I materiali compositi termoplastici in fibra di carbonio si riferiscono a prodotti formati dalla fusione di fibre di carbonio e resine termoplastiche. Esistono enormi differenze nella difficoltà di fusione tra diverse forme di fibre di carbonio e diversi tipi di resine termoplastiche, e ci sono anche grandi differenze nel divario prestazionale dopo la fusione. Allo stato attuale, le prestazioni dei materiali compositi formati da fibra di carbonio continua e resina polietereterchetone termoplastica sono eccellenti e la preparazione di questo materiale composito ha la possibilità di produzione in serie.
Nel processo dei materiali compositi termoplastici in fibra di carbonio dalla teoria alla pratica, la preparazione dei materiali compositi è un anello più difficile, e l'altro anello è come trasformare facilmente i materiali compositi in parti di varie forme mantenendo la stessa struttura fisica. Vantaggi di integrità e prestazioni meccaniche. Per risolvere i problemi nei due collegamenti precedenti, non è necessaria solo la ricerca teorica, ma sono indispensabili anche prove pratiche. Quali soluzioni di lavorazione e stampaggio si sono attualmente dimostrate fattibili? Zhishang New Materials ti guiderà attraverso tutto ciò.
Cinque processi di stampaggio di compositi in fibra di carbonio termoplastico attualmente pratici
1. Stampaggio per immersione in fusione
L'impregnazione per fusione è la scelta migliore per preparare nastri impregnati con polimeri cristallini. I fasci di fibre unidirezionali, parallele e a tensione fissa vengono prelevati dal telaio di alimentazione del filo del dispositivo di impregnazione per fusione e inviati al serbatoio di impregnazione per fusione per essere impregnati con resina termoplastica. Dopo essere passato attraverso il forno ad alta temperatura e dopo essere stato pressato in un nastro prepreg da un rullo pressore a caldo, viene avvolto in un rotolo da un sistema di avvolgimento. Il fulcro del processo di impregnazione per fusione è massimizzare la dispersione dei fasci di fibre e infiltrare completamente l'interno dei fasci di fibre.
In questo metodo la resina allo stato fuso impregna i fasci di fibre disperse sotto una certa pressione. Idealmente, l'interno dei fasci di fibre sarà completamente infiltrato e infine raffreddato per ottenere una striscia di fibre prepreg o prepreg. Il processo di impregnazione per fusione è semplice, non genera praticamente gas volatili durante il processo e può controllare accuratamente il contenuto di fibre del preimpregnato; tuttavia, l'effetto di impregnazione non è buono nei sistemi di resina ad alta viscosità ed è difficile per le fibre diffondersi e disperdersi.
L'esperimento ha rilevato che, dopo aver fatto passare la fibra di carbonio attraverso una testa di impregnazione appositamente progettata e installata su un estrusore monovite, la resina PA66 miscelata con antiossidanti è stata aggiunta alla tramoggia di alimentazione per sciogliersi e plastificarsi, rivestendo così la fibra di carbonio continua. , impregnazione per produrre nastri unidirezionali preimpregnati CF/PA66 con diversi contenuti di fibra di carbonio.
2. Stampaggio ad estrusione-iniezione
Attualmente, il processo di stampaggio dei materiali compositi in fibra di carbonio tagliata (SCF) è principalmente lo stampaggio per estrusione-iniezione. Durante il processo di stampaggio, le proprietà reologiche del materiale fuso composito di fibra di carbonio tritato sono influenzate principalmente dalla temperatura di lavorazione e dallo stress di taglio. Quando la temperatura di lavorazione è inferiore al valore critico, la viscosità apparente del fuso diminuisce all'aumentare della temperatura di lavorazione; quando supera il valore critico, la viscosità apparente non cambia più in modo significativo con la temperatura di lavorazione, mostrando le caratteristiche di un fluido newtoniano, ed è adatto alla miscelazione in questo momento. Formatura e lavorazione dei materiali. Il taglio influenza principalmente l’energia di attivazione del flusso viscoso della massa fusa. Minore è lo sforzo di taglio, maggiore è l'energia di attivazione del flusso viscoso.
Aggiungere PA66, fibra di carbonio tagliata a grappolo, compatibilizzante, additivi resistenti all'usura, antiossidanti, ecc. nel miscelatore ad alta velocità e mescolare a temperatura ambiente; quindi sciogliere e miscelare le materie prime miscelate attraverso un estrusore bivite. Estrusione, raffreddamento ad acqua, essiccazione e successiva pellettizzazione; dopo aver essiccato i pellet preparati, è stato ottenuto mediante stampaggio ad iniezione un materiale composito PA66 rinforzato con SCF clusterizzato.
3. Stampaggio
Lo stampaggio consiste nel mettere nello stampo il foglio preimpregnato composito in fibra di carbonio termoplastico tagliato o il pezzo grezzo misto contenente fibra di carbonio, quindi riscaldare la resina termoplastica al di sopra del punto di fusione o della temperatura del flusso viscoso per sciogliere, scorrere, impregnare e avvolgere la resina per il rinforzo. le fibre vengono strettamente legate insieme attraverso l'interfaccia e infine raffreddate per modellarle. Questo metodo presenta i vantaggi di un funzionamento semplice, un'elevata efficienza produttiva, un basso consumo energetico e un basso costo.
Gli esperimenti hanno scoperto che i compositi termoplastici continui rinforzati con fibra di carbonio possono essere stampati direttamente online. La caratteristica del processo è che la massa fusa viene riscaldata solo una volta durante l'intero processo e la forma della fibra di carbonio continua viene mantenuta per lo stampaggio diretto. La lunghezza della fibra di carbonio nel prodotto viene mantenuta nella massima misura possibile e presenta un'elevata efficienza produttiva, un facile stampaggio del prodotto e bassi costi di produzione. In futuro, potrà produrre coperchi per valvole di motori automobilistici, pedali, coperchi per ingranaggi e altre parti che hanno severi requisiti di dimensioni e prestazioni.
4. Stampaggio per stampa 3D
La tecnologia di stampa 3D presenta i vantaggi della libertà di progettazione e della capacità di stampare direttamente e rapidamente componenti complessi difficili da stampare con metodi tradizionali. La modellazione a deposizione fusa (FDM) è un semplice processo di stampa 3D che riscalda le fibre di plastica fuse in una testa di estrusione e deposita la fusione in singoli strati su una piattaforma, dove ciascuno strato interagisce con quello precedente. Incollaggio e infine raffreddamento e indurimento per formare. I modelli stampati tramite FDM sono accurati e il processo è affidabile; tuttavia, quando si stampano modelli con forme convesse, sono necessarie strutture di supporto aggiuntive, altrimenti collasseranno o si romperanno facilmente.
La stampa 3D ha un elevato tasso di utilizzo dei materiali compositi, può raggiungere elevata precisione e complessità e può stampare componenti complessi difficili da stampare con i metodi tradizionali. Inoltre, il passaggio dal modello dati allo stampaggio dei componenti richiede poco tempo ed è adatto per lo sviluppo e lo sviluppo di nuovi prodotti. Produzione di piccoli lotti di pezzi.
5. Stenditura e formatura automatiche
La tecnologia di posa automatica del nastro è un processo di produzione additiva che utilizza apparecchiature per la posa di fili o nastri con speciali dispositivi di riscaldamento per posizionare, stendere e solidificare in situ, aumentando strato dopo strato nella direzione dello spessore del componente, e infine raggiunge la dimensione progettata, Completare la produzione delle parti. Questa tecnologia è utilizzata principalmente nel campo aerospaziale ed è adatta alla produzione di componenti iperboloidi di forma complessa. Questo processo di stampaggio presenta i vantaggi di un'elevata efficienza produttiva, un elevato grado di automazione e una semplice progettazione digitale.
I sistemi di posa automatica del nastro sono solitamente costituiti da vassoi di alimentazione preimpregnati, teste di posa automatiche del nastro, stampi per componenti, sistemi CNC, software di progettazione assistita da computer (CAD), ecc. Quando il sistema è in funzione, il nastro preimpregnato composito viene posizionato nella testa di posa del nastro. . La posizione di posa del nastro è controllata da un braccio robotico multiasse. Una serie di rulli guida fuori il nastro preimpregnato. Dopo essere stato riscaldato dal processo, viene adagiato sullo stampo sotto l'azione del rullo pressore. Oppure sullo strato precedente del materiale steso, e infine il nastro preimpregnato viene tagliato con un coltello da taglio, completando così la posa del nastro.
Rispetto allo stampaggio a lay-up manuale, lo stampaggio a lay-up automatico ha migliorato significativamente l'efficienza, meno sprechi, maggiore precisione dimensionale e minore stress interno. È la direzione di sviluppo futuro della produzione di componenti su larga scala.
Il processo di miglioramento del processo di stampaggio dei materiali compositi in fibra di carbonio attraversa lo sviluppo dell'intero settore della fibra di carbonio. Che si tratti dell'attuale fibra di carbonio termoindurente tradizionale o della fibra di carbonio termoplastica con un grande potenziale in futuro, la capacità produttiva e la resistenza alle prestazioni saranno migliorate grazie al miglioramento del processo di stampaggio. Con l’approfondimento della ricerca sui materiali compositi in fibra di carbonio, emergeranno inevitabilmente processi di stampaggio più intelligenti e lo sviluppo dell’industria della fibra di carbonio alla fine introdurrà un domani migliore. Zhishang New Materials crede sempre fermamente in questo.