.
（4）Roll Wrapping
Isang direksiyonal na proseso na dalubhasa sa paggawa ng mga matipid na tubo na mataas ang pagganap. Ang carbon fiber prepreg ay pinuputol sa isang tiyak na anggulo at pagkatapos ay tumpak na iwinowind sa ilalim ng tensyon sa isang mandrel, karaniwang sinusundan ng paglilimos ng isang compression band upang mag-aplay ng pampigil na presyon, at pagkatapos ay pinainit at kinukulitin sa oven at inihuhubad upang makuha ang tubo.
Nagbibigay-daan ang prosesong ito sa tumpak na kontrol ng oryentasyon ng hibla (halimbawa, 0°, ±45° na kombinasyon), na nakakamit ang mahusay na axial reciprocating mechanical properties na may magandang dimensional accuracy at kalidad ng surface. Gayunpaman, umaasa ito sa prepregs at mandrels, limitado ang kahusayan sa produksyon, at pangunahing ginagamit sa mga high-end na sporting goods tulad ng shaft ng golf club, palakol, at binti ng bicycle fork.
（5）Filament Winding
Isang awtomatikong proseso para sa paggawa ng rotary high strength na mga bahagi. Ang tuloy-tuloy na carbon fiber tow ay binubuska sa isang resin bath at pagkatapos ay tumpak na inilalagay ng isang computer-controlled na winding head sa isang umiikot na mandrel sa mga nakatakdang profile at anggulo hanggang maabot ang dinisenyong kapal, at pagkatapos ay pinapatigas upang makuha ang hugis.
Ang pinakamalaking benepisyo ng prosesong ito ay ang pagkakaroon ng tuloy-tuloy at unipormeng na-stretch na mga hibla, na nagbibigay-daan sa napakataas na nilalaman ng volume ng hibla at paggamit ng lakas, lalo na para sa mga lalagyan na nakapailalim sa panloob na presyon. Gayunpaman, limitado ito sa mga convex rotomolded na hugis at sa mahahalagang kagamitan. Karaniwan mga Produkto kabilang ang mga high-pressure gas cylinder (CNG/Hydrogen), mga tubo, at mga kaso ng rocket motor.
（6）Pultrusion
Isang lubhang epektibong proseso para sa patuloy na produksyon ng mga composite profile na may pare-parehong cross-section. Tulad ng "spaghetti", inaahon nito ang tuluy-tuloy na carbon fiber tows o tela sa pamamagitan ng resin bath para sa pagpapabusilak, saka ipinapasa sa isang mainit na tumpak na bakal na uwat kung saan sila binubuong paunang hugis, pinipihit, at patuloy na pinapatigas, bago hihilahin palabas ng isang traktor at putulin sa pare-parehong haba.
Napakataas ng produktibidad ng prosesong ito, na nagbibigay-daan sa awtomatikong tuluy-tuloy na produksyon, mataas na paggamit ng hilaw na materyales, at malaking pagtitipid sa gastos. Gayunpaman, limitado lamang ang mga produkto nito sa tuwid na mga profile na may pare-parehong cross-section, at mas mataas ang lakas nito sa haba kaysa sa lapad. Kasama sa karaniwang produkto ang mga bahagi ng truss bridge, cable bridge, poste ng hagdan, at iba't ibang uri ng bariles at profile.
（7）Pressure Bag Molding
Maaari itong ituring na isang pinahusay na bersyon ng pagmamanupaktura gamit ang vacuum bag. Batay sa sistema ng vacuum bag, ang buong naka-encapsulate na mold ay inilalagay sa isang tatakpan na pressure tank, na hindi lamang binubunot ang hangin sa loob kundi nagpapapasok din ng nakapipigil na hangin sa tank, na naglalapat ng mas mataas na positibong presyon (karaniwang 0.4-0.6MPa) sa labas ng vacuum bag, na nagbibigay ng mas matinding presyon sa pagmomold kumpara sa purong vacuum.
Ang pamamara­ng ito ay malaki ang nagpapabuti sa nilalaman ng hibla at pagsiksik ng bahagi nang walang pangangailangan ng malaking puhunan sa mainit na press tank, at mas mahusay kaysa proseso ng vacuum-only bag. Ito ay lubos na angkop para sa paggawa ng malalaking bahagi na hindi maaring ilagay sa hot press tank, tulad ng maliit hanggang katamtamang laki ng mga katawan ng barko, mga bahagi ng tren, at malalaking radome.

Paghahambing ng Mga Paraan sa Paghubog ng Carbon Fiber Prepreg

Hinaharap: Pagbabago sa Pamana

Ang tradisyon ay hindi nangangahulugan ng stagnasyon. Sa ngayon, ang industriya ay lumalabas sa mga hadlang sa pamamagitan ng "mikro na inobasyon": halimbawa, ang pag-unlad ng mga resin na mababa ang temperatura at mabilis matuyo na nagpapabawas sa oras ng pagtutuyo mula 2 oras hanggang 30 minuto; ang paggamit ng awtomatikong kagamitan sa paglalapat na pumapalit sa manu-manong paghahambalang upang mapataas ang kahusayan; at kahit ang pag-introduce ng mga algoritmo ng AI sa disenyo ng hulma upang i-optimize ang distribusyon ng presyon at bawasan ang mga depekto.
Ang mga pagpapabuti na ito ay nagbigay-daan upang mapanatili ng tradisyonal na proseso ang kanilang mga pakinabang sa pagganap habang unti-unti nitong pinapasok ang "mataas na kahusayan at mababang gastos," at patuloy na gumaganap ng mahalagang papel sa larangan ng komposit.
Mula sa sasakyang pangkalawakan hanggang sa mga kagamitang pampalakasan, ipinapakita ng tradisyonal na paraan ng pagbuo ng carbon fiber prepreg ang pilosopiya sa paggawa na "mabagal at matatag na paggawa" na may matibay na kasanayan. Maari mang hindi ito ang pinakamodernong pamamaraan, ngunit sa mga sitwasyon na nangangailangan ng lubhang katiyakan, ang "tradisyong" ito ang siyang tunay na pinakamahalagang garantiya.