Τα τελευταία χρόνια, τόσο εγχώρια όσο και διεθνώς, έχουν εμφανιστεί νέες τεχνολογίες χύτευσης για θερμοπλαστικά σύνθετα προϊόντα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα. Αυτές οι τεχνολογίες περιλαμβάνουν αυτόματη τοποθέτηση ινών, χύτευση με υπερήχους ταχείας ενοποίησης, χύτευση με λέιζερ, σκλήρυνση με δέσμη ηλεκτρονίων, χύτευση με υποβοήθηση κενού και εκτύπωση 3D. Παρά την υψηλή απόδοση, το χαμηλό κόστος, τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και τον υψηλό βαθμό αυτοματισμού που προσφέρουν αυτές οι νέες τεχνολογίες χύτευσης, οι παραδοσιακές μέθοδοι εξακολουθούν να παίζουν σημαντικό ρόλο λόγω των σημερινών τεχνολογικών περιορισμών στις εφαρμογές ανθρακονημάτων.

Οι θερμοπλαστικές ρητίνες όπως οι ΚΡΥΦΟΚΟΙΤΑΓΜΑ, πι και PPS παρουσιάζουν ισχυρή αντοχή στη διάβρωση, ανοχή σε ζημιά, αντοχή σε κρούση και ανθεκτικότητα σε θραύση. Επίσης μαλακώνουν και λιώνουν κατά τη θέρμανση, επιτρέποντας την επαναλαμβανόμενη χρήση. Όταν συνδυάζονται με ανθρακονήματα υψηλής αντοχής, αυτά τα θερμοπλαστικά σύνθετα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα έχουν γίνει γρήγορα δημοφιλή στην αεροδιαστημική, στρατιωτική και υψηλών προδιαγραφών μη στρατιωτικές εφαρμογές. Με την πάροδο του χρόνου, έχουν αναπτυχθεί διάφορες διαδικασίες χύτευσης για εφαρμογές ανθρακονημάτων. Saxobran Νέο ΥλικόΗ Co., Ε.Π.Ε, ειδικεύεται στην παραγωγή σύνθετων προϊόντων από ανθρακονήματα και έχει συγκρίνει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα πολλών ευρέως χρησιμοποιούμενων και ώριμων μεθόδων χύτευσης.

Διαδικασία χύτευσης σε αυτόκλειστο

Η χύτευση σε αυτόκλειστο χρησιμοποιεί συμπιεσμένο αέριο υψηλής θερμοκρασίας στο αυτόκλειστο για τη θέρμανση και την πίεση των προστρωμένων προεμποτισμάτων, ωριμάζοντάς τα σε σχήμα. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως για την ολοκληρωμένη χύτευση σύνθετων υλικών με βάση τη ρητίνη και έχει σημαντική σημασία στη βιομηχανική παραγωγή. Για παράδειγμα, το 80% των ενισχυμένων με ίνες άνθρακα θερμοπλαστικά σύνθετα δομικά μέρη που χρησιμοποιούνται στην άτρακτο, το πηδάλιο, τους ανελκυστήρες, τα δέρματα φτερών και τα πτερύγια της ουράς κατασκευάζονται με χύτευση σε αυτόκλειστο.

Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας χύτευσης σε αυτόκλειστο, το prepreg σφραγίζεται σε μια σακούλα κενού μέσα στο καλούπι, εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη πίεση από τον πεπιεσμένο αέρα προς όλες τις κατευθύνσεις. Η υψηλής ταχύτητας ροή πεπιεσμένου αέρα μέσα στο αυτόκλειστο εξασφαλίζει ομοιόμορφη θέρμανση τόσο κατά τα στάδια θέρμανσης όσο και κατά τη διάρκεια της ψύξης. Επιπλέον, η σταθερή πίεση και θερμοκρασία εντός του αυτόκλειστου έχουν ως αποτέλεσμα χαμηλό πορώδες και ομοιόμορφη κατανομή ινών στα σύνθετα προϊόντα. Έτσι, τα θερμοπλαστικά προϊόντα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα χυτευμένα σε αυτόκλειστο παρουσιάζουν ομοιόμορφη κατανομή πίεσης/θερμότητας και σταθερή ποιότητα, καθιστώντας αυτή τη μέθοδο κατάλληλη για την παραγωγή μεγάλων και πολύπλοκων δομικών μερών. Ωστόσο, τα μειονεκτήματα περιλαμβάνουν τον ογκώδη και περίπλοκο εξοπλισμό, την υψηλή κατανάλωση ενέργειας, το σημαντικό κόστος επένδυσης και παραγωγής και τη χαμηλή απόδοση.

Διαδικασία χύτευσης με συμπίεση

Η χύτευση με συμπίεση περιλαμβάνει διάφορα στάδια όπως πλαστικοποίηση υλικού, ροή για την πλήρωση της κοιλότητας του καλουπιού και σκλήρυνση με ρητίνη. Κατά τη ροή του ενισχυμένου θερμοπλαστικού σύνθετου υλικού χύτευσης από ίνες άνθρακα στην κοιλότητα του καλουπιού, τόσο η θερμοπλαστική ρητίνη όσο και η ενισχυτική ίνα άνθρακα υψηλής αντοχής πρέπει να ρέουν, με αποτέλεσμα υψηλότερη πίεση χύτευσης σε σύγκριση με άλλες μεθόδους. Αυτή η διαδικασία απαιτεί μια υδραυλική πρέσα ικανή να ελέγχει την πίεση και μεταλλικά καλούπια υψηλής αντοχής, υψηλής ακρίβειας, ανθεκτικά σε υψηλή θερμοκρασία. Το Wuxi Ζισάνγκ Νέος Υλικό γενικά χρησιμοποιεί μεθόδους σε αυτόκλειστο και χύτευση με συμπίεση για την κατασκευή θερμοπλαστικών σύνθετων προϊόντων ενισχυμένων με ίνες άνθρακα.

Τα καλουπωμένα με συμπίεση θερμοπλαστικά προϊόντα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα παρουσιάζουν χαμηλή εσωτερική καταπόνηση, ελάχιστη παραμόρφωση, λείες επιφάνειες, υψηλή ακρίβεια διαστάσεων, σταθερές μηχανικές ιδιότητες, χαμηλή συρρίκνωση και καλή επαναληψιμότητα. Αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη για τη χύτευση μεγάλων επίπεδων προϊόντων με υψηλή παραγωγική απόδοση και την ικανότητα να διαμορφώνουν σύνθετες δομές με μία κίνηση, διευκολύνοντας τη μαζική παραγωγή, την εξειδίκευση και τον αυτοματισμό. Ωστόσο, η πολυπλοκότητα και το υψηλό κόστος της κατασκευής καλουπιών, οι μεγάλοι κύκλοι χύτευσης και οι προκλήσεις για την επίτευξη πλήρους πλήρωσης καλουπιού είναι αξιοσημείωτα μειονεκτήματα στις εφαρμογές ανθρακονημάτων.

Διαδικασία περιέλιξης νήματος

Η περιέλιξη του νήματος περιλαμβάνει την προθέρμανση εμποτισμένων με ρητίνη συνεχών ινών άνθρακα υψηλής αντοχής και την περιέλιξή τους σε έναν άξονα. Η συνεχής εφαρμογή θέρμανσης και πίεσης ενοποιεί το προεμποτισμό σε μια ενοποιημένη δομή, σχηματίζοντας το επιθυμητό συστατικό στρώμα-στρώμα. Παράγοντες όπως η θερμοκρασία θέρμανσης, η μέθοδος περιέλιξης, το διάκενο εξώθησης, η θερμοκρασία ρητίνης και η τάση περιέλιξης ινών επηρεάζουν άμεσα την ποιότητα του προϊόντος.

Σε σύγκριση με τη διαδικασία του αυτόκλειστου, η περιέλιξη του νήματος είναι πιο ευνοϊκή για τη μηχανοποιημένη παραγωγή και επιτρέπει προσαρμογές στην απόδοση αντοχής ινών άνθρακα αλλάζοντας τα σχέδια περιέλιξης. Ωστόσο, λόγω της αδυναμίας των ινών άνθρακα να προσκολληθούν σφιχτά στην επιφάνεια του μανδρελιού κατά την περιέλιξη, αυτή η μέθοδος είναι ακατάλληλη για την κατασκευή εξαρτημάτων με κοίλες ή κυρτές επιφάνειες.

Διαδικασία Pultrusion

Το Pultrusion περιλαμβάνει τον εμποτισμό ινών άνθρακα υψηλής αντοχής σε ρητίνη και το τράβηγμα τους μέσα από μια μήτρα όπου διαμορφώνονται και σκληρύνονται υπό πίεση, σχηματίζοντας συνεχή μήκη σύνθετων προϊόντων. Αυτή η διαδικασία είναι κατάλληλη για την κατασκευή εξαρτημάτων συνεχούς, σταθερής διατομής, που σημαίνει ότι μπορεί να παράγει μόνο γραμμικά προφίλ και όχι δομικά μέρη σύνθετου σχήματος. Επιπλέον, λόγω των ανισότροπων ιδιοτήτων των προϊόντων, η εγκάρσια αντοχή τους είναι περιορισμένη, παρουσιάζοντας περιορισμούς εφαρμογής σε προϊόντα ενισχυμένα με ανθρακονήματα.

Για μεγάλης κλίμακας παραγωγή γραμμικών θερμοπλαστικών προϊόντων ενισχυμένων με ίνες άνθρακα, αυτή η διαδικασία προσφέρει υψηλή αυτοματοποίηση, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, υψηλή περιεκτικότητα σε ίνες άνθρακα, σταθερή ποιότητα προϊόντος και χαμηλή κατανάλωση πρώτων υλών. Είναι μια προτιμώμενη μέθοδος για την παραγωγή συγκεκριμένων τύπων προϊόντων.

Αναδυόμενες τεχνολογίες

Τα τελευταία χρόνια, πολυάριθμες νέες τεχνολογίες χύτευσης για θερμοπλαστικά σύνθετα προϊόντα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα έχουν εμφανιστεί παγκοσμίως. Αυτές περιλαμβάνουν αυτόματη τοποθέτηση ινών, ταχεία ενοποίηση με υπερήχους, ενοποίηση λέιζερ, σκλήρυνση με δέσμη ηλεκτρονίων, χύτευση με τη βοήθεια κενού και εκτύπωση 3D. Αυτές οι νέες τεχνολογίες προσφέρουν υψηλή απόδοση, χαμηλό κόστος, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και υψηλό βαθμό αυτοματισμού. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη το τρέχον τεχνολογικό επίπεδο στην Κίνα, παραμένει ένα σημαντικό κενό στην έρευνα και την πρακτική εφαρμογή σε σύγκριση με τις ανεπτυγμένες χώρες. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι παραδοσιακές μέθοδοι χύτευσης θα συνεχίσουν να είναι απαραίτητες για την παραγωγή σύνθετων δομικών μερών από θερμοπλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα και άλλων προϊόντων σε εφαρμογές ανθρακονημάτων.