Глибоко розвивайте технологію формування! Комплексний аналіз процесу формування термопластичних композитних матеріалів

З модернізацією індустрії нових матеріалів до високо-зелених і великих-масштабів термопластичні композити, що мають такі переваги, як можливість повторної переробки, висока міцність, висока ефективність формування та чудові механічні властивості, поступово витісняють термореактивні композити та традиційні металеві матеріали, стаючи основними матеріалами в таких галузях, як аерокосмічна промисловість, транспортні засоби нових джерел енергії, залізничний транспорт тощо високоякісне-обладнання. А технологія пресування, як основний процес масового виробництва термопластичних композитів, з високою ефективністю виробництва, точними розмірами продукту, хорошою консистенцією та контрольованими витратами стала ключовим мостом, що з’єднує термопластичні композити та кінцеву продукцію. На відміну від компресійного формування термореактивних композитів, компресійне формування термопластичних композитів не вимагає тривалого процесу твердіння, що дозволяє швидко формувати та переробляти, що більше відповідає потребам великомасштабного -виробництва.

Основний принцип: Основна логіка компресійного формування термопластичних композитів

Компресійне формування термопластичних композитів є, по суті, замкнутим -процесом «термічного плавлення - формування під тиском - охолодження та схоплювання». Суть полягає у використанні термопластичної природи термопластичних смол (оборотне нагрівання, плавлення та охолодження, твердіння), де заготовки з термопластичних композитних матеріалів (таких як формувальні суміші SMC/BMC, армовані волокном -термопластичні препреги тощо) поміщають у форму, попередньо нагріту до заданої температури, і через прес застосовують певний тиск для плавлення, течії, і заповніть порожнину форми всередині заготовки. Згодом його охолоджують і схоплюють, а форму знімають, щоб отримати бажаний продукт. Весь процес не потребує тривалої реакції затвердіння, має короткий цикл формування, може вироблятися безперервно, а продукти можна переробляти та переробляти, що робить його одним із найкращих процесів для широкомасштабного-масового виробництва термопластичних композитів.

У порівнянні з компресійним формуванням термореактивних композитів, компресійне формування термопластичних композитів має три основні відмінності:

По-перше, механізм формування відрізняється. Термопласти залежать від фізичних змін, пов’язаних із плавленням і охолодженням смоли, тоді як термореактивні композити залежать від хімічних змін у реакціях перехресного зв’язування смоли.

По-друге, цикл формування інший. Цикл формування термопластичного пресування зазвичай становить 2-10 хвилин на шматок, що набагато коротше, ніж у термореактивного пресування, який становить від 30 хвилин до 2 годин на шматок.

По-третє, придатність до переробки різна. Термопластичні вироби можна нагрівати та розплавляти для переробки та повторного використання, тоді як термореактивні вироби не можна переробляти.

Крім того, заготовки для компресійного формування з термопластичних композитів можуть приймати різні форми, такі як препреги та формувальні суміші, адаптуючись до вимог до продуктивності різних продуктів і пропонуючи більшу гнучкість.

З точки зору основного процесу, компресійне формування термопластичних композитів в основному складається з чотирьох етапів, кожен з яких тісно пов’язаний, і кожен етап безпосередньо впливає на механічні властивості та точність розмірів виробу, а також є основною ланкою контролю в промисловій практиці:

Крок 1: Підготовка заготовки: суть полягає в адаптації до вимог продукту та виборі відповідного типу заготовки та специфікації. Заготовки для термопластичного композитного пресованого формування в основному включають листові формувальні суміші (SMC), об’ємні формувальні суміші (BMC) і препреги безперервного волокна - SMC/BMC придатні для великого-виробництва виробів середнього та малого-розміру та мають нижчу вартість; Препреги безперервного волокна (такі як препреги, армовані вуглецевим волокном PP, PA) підходять для високо-кінцевих продуктів і мають кращі механічні властивості. У той же час розмір заготовки потрібно вирізати відповідно до розміру виробу та вимог до продуктивності, а також необхідно контролювати рівномірність товщини заготовки, щоб уникнути дефектів формування, викликаних нерівними заготовками. Крім того, деякі заготовки необхідно попередньо розігріти, щоб покращити плинність розплаву та забезпечити плавне заповнення порожнини форми.

Крок 2: Попередній нагрів прес-форми та встановлення. Температура форми є одним із основних параметрів формування, і її потрібно точно контролювати відповідно до типу смоли. Різні термопластичні смоли мають різні температури плавлення, тому температуру попереднього нагріву форми потрібно контролювати вище температури плавлення смоли та нижче температури розкладання. Наприклад, температура прес-форми для смоли PP контролюється на рівні 160-180 градусів, а для смоли PPS – на рівні 280-320 градусів. Форму потрібно встановити на прес заздалегідь, щоб забезпечити точне закриття форми, і на поверхню форми необхідно нанести засіб для звільнення від форми, щоб запобігти прилипанню продукту після охолодження та забезпечити плавне вилучення з форми, захищаючи якість зовнішнього вигляду продукту. Крок 3, компресійне формування: це основний процес усієї процедури, зосереджений на контролі трьох ключових параметрів: тиску, температури та часу. Підготовлену преформу поміщають у попередньо розігріту форму, і прес активують, щоб закрити форму. Застосовується встановлений тиск (зазвичай 10-50 МПа), підтримуючи температуру форми. Під тиском преформа плавиться і тече, заповнюючи всю порожнину форми, витісняючи повітря всередині порожнини, щоб забезпечити щільну структуру виробу. Час формування під тиском слід регулювати залежно від товщини виробу та типу смоли, зазвичай коливається від 2 до 10 хвилин, щоб забезпечити повне розплавлення преформи та рівномірне розтікання, уникаючи таких дефектів, як дефіцит матеріалу та бульбашки.

Основні моменти процесу: три ключові параметри визначають продуктивність і якість продукту

Хоча компресійне формування термопластичних композитів може здатися простим, воно насправді вимагає надзвичайно точного контролю параметрів процесу. Серед них температура прес-форми, тиск стиснення та час стиснення є трьома основними контрольними параметрами, відомими в промисловості як «три елементи» прес-формування. Навіть найменше відхилення може призвести до таких дефектів, як нестача матеріалу, бульбашки, викривлення та розшарування продукту, що вплине на його продуктивність і термін служби. Поєднуючи практичний досвід галузі та останні технологічні досягнення, ми розбиваємо три основні моменти процесу, збалансовуючи професіоналізм і практичність:

Пункт 1: Температура форми - Точний контроль для ефекту плавлення та формування. Температура прес-форми безпосередньо впливає на ступінь плавлення термопластичної смоли та ефект охолодження та формування, будучи основним параметром, що впливає на продуктивність продукту. Якщо температура занадто висока, це може спричинити розкладання смоли, пожовтіння поверхні продукту та надмірне відхилення розмірів; якщо він занадто низький, смола не розплавиться повністю, матиме погану плинність, не зможе заповнити порожнину форми та схильна до дефектів, таких як дефіцит матеріалу та розшарування. На практиці температура форми повинна бути точно встановлена ​​на основі типу смоли та товщини виробу. Тим часом слід застосувати технологію зонального контролю температури, щоб зменшити різницю температур між внутрішньою та зовнішньою порожнинами форми, усунути нерівномірне затвердіння та запобігти залишковим напругам у виробі, уникаючи викривлення та розтріскування. Наприклад, під час формування тонкостінних виробів температуру форми можна відповідно підвищити, щоб підвищити текучість смоли; під час формування товстостінних виробів температуру можна належним чином знизити, щоб уникнути деформації внаслідок виймання з форми до того, як внутрішня частина повністю охолоне та затвердіє.

Пункт 2: Тиск стиснення - Розумний контроль для щільної структури та точних розмірів. Основна функція тиску стиснення полягає в тому, щоб змусити преформу щільно прилягати до порожнини прес-форми, видаляти повітря та сприяти плавленню та течії смоли, забезпечуючи щільну структуру та точні розміри виробу. Якщо тиск занадто низький, преформа не може повністю заповнити порожнину форми, що легко призводить до нестачі матеріалу, бульбашок і пухкої структури; якщо він занадто високий, це збільшить споживання енергії обладнанням, пошкодить прес-форму та може спричинити залишкову напругу всередині продукту, що вплине на його механічні властивості. На практиці тиск стиснення слід регулювати залежно від типу преформи, структури виробу та розмірів, зазвичай коливаючись від 10 до 50 МПа - вищий тиск потрібен для матеріалів для пресування з великим коефіцієнтом стиснення та смол із високою в’язкістю розплаву; для виробів простої-форми з тонкими-стінками тиск можна належним чином зменшити. Крім того, слід використовувати технологію градієнтного тиску для поступового збільшення тиску, уникаючи раптового підвищення тиску, яке може спричинити розбризкування преформи або пошкодження форми.

Пункт 3: Час стиснення - Наукове налаштування для збалансування ефективності та продуктивності. Час стиснення стосується періоду від моменту, коли форма повністю закрита, до моменту, коли преформа розплавиться, потече, охолоне та застигне у формі, безпосередньо впливаючи на ступінь затвердіння та ефективність виробництва виробу. Якщо час занадто короткий, смола не розплавиться повністю, а охолодження та схоплювання будуть недостатніми, що призведе до викривлення, деформації та поганих механічних властивостей виробу; якщо він надто довгий, це подовжить виробничий цикл, збільшить споживання енергії та може призвести до надмірного-затвердіння продукту, що призведе до таких дефектів, як потемніння та утворення бульбашок на поверхні. На практиці час стиснення слід встановлювати всебічно на основі температури прес-форми, товщини виробу та типу смоли, зазвичай коливаючись від 2 до 10 хвилин - чим вища температура прес-форми та тонший виріб, тим коротший час стиснення; чим вище в'язкість розплаву смоли і чим густіший продукт, тим довший час стиснення. Крім того, відповідне збільшення часу стиснення може підвищити кристалічність і механічні властивості продукту, але слід уникати надмірного подовження, щоб запобігти підвищенню витрат. Окрім трьох основних параметрів, якість заготовки, точність форми та вибір роздільного агента також впливатимуть на ефект формування. Заготовка повинна забезпечувати рівномірну товщину, відсутність домішок і рівномірний розподіл волокон, щоб уникнути дефектів продукту, спричинених проблемами заготовки; форма має бути оброблена за -високоточною технологією, щоб забезпечити точні розміри порожнин і гладку поверхню, зменшуючи відхилення розмірів і дефекти зовнішнього вигляду продукту; роздільний агент слід вибирати так, щоб він був сумісний із термопластичною смолою, рівномірно нанесений, щоб уникнути пошкодження поверхні виробу під час виймання з форми та не впливати на подальшу обробку виробу.

Аналіз-застосування в багатьох областях: від цивільного до високого-класу, розкриваючи цінність усіх сценаріїв

Технологія компресійного формування термопластичних композитних матеріалів, яка має такі переваги, як висока ефективність, можливість вторинної переробки, точні розміри та контрольовані витрати, широко застосовується в багатьох галузях, таких як аерокосмічна промисловість, транспортні засоби на новій енергії, залізничний транспорт, високо-обладнання та цивільні товари. Сфера застосування, типи продуктів і вимоги до продуктивності відрізняються в різних областях. Завдяки практичним дослідженням у цій статті всебічно аналізується його застосування:

Сценарій застосування перший: New Energy Vehicle Field - Легкий, високоміцний, сприяє енергозбереженню та зменшенню викидів. Попит на легкі, високоміцні та придатні для вторинної переробки транспортні засоби нових енергоносіїв стає все більш актуальним. Компресійні вироби з термопластичних композитних матеріалів, які мають такі переваги, як легка вага, висока міцність, хороша ударна стійкість і здатність до вторинної переробки, стали основним вибором для легких модернізацій автомобілів. Вони в основному застосовуються в таких продуктах, як автомобільні бампери, капоти двигуна, внутрішні панелі дверей, корпуси акумуляторів і компоненти шасі.

Другий сценарій застосування: аерокосмічне поле - висока продуктивність, висока точність, адаптація до суворих умов. Аерокосмічна сфера має надзвичайно високі вимоги до механічних властивостей, точності розмірів і термостійкості композитних матеріалів. Завдяки оптимізації процесу технологія пресованого формування термопластичних композитних матеріалів може досягти великого-виробництва високо-продуктивних продуктів. Він в основному застосовується в таких продуктах, як лопаті гвинтів безпілотних літальних апаратів, компоненти дверей літаків, кронштейни супутників і аксесуари для авіаційних двигунів.

Третій сценарій застосування: поле залізничного транспорту - Зносостійкість, анти-старіння, підвищення безпеки експлуатації. Залізничне транспортне обладнання має витримувати складні навантаження, вібрацію та ерозію навколишнього середовища протягом тривалого періоду часу, вимагаючи матеріалів із високою зносостійкістю, анти-старінням і ударостійкістю. Компресійні вироби з термопластичних композитних матеріалів можуть ідеально відповідати цим вимогам і в основному застосовуються в таких продуктах, як внутрішні панелі, каркаси сидінь, поручні та звукоізоляційні плити залізничних транзитних вагонів.

Четвертий сценарій застосування: цивільне та -стандартне обладнання - Низька вартість, масове виробництво, адаптація до різноманітних вимог. У цивільній сфері термопластичні композиційні матеріали, отримані під тиском, широко використовуються в таких продуктах, як корпуси побутових приладів, сантехніка та фітнес-обладнання, замінюючи традиційні пластикові та металеві вироби через їх низьку вартість, високу ефективність формування та естетичний вигляд. У сфері високо-обладнання вони застосовуються в таких продуктах, як корпуси роботів, аксесуари для медичних пристроїв і корпуси точних інструментів, що відповідає вимогам до використання високо-обладнання завдяки своїй високій точності та міцності.

Таким чином, технологія компресійного формування термопластичних композитних матеріалів є основною підтримкою широкомасштабного-застосування термопластичних композитів і важливою технологією для сприяння модернізації високоякісного-виробництва. Від технічних принципів до ключових моментів процесу, від багато-застосувань до передових-проривів, ця технологія з її перевагами високої ефективності, можливості переробки та точної керованості поступово замінює традиційні процеси формування та відкриває більше цінностей для застосування. З безперервним удосконаленням основних технологій і прискоренням внутрішнього заміщення китайська технологія компресійного формування термопластичних композитних матеріалів поступово переходитиме від «наздоганяючої та паралельної» до «працюючої паралельної та лідируючої», розширюючи можливості для таких галузей, як авіакосмічна промисловість, транспортні засоби на новій енергії та залізничний транспорт, і надаючи потужного імпульсу високо-якісному розвитку індустрії нових матеріалів Китаю.