An'anaviy uglerod tolali prepreg shakllantirish usuli

Aviatexnika va yuqori darajadagi ishlab chiqarishning murakkab dunyosida, uglerod tolasi prepreg shakllantirish texnologiyasi "ko'rinmas mehnatkash"ga o'xshaydi, bu mustahkamlik va yengillikni birlashtiruvchi yuqori malakali mehnat yordamida yuqori darajadagi materiallarni shakllantiradi. Kompozit sohasidagi klassik jarayon sifatida an'anaviy uglerod tolali prepreg shakllantirish usuli o'ttiz yillar davomida takomillashtirilgan va hozirda ham yuqori darajadagi ishlab chiqarishning "asosiy tayanchi" hisoblanadi. Bugun ushbu texnologiyaning asosiy mohiyatini chuqur tahlil qilamiz va smola singdirilgan uglerod to'li gazlamani kosmik kemalar uchun asosiy komponent hamda poyga avtomashinasi korpusining skeletiga aylantirish jarayonini ko'rib chiqamiz.

Uglerod tolasi prepreg nima?

Shakllantirish usulini tushunish uchun avval "prepreg"ning asosiy tushunchasini tushunishimiz kerak. Oddiy qilib aytganda, karbon tolali prepreg — karbon tola to'plami va rezinning "mukammal kombinatsiyasi"dir. Qat'iy nazorat ostidagi harorat va bosim sharoitida epoksi, fenol kabi matritsa materiallari karbon tola gazlamaga tekis tarqoq holda singdiriladi va ma'lum bir yopishqoqligiga ega bo'lgan aralash materialdan o'ralma yoki varaq hosil qilinadi.
Bu "oldindan singdirish" xususiyati uni quruq tola bilan shakllantirish jarayonidan farqlantiradi: rezinning miqdori va taqsimoti oldindan belgilangan bo'ladi, keyingi shakllantirish jarayoni materialni shablon ichida aniq moslashtirish va to'liq qattiq sifatda qotirishga e'tibor qaratadi, bu esa ish maydonidagi operatsiyaning murakkabligini sezilarli darajada kamaytiradi. Bu pechga solishdan oldin tayyor hamirga o'xshaydi, retsept allaqachon sozlangan, qolgan narsa — pechning haroratini va pishirish vaqtini boshqarishdir.

An'anaviy shakllantirish usuli

（1）Avtoklav orqali shakllantirish
Aerospace sifatidagi yuqori samarali kompozitlarni ishlab chiqarishning oltin standart jarayoni. U uglerod tolali prepreg qavatini va shaklni vakuum poyasiga sig'dirishni va uni katta, yuqori haroratli, yuqori bosimli idishga — issiq press-bankaga joylashtirishni o'z ichiga oladi. Qattiq holatga kelish jarayonida bir vaqtning o'zida tankga bir necha atmosfera tashkil etuvchi tekis yuqori bosim hamda yuqori harorat ta'sir qiladi, bu esa smolyani to'liq oqishga va tolalarni zichlashtirishga imkon beradi, natijada juda yuqori tola miqdori va past porozonlikka ega bo'laklar hosil bo'ladi.
Ushbu jarayonning afzalligi — ajoyib mexanik xususiyatlarga ega, baribir sifatdagi murakkab konstruktiv qismlarni ishlab chiqarish imkonini berishidir. Biroq, kamchiliklari ham aniq: issiq press-uskunasi o'zining juda qimmatligi, katta miqdordagi energiya iste'moli hamda uzoq va xarajatli ishlab chiqarish tsikllari bilan ajralib turadi. Shu sababli ham u odatda faqat giper samaradorlik talab etiladigan kosmik soha hamda Formula-1 avtomobillariga cheklanadi.
（2）Siquv qurol usuli
O'rta va yuqori hajmdagi ishlab chiqarish uchun juda samarali jarayon. Bu tayyorlangan miqdordagi prepreg yoki shakllantiruvchi aralashma (masalan, SMC) ni oldindan isitilgan metall o'lchovga joylashtiradi, so'ng o'lchov yopiladi va yuqori bosim hamda harorat qo'llaniladi, natijada material o'lchov bo'shlig'iga tarqalib, uni to'ldiradi, so'ng izolyatsiya va bosim saqlash orqali qattiq holatga keladi va shakllanadi.
Ushbu jarayonning afzalliklari yuqori darajadagi avtomatlashtirish, tezkor ishlab chiqarish, mahsulotning o'lchamlar jihatidan aniqligi va ikkala tomonining silliq bo'lishidir. Biroq, yuqori bosimga chidamli o'lchov talab etilgani uchun dastlabki sarmoya sarfi nisbatan yuqori. Avtomashina korpusi panellari, batareya korpuslari va yuqori samarali sport jihozlari kabi yuqori sifatli sirt talab qilinadigan masshtabdagi konstruktiv qismlarni ishlab chiqarish uchun juda mos.
(3) Vakuumli parda bilan shakllantirish
Kompozit materiallarni zichlash uchun atmosfera bosimidan foydalangan holda amalga oshiriladigan oddiy va keng tarqalgan jarayon. Yordamchi materiallar to'plami qo'l bilan yopishtirilgan yoki prepreg qatlam bilan qoplanadi, so'ngra butun tizim vakuum pachkasi bilan germetiklanadi va doimiy ravishda vakuum nasosi bilan so'riladi, natijada manfiy bosim hosil bo'ladi, shu tariqa atmosfera bosimi mahsulot sirtiga tekis ta'sir qiladi, havo chiqarib tashlanadi hamda tuzilma zichlanadi.
Ushbu usul tolali komponentning miqdorini sezilarli darajada oshirishi, porozligini kamaytirishi, rezina taqsimotining tekisliligini yaxshilashi mumkin hamda uning narxi issiq pres-banka usuliga qaraganda ancha arzon. Biroq, u taxminan 0,1 MPa gacha bo'lgan maksimal bosimni beradi va uning ishlash imkoniyati yuqori bosimli jarayonlarga qaraganda pastroq bo'ladi. U keng ko'lamli kemalar qurilishi, namuna yaratish hamda o'rta darajadagi ishlash talablari mavjud bo'lgan kompozit qismlarda keng qo'llaniladi.
（4）Aylanuvchi o'ram
Yuqori samarali ingichka devorli trubalar ishlab chiqarishga ixtisoslashgan yo'nalish. Uglarang preparligi ma'lum burchakda kesiladi, so'ngra gilzaga tor kuchlanish ostida aylanib chiqiladi, odatda siqish bosimini qo'llash uchun siqish vositasini o'rash bilan davom etadi, keyin pechda isitiladi, qattiq holatga keltiriladi va sovuqdan chiqarilib quvur olinadi.
Bu jarayon tolalarining yo'nalishini (masalan, 0°, ±45° kombinatsiyalari) aniq boshqarish imkonini beradi, yaxshi o'q bo'ylab takrorlanuvchi mexanik xususiyatlarga, yaxshi o'lchov aniqligiga va sirt sifatiga erishishga imkon beradi. Biroq, bu preparliklarga va gilzalarga bog'liq, ishlab chiqarish samaradorligi cheklangan bo'lib, asosan golf tayegi, baliq ovlash tayyachasi va velosiped voronkasi kabi yuqori darajadagi sport buyumlari uchun ishlatiladi.
（5）Tolali o'ram
Aylanuvchi yuqori mustahkamlikdagi a'zolarni ishlab chiqarish uchun avtomatlashtirilgan jarayon. Uzluksiz uglerod tolasi rezin ma'morida aralashib, so'ngra kompyuter boshqaruvdagi o'ram boshlig'i tomonidan oldindan belgilangan profil va burchaklarda aylanuvchi sterjen ustiga aniq qo'yiladi, loyihalangan qalinlikka erishguncha davom etadi, so'ng shaklga keltirish uchun qattiq holatga keltiriladi.
Ushbu jarayonning eng katta afzalligi tolalar uzluksiz va tekis tarang bo'lib, juda yuqori tolali hajmli tarkib va mustahkamlikdan foydalanish imkonini beradi, ayniqsa ichki bosimga ta'sir qiluvchi idishlar uchun. Biroq, bu jarayon faqat tashqi tomondan aylanma shakllarga cheklangan va qimmat jihozlarni talab qiladi. Oddiy mahsulotlar yuqori bosimli gaz silindrlari (CNG/Vodorod), quvurlar va raketa dvigateli korpuslarini o'z ichiga oladi.
（6）Pultruziya
Doimiy kesimli kompozit profillarni uzluksiz ishlab chiqarish uchun juda samarali jarayon. "Spagetti" kabi, u doimiy karbon tolalar yoki gazlamalarni rezin ma'badan o'tkazib aralashish, so'ng ularni isitiladigan aniq po'lat shaklga o'tkazib, oldindan shakllantirish, siqish va uzluksiz qattiq shtukaturaga ega bo'lish, va nihoyat traktor tomonidan tortib chiqarilib, doimiy uzunlikdagi bo'laklarga kesish orqali amalga oshiriladi.
Bu jarayon juda ham produktivdir, avtomatlashtirilgan uzluksiz ishlab chiqarish, xom ashyoning yuqori darajadagi foydalanilishi va katta darajadagi xarajatlarning samaradorligini ta'minlaydi. Biroq, uning mahsulotlari chiziqli doimiy kesimli profillar bilan cheklangan bo'lib, uzunlama bo'ylab mustahkamlik ko'ndalangdan ancha yuqori. Keng tarqoq mahsulotlarga trelis orollari, kabel orollari, narvon ustunlari hamda turli stержenlar va profillar kiradi.
（7）Bosimli parda shakllantirish
Bu vakuumli parda bilan shakllantirishning yanada takomillashtirilgan versiyasi sifatida qaralishi mumkin. Vakuumli parda tizimiga asosan, butunlamasiga o'ralgan o'lchamni yopiladigan bosimli rezervuarga joylashtirish orqali uning ichi bo'shatiladi va shu bilan birga rezervuar ichiga siqilgan havo beriladi, natijada vakuumli pardaning tashqi tomoniga yuqori ijobiy bosim (odatda 0.4-0.6MPa) ta'sir qiladi va shu tufayli sof vakuumdan ko'ra kuchliroq shakllantirish bosimi hosil bo'ladi.
Ushbu usul issiq press-rezervuar uchun katta investitsiya talab qilmaydi, qismning tolali tarkibini va zichlanishini sezilarli darajada yaxshilaydi hamda faqatgina vakuumli parda usulidan yuqori samaradorlik ko'rsatadi. U katta hajmli detallarni ishlab chiqarish uchun idealdir, masalan, kichik va o'rta hajmli kemalar korpusi, vagonlar qismlari va katta radomlar kabi issiq press-rezervuarga sig'maydigan buyumlarni ishlab chiqarishda.

Karbon tolali prepreglarni shakllantirish usullarining solishtirilishi

Kelajak: Merosdagi innovatsiya

An'anaviylik to'xtab qolishni anglatmaydi. Hozirgi kunda sanoat "mikro- innovatsiyalar" orqali cheklovlardan o'tmoqda: masalan, 2 soatdan 30 daqiqagacha bo'lgan qattiqlov vaqtini qisqartiruvchi past haroratli, tez qattiqlovchi rezinlarni ishlab chiqish; samaradorlikni oshirish uchun qo'lda to'plashni avtomatlashtirilgan laminatlash uskunalari bilan almashtirish; shu bilan birga bosim taqsimotini optimallashtirish orqali nuqsonlarni kamaytirish maqsadida shakl loyihalashiga AI algoritmlarini joriy etish.
Ushbu yaxshilanishlar an'anaviy jarayonlarning ishlash afzalliklarini saqlab qolishiga hamda asta-sekin "yuqori samaradorlik va arzon narx"ga o'tishiga imkon bergan bo'lib, kompozit sohasida muhim rol o'ynashda davom etmoqda.
Havo orbitasi kemalaridan boshlab sport jihozlarigacha, an'anaviy uglerod tolali prepreg shakllantirish usuli mustahkam mehnat orqali "sekin, lekin barqaror ishlash" ishlab chiqarish falsafasini izohlaydi. Bu eng ilg'or usul bo'lmasa ham, mutlaq ishonchlilik talab etiladigan vaziyatlarda aynan shu "an'ana" eng qimmatli sifat kafolati hisoblanadi.