Công ngh͏ệ vật li͏ệu Composite

123 trang phuongnguyen 90

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Công ngh͏ệ vật li͏ệu Composite", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

cong_nghe_vat_lieu_composite.pdf

Nội dung text: Công ngh͏ệ vật li͏ệu Composite

CÔNG NGHỆ COMPOSITE
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite CÔNG NGHӊ COMPOSITE Phҫn 1: Giӟi thiӋu chung I. Ĉ͓nh nghƭa v̵t li͏u Composite Composite là vұt liӋu tә hӧp cӫa nhiӅu loҥi vұt liӋu (thѭӡng là hai loҥi). Sӵ pha trӝn các loҥi vұt liӋu này vӟi nhau sӁ tҥo ra mӝt loҥi vұt liӋu mӟi có bҧn chҩt hoàn toàn khác so Yӟi các loҥi vұt liӋu thành phҫn ban ÿҫu. Thành ph̯n cͯa v̵t li͏u Composite g͛m có: Thành phҫn phân bӕ liên tөc trong toàn thӇ tích vұt liӋu gӑi là nӅn. Thành phҫn phân bӕ ngүu nhiên trong vұt liӋu gӑi là cӕt. Tùy theo b̫n ch̭t cͯa v̵t li͏u n͉n ng˱ͥi ta có th͋ chia v̵t li͏u Composite thành các lo̩i khác nhau: 9ұt liӋu Composite nӅn polymer: PMC. 9ұt liӋu Composite nӅn vô cѫ ceramic: CMC. 9ұt liӋu Composite nӅn kim loҥi: MMC. Trong phҫn này ta chӍÿӅ cұp ÿӃn loҥi PMC vì ÿây là loҥi Composite ÿѭӧc nghiên cӭu và ӭng dөng nhiӅu nhҩt trong công nghӋ Vұt liӋu Composite. 9̵t li͏u Composite FRP FRP (Fiber Reinforced Plastic) là mӝt trong nhӳng loҥi PMC phә biӃn nhҩt trong các loҥi Yұt liӋu Composite. Ĉây là loҥi Composite thuӝc chҩt dҿo nhiӋt rҳn (thermosetting plastic), bao gӗm hai thành phҫn chӫ yӃu là polymer và các loҥi sӧi gia cѭӡng. Polymer: polyeste, vinyleste, epoxy Các loҥi sӧi: sӧi thӫy tinh, sӧi cacbon, aramid (kevlar), polyeste Các chҩt xúc tác, chҩt xúc tiӃn, phө gia vӟi tӹ lӋ trӑng lѭӧng tuy rҩt nhӓ nhѭng không thӇ thiӃu. Có khá nhiӅu công nghӋ Composite nói chung và công nghӋ FRP nói riêng. Mӛi công nghӋÿӅu có nhӳng giӟi hҥn nhҩt ÿӏnh trong ӭng dөng, nó phө thuӝc vào kích cӥ sҧn phҭm, kiӇu dáng sҧn phҭm, sӕ lѭӧng sҧn xuҩt, sӵ gia cѭӡng thích hӧp và loҥi resin sӱ dөng. Trong Pӑi công nghӋÿӅu phҧi có khuôn, vì vұy dӵa trên các ÿһc thù cӫa thiӃt kӃ và khuôn, nhà Vҧn xuҩt cҫn phҧi lӵa chӑn công nghӋ cho thích hӧp. '͹a trên c˯ sͧ nguyên lý t̩o ra s̫n pẖm, ta có th͋ phân bi͏t các lo̩i công ngh͏ sau: Công nghӋÿúc tiӃp xúc (Hand lay-up, Spray up). Công nghӋÿúc chuyӇn resin RTM (Resin Transfer Moulding). Công nghӋÿúc nén (Compression Moulding). Công nghӋ cuӕn sӧi (Filament Winding). Công nghӋÿúc kéo (Pultrusion). Công nghӋ tҥo lӟp liên tөc (Continuous Laminating). Trang 1
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Công nghӋÿúc bҵng vӳa thӫy tinh (Plasterglass). Công nghӋ ép phun (Injection Moulding). Công nghӋ ÿúc ép phun phҧn ӭng RRIM (Reinforced Reaction Injection Moulding). Công nghê ÿúc chuyӇn chân không (Vacuum Assisted RTM). Công nghӋÿә ly tâm (Centrifugal Casting). Trong phҫn này chӍ trình bày công nghӋÿúc tiӃp xúc (Hand lay-up, Spray up) là công nghӋÿѭӧc áp dөng rӝng rãi nhҩt. Trang 2
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite CHÖÔNG II: KYÕ THUAÄT COMPOSITE THEO COÂNG NGHEÄ SMC 1. GIÔÙI THIEÄU: ¾ SMC laø daïng taám phaúng lieân tuïc vaø laø vaät lieäu composite coù chöùa sôïi vaø caùc loaïi chaát ñoän ñöôïc phaân taùn trong nhöïa nhieät raén. Nhöïa trong taám SMC chöa ñöôïc ñoùng raén, nhöng coù ñoä nhôùt raát cao. Noù ñöôïc ñoùng raén khi gia coâng taïo saûn phaåm cuoái cuøng baèng caùch eùp vaøo khuoân. ¾ SMC coù theå duøng ñeå saûn xuaát caùc boä phaän vaø caùc chi tieát composite coù hình daùng phöùc taïp vaø thôøi gian ñònh hình trong khuoân laø töông ñoái ngaén. Do ñoù composite SMC laø raát tieän lôïi. Tính ña daïng: thaønh phaàn vaø loaïi sôïi trong SMC coù theå ñieàu khieån moät caùch deã daøng ñeå saûn xuaát ra caùc saûn phaåm cuoái cuøng coù tính chaát cô lyù khaùc nhau phuø hôïp vôùi muïc ñích söû duïng. Caùc chi tieát ñoàng nhaát: Caùc chi tieát SMC coù theå ñöôïc neùn trong khuoân vôùi caùc gaân, caùc phaàn loài, phaàn uoán cong, caùc loã vaø caùc phaàn loàng vaøo nhau. Söû duïng caùc ñaëc ñieåm thieát keá naøy, moät soá caùc boä phaän coù theå laøm ñoàng nhaát goàm moät phaàn vaø moät soá caùc boä phaän phuï khaùc. Troïng löôïng nheï: SMC composite coù troïng löôïng rieâng nhoû hôn caùc caáu truùc kim loaïi. Keát quaû laø, caùc chi tieát laøm töø SMC seõ nheï hôn caùc chi tieát laøm töø kim loaïi neáu cuøng theå tích. Tæ leä veà ñoä beàn treân khoái löôïng cuûa composite SMC coù theå so saùnh vôùi nhieàu chi tieát laøm töø kim loaïi. Söï oån ñònh veà kích thöôùc: Caùc chi tieát laøm töø SMC cho thaáy coù söï oån ñònh veà kích thöôùc hôn laø caùc chi tieát laøm töø composite nhöïa nhieät deûo trong moät khoaûng roäng veà nhieät ñoä vaø ñieàu kieän moâi tröôøng. Theå tích thay ñoåi theo ñöôøng cong cuõng coù theå ñöôïc ñieàu khieån baèng caùch theâm vaøo moät soá phuï gia laøm giaûm co ngoùt. Hôn theá nöõa, heä soá nôû nhieät cuûa composite SMC coù theå ñöôïc ñieàu khieån khôùp vôùi theùp vaø nhoâm, vì theá caùc chi tieát laøm töø SMC coù theå töông hôïp vôùi caùc chi tieát laøm töø nhoâm hay theùp. Trang 34
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite ¾ Caùc öùng duïng cuûa kyõ thuaät naøy: laøm caùc hoäp ñieàu khieån, maùy theå duïc, cöûa maùy giaët, gheá, maët baøn, voû maùy tính, panoâ cöûa . ¾ Quaù trình saûn xuaát composite SMC coù theå ñöôïc phaân chia thaønh ba giai ñoaïn chính laø: Taïo hoãn hôïp, uû, vaø eùp vaøo khuoân. Trong giai ñoaïn taïo hoãn hôïp, taám SMC ñöôïc saûn xuaát baèng caùch bao sôïi giöõa hai taám maøng moûng. Trong taám SMC cuoái cuøng chöùa moät soá thaønh phaàn nhö: nhöïa, xuùc taùc, chaát ñoän, vaø chaát laøm daøy. Trong giai ñoaïn toàn tröõ ( uû ) ñoä nhôùt cuûa nhöïa beân trong ñöôïc cho pheùp taêng cao vì theá taám SMC coù theå caàm ñöôïc tröôùc khi coù theå ñöa vaøo gia coâng. Tuøy thuoäc vaøo thaønh phaàn trong phase nhöïa maø giai ñoaïn uû coù theå töø vaøi ngaøy cho ñeán vaøi thaùng. Trong giai ñoaïn eùp khuoân, taám SMC ñöôïc caét vaø ñaët vaøo khuoân noùng. Döôùi taùc duïng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát, ñaàu tieân taám SMC chaûy vaø ñieàn ñaày khuoân vaø sau ñoù ñoùng raén taïo thaønh boä phaän cöùng. Trong phaûn öùng ñoùng raén xaûy ra trong khuoân, caùc phaân töû nhöïa ñöôïc ñoùng raén taïo maïng khoâng gian ba chieàu. 2. THAØNH PHAÀN: Caùc thaønh phaàn chính trong taám SMC laø nhöïa, sôïi, vaø chaát ñoän. Moät soá thaønh phaàn khaùc nhö xuùc taùc, chaát laøm daøy, chaát öùc cheá, chaát roùc khuoân vaø phuï gia laøm giaûm co ngoùt ñöôïc duøng vôùi moät löôïng nhoû. Tuy nhieân chuùng ñoùng vai troø raát quan troïng trong suoát giai ñoaïn löu tröõ vaø eùp khuoân. VD: moät coâng thöùc SMC nhö sau: - polyester baát baûo hoøa 10.5 - styren 13.4 - phuï gia giaûm co ngoùt 3.45 - chaát ñoän 40.7 - chaát laøm daøy 0.7 - xuùc taùc 0.25 - chaát roùc khuoân 1.0 - chaát öùc cheá - - sôïi thuyû tinh 30.0 Trang 35
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite 2.1 Nhöïa: ¾ Caùc loaïi nhöïa ñöôïc duøng trong taám SMC thöôøng laø nhöïa polyester khoâng no, Vinyl ester vaø nhöïa epoxy cuõng ñöôïc duøng. Tuy nhieân, thôøi gian eùp khuoân cuûa nhöïa epoxy laâu hôn so vôùi nhöïa polyester vaø vinyl ester. Trong thôøi gian gaàn ñaây, nhöïa phenol cuõng ñöôïc duøng trong SMC, nhöïa phenol trong SMC laøm giaûm khaû naêng chaùy, giaûm söï sinh khoùi vaø oån ñònh nhieät cao hôn taám SMC laøm töø polyester. ¾ Caùc loaïi nhöïa ñöôïc duøng trong SMC nhö polyester hoaëc vinyl ester ñöôïc troän vôùi styren vôùi thaønh phaàn töø 30-50% veà khoái löôïng. Phuï thuoäc vaùo loaïi nhöïa vaø thaønh phaàn styren trong ñoù maø ôû nhieät ñoä phoøng ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp vaøo khoaûng 300 ñeán 3000 cp. Vôùi haøm löôïng styren cao seõ taïo söï thaám öôùt toát giöõa nhöïa vôùi sôïi vì ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp thaáp. Tuy nhieân, haøm löôïng styren vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp thì seõ laøm giaûm cô tính vaø caùc tính chaát nhieät cuûa nhöïa sau khi ñoùng raén. ¾ Trong thôøi gian gaàn ñaây caùc loaïi nhöïa gheùp giöõa polyester khoâng no vôùi urethane cuõng ñöôïc söû duïng. Trong caùc loaïi nhöïa gheùp naøy, polyester coù troïng löôïng phaân töû thaáp phaûn öùng vôùi diisocianate vôùi söï hieän dieän cuûa styren. Phaûn öùng naøy taïo ra moät polymer maïch thaúng coù troïng löôïng phaân töû cao hôn toàn taïi trong dung dòch styren. Polymer maïch thaúng naøy coù theå ñoùng raén vôùi xuùc taùc thoâng thöôøng. Ñoä nhôùt vaø tính chaát cô lyù cuûa nhöïa geùp coù theå ñieàu khieån ñöôïc baèng caùch thay ñoåi caáu truùc hoùa hoïc cuûa polyester vaø diisocianate. Ngoaøi ra loaïi nhöïa naøy coøn coù moät öu ñieåm nöõa laø coù haøm löôïng styren thaáp ( döôùi 25%). 2.2 Sôïi: ¾ Loaïi sôïi ñöôïc duøng trong coâng ngheä SMC thöôøng laø E-glass. Moät soá loaïi sôïi khaùc nhö laø S-2 glass, carbon, Kevlar 49 ñöôïc duøng coù giôùi haïn. Trong soá caùc loaïi sôïi ñoù thì E-glass coù moâ ñun ñaøn hoài thaáp nhaát vaø coù khoái löôïng rieâng töông ñoái cao. Tuy nhieân, giaù thaønh cuûa noù reõ hôn caùc loaïi sôïi gia cöôøng khaùc. Do ñoù E-glass ñöôïc chaáp nhaän trong coâng ngheä SMC. ¾ Caû hai daïng sôïi ngaén (khoâng lieân tuïc) vaø sôïi daøi (lieân tuïc) ñeàu ñöôïc duøng trong coâng ngheä SMC. Sôïi ngaén ( ñònh höôùng töï do trong taám phaúng) thöôøng ñöôïc Trang 36
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite duøng trong caùc öùng duïng yeâu caàu tính chaát ñaúng höôùng ( caân baèng tính chaát theo moïi höôùng). Sôïi daøi, ñònh höôùng tröïc tieáp trong taám phaúng, taïo ra saûn phaåm coù ñoä beàn vaø moâ ñun raát cao theo höôùng ñònh höôùng cuûa sôïi; tuy nhieân, ñoä beàn vaø moâ ñun theo höôùng ngöôïc laïi laø töông ñoái thaáp. Ñeå caûi thieän ñoä beàn vaø moâ ñun theo phöông ngang thì ngöôøi ta duøng keát hôïp giöõa sôïi ngaén vaø sôïi daøi, trong tröôøng hôïp naøy sôïi ngaén ñöôïc ñònh höôùng töï do trong caáu truùc ñònh höôùng cuûa sôïi daøi. ¾ Trong coâng ngheä SMC thì sôïi daøi thöôøng duøng laø sôïi roving vaø sôïi ngaén thu ñöôïc baèng caùch chaët sôïi roving, kích thöôùc cuûa sôïi ngaén khoaûng chöøng 1 inch. Thaønh phaàn sôïi trong SMC raát deã ñieàu chænh theo yeâu caàu cuûa öùng duïng. Thaønh phaàn sôïi cao vaøo khoaûng 50 – 70% veà khoái löôïng, ñöôïc duøng ñeå saûn xuaát caùc chi tieát caàn ñoä beàn vaø moâ dun cao. Chaát ñoän seõ khoâng ñöôïc theâm vaøo taám SMC coù chöùa nhieàu hôn 60% sôïi. Thoâng thöôøng, ñoä nhôùt cuûa taám SMC cao seõ laøm giaûm khaû naêng chaûy cuûa nhöïa trong khuoân , vì theá laøm haïn cheá quaù trình ñieàn ñaày khuoân. SMC ñöôïc thieát keá theo daïng sôïi ôû trong ñoù vaø ñöôïc ñònh nghóa nhö sau: o “SMC-R” trong ñoù R laø sôïi ngaén ñònh höôùng töï do. o “SMC-CR” trong ñoù C laø chæ sôïi lieân tuïc ñònh höôùng vaø R laø sôïi ngaén ñònh höôùng töï do. o “XMC” trong ñoù X laø söï ñan cheùo nhau cuûa sôïi daøi trong taám SMC. Vôùi SMC-R vaø SMC-CR thì caùc con soá vieát theo sau chæ thaønh phaàn cuûa loaïi sôïi ñoù beân trong. Thí duï: SMC-R40 laø taám SMC coù chöùa 40% sôïi ngaén ñònh höôùng töï do; SMC-C30R10 laø taám SMC coù chöùa 30% sôïi daøi vaø 10% sôïi ngaén. Thaønh phaàn sôïi trong XMC vaøo khoaûng 70% vaø phaàn lôùn laø sôïi lieân tuïc. Trong XMC cuõng coù theå chöùa moät löôïng nhoû sôïi ngaén ñònh höôùng ngaãu nhieân ñeå caûi thieän tính chaát cô lyù theo phöông ngang. Goùc ñan cheùo giöõa caùc sôïi daøi khoaûng 5-70. II.2.3 Chaát ñoän: ¾ Chaát ñoän trong SMC coù moät soá chöùc naêng sau: laøm giaûm ñoä co ngoùt cuûa nhöïa, caûi thieän khaû naêng ñieàn khuoân baèng caùch laøm cho quaù trình chaûy toát hôn, vaø laøm taêng chaát löôïng beà maët saûn phaåm. Caùc chaát ñoän cuûng laøm giaûm giaù thaønh cuûa saûn phaåm , vì theá caùc chaát ñoän reû hôn nhöïa vaø coù theå thay theá cho nhöïa. Trang 37
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite ¾ Calci carbonate laø chaát ñoän thöôøng ñöôïc duøng trong coâng ngheä SMC. Kaolin clay, talc,boät thuyû tinh vaø aluminium trihidrate (Al2O3.3H2O) laø cuõng ñöôïc duøng nhö chaát ñoän. Aluminium trihydrate laø laoïi chaát ñoän coù khaû naêng choáng chaùy cao bôûi vì nöôùc trong phaân töû seõ ñöôïc giaûi phoùng ra ôû nhieät ñoä 2200C. Vì vaäy noù ñöôïc duøng trong saûn xuaát caùc thieát bò ñieän, trong xaây döïng ¾ Tyû leä giöõa chaát ñoän vaø nhöïa trong taám SMC tuøy thuoäc vaøo ñoä nhôùt cuûa nhöïa, noù seõ aûnh höôûng ñeán quaù trình thaám öôùt sôïi vaø tính chaûy trong khuoân. Thoâng thöôøng khi haøm löôïng sôïi cao thì neân duøng tæ leä ñoän treân nhöïa thaá. VD: SMC-R30, SMC-R50, SMC-R65 thì tæ leä treân laø 1.5, 0.5, 0. ¾ Caùc loaïi chaát ñoän coù khaû naêng daãn ñieän thænh thoaûng duøng trong SMC gia cöôøng sôïi thuyû tinh ñeå laøm giaûm söï tích tónh ñieän. II.2.4 Xuùc taùc: ¾ Chöùc naêng cuûa xuùc taùc laø khôi maøo phaûn öùng ñoùng raén ôû nhieät ñoä cao. Caùc xuùc taùc thöôøng söû duïng laø peroxide höõu cô, nhö t-bultyl perbenzoate (TBPB), chuùng bò phaân huûy ôû nhieät ñoä eùp khuoân vaø sinh ra goác töï do. Caùc goâùc töï do naøy phaûn öùng vôùi styren vaø polyester laøm phaù huûy lieân keát ñoâi carbon-carbon, do ñoù khôi maøo cho phaûn öùng ñoùng raén. ¾ Toác ñoä phaân huûy xuùc taùc cho ra goâùc töï do taêng leân theo söï taêng nhieät ñoä xung quanh khuoân. Toác ñoä phaân huûy cuûa xuùc taùc ñöôïc ño theo t1/2 , laø thôøi gian maø xuùc taùc phaân huûy heát moät nöûa. ¾ Moät loaïi xuùc taùc khaùc ñöôïc söû duïng trong coâng ngheä SMC laø caùc hôïp chaát azo. Caùc xuùc taùc naøy ít nguy hieåm hôn caùc xuùc taùc peroxide so veà maët hoaït tính. ¾ Ñaëc ñieåm ñoùng raén cuûa heä nhöïa-xuùc taùc thöôøng ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch kieåm tra thôøi gian gel SPI. Trong phöông phaùp kieåm tra naøy, 10 gam nhöïa vôùi xuùc taùc trong moät oáng nghieäm tieâu chuaån. OÁng nghieäm naøy ñöôïc ngaâm trong boàn nöôùc ôû nhieät ñoä 82oC, nhieät ñoä taêng leân trong hoãn hôïp ñöôïc theo doõi baèng moät nhieät keá ñaët trong oáng nghieäm. Töø ñöôøng cong nhieät ñoä theo thôøi gian, ta nhaän ñöôïc thôøi gian gel. Nhieät sinh ra töø phaûn öùng ñoùng raén taêng theo söï taêng nhieät ñoä cuûa hoãn hôïp, noù xuùc tieán cho quaù trình phaân huûy xuùc taùc. Keát quaû laø, toác ñoä ñoùng raén taêng leân vaø nhieät ñoä cuõng taêng leân, bôûi vì nhieät sinh ra töø phaûn öùng ñoùng raén khoâng ñöôïc khueách taùn ra moâi tröôøng xung quanh. Ñöôøng cong thôøi gian gel SPI cho thaáy ñænh nhieät Trang 38
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite (exothermic), taïi ñoù noù cho ta bieát phaûn öùng ñoùng raén ñaõ hoaøn thaønh. Ñoä doâùc cuûa ñænh nhieät xaùc ñònh ñöôïc toác ñoä ñoùng raén, noù phuï thuoäc chuû yeáu vaøo hoaït tính cuûa xuùc taùc. Thôøi gian maø ôû ñoù nhieät ñoä taêng leân 5.50C so vôùi nhieät ñoä cuûa boàn nhieät ñöôïc xem nhö thôøi gian baét ñaàu gel. ¾ Moät caùch duøng ñeå giaûm thôøi gian ñoùng raén cuûa nhöïa laø troän moät löôïng nhoû xuùc taùc ôû nhieät ñoä thaáp, nhö TBPO, vaø vôùi moät löôïng xuùc taùc ôû nhieät ñoä cao nhö TBPB. Heä xuùc taùc keùp laøm giaûm ñaùng keå thôøi gian gel vaø thôøi gian ñoùng raén . T(0C) 0 Nhieät ñoä cao hôn 5.5 C D Nhieät ñoä beå nöôùc A A: thôøi gian ñaït nhieät ñoä beå B: thôøi gian gel C C: thôøi gian ñaït ñieåm exother 2 4 6 8 10 12 2.5 Chaát öùc cheá: ¾ Chaát öùc cheá ñöôïc theâm vaøo hoãn hôïp nhöïa laøm SMC vôùi moät löôïng theo yeâu caàu cuûa saûn phaåm nhaèm muïc ñích ngaên hay giaûm phaûn öùng ñoùng raén coù theå xaûy ra trong quaù trình troän, uû vaø löu tröõ. Ñieàu naøy laøm taêng thôøi gian löu cuûa taám SMC tröôùc khi ñöa vaøo eùp taïo saûn phaåm. Khi taám SMC ñöôïc ñaët vaøo trong khuoân noùng, phaûn öùng ñoùng raén ñaàu tieân xaûy ra chaäm laø do chaát öùc cheá; nhöng noù chæ aûnh höôûng trong moät thôøi gian ngaén keát quaû laø goâùc töï do sinh ra nhanh töø chaát xuùc taùc. Bôûi vì noàng ñoä cuûa chaát öùc cheá giaûm, vaø vaän toác phaûn öùng ñöôïc xuùc tieán trong khuoân. Trang 39
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite ¾ Hydroquinon vaø parabenzoquinon laø hai chaát öùc cheá thöôøng ñöôïc duøng nhaát trong coâng ngheä SMC. Bôûi vì chaát öùc cheá laøm giaûm toác ñoä ñoùng raén vaø phuø hôïp vôùi söï taêng ñoä nhôùt ôû giai ñoaïn ñaàu cuûa quaù trình eùp khuoân, söï chaûy trong khuoân coù theå ñeàu khieån ñöôïc baèng caùch löïa choïn chaát xuùc taùc vaø chaát öùc cheá duøng chung vôùi nhau. 2.6 Chaát roùc khuoân noäi: ¾ Chöùc naêng cuûa chaát roùc khuoân laø ngaên söï keát dính giöõa nhöïa vaø beà maët khuoân, vì theá coù theå loùi saûn phaåm töø khuoân. Chaát roùc khuoân noäi ñöôïc troän trong phase nhöïa vaø thöôøng cho hieäu qua toát. Tuy nhieân, ñoái vôùi nhöõng chi tieát laùng thì caàn phaûi phun chaát roùc khuoân leân beà maët khuoân tröôùc khi thöïc hieän eùp. ¾ Löïa choïn chaát roùc khuoân laø döïa vaøo ñieåm chaûy cuûa chuùng, nhieät ñoä chaûy cuûa noù phaûi thaáp hôn nhieät ñoä cuûa khuoân. Thöôøng duøng chaát roùc khuoân laø keõm stearate (mp 130oC) vaø calcium stearate(mp 1500C). Chuùng coù theå söû duïng ôû nhieät ñoä khuoân leân ñeán 155-1650C. Caû hai loaïi chaát boâi trôn naøy coù daïng boät ôû nhieät ñoä phoøng nhöng hoøa tan deã daøng trong nhöïa. Chuùng ñöôïc theâm vaøo vôùi moät löôïng nhoû, thöôøng nhoû hôn 2% treân toång khoái löôïng cuûa hoãn hôïp. Neáu duøng quaù nhieàu chaát roùc khuoân ngoaïi thì seõ laøm giaûm ñoä beàn keùo cuûa saûn phaåm. 2.7 Chaát laøm daøy: ¾ Vai troø cuûa chaát laøm daøy laø laøm taêng ñoä nhôùt cuûa nhöïa vì theá taám SMC coù theå caàm ñöôïc, caét, choàng, vaø ñaët leân beà maët khuoân. ÔÛ traïng thaùi naøy, nhöïa chöa ñöôïc ñoùng raén, nhöng ñoä nhôùt vaøo khoaûng 30x106 ñeán 100x106cp. ÔÛ ñieàu kieän naøy, taám SMC khoâ vaø caûm thaáy khoâng dính, nhöng coù theå uoán ñöôïc. ¾ Caùc loaïi chaát laøm taêng ñoä daøy cho nhöïa polyester vaø vinylester laø oxid vaø hidroxide cuûa kim loaïi kieàm nhoùm 2A nhö : MgO, CaO, Mg(OH)2. Caùc oxide vaø hidroxide naøy phaûn öùng vôùi nhöïa qua hai giai ñoaïn. Ñöôïc cho trong ví duï döôùi ñaây. ¾ Muoái trung hoøa hình thaønh trong phaûn öùng naøy coù troïng löôïng phaân töû cao hôn nhöïa. Noù coù theå trôû laïi phaûn öùng vôùi muoái baz laøm taêng troïng löôïng phaân töû vaø vì theá laøm taêng ñoä nhôùt cuûa phase nhöïa . ¾ Oxid vaø hidroxide kim loaïi phaûn öùng ngay laäp töùc vôùi nhöïa khi ñöôïc troän vaøo trong thaønh phaàn nhöïa. Ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp taêng leân nhanh taïi thôøi ñieåm baét Trang 40
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite ñaàu vaø ñaït möùc maø taïi ñoù ñoä nhôùt khoâng taêng nöõa, sau moät khoaûng thôøi gian vaø ñöôïc goïi laø thôøi gian uû. Toác ñoä uû coù theå ñieàu khieån ñöôïc baèng caùch theâm vaøo caùc chaát laøm taêng ñoä nhôùt khaùc nhau. Cuõng coù theå laøm taêng ñoä nhôùt baèng caùch taêng ñoä aåm cuûa nhöïa. Tuy nhieân, neáu ñoä nhôùt taêng leân quaù nhanh sau khi troän hôïp, thì sôïi khoâng ñöôïc thaám öôùt nhöïa toát vì vaäy laøm giaûm tính chaát cô lyù cuûa saûn phaåm. ¾ Khi taám SMC ñöôïc gia nhieät trong khuoân thì ñoä nhôùt giaûm, vì caùc phaân töû troïng löôïng cao cuûa muoái trung hoøa bò hoøa tan thaønh caùc phaân töû nhöïa ôû nhieät ñoä cuûa khuoân. ÔÛ giai ñoaïn ñaàu trong khuoân, tröôùc khi ñoùng raén, nhöïa phaûi coù ñoä nhôùt thaáp ñeå coù theå chaûy toát trong khuoân. Ngöôïc laïi, thì khuoân khoâng ñöôïc ñieàn ñaày, hoaëc taïo boït khí trong saûn phaåm. Vaø noù cuõng ñoøi hoûi moät aùp suaát neùn lôùn ñeå eùp saûn phaåm. ¾ Aùp suaát khuoân vaø ñoä nhôùt giaûm moät khoaûng trong suoát quaù trình eùp, phuï thuoäc vaøo ñoä nhôùt cuoái cuøng cuûa taám SMC tröôùc khi eùp. Ñoä nhôùt cuoái cuøng thì phuï thuoäc vaøo loaïi vaø haøm löôïng chaát laøm daøy. Trong ví duï chaát laøm daøy laø mage oxide vaø mage hidroxide ñöôïc duøng cho heä nhöïa co ngoùt thaáp. Mage oxide ôû noàng ñoä thaáp, laøm taêng ñoä nhôùt ñaàu cao hôn mage hidroxide. Tuy nhieân, sau ñoù thì toác ñoä taêng ñoä nhôùt thaáp hôn trong quaù trình laøm chín. ¾ Moät ghi nhôù quan troïng laø ñoä nhôùt cuoái cuøng cuûa taám SMC vaøo khoaûng 50x106 ñeán 130x106cp thì seõ taïo ra saûn phaåm toát. Neáu ñoä nhôùt cuoái cuøng nhoû hôn 50x106cp thì nhöïa coù khuynh höôùng taùch rôøi sôïi trong quaù trình eùp khuoân, coøn neáu ñoä nhôùt lôùn hôn 130x106cp thì nhöïa khoù ñieàn ñaày khuoân. Trang 41
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite @ Thôøi gian laøm Trong khuoân chín Ñoùng raén Laøm daøy Chaûy Ngaøy Giaây 2.8 Phuï gia giaûm co ngoùt: ¾ Phuï gia giaûm co ngoùt laø caùc loaïi boät nhöïa nhieät deûo, chuùng ñöôïc troän trong nhöïa polyester vaø vinyl ester ñeå ñieàu khieån ñoä co ngoùt cuûa composite SMC. Caû hai loaïi nhöïa naøy giaûm ñoä co ngoùt theo chieàu daøi töø 5-9% bôûi vì coù söï keát hôïp co ngoùt do ñoùng raén trong khuoân vaø co ngoùt nhieät do laøm nguoäi ôû ngoaøi khuoân. Beân caïnh ñoù, söï thay ñoåi kích thöôùc cuûa saûn phaåm, co ngoùt coù theå laøm bieán daïng moät soá maët nhö daøi, ngaén, loài, loõm, ¾ Söï co ngoùt trong composite SMC coù theå giaûm ñaùng keå baèng caùch theâm vaøo 10-20% nhöïa nhieät deûo nhö polyvinyl acetate, polycaprolacton, polyacrylate copolymer, cellulo acetate butyrate, polystyren vaø polyethylen. Polyvinyl acetate laø coù hieäu quaû ñieàu khieån co ngoùt cao nhaát; tuy nhieân, noù khoâng chaáp nhaän maøu toát. Polyethylen vaø polystyren laø coù hieäu öùng ñieàu khieån co ngoùt thaáp nhaát nhöng chuùng chaáp nhaän caùc loaïi boät maøu raát toát. Moät soá loaïi nhöïa nhieät deûo ñöôïc hoøa tan trong styren tröôùc khi troän vôùi nhöïa neàn. Moät soá loaïi nhöïa khaùc ñöôïc troän tröïc tieáp vaøo trong nhöïa neàn. Caùc loaïi nhöïa chöùa phuï gia giaûm co ngoùt coøn ñöôïc goïi laø loaïi nhöïa coù ñoä co ngoùt thaáp. Trang 42
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite ¾ Theo Atkin thì caùc phuï gia nhöïa nhieät deûo phaân taùn vaø hình thaønh phase phaân taùn thöù hai trong nhöïa neàn taïi thôøi ñieåm ñoùng raén maïnh meõ. Phase nhöïa nhieät deûo naøy haáp phuï moät löôïng nhoû styren vaø nhöïa neàn chöa ñoùng raén. Söï giaõn nôû nhieät cao cuûa nhöïa nhieät deûo vaø aùp suaát hôi cuûa stryren haáp phuï trong noù khaùng cöï laïi söï co ngoùt do ñoùng raén cuûa nhöïa neàn. Caùc loã nhoû li ti ñöôïc hình thaønh trong phase nhöïa nhieät deûo do söï truøng hôïp cuûa nhöïa vaø cuûa styren coøn dö. Khi caùc saûn phaåm eùp khuoân ñöôïc laøm nguoäi ôû beân ngoaøi khuoân, caû nhöïa neàn vaø nhöïa nhieät deûo phaân taùn trong noù co laïi. Tuy nhieân, nhieät ñoä chuyeån thuyû tinh cuûa nhöïa neàn ñaõ ñoùng raén cao hôn nhieät ñoä chuyeån thuyû tinh cuûa nhöïa nhieät deûo, toác ñoä co ruùt nhieät cuûa nhöïa neàn ñaõ ñöôïc ñoùng raén laø ít hôn so vôùi phase nhöïa nhieät deûo. Söï khaùc bieät giöõa hai toác ñoä co ngoùt gaây ra caùc loã hoûng vaø hình thaønh caùc veát raïng nöùt li ti ôû taïi beà maët tieáp xuùc giöõa hai phase, caùc loã hoûng vaø veát raïn naøy seõ buø vaøo phaàn co ruùt nhieät cuûa nhöïa ñoùng raén. ¾ Ross vaø coäng söï thì cho raèng caùc phuï gia giaûm co ngoùt coù keát quaû vôùi moät löôïng lôùn styren vaø nhöïa hoaït tính cao. Haøm löôïng styren laø quan troïng bôûi vì noù giaõn nôû cuøng vôùi phase nhöïa nhieät deûo neân buø laïi ñöôïc söï co ngoùt do truøng hôïp. Nhöïa hoaït tính cao cho pheùp hoãn hôïp raén chaéc cuûa phase lieân tuïc trong tröôøng hôïp ñoä ñoùng raén thaáp. Nhieät ñoä taêng nhanh taïi ñieåm hoaøn taát ñoùng raén, taïi ñaây söï giaõn nôû nhieät taêng nhanh vaø hình thaønh caùc loã nhoû li ti trong phase nhöïa nhieät deûo. 2.9 Maøu: Caùc maøu höõu cô vaø voâ cô, ôû daïng boät vaø ñöôïc theâm vaøo taám SMC ñeå taïo maøu cho saûn phaåm. Maøu voâ cô, nhö titan oxide hoaëc saét oxide, coù khoái löôïng rieâng cao, haáp phuï daàu thaáp vaø oån ñònh nhieät cao hôn caùc loaïi chaát maøu höõu cô. 2.10 - Caùc loaïi phuï gia khaùc: Moät soá loaïi phuï gia ñöôïc cho vaøo phase nhöïa nhö : chaát choáng chaùy, choáng UV vaø taêng va ñaäp. Moät soá phuï gia raát caàn thieát ñoù laø phuï gia laøm taêng va ñaäp nhö caùc elastomer nhö acrylonitrine vaø styren-butadien copolymer, noù caûi thieän ñöôïc söï haáp thu naêng löôïng va ñaäp. Caùc loaïi chaát taêng khaû naêng va ñaäp naøy thöôøng theâm vaøo phase nhöïa ôû daïng loûng. Tuy nhieân, trong composite ñaõ ñoùng raén, chuùng toàn taïi döôùi daïng caùc haït cao su rieâng bieät coù kích thöôùc töø 5-25Em vaø laøm cho nhöïa neàn dai nhö laø nhöïa khaùng va ñaäp cao PS. Trang 43
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite 3 SAÛN XUAÁT TAÁM SMC: Caùc böôùc trong saûn xuaát taám SMC laø: troän, taïo hoãn hôïp, uû vaø löu tröõ. Phase nhöïa ñöôïc chuaån bò trong giai ñoaïn troän. Sôïi ñöôïc theâm vaøo phase nhöïa trong giai ñoaïn taïo compound, sau ñoù nhöïa thaám öôùt sôïi trong giai ñoaïn laøm cöùng. Caû hai coâng ñoaïn taïo hoãn hôïp vaø laøm cöùng cho SMC-R vaø SMC-CR laø ñöôïc thöïc hieän treân maùy SMC (hình 2.6), ñoái vôùi XMC, hai coâng ñoaïn naøy ñöôïc tieán haønh treân maùy cuoán sôïi. Cuoái cuøng, giai ñoaïn uû ñöôïc duøng ñeå laøm taêng ñoä nhôùt cuûa phase nhöïa trong taám SMC ñeán moät giaù trò phuø hôïp cho vieäc gia coâng treân khuoân. 3.1 - Troän hôïp: Nhieàu thaønh phaàn trong coâng thöùc SMC ñöôïc chia thaønh hai phaàn: 1. Phaàn (A) chöùa nhöïa, phuï gia giaûm co ngoùt, xuùc taùc, chaát öùc cheá, chaát roùc khuoân vaø phaàn lôùn chính. 2. Phaàn (B) chöùa chaát laøm daøy trong nhöïa chöa coù ñoä nhôùt cao, boät maøu vaø phaàn coøn laïi cuûa chaát ñoän. Caùc thaønh phaàn trong moãi phaàn ñöôïc troän phaân taùn trong moät maùy troän maõnh lieät. Trong phaàn thöù nhaát, nhöïa nhieät deûo ñöôïc theâm vaøo nhöïa neàn tröôùc tieân vaø troän rung ñoäng moät khoaûng thôøi gian baûo ñaûm chuùng ñaõ phaân taùn ñeàu trong nhöïa neàn. Phaàn B ñöôïc troän vôùi phaàn A ngay laäp töùc tröôùc khi phase nhöïa ñöôïc chuyeån vaøo maùy SMC. Söû duïng chaân khoâng trong suoát quaù trình troän ñeå giaûm söï hình thaønh boït khí beân trong phase nhöïa. Moät soá coâng thöùc tham khaûo trong kyõ thuaät SMC: Thaønh phaàn SMC-R30 SMC-R50 SMC-R65 Nhöïa 100 100 100 Nhöïa nhieät deûo 15 15 0 Phuï gia Xuùc taùc 1 1 1 Chaát roùc khuoân 5 3 3 Chaát ñoän 100 20 0 Chaát laøm daøy 5 6 6 Sôïi 97 145 204 Trang 44
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite 3.2 - Taïo compound: Phase nhöïa ñöôïc ñoå hoaëc phun leân taám maøng polyethylen daøy khoaûng 0.05mm ôû taïi hai dao ñònh löôïng. Coù theå ñieàu khieån ñöôïc ñoä daøy cuûa nhöïa treân hai taám maøng baèng dao naøy. Sôïi lieân tuïc ñöôïc ñöa qua maùy chaët daøi theo yeâu caàu. Caùc sôïi ngaén naøy rôi treân taám maøng ñöôïc phuû nhöïa ôû beân döôùi moät caùch töï do. Ñoái vôùi saûn phaåm SMC-CR thì lôùp sôïi lieân tuïc ñöôïc ñaët treân lôùp sôïi ngaén xaép seáp töï do. Maøng ethylen ôû treân ñaõ ñöôïc phuû moät lôùp nhöïa moûng ñöôïc gaén keát vôùi maøng döôùi ñaõ coù nhöïa vaø sôïi. Caáu truùc sandwich naøy ñöôïc keùo qua boä phaän eùp laøm cöùng, ôû ñoù sôïi ñöôïc thaám öôùt vôùi phase nhöïa. 3.3 - Coâng ñoaïn eùp laøm cöùng: Coâng ñoaïn neùn eùp thöôøng ñöôïc thöïc hieän vôùi moät chuoãi truïc roãng vôùi khoaûng caùch giöõa hai caëp truïc giaûm daàn cho ñeán boä phaän cuoän. Caùc truïc naøy ñöôïc laøm baèng theùp hoaëc nhoâm vaø ñöôïc phuû moät lôùp Teflon vaø coù theå taïo nhaùm hoaëc xoaén ñeå laøm taêng söï thaám öôùt. Aùp suaát neùn giöõa hai truïc laøm cho quaù trình thaám öôùt giöõa nhöïa vaø sôïi toát hôn. Moät soá truïc, trong ñoù, ñaëc bieät laø truïc cuoái ñöôïc gia nhieät ôû beân trong ñeå ñieàu khieån nhieät ñoä treân beà maët. Söï taêng nhieät ñoä cuûa taám SMC laøm cho ñoä nhôùt cuûa nhöïa giaûm vaø laøm giaûm thôøi gian uû. Ñoä nhôùt cuûa nhöïa giaûm laøm taêng ñoä thaám öôùt giöõa sôïi vaø nhöïa. Moät hay nhieàu truïc trong phaàn neùn eùp naøy coù söû duïng thieát bò chaâm loã cho lôùp maøng polyethylen cho pheùp caùc boït khí thoaùt ra. Keùo taám SMC qua moät truïc caùn lôùn ôû cuoái boä phaän eùp coù theå laøm giaûm hôn nöõa caùc boït khí baèng caùch eùp chaët laøm cho khoâng khí ñi ra ngoaøi. Trang 45
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Quy trình saûn xuaát taám SMC 3.4 - Giai ñoaïn uû: Cuoän SMC ñöôïc uû trong moät moâi tröôøng ñöôïc kieåm soaùt. Nhieät ñoä uû khoaûng 29-320C, thôøi gian uû töø 1-7 ngaøy tuyø thuoäc vaøo söï keát hôïp cuûa nhöïa vaø chaát laøm daøy. Sau giai ñoaïn uû naøy, cuoän SMC ñöôïc di chuyeån ra khoûi phoøng uû vaø coù theå ñem vaøo gia coâng hoaëc caát giöõ tieáp ôû nhieät ñoä phoøng trong moät vaøi ngaøy hoaëc vaøi thaùng. Thôøi gian caát giöõ phuï thuoäc vaøo söï keát hôïp giöõa chaát öùc cheá vaø chaát xuùc taùc hoaëc nhieät ñoä. 4 KYÕ THUAÄT GIA COÂNG EÙP THAØNH PHAÅM: 4.1 Giôùi thieäu: EÙp khuoân laø kyõ thuaät laâu ñôøi nhaát trong coâng nhieäp gia coâng nhöïa. Truyeàn thoáng, thöôøng söû duïng eùp nhöïa nhieät raén nhö phenol vaø alkyl ôû daïng boät vaø hoãn hôïp cao su. Tuy nhieân, coâng ngheä eùp phun coù giôùi haïn laø hoaëc cho nhöïa nhieät deûo hoaëc cho nhöïa nhieät raén. Coâng ngheä eùp khuoân coù moät soá thuaän lôïi hôn coâng ngheä eùp phun. Noù ñöôïc gia coâng trong caùc thieát bò ñôn giaûn khoâng coù raõnh, runner hoaëc coång. Keát quaû laø, vaät lieäu ít bò laõng phí trong gia coâng. Coù theå gia coâng deã daøng ôû haøm löôïng sôïi cao, sôïi daøi trong khi phöông phaùp eùp phun giôùi haïn ôû möùc haøm löôïng sôïi thaáp vaø ñoä daøi sôïi nhoû hôn 3mm. Vì vaäy, tính chaát cô lyù cuûa caùc saûn phaåm composite laøm töø phöông Trang 46
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite phaùp eùp khuoân laø raát toát. Aùp suaát khuoân trong phöông phaùp eùp khuoân laø nhoû hôn trong phöông eùp phun vì vaäy phöông phaùp eùp khuoân phuø hôïp cho vieäc gia coâng caùc saûn phaåm coù dieän tích beà maët lôùn hôn trong phöông phaùp eùp phun. 4.2 khuoân trong kó thuaät SMC a. Nhieäm vuï: Taïo hình saûn phaåm b. Yeáu toá quyeát ñònh keát caáu khuoân Hình daïng saûn phaåm Tính chaát vaät lieäu Yeâu caàu qui trình coâng ngheä c. Khuoân keát hôïp (khuoân neùn) Baèng caùch söû duïng caû daïng khuoân aâm vaø döông, ngöôøi ta thöïc hieän khuoân neùn. Vôùi khuoân neùn, vieäc hôïp khuoân raát quan troïng khi saûn xuaát caùc phaàn chính xaùc. Caùc khuoân naøy thöôøng ñöôïc queùt nhöïa vaø gia cöôøng tröôùc khi ñoùng chaët laïi. Nhöïa dö ñöôïc eùp heát ra, laøm giaûm caùc choã troáng, saûn phaåm seõ boùng laùng ôû caû hai maët. Khuoân neùn coù theå bieán ñoåi ñeå duøng bôm hoaëc phun nhöïa vaøo khuoân. Trang 47
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Khuoân hôû Khuoân kín Khuoân nöûa kín Trang 48
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite d. Vaät lieäu laøm khuoân trong kó thuaät SMC - Kim loaïi Kim loҥi laø vaät lieäu caàn thieát trong cheá taïo khuoân composite, nhaát laø caùc khuoân yeâu caàu saûn xuaát laâu daøi, beàn, chaéc. Khuoân kim loaïi daãn nhieät cao neân deã daøng gia nhieät vaø giaûi nhieät cho khuoân trong quaù trình gia coâng. Noù cuõng chòu ñöôïc khaû naêng maøi moøn cao, vì vaäy coù theå söû duïng khuoân naøy ñeå saûn xuaát lieân tuïc maø vaãn ñaûm baûo kích thöôùc saûn phaåm. Caùc kim loaïi thöôøng duøng trong saûn xuaát khuoân laø nhoâm (Al), ñoàng (Cu), keõm (Zn), theùp Baûng tính chaát nhieät cuûa moät soá vaät lieäu kim loaïi Tính chaát Be Mg Al Ti Fe Cu Nhieät ñoä chaûy (oC) 1277 650 660 1668 1536 1083 Heä soá daãn nhieät (W/m.K) 146 153 222 171 75 393 Heä soá giaõn nôû nhieät (Pm /Pm / 0.29 0.68 0.59 0.21 0.30 0.41 o C) 1883 1046 900 519 460 385 Nhieät dung rieâng (J/kg.K) - Nhoâm (Aluminum) Nhoâm coù heä soá giaõn nôû nhieät töông töï nhö vaät lieäu composit daïng taám moûng vaø gaáp khoaûng 2 laàn so vôùi theùp. Khuoân nhoâm deã bò aên moøn hoùa hoïc khi söû duïng vôùi PVC vaø moät soá chaát taïo xoáp. Nhoâm laø kim loaïi meàm deûo, ñoä cöùng khoâng cao, do ñoù trong moät soá tröôøng hôïp caàn ñoä beàn vaø ñoä cöùng cao nguôøi ta thay nhoâm baèng theùp. Ngoaøi ra, nhoâm coù theå hôïp kim hoùa vôùi moät soá kim loaïi khaùc taïo thaønh AlZnMgCu coù heä soá daãn nhieät lôùn gaáp 4 laàn so vôùi theùp vaø coù tyû troïng khoaûng 2.75. Khuoân nhoâm thöôøng ñöôïc söû duïng trong khuoân thoåi, khuoân nhieät ñònh hình, khuoân maãu, - Ñoàng (Copper) Hôïp kim ñoàng coù theå söû duïng thay theá nhoâm, caùc loaïi nhö ñoàng-niken, ñoàng- beri ñöôïc söû duïng chuû yeáu trong khuoân thoåi. Maëc duø coù ñoä cöùng cao hôn nhieàu so Trang 49
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite vôùi nhoâm nhöng hôïp kim ñoàng vaãn khoâng ñuû ñoä beàn vaø khaû naêng chòu maøi moøn nhö theùp ñoái vôùi caùc khuoân saûn xuaát laâu daøi trong eùp phun vaät lieäu composite. - Keõm (Zinc) Hôïp kim keõm vôùi ñoàng, nhoâm, magieâ ñöôïc duøng phoå bieán ñeå saûn xuaát caùc khuoân söû duïng trong thôøi gian ngaén. Loaïi naøy meàm, deã uoán vaø caùc goùc caïnh phaûi ñöôïc baûo veä baèng caùch cheøn vaät vaøo ñeå traùnh öùng suaát taâïp trung. Tính chaát cô hoïc cuûa hôïp kim keõm seõ giaûm nhieàu ôû nhieät ñoä khoaûng 100oC. Vì tính chaát deã gia coâng, deã laøm khuoân neân hôïp kim keõm laø vaät lieäu quan troïng duøng laøm khuoân composite vaø khuoân ñuùc. Khuoân keõm ñöôïc söû duïng vöôït quaù 500.000 laàn tuøy thuoäc vaøo möùc ñoä phöùc taïp cuûa khuoân vaø sai soá cho pheùp. Haàu heát caùc kim loaïi nhö nhoâm, ñoàng vaø hôïp kim keõm laø nhöõng nguyeân lieäu reû tieàn duøng cho caùc loaïi khuoân laøm vieäc ôû aùp suaát thaáp vaø khuoân ñuùc. Caùc loaïi khuoân thöôøng thaáy laø: giaõn nôû hôi, boït xoáp hoùa hoïc, khuoân thoåi, nhieät ñònh hình, ñaép tay, suùng phun, . Caùc kim loaïi naøy cuõng ñöôïc söû duïng cho moät soá phöông phaùp laéng kim loaïi trong laøm khuoân. Ñaây laø quaù trình cuûa söï laéng kim loaïi noùng chaûy treân khuoân chính baèng theùp hoaëc treân truï. Lôùp phuû keá ñeán ñöôïc laáy ra vaø ñöôïc laøm nguoäi daàn ñeå taêng ñoä beàn. Caùc khuoân vaø caùc truï naøy ñöôïc söû duïng laïi ñeå saûn xuaát nhieàu khuoân gioáng nhau. - Theùp Theùp laø loaïi vaät lieäu quan troïng, duøng laøm caùc khuoân saûn xuaát laâu daøi vôùi ñoä chính xaùc cao, saûn phaåm chaát löôïng, chòu ñöôïc maøi moøn vaø coù ñoä beàn nhieät cao. Ta coù theå löïa choïn caùc loaïi theùp khaùc nhau döïa vaøo tính chòu maøi moøn, choáng soác vaø khaû naêng gia coâng. Ngöôøi ta thöôøng phaân bieät theùp laøm 3 loaïi: theùp khoâng hôïp kim, theùp hôïp kim vaø theùp coù coâng duïng ñaëc bieät. i Theùp khoâng hôïp kim Theùp khoâng hôïp kim laø theùp chæ coù carbon, haøm löôïng carbon trong theùp raát khaùc nhau coù theå leân tôùi 2%. Thoâng thöôøng haøm löôïng carbon trong theùp thaáp thì theùp coù ñoä beàn va ñaäp toát, theùp coù nhieàu carbon chòu maøi moøn cao. i Theùp hôïp kim Theùp hôïp kim laø theùp coù theâm caùc nguyeân toá hôïp kim (haøm löôïng caùc nguyeân toá hôïp kim theâm vaøo phaûi < 5%). Nhöõng nguyeân toá naøy ñöôïc theâm vaøo ñeå khaéc Trang 50
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite phuïc caùc khuyeát ñieåm cuûa theùp carbon. Theùp nitril hoùa ñöôïc söû duïng ñeå choáng laïi söï maøi moøn cuûa vaät lieäu composite. Hôn nöõa, chuùng cuõng chòu ñöôïc aên moøn vaø oån ñònh ôû nhieät ñoä 427oC. Ñeå caûi thieän tính gia coâng cuûa theùp, ñoâi khi ngöôøi ta theâm caùc nguyeân toá nhö löu huyønh, chì, mangan ñoàng thôøi keát hôïp vôùi quaù trình uû vaø thöôøng hoùa trong quaù trình gia coâng. Selen ñöôïc cho vaøo theùp khoâng ræ ñeå caûi thieän tính gia coâng vaø ñoä cöùng. Taùc duïng cuûa caùc loaïi theùp hôïp kim Kim loaïi % Taùc duïng Nhoâm < 2 Hoã trôï cho quaù trình nitrat hoùa, chaát khöû oxy hoùa Croâm 0.3 - 4 Gia taêng ñoä cöùng, chòu ñöôïc maøi moøn vaø choáng aên moøn. Chì 0.05 - 0.3 Caûi thieän khaû naêng gia coâng Mangan 0.3 - 2 Gia taêng ñoä cöùng vaø chòu ñöôïc maøi moøn Molypñen 0.1 - 0.5 Gia taêng ñoä cöùng, taêng ñoä beàn nhieät, beàn raõo. Niken 0.3 - 5 Taêng ñoä cöùng, ñoä deõo dai vaø chòu ñöôïc maøi moøn Photpho 0.05 - Taêng khaû naêng gia coâng, ñoä cöùng, chòu maøi moøn Silion 0.15 Taêng ñoä cöùng, ñoä deõo dai, choáng aên moøn Löu huyønh 0.2 - 3 Caûi thieän khaû naêng gia coâng cuøng vôùi mangan Vanadium 0.07 - 0.3 Taêng ñoä cöùng, ñoä deõo dai vaø chòu ñöôïc maøi moøn 0.1 - 0.3 Noùi chung, theùp coù haøm löôïng carbon vaø croâm cao ñöôïc duøng laøm khuoân loài (laøm coác khuoân), khuoân eùp phun, khuoân eùp neùn, dao caét kyõ thuaät, ñaàu ñuøn. i Theùp ñaëc bieät Theùp ñaëc bieät cuõng laø theùp hôïp kim, trong ñoù haøm löôïng cuûa moät soá nguyeân toá hôïp kim seõ cao hôn trong theùp hôïp kim thoâng thöôøng tuøy theo muïc ñích vaø coâng duïng rieâng. Loaïi theùp cöùng, deã gia coâng vaø deûo dai thì thích hôïp cho laøm khuoân. Hai nguyeân toá hôïp kim ñöôïc söû duïng nhieàu trong loaïi theùp ñaëc bieät laø croâm, mangane. Ñoái vôùi theùp laøm khuoân cho composite ta neân chuù yù loaïi theùp ngoaøi chòu ñöôïc ñoä cöùng, ñoä beàn phaûi chòu ñöôïc aên moøn hoùa hoïc. Trang 51
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite e. Gia coá khuoân Muïc ñích gia coá khuoân: laøm taêng ñoä cöùng chaéc cuûa khuoân, khuoân khoâng bò cong veânh, ñaûm baûo kích thöôùc khuoân chính xaùc. Vaät lieäu gia coá goàm coù : kim loaïi, goã, PMMA, PVC xoáp, . x Neáu vaät lieäu gia coá khoâng töông hôïp toát vôùi nhöïa polyester khoâng no thì vaät lieäu ñoù phaûi cöùng hôn vaät lieäu composite (kim loaïi, goã). x Neáu vaät lieäu töông hôïp toát vôùi nhöïa polyester khoâng no thì ta duøng PMMA, PVC xoáp, (chaát phaân cöïc). Moät soá nhaø nghieân cöùu ñaõ cho thaáy raèng aûnh höôûng cuûa caùc thoâng soá khuoân ñeán tính chaát cô lyù cuûa saûn phaåm phaúng. Caùc keát quaû nghieân cöùu ñöôïc toùm taét döôùi ñaây. Thôøi gian ñoùng raén: Mallick vaø Raghupathi ñaõ cho thaáy raèng thôøi gian ñoùng raén khoâng töông ñoàng giöõa caùc lôùp. Vì theá taïo ra caùc öùng suaát khaùc nhau ngang qua saûn phaåm daøy. Baûng 3.5 : Caùc thoâng soá cô baûn trong quy trình eùp Thoâng soá khuoân: Thoâng soá thieát bò Nhieät ñoä khuoân Thieát keá khuoân Aùp suaát khuoân Goùc tröôït Toác ñoä ñoùng khuoân Van Hình daùng khoái nguyeân lieäu Heä eùp Thoâng soá vaät lieäu: Ñöôøng phaân chia Coâng thöùc pha cheá nhöïa Baûn veõ Hoaït tính nhöïa-xt-öùc cheá Vaät lieäu laøm thieát bò Thôøi gian uû Beà maët cuoái cuøng Ñoä daøy cuûa taám SMC Nhieät ñoä cuûa taám SMC Trang 52
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Tính chaát cô lyù cuûa saûn phaåm SMC: Tính chaát Giaù trò Ñoä beàn keùo(psi) 12.000 – 20.000 Modun keùo(psi) 0.9x106 – 2x106 Ñoä beàn uoán 25.000 – 40.000 Modun uoán(psi) 1.25x106 - 10x106 Ñoä beàn neùn(psi) 15.000 – 30.000 Ñoä beàn va ñaäp(ft.lb/in) 8 - 20 Ñoä cöùng Barcol 40 - 80 Haøm löôïng sôïi(%) 35 4.3 Quy trình gia coâng eùp neùn: Quy trình gia coâng theo phöông phaùp eùp neùn ñöôïc phaân ra thaønh ba coâng ñoaïn nhö sau: a) Coâng ñoaïn chuaån bò: Choàng taám SMC cho phuø hôïp vôùi ñoä daøy yeâu caàu vaø ñaët vaøo khuoân ñaõ gia nhieät. Taám SMC ñöôïc caét theo hình daïng vaø kích thöôùc mong muoán töø cuoän SMC ñaõ ñöôïc uû ñoàng nhaát, maøng ethylen ñöôïc loät ra ôû moãi maët vaø choàng treân nhau tröôùc khi cho vaøo khuoân. Ñöôøng kính cuûa moãi lôùp ñöôïc choïn che phuû khoaûng 60-70% beà maët khuoân. Khoái löôïng cuûa khoái nguyeân lieäu ñöôïc xaùc ñònh tröôùc khi ñaët vaøo khuoân, vì khoái löôïng cuûa khoái nguyeân lieäu cuûa moãi saûn phaåm laø phaûi nhö nhau. Vò trí cuûa khoái SMC ñaët trong khuoân laø moät yeáu toá quyeát ñònh ñeán chaát löôïng saûn phaåm vì noù aûnh Trang 53
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite höôûng ñeán söï ñònh höôùng cuûa sôïi trong khuoân, soá löôïng caùc loã troáng vaø söï ñan cheùo, b) Söï ñoùng khuoân: Sau khi ñaët khoái SMC vaøo nöûa khuoân döôùi, nöûa khuoân treân ñöôïc ñoùng nhanh ñeán vò trí tieáp xuùc vôùi khoái nguyeân lieäu. Roài giaûm toác ñoä ñoùng khuoân laïi khoaûng 5- 10mm/s. Cuøng vôùi söï taêng nhieät ñoä cuûa khoái nguyeân lieäu, ñoä nhôùt cuûa taám SMC giaûm. Aùp suaát khuoân tieáp tuïc taêng cho ñeán khi ñoùng khuoân hoaøn toaøn, taám SMC chaûy ra vaø ñieàn ñaày khuoân, khoâng khí seõ thoaùt ra ngoaøi qua caùc caïnh hoaëc van. Neáu nhö khuoân ñoùng quaù chaäm, thì lôùp treân beà maët cuûa khoái nguyeân lieäu ñoùng raén tröôùc khi ñieàn khuoân hoaøn toaøn. Trong tröôøng hôïp khaùc, neáu toác ñoä ñoùng khuoân quaù nhanh thì khoâng khí coù theå bò giöõ laï. Vì theá, toác ñoä ñoùng khuoân cuõng laø moät thoâng soá aûnh höôûng ñeán tính chaát cuûa saûn phaåm sau cuøng. Aùp suaát khuoân naèm trong khoaûng 1-40MPa vaø phuï thuoäc vaøo hình daùng saûn phaåm, ñoä chaûy daøi, vaø ñoä nhôùt cuûa taám SMC taïi nhieät ñoä khuoân. Thöôøng, nhieät ñoä cuûa beà maët khuoân vaøo khoaûng 1490C. Caû hai nöûa khuoân laø raát noùng vaø thöôøng ñöôïc duy trì thay ñoåi trong khoaûng +/- 50C so vôùi nhieät ñoä yeâu caàu. Söï chaûy trong phöông phaùp eùp khuoân naøy laø töông ñoái nhoû hôn phöông phaùp eùp phun. Tuy nhieân, ñaây vaãn laø moät thoâng soá quan troïng, noù quyeát ñònh ñeán chaát löôïng saûn phaåm. Ngoaøi ra, thoâng soá naøy cuõng ñieàu khieån ñöôïc hieän töôïng taïo boït khí vaø söï ñònh höôùng sôïi trong saûn phaåm, do ñoù noù aûnh höôûng ñeán tính chaát cô lyù cuûa saûn phaåm. c) Söï ñoùng raén: Sau khi ñieàn ñaày, khuoân vaãn coøn ñoùng cho ñeán khi taïo ñöôïc saûn phaåm raén chaéc. Thôøi gian ñoùng raén thöôøng keùo daøi vaøi phuùt vaø phuï thuoäc vaøo moät soá yeáu toá nhö hoaït tính cuûa nhöïa-chaát xuùc taùc-chaát öùc cheá, ñoä daøy saûn phaåm vaø nhieät ñoä khuoân. Taïi cuoái thôøi ñieåm ñoùng raén, khuoân treân ñöôïc môû ra vaø saûn phaåm ñöôïc laáy ra khoûi khuoân döôùi baèng hôi. Phaàn saûn phaåm naøy ñöôïc laøm nguoäi beân ngoaøi khuoân, trong khi ñoù laøm saïch caùc maûnh vôõ coøn laïi trong khuoân vaø phun chaát roùc khuoân ngoaïi treân beà maët khuoân chuaån bò cho chu trình eùp tieáp theo. Phaàn saûn phaåm ñöôïc laøm nguoäi ngoaøi khuoân, noù tieáp tuïc ñoùng raén vaø co ngoùt. Bôûi vì, aùp suaát giöõ khoâng coøn ñeå choáng laïi hieän töôïng naøy, saûn phaåm coù theå bò cong veïo hoaëc sinh ra öùng suaát noäi laø do möùc ñoä nguoäi laïnh cuûa caùc phaàn trong saûn phaåm Trang 54
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite khaùc nhau; tuy nhieân, caùc hieän töôïng naøy chòu aûnh höôûng raát nhieàu töø khaâu thieát keá saûn phaåm. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, ñeå caûi thieän hieäu suaát trong gia coâng eùp khuoân hoaëc naâng cao chaát löôïng cuûa saûn phaåm. Quaù trình saûn xuaát tieán haønh theo ba böôùc sau: 1. Gia nhieät tröôùc khoái nguyeân lieäu: khoái nguyeân lieäu ñöôïc gia nhieät tröôùc ñeán nhieät ñoä döôùi nhieät ñoä ñoùng raén thì seõ laøm giaûm thôøi gian eùp vaø taêng hieäu suaát gia coâng. Coù theå gia nhieät khoái nguyeân lieäu baèng ñieän trôû beân ngoaøi khuoân vì theá toaøn boä khoái nguyeân lieäu ñöôïc gia nhieät moät caùch nhanh choáng ôû cuøng moät nhieät ñoä. 2. Duøng aùp suaát chaân khoâng: ÖÙng duïng chaân khoâng trong suoát quaù trình chaûy cuûa taám SMC trong khuoân ñoùng ñeå laøm giaûm hieän boït khí trong saûn phaåmø giaûm hieän töôïng roå treân beà maët, vaø caûi thieän ñöôïc tính naêng cô lyù cuûa saûn phaåm. 3. Duøng lôùp phuû trong khuoân: Lôùp phuû trong khuoân ñöôïc duøng ñeå che chaén söï bieán daïng treân beà maët trong saûn phaåm eùp, nhö gôïn soùng treân beà maët, roã, vaø loõm. Phöông phaùp thöôøng duøng nhaát laø phuû toaøn boä khuoân moät lôùp polyester meàm deûo hoaëc polyester geùp vôùi urethane daøy töø 0.2-0.5mm giöõa hai chu trình eùp keá tieáp, ñoùng khuoân laïi vaø ñoùng raén ôû aùp suaát khuoân bình thöôøng. Lôùp phuû ñoùng raén neân caàn theâm thôøi gian, vì theá laøm taêng thôøi gian moät chu kyø eùp. Phöông phaùp thöù hai laø phuû khuoân duøng aùp suaát cao ñeå phun lôùp phuû vaøo neân khoâng caàn môû vaø ñoùng khuoân. d)Chu trình ñoùng raén: Phaûn öùng ñoùng raén xaûy ra trong khuoân chuyeån taám SMC thaønh saûn phaåm cöùng baèng caùch taïo lieân keát ngang giöõa caùc phaân töû. Ñoä ñoùng raén ñöôïc xaùc ñònh baèng soá löôïng lieân keát ngang, noù aûnh höôûng ñeán tính chaát cô lyù cuûa saûn phaåm. Thoâng thöôøng, ñoä beàn keùo, modun, khaùng nhieät vaø hoùa chaát taêng leân theo söï taêng soá lieân keát ngang. Thôøi gian caàn thieát ñeå saûn phaåm ñoùng raén ñöôïc goïi laø chu trình ñoùng raén. Trong quaù trình eùp khuoân, chu trình ñoùng raén laø moät giai ñoaïn chính cuûa chu trình eùp khuoân. Vì theá, giaûm chu trình ñoùng raén thì laøm taêng hieäu suaát saûn xuaát. Giaûm thôøi gian ñoùng raén baèng caùch thay ñoåi thaønh phaàn trong coâng thöùc phoái troän cuõng nhö hoaït tính cao cuûa heä nhöïa-xuùc taùc-chaát öùc cheá, hoaëc thay ñoåi caùc thoâng soá gia coâng nhö nhieät ñoä khuoân. 4.4 - AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä: Trang 55
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite a) Söï phaân boá nhieät ñoä vaø thôøi gian ñoùng raén: Khi khoái nguyeân lieäu ñöôïc ñaët vaøo khuoân, nhieät ñoä cuûa lôùp beà maët taêng nhanh ñeán nhieät ñoä cuûa beà maët khuoân, trong khi ñoù nhieät ñoä cuûa caùc lôùp trong thì taêng leân töông ñoái chaäm. Vì theá, thöôøng quaù trình ñoùng raén baét ñaàu ôû lôùp ngoaøi vaø höôùng vaøo trong. Nhieät sinh ra töø phaûn öùng ñoùng raén ôû moãi lôùp thuùc ñaåy quaù trình khôi maøo ñoùng raén caùc lôùp trong vaø laøm taêng nhieät sinh ra cuûa khoái nguyeân lieäu. Tuy nhieân, phaûn öùng ñoùng raén vaãn tieáp tuïc, nhieät sinh ra töø phaûn öùng ñoùng raén caùc lôùp trong khoâng di chuyeån ra ngoaøi beà maët khuoân vì ñoä daãn nhieät cuûa vaät lieäu SMC laø raát keùm. Do tính khoâng caân baèng giöõa nhieät ñoä sinh ra vaø truyeàn nhieät ra lôùp ngoaøi taïo ra söï taêng nhieät ñoä trong lôùp trong vaø coù theå cao hôn nhieät ñoä cuûa khuoân. Khi phaûn öùng ñoùng raén gaàn hoaøn thaønh, nhieät sinh ra giaûm vaø nhieät ñoä cuûa lôùp trong giaûm chaäm ñeán nhieät ñoä khuoân. b)Ñaëc tính chaûy: Söï chaûy cuûa vaät lieäu SMC trong khuoân laø hieän töôïng phöùc taïp; tuy nhieân, noù laø ñaëc ñieåm quan troïng nhaát quyeát ñònh tính chaát cuûa saûn phaåm. Noù khoâng nhöõng quyeát ñònh ñeán phaïm vi chaûy trong khuoân, maø coøn aûnh höôûng ñeán ñoä ñònh höôùng cuûa sôïi, phaân boá sôïi, söï roã treân beà maët, vaø ñoä bieán daïng treân beà maët saûn phaåm. c) Söï ñònh höôùng sôïi: Theo quan nieäm thì söï ñònh höôùng sôïi trong vaät lieäu SMC laø töï do, bôûi vì saûn phaåm theå hieän tính ñaúng höôùng vôùi tính chaát cô lyù caân baèng theo caùc höôùng trong saûn phaåm composite. Tuy nhieân, ñoái vôùi caùc saûn phaåm coù tính chaûy phöùc taïp, trong quaù trình eùp taïo hình saûn phaåm thì seõ daãn ñeán quaù trình ñònh höôùng sôïi, söï ñònh höôùng naøy laøm cho saûn phaåm maïnh hôn theo höôùng sôïi ñònh höôùng, nhöng yeáu hôn theo höôùng ngöôïc laïi. 5 khuyeát ñieåm: Quaù trình eùp taïo saûn phaåm coù theå taïo ra raát nhieàu khieám khuyeát treân beà maët vaø trong saûn phaåm. Nhöõng khuyeát ñieåm treân beà maët nhö laø: gôïn soùng, loã vaø co ruùt, taïo ra beà maët khoâng phuø hôïp vôùi öùng duïng. Caùc khuyeát taät treân beà maët coù theå khaéc phuïc baèng caùch sôn beân ngoaøi khuoân hoaëc phuû moät lôùp phuû treân beà maët khuoân trong suoát quaù trình eùp saûn phaåm. Caùc khuyeát taät beân trong saûn phaåm nhö laø: boït khí, veát nhaên, Trang 56
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite vaø söï ñònh höôùng sôïi, coù theå aûnh höôûng ñeán tính chaát cô lyù cuûa saûn phaåm. Chuùng coù theå ñöôïc nhaän thaáy baèng caùc kyõ thuaät nhö: phoå tia X, sieâu aâm. 5.1 Hieän töôïng roã: ¾ Roã laø keát quaû cuûa caùc baãy khí ôû trong khoái saûn phaåm. Caùc boït khí sinh ra trong quaù trình taïo hoãn hôïp vaø taïo taám SMC, chuùng toàn taïi trong phase nhöïa, treân beà maët lieân dieän giöõa nhöïa vaø sôïi, vaø giöõa caùc boù sôïi. Khoâng khí cuõng bò giöõ laïi trong lôùp tieáp xuùc cuûa khoái nguyeân lieäu SMC hay nhö trong quaù trình ñoùng khuoân. Trong quaù trình chaûy, caùc boït khí ñöôïc keùo ra caùc van vaø goùc cuûa khuoân, coù theå duøng chaân khoâng ñeå traùnh boït khí naøy. Tuy nhieân, neáu ñoä nhôùt cuûa SMC ôû nhieät ñoä khuoân laø quaù cao hoaëc toác ñoä ñoùng khuoân khoâng ñuùng thì caùc boït khí trong saûn phaåm seõ taêng leân. Caùc khoái hoaëc caùc van khoâng töông thích trong khuoân cuõng laøm taêng boït khí trong saûn phaåm. ¾ Coù theå giaûm caùc boït khí trong taám SMC theo moät soá caùch nhö: troän hoãn hôïp nhöïa trong aùp suaát chaân khoâng,kieåm soaùt söï taêng ñoä nhôùt cuûa phase nhöïa tröôùc khi taïo compound, taêng ñoä thaám öôùt cuûa nhöïa vaøo trong sôïi ôû coâng ñoaïn neùn eùp khöû boït khí. Bôûi vì coù raát nhieàu boït khí treân beà maët lieân dieän nhöïa vaø sôïi. Chuùng ta coù theå theâm caùc phuï gia vaøo trong phase nhöïa ñeå laøm giaûm söùc caêng beà maët treân lieân dieän vaø vì theá coù theå caûi thieän ñöôïc ñoä thaám öôùt vaø taêng khaû naêng loaïi boït khí treân beà maët sôïi. .6 Öu ñieåm Söï ña daïng:Kieåm soaùt ñöôïc löôïng sôïi trong taám SMC neân kieåm soaùt ñöôïc tính naêng cô lyù. Söï ñoàng nhaát: Saûn phaåm ñöôïc ñònh hình trong khuoân neân deã daøng taïo gaân, loã vaø caùc chi tieát phuï khaùc. Troïng löôïng nheï: Saûn phaåm SMC coù troïng löôïng nheï hôn caùc chi tieát kim loaïi. OÅn ñònh kích thöôùc: Saûn phaåm SMC coù ñoän oån ñònh kích thöôùc trong caùc ñieàu kieän nhieät ñoä vaø moâi tröôøng khaùc nhau Coù theå ñieàu khieån ñöôïc ñoä co ruùt baèng caùch theâm vaøo caùc phuï gia thích hôïp. Kyõ thuaät eùp neùn coù thuaän lôïi hôn caùc kyõ thuaät eùp phun laø: Tieát kieäm vaät lieäu. Gia coâng ñöôïc saûn phaåm lôùn.Deã gia coâng vôùi haøm löôïng sôïi cao.Thieát bò ñôn giaûn Trang 57
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite CHÖÔNG III: KYÕ THUAÄT HUÙT CHAÂN KHOÂNG 1 Giôùi thieäu: Kyõ thuaät huùt chaân khoâng laø phöông phaùp taïo saûn phaåm composite gia cöôøng sôïi trong khuoân ñôn cho caû khuoân ñöïc hay khuoân caùi. Thieát bò laøm cho saûn phaåm taïo hình theo khuoân laø moät maøng meàm deûo. Khi huùt heát khoâng khí taïi khoâng gian giöõa maøng vaø khuoân thì aùp suaát khí quyeån seõ taïo aùp löïc ñeàu leân beà maët ngoaøi laøm cho nhöïa, sôïi ñònh hình trong khuoân. AÙp suaát taïo ra nhôø moät maùy huùt chaân khoâng coù aùp löïc khoaûng 0.068 – 0.1 MPa laø ñuû cho ñoä chaët vaø ñoä ñònh höôùng toát hôn so vôùi phöông phaùp ñaép tay. Veà thöïc chaát quy trình nhanh hôn ñuùc khuoân thoâng thöôøng nhöng thöïc teá ñoâi khi caàn laøm chaäm hôn ñeå kòp huùt vaø khoâng bò ñoùng raén nhöïa tröôùc khi nhöïa kòp thaám vaøo sôïi. Coù moät soá lôïi ích sau cho vieäc söû duïng phöông phaùp huùt chaân khoâng. Do coù aùp löïc duy trì trong suoát thôøi gian ñònh hình trong khuoân, nhöïa bò eùp chaët neân loang ñeàu do ñoù coù theå söû duïng löôïng sôïi thuûy tinh cao hôn, laøm cho cô tính cuûa saûn phaåm toát hôn. Vieäc khöû boït khí toát, deã daøng hôn so vôùi ñaép tay laøm cho saûn phaåm toát ngay caû khi coâng nhaân coù tay ngheà thaáp. Ñaàu tö thaáp hôn so vôùi caùc phöông phaùp eùp baèng aùp löïc hoaëc chaân khoâng khaùc Tuy nhieân kyõ thuaät naøy khoâng kinh teá khi chæ söû duïng moät khuoân. Caùc saûn phaåm coù kích thöôùc lôùn coù theå ñöôïc saûn xuaát haøng loaït. Caáu truùc sandwich ñaõ ñöôïc öùng duïng maëc duø coù söï khoâng ñoàng ñeàu moät chuùt veà beà daøy loõi. Coù nhieàu kyõ thuaät vaø thuû tuïc khaùc nhau trong quy trình huùt chaân khoâng. 2. THIEÁT BÒ VAØ DUÏNG CUï 2.1 Khuoân: ¾ Trong kyõ thuaät huùt chaân khoâng, coâng cuï khaù ñôn giaûn khi so saùnh vôùi caùc kyõ thuaät ñuùc khuoân khaùc. Loaïi khuoân ñöôïc löïa choïn caên cöù vaøo beà maët naøo cuûa saûn phaåm caàn ñöôïc kieåm soaùt chính xaùc. Ví duï: neáu eùp moät maùi che, phaàn beân ngoaøi cuûa noù caàn phaûi nhaün, ta löïa loaïi khuoân roãng (khuoân loõm) ñeå taïo hình, khi laáy ra saûn phaåm seõ coù maët ngoaøi taïo hình gioáng vôùi beà maët trong cuûa khuoân. Ngöôïc laïi khi laøm moät maët gheá thì phaûi duøng khuoân ñöïc (khuoân loài). Trang 58
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite ¾ Vì vaät lieäu ñöôïc baét ñaàu eùp khuoân ôû pha loûng vaø aùp suaát ñöôïc duy trì trong suoát quaù trình taïo hình, ñoùng raén, do vaäy chaát löôïng saûn phaåm cuoái phuï thuoäc raát nhieàu vaøo beà maët khuoân. ¾ Vaät lieäu laøm khuoân tuøy thuoäc vaøo raát nhieàu yeáu toá töø soá chi tieát ñöôïc eùp, loaïi nhöïa ñöôïc söû duïng, nhieät ñoä ñoùng raén, beà maët caàn thieát saûn phaåm cuoái, vaø thôøi gian ñoùng raén. Raát nhieàu loaïi vaät lieäu laøm khuoân coù theå ñöôïc söû duïng, thoâng thöôøng caùc vaät lieäu naøy goàm: theùp, khuoân baèng epoxy hoaëc phuû epoxy, goã, thaïch cao, nhoâm, vaät lieäu keát hôïp (goã, kim loaïi ) ¾ Theâm vaøo caùc vuøng nhöïa taïo hình treân ñoù, khuoân coøn caàn phaûi môû roäng theâm caùc phaàn nhö maët bích, maët phaüng ñeå gaén maøng ñònh hình, caùc loã huùt chaân khoâng ñoâi khi coøn caàn theâm caùc thieát bò gia nhieät beân trong. ¾ Vieäc phaân boá caùc ñieåm huùt chaân khoâng nhaèm taïo ra söï loang ñeàu cuûa doøng nhöïa chaûy treân toaøn boä saûn phaåm. Vì doøng nhöïa chaûy theo caùc voøng troøn ñoàng taâm do ñoù ñoâi luùc caàn phaûi hoã trôï baèng con laên cao su ñeå ñöa nhöïa ñeán caùc goùc xa cuûa saûn phaåm. 2.2. Caùc boä phaän, vaät lieäu laøm kín khí ¾ Nhö ñaõ moâ taû ôû treân, kyõ thuaät huùt chaân khoâng söû duïng moät maøng phuû kín treân khuoân roài ruùt khí trong khuoân ra. AÙp suaát khí quyeån xung quanh eùp chaët khuoân trong thôøi gian ñuû ñeå polymer hoùa. Ñeå cho quaù trình naøy coù hieäu quaû, quan troïng nhaát laø chaân khoâng ñöôïc duy trì trong suoát quaù trình ñoùng raén. Ñeå ñaït tôùi ñieàu naøy raát nhieàu phöông phaùp ñöôïc söû duïng ñeå laøm kín maøng, baûo ñaûm khoâng cho khoâng khí xaâm nhaäp vaøo beân trong. ¾ Thieát bò thöôøng ñöôïc söû duïng nhaát seõ coù moät vaät lieäu nhaøy ñöôïc söû duïng laøm maët lieân keát giöõa maøng vaø khuoân. OÁng cao su ñöôïc söû duïng nhö ñöôøng huùt chaân khoâng coù theå ñöôïc ñaép baèng môõ Silicon taïi choã vaøo ñeå ñaûm baûo kín khí. Sau khi ñoùng raén xong, maøng ñöôïc loät ra khoûi khuoân vaø deã daøng laøm saïch. ¾ Moät thuû thuaät thöù hai laø söû duïng gaén keát cô khí, taïi vò trí xung quanh khuoân taïo raõnh thoâng thöôøng coù kích thöôùc roäâng 1.2 cm saâu 1.2 cm. Sau khi ñaët maøng caån thaän ñeå traùnh hieän töôïng caêng khoâng ñeàu, ñaët moät boä phaän laø oáng cao su coù ñöôøng Trang 59
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite kính ngoaøi laø 1.2 cm naèm leân treân raõnh (maøng naèm giöõa oáng vaø khuoân) vaø ñoùng chaët vaøo raõnh. ¾ Nhieàu heä thoáng khaùc cuõng ñöôïc söû duïng goàm coù: huùt 2 maët, baêng nhaïy nhieät ñaëc bieät duøng gia coâng taám phaúng moûng, ñoâi khi duøng caùc thanh goã ñaët leân treân maøng vaø keïp laïi baèng keïp chöõ C. Söï löïa choïn phöông phaùp raát roäng raõi vaø phuï thuoäc chuû yeáu vaøo kích thöôùc saûn phaåm, loaïi khuoân, soá saûn phaåm trong moät khuoân vaø moät soá ñieàu kieän kinh teá. Muïc ñính chính laø laøm sao ñeå ruùt khí ra hoaøn toaøn coøn söû duïng phöông phaùp naøo thì khoâng quan troïng neáu nhö noù coù hieäu quaû. 2.3. Caùc vaät lieäu ruùt trích khí. ¾ Maøng ñeå caùch ly khuoân vôùi khoâng khí xung quanh trong quaù trình ruùt chaân khoâng thöôøng baèng PVA, PVAc, hoaëc caùc maøng meàm deûo töông töï. Vôùi vieäc ruùt chaân khoâng ñoàng thôøi vôùi taùc duïng neùn eùp cuûa khí quyeån beân ngoaøi coù khuynh höôùng laø maøng eùp töï laøm kín gaây caûn trôû cho doøng khoâng khí beân trong khoâng ñeán loã thoaùt ñöôïc. Keát quaû laø laøm cho tuùi bò ruùm laïi vaø taïi caùc vò trí naøy maøng khoâng eùp chaët ñöôïc saûn phaåm. ¾ Ñeå haïn cheá taùc haïi naøy, moät lôùp trung gian ñöôïc ñaët giöõa lôùp vaät lieäu vaø maøng. Caùc vaät lieäu vaûi thoâ, löôùi, vaûi thuûy tinh deät thöa, mat thuûy tinh raát thích hôïp cho coâng vieäc naøy. Chuùng ñöôïc xem nhö vaät lieäu ruùt khí vì cho pheùp khí ruùt trích ra qua chuùng vaø khoâng cho maøng töï laøm kín. ¾ Ñeå haïn cheá caùc vaät lieäu trích khí khoâng dính vaøo saûn phaåm, coù theå theâm moät lôùp maøng coù caùc loã giöõa saûn phaåm vaø vaät lieäu trích khí. Kyõ thuaät naøy cho pheùp thoaùt khí vaø nhöïa thöøa, khoâng gaây khoù khaên cho vieäc laøm saïch sau khi ñoùng raén xong. Maøng naøy laøm cho vieäc taùch phuï lieäu khoûi khuoân moät caùch nheï nhaøng ít toán coâng. ¾ Moät vaät lieäu khaùc ñöôïc söû duïng ñöôïc xem nhö “lôùp vaûi taùch”, ñoù laø lôùp vaûi deät daøy khoaûng 0.01 – 0.02 mm ñöôïc phuû silicon hoaëc vaät lieäu khoâng dính khaùc, lôùp vaûi taùch thöôøng coù maøu (thöôøng maøu hoàng) ñeå giuùp deã nhaän khi tieán haønh laøm saïch. 3.4 Vaät lieäu laøm maøng. x Ta coù theå löïa choïn raát nhieàu caùc vaät lieäu söû duïng laøm maøng ngaên khoâng khí vôùi saûn phaåm. Thöôøng thì vieäc löïa choïn vaät lieäu naøo seõ tuaân theo tính kinh teá. Khi Trang 60
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite saûn xuaát soá löôïng lôùn ta choïn maøng coù theå söû duïng laïi nhieàu laàn coøn khi chæ saûn xuaát moät vaøi saûn phaåm ta choïn loaïi maøng reû tieàn nhaát. x Phöông phaùp gia coâng ñöôïc söû duïng cuõng quyeát ñònh vieäc choïn löïa maøng. Ví duï: neáu saûn xuaát 1 saûn phaåm söû duïng phöông phaùp ñoùng raén baèng tia cöïc tím hoaëc aùnh saùng maët trôøi, khoâng caàn nhieät ñoä cao coù theå choïn vaät lieäu ñôn giaûn coøn neáu söû duïng nhieät ñoä cao hoaëc autoclave thì caàn loaïi maøng oån ñònh hôn. x Moät ñieåm caàn löu yù laø ñeå cho saûn phaåm ñöôïc ñeàu vaø coù chaát löôïng toát, thöôøng ta phaûi quan saùt vaø trôï giuùp quy trình (ví duï nhöïa lan khoâng ñeàu, boït khí khoâng ruùt heát) baèng con laên. Vì vaäy ta phaûi choïn loaïi maøng trong suoát. Moät soá vaät lieäu trong suoát thöôøng söû duïng coù: maøng cellophane, maøng PVA, maøng PVC maøng PET, maøng PE Maøng Cellophane: töông ñoái reû, thích hôïp cho saûn phaåm phaúng ít cong. Tuy nhieân chuùng deã raùch, khoâng chòu nhieät, khoâng phuø hôïp cho saûn phaåm coù ñöôøng cong keùp. Maøng PVA: thöôøng daøy khoaûng 0.08mm, ñöôïc söû duïng cho nhieàu loaïi nhöïa khaùc nhau do reû tieàn, meàm deûo. Tuy nhieân chuùng laø vaät lieäu tan trong nöôùc neân khoâng phuø hôïp vôùi nhöïa phenolic laø caùc nhöïa thoaùt hôi nöôùc khi ñoùng raén. Maøng PVC: ñöôïc söû duïng vôùi ñoä daøy khoaûng 0.1 – 0.2 mm chuùng reû hôn PVA nhöng coù khaû naêng öùc cheá vieäc ñoùng raén cuûa moät soá nhöïa. Maøng PET: thöôøng ñöôïc söû duïng vôùi ñoä daøy 0.1 – 0.2 mm. Maøng naøy coù khaû naêng chòu nhieät raát toát, taïo beà maët boùng ñeïp. Tuy nhieân giaù thaønh hieän nay quaù cao. Maøng PE: söû duïng vôùi ñoä daøy khoaûng 0.2 mm. Maøng naøy coù giaù thaønh reû nhöng noù khoâng theå chòu ñöôïc nhieät ñoä toûa ra trong quaù trình ñoùng raén. Noù chæ coù theå söû duïng cho saûn phaåm moûng vaø löôïng xuùc taùc duøng raát ít. Khi söû duïng phöông phaùp ñoùng raén trong autoclave, caùc maøng caàn ñöôïc laøm töø vaät lieäu chòu ñöïng toát hôn. Coù raát nhieàu loaïi laøm töø cao su toång hôïp ñöôïc söû duïng trong phöông phaùp naøy. Trang 61
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite 3.5. Keïp vaø cô caáu keïp Raát nhieàu thieát bò coù theå ñöôïc söû duïng ñeå keïp maøng vaøo khuoân khi khuoân coù caáu truùc khoâng thích hôïp vôùi vieäc söû duïng past hay baêng dính. Khi saûn xuaát nhieàu caàn phaûi caân nhaéc hieäu quaû kinh teá veà giaù thaønh vaø nhaân coâng ñeå choïn toái öu giaù thaønh vaø söùc löïc. Caùc thieát bò naøy coù theå laø khung saét hoaëc nhoâm vöøa vôùi chu vi cuûa khuoân, chuùng coù theå keïp baèng keïp chöõ C (caûo), keïp ñoøn khuyûu, keïp loø xo hoaëc vaøi loaïi töông töï. Chuùng coù theå gaén lieàn ñeå coù theå keïp nhanh trong vaøi giaây. Baét ñaàu huùt chaân khoâng ngay khi keïp vaø laøm kín xong. 3.6 Thieát bò huùt chaân khoâng Nhö ñaõ giaûi thích maáu choát kyõ thuaät cuûa huùt chaân khoâng laø ruùt khí trong vuøng giöõa maøng vaø lôùp saûn phaåm, nhôø ñoù aùp suaát khí quyeån khoaûng 0.1MPa seõ taùc ñoäng leân toaøn boä caùc vuøng treân maøng eùp chaët saûn phaåm trong suoát quaù trình ñoùng raén. Neáu ruùt khoâng heát khí hoaëc bò thuûng, saûn phaåm seõ khoâng ñöôïc eùp chaët vaø khoâng coù chaát löôïng toát. Neáu khuoân bò roø hoaëc maùy huùt chaân khoâng khoâng phuø hôïp ñeàu gaây taùc haïi keå treân. Boû qua vieäc roø ræ cuûa khuoân vì coù theå töï khaéc phuïc söûa chöõa ta phaûi löïa choïn maùy huùt chaân khoâng cho phuø hôïp. Vieäc löïa choïn maùy huùt chaân khoâng tuøy thuoäc vaøo kích thöôùc vaø khaû naêng cuûa maùy. Maùy phaûi ñuû söùc taïo ñöôïc aùp suaát chaân khoâng toái thieåu laø 635 mm thuûy ngaân. AÙp löïc beân ngoaøi eùp vaøo seõ khoaûng 0.08 MPa. Maùy huùt cuõng phaûi ñuû lôùn ñeå ñaùp öùng ñöôïc cho soá khuoân caàn vaän haønh ñoàng thôøi. Taïi ñieåm noái giöõa ñöôøng huùt vôùi khuoân caàn phaûi ñaët moät baãy nhöïa ñeå nhöïa dö khoâng huùt vaøo maùy bôm. Caùc thoâng soá kyõ thuaät cuûa maùy huùt chaân khoâng: o Nhaõn hieäu : BECKER o Nöôùc saûn xuaát: Ñöùc o Vaän toác: 1420 voøng/phuùt o Coâng suaát: 2.2 KW o Löu löôïng : 100m3/giôø Trang 62
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite 3.7. Caùc duïng cuï khaùc Ngoaøi caùc duïng cuï, vaät lieäu keå treân coøn caàn moät soá duïng cuï nhoû ñeå giuùp cho vieäc vaän haønh nhanh choùng vaø coù lôïi hôn. Caùc coâng cuï naøy goàm caùc coâng cuï caàm tay vaø caùc thieát bò phuï trôï. Con laên: Baèng cao su hoaëc kim loaïi duøng ñeå laên nhöïa dö töø trung taâm veà phía ñöôøng huùt vaø baãy khí. Maùy saáy caàm tay: söû duïng trong tröôøng hôïp muoán ruùt ngaén thôøi gian gia coâng treân saûn phaåm lôùn. Caùc coâng cuï xöû lyù saûn phaåm: dao, luôõi caïo, cöa, maùy maøi, khoan . Bình ñöïng an toaøn: ñeå ñöïng MEKP, acetone, chlorua methyl, styren vaø caùc dung moâi höõu cô, giaáy, khaên, vaûi khoâ ñeå laøm veä sinh. * quy trình thao taùc 1. Kieåm tra khuoân saïch seõ, coù bò thuûng maøng khoâng: Khuoân phaûi ñöôïc kieåm tra thöôøng xuyeân ñeå traùnh caùc tröôøng hôïp beà maët khuoân bò nöùt, roã caùc ñaàu noái huùt chaân khoâng bò roø ræ. 2. Thoa kyõ chaát thaùo khuoân: Söû duïng chaát thaùo khuoân nhö : wax, PVAc. Ñaây laø quy trình raát quan troïng trong nhöõng laàn ñaàu tieân caàn phaûi ñaùnh chaát khuoân nhieàu laàn ñeå traùnh tröôøng hôïp saûn phaåm sau khi ñoùng raén bò baùm dính vaøo khuoân gaây hoûng khuoân vaø saûn phaåm 3. Traûi caùc taám SMC: taám SMC ñöôïc ñònh löôïng saün vaø caét theo hình daùng khuoân ñeå coù theå ñaët vaøo khuoân vaø khoâng bò quaù dö. 4. Traûi lôùp löôùi trích khí. 5. Kieåm tra chuøi saïch caùc chaát thaùo khuoân quanh luôùi trích khí, ñaép lôùp gaén kín maøng (cao su baêng, ñeäm) quanh khuoân, treân vuøng vöøa laøm saïch. Kieåm tra kyõ, caùc loã huùt khí phaûi hoaøn toaøn thoâng. 6. Traûi lôùp maøng qua toaøn boä caùc phaàn vöøa laép ñaët. 7. Kieåm tra xem ñaõ hoaøn toaøn kín chöa, keïp chaët maøng laïi 8. Môû van huùt chaân khoâng. Kieåm tra laàn cuoái xem khí coù bò roø ræ hay khoâng 9. Môû van cho nhöïa vaøo töø töø vaø giöõ laïi moät ít nhöïa treân ñaàu van 10. Duøng con laên giuùp cho nhöïa töø giöõa phaân boá ñeàu veà phía caùc loã huùt. Trang 63
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite 11. Quan saùt doøng chaûy ñeå ñieàu chænh aùp suaát chaân khoâng phuø hôïp nhaèm traùnh hieän töôïng maát nhöïa nhieàu qua caùc loã huùt hoaëc nhöïa khoâng thaám vaøo caùc goùc xa do aùp suaát chaân khoâng thaáp. 12. Kieåm tra laïi caùc ñieåm tieáp xuùc vaø beà maët cuûa maøng, coù nhaên hay thuûng khoâng, neáu coù loã thuûng chuøi saïch vaø söûa chöõa ngay baèng caùch daùn baêng keo nhaïy suaát. Sau khi xong seõ thay ngay. 13. Chôø cho saûn phaåm ñoùng raén. Coù theå ñaët trong loø saáy, phôi naéng hoaëc duøng maùy saáy ñeå ñoùng raén nhanh hôn. 14. Sau khi saûn phaåm ñoùng raén, thaùo maøng, thaùo saûn phaåm vaø caùc phuï kieän. Laøm saïch khuoân caån thaän cho saûn phaåm sau. Treân ñaây laø quy trình huùt chaân khoâng ôû nhieät ñoä bình thöôøng. Neáu söû duïng caùc phöông phaùp khaùc nhö: ñoùng raén baèng tia cöïc tím, ñoùng raén trong autoclave thì quy trình seõ coù theå ñöôïc thay ñoåi cho phuø hôïp hôn. Moâ hình kyõ thuaät duøng chaân khoâng bôm nhöïa ñieàn khuoân Trang 64
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Trang 65
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Trang 66
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Trang 67
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Chѭѫng IV. COÂNG NGHEÄ RTM VAØ VARTM I. ÑÒNH NGHÓA RTM (resin transfer molding) laø phöông phaùp duøng aùp suaát thaáp ñöa nhöïa vaøo trong khuoân kín, taïo saûn phaåm composite coù söï kieåm soaùt chaët cheõ veà hình daïng preform (sôïi) vaø nhöïa. Saûn phaåm coù haøm löôïng sôïi cao chieám 40-50%. RTM coù theå taïo saûn phaåm töø ñôn giaûn, tinh naêng thaáp ñeán saûn phaåm phöùc taïp coù tính naêng cao, töø saûn phaåm coù kích thöôùc nhoû ñeán kích thöôùc raát lôùn. Phöông phaùp raát thuaän lôïi khi ñöa vaøo saûn xuaát lôùn. Phaàn sôïi gia cöôøng ñöôïc ñònh hình saün (preshape) vaø ñaët vaøo trong khuoân tröôùc. Moät ñöôøng oáng noái phaàn khuoân vôùi nhöïa ñeå bôm nhöïa thaám öôùt phaàn sôïi gia cöôøng trong khuoân, sau ñoù xaûy ra phaûn öùng ñoùng raén nhöïa. Ñaëc ñieåm phöông phaùp: Öu ñieåm: - Söû duïng nhöïa coù ñoä nhôùt thaáp khoaûng 100 - 000 cP. Heä nhöïa thoâng thöôøng bao goàm 2 thaønh phaàn: A (nhöïa) vaø B (xuùc tieán), tyû leä troän tuøy theo heä nhöïa. Hai thaønh phaàn naøy ñöôïc troän baèng thieát bò troän tónh ôû aùp suaát thaáp. - Saûn phaåm coù theå ñöôïc gia coá baèng caùc khung, loõi, hoaëc caùc preform. - RTM taïo saûn phaåm ñeïp, khoâng coù ñöôøng caét bavia neân tieát kieäm ñöôïc nguyeân lieäu, nhieàu maët laùng vaø quan troïng laø ít gaây haïi cho moâi tröôøng. - Coù theå taïo ra nhöõng saûn phaåm lôùn baèng caùch ñöa nhieàu ñaàu phun nhöïa, tuy nhieân phaûi tính toaùn vò trí ñaët ñaàu phun ñeå ñaûm baûo thaám nhöïa ñoàng ñeàu. - Chi phí ñaàu tö töông ñoái thaáp (so vôùi tính naêng saûn phaåm). Nhöôïc ñieåm: - Chi phí khuoân maãu cao. Trang 68
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite - Toác ñoä gia coâng moät saûn phaåm keùo daøi. - Muoán taêng naêng suaát thì phaûi duøng nhieät ñeå ñoùng raén vaø duøng nhieàu khuoân. - Caàn phaûi ñieàu chænh tæ leä xuùc taùc chính xaùc. Traùnh ñoùng raén ngay ñaàu troän ñoái vôùi heä ñoùng raén nguoäi. Vôùi caùc öu ñieåm treân, ngaøy nay ôû caùc nöôùc phaùt trieån coâng ngheä naøy ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong cô sôû haï taàng, töï ñoäng hoùa ñaëc bieät laø trong ngaønh haøng khoâng vaø lónh vöïc quaân ñoäi. Coù nhieàu phöông phaùp töông töï nhö RTM: VARTM, RIM, HSRTM Trong taøi lieäu naøy seõ giôùi thieäu theâm phöông phaùp VARTM. VARTM (vacuum assisted resin transfer molding) Trong phöông phaùp naøy ngoaøi vieäc duøng aùp suaát ñeå ñöa nhöïa vaøo trong khuoân coøn coù söï hoã trôï cuûa chaân khoâng. Chaân khoâng seõ huùt nhöïa töø oáng nhaäp lieäu ñoàng thôøi cuõng ñaåy boït khí ra ngoaøi. So vôùi phöông phaùp RTM, VARTM coù moät soá ñaëc ñieåm sau: - Saûn phaåm coù theå ñònh hình treân khuoân ñôn vaø moät maët ñöôïc phuû baèng moät taám maøng nhöïa trong giuùp deã daøng quan saùt quaù trình thaám nhöïa vaøo sôïi. - Phun nhöïa keát hôïp vôùi chaân khoâng giuùp cho vieäc thaám nhöïa vaøo sôïi toát hôn vaø khöû boït hieäu quaû hôn. - Naêng suaát thaáp hôn do söû duïng aùp suaát chaân khoâng II. MOÂ TAÛ QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ 1. SÔ ÑOÀ HEÄ THOÁNG Heä thoáng goàm caùc cuïm chöùc naêng: - Heä thoáng boàn (ngaên chöùa) - Heä thoáng xylanh ñònh löôïng (bôm ñònh löôïng) Trang 69
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite - Heä thoáng bôm troän - Heä thoáng chaân khoâng (VARTM) - Heä thoáng van chuyeån höôùng - Khuoân vaø heä thoáng kheùp khuoân vaø chuyeån ñoåi khuoân Hình: Moâ hình coâng ngheä RTM Hình: Moâ hình coâng ngheä VARTM 1.1 Giai ñoaïn chuaån bò - Ñaët caùc van ñònh höôùng sao cho caùc thaønh phaàn (xuùc taùc – nhöïa) tuaàn hoaøn veà ngaên chöùa. - Môû heä thoáng bôm ñònh löôïng - Tieán haønh ño tæ leä caùc thaønh phaàn hoài löu Trang 70
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite - Hieäu chænh bôm ñònh löôïng ñeå ñaït tyû leä caàn thieát 1.2 Giai ñoaïn thöïc hieän - Chuyeån van ñònh höôùng cho chaûy xuoáng khuoân, ñoàng thôøi môû bôm troän. - Môû heä thoáng huùt chaân khoâng. - Khi nhöïa ñieàn ñaày khuoân: 1. Chuyeån van chuyeån höôùng cho veà traïng thaùi hoãn hôïp. 2. Khoùa van. 3. Môû cheá ñoä veä sinh bôm troän. MOÂ HÌNH DAÂY CHUYEÀN RTM Lò sҩy 7ҩm ép ÿӏnh hình Bõm nhӵa 6ӧi thӫy tinh /ӟp sӧi trên và nhӵa nhiӋt dKhuônҿo thép ÿӏnh hình Eӝ phұn kҽp lõi lõi /ӟp sӧi dýӟiKhuôn áp lӵc 7ҩm ép ÿӏnh Khuôn thép 6ӧhìnhi gia nhiӋt cho RTM Khuôn thép ÿӏnh hình %ӝ phұn ÿӏnh hình Vӧi Thành Bõm nhӵa phҭm 1.3 Veä sinh Sau khi nhöïa bôm ñaày khuoân ta phaûi tieán haønh heä thoáng bôm troän. Vieäc veä sinh ñöôïc thöïc hieän baèng caùch chæ cho nhöïa vaøo heä thoáng bôm troän vaø xaû ra ngoaøi. 2. KHAÛ NAÊNG THIEÁT KEÁ VAØ HÌNH DAÏNG HÌNH HOÏC CUÛA SAÛN PHAÅM Trang 71
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Nhìn chung RTM coù theå laøm ñöôïc saûn phaåm coù taát caû caùc hình daïng hình hoïc. Tuy nhieân, coù moät soá saûn phaåm khi laøm baèng phöông phaùp gia coâng khaùc seõ coù hieäu quaû kinh teá hôn. RTM coù öu ñieåm trong vieäc taïo caùc saûn phaåm lôùn vì aùp suaát ñieàn khuoân thaáp döôùi 10 psi (0.703 kg/cm3). Trong phöông phaùp VARTM aùp suaát coøn thaáp hôn. Vì vaäy, löïc keïp khuoân seõ thaáp. Ngoaøi ra, RTM coøn thích hôïp ñeå taïo saûn phaåm coù ñoä saâu vaø ít/khoâng ba via do khuoân kín, ñoä nhôùt thaáp neân thaám öôùt deã daøng vaø giaûm thieåu caùc choã roãng trong saûn phaåm. Tuy nhieân ñoái vôùi phaàn coù hình daïng phöùc taïp (coù gaân, raõnh) neân haïn cheá söû duïng RTM. Ñeå khaéc phuïc khoù khaên naøy ta coù theå thay ñoåi thieát keá, neáu saûn phaåm coù gaân seõ thay baèng phaàn coù loõi (taêng cöùng cho saûn phaåm), taïo caáu truùc ba chieàu. Vì aùp suaát phun thaáp neân coù theå söû duïng xoáp coù tyû troïng thaáp 0.064 – 0.0096 g/cm3 maø khoâng gaây bieán daïng. Trong moät vaøi tröôøng hôïp ñaëc bieät, phaûi duøng phöông phaùp RTM (moät maûnh khuoân trong khi caùc phöông phaùp khaùc phaûi duøng khuoân nhieàu maûnh) nhö phaàn phía tröôùc cuûa xe hôi (hình). Caùc phuï tuøng gaén giöõa phaàn composite vaø caùc boä phaän khaùc thöôøng laø moät khoù khaên ñoái vôùi vaät lieäu composite. Trong RTM, caùc phuï tuøng naøy phaûi ñöôïc ñöa vaøo trong khi thieát keá preform, phaûi giöõ tính lieân tuïc trong khoái keát caáu ñeå baûo ñaûm öùng suaát phaân boá hôïp lyù. Ngoaøi ra caùc RTM coøn coù theå gaén dính vaø keát hôïp vôùi caùc chi tieát kim loaïi khaùc. Trong khi phöông phaùp eùp khuoân (compresion molding), nhöõng chi tieát naøy phaûi chuù yù tôùi vò trí ñaët chính xaùc vaø kieåm soaùt söï di chuyeån cuûa sôïi trong khi eùp. 3. THIEÁT BÒ GIA COÂNG 3.1 Khuoân (Tooling) Tröôùc khi thieát keá khuoân, phaûi xem xeùt möùc ñoä yeâu caàu cuûa noù. Vieäc thieát keá phaûi caân baèng caùc yeáu toá nhö tính chaát cuûa khuoân, chi phí vaø thôøi gian cheá taïo khuoân. Vieäc caân nhaéc naøy seõ laøm giaûm caùc phaùt sinh coù theå coù ñoái vôùi keát quaû cuoái cuøng. Trang 72
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Khuoân söû duïng trong phöông phaùp RTM coù nhieàu thuaän lôïi. Do phöông phaùp thöïc hieän ôû aùp suaát khaù thaáp, neân laøm giaûm chi phí vaø ñoä phöùc taïp cho khuoân. Khi löïa choïn vaät lieäu vaø phöông phaùp laøm khuoân, caàn phaûi xem xeùt caùc yeáu toá nhö chieàu daøi cuûa boä khuoân vaø chaát löôïng beà maët khuoân mong muoán. Coù theå söû duïng khuoân laøm baèng epoxy, nikel, hôïp kim, theùp Tuy nhieân, khuoân phaûi kín trong quaù trình ñieàn nhöïa. 9 Khuoân epoxy: - Khuoân epoxy coù nhieàu thuaän lôïi nhö giaûm chi phí, khaùng hoùa chaát, tieát kieäm thôøi gian, khoái löôïng thaáp, ít söû duïng maùy moùc. - Beà maët trong cuûa khuoân laøm töø epoxy coù chaát löôïng, choáng traày xöôùt. Coù theå coù nhöõng phaàn rôøi trong hai maûnh khuoân. - Beà daøy khuoân khoaûng 1 inch (2.54 cm), khuoân ñöôïc gia coá baèng vaûi, sôïi vaø vaùn eùp ñeå taêng cöùng. Caùc ñöôøng laøm nguoäi hay gia nhieät ñöôïc gaén ôû maët sau khuoân. - Khaû naêng truyeàn nhieät keùm. Ñoái vôùi khuoân epoxy phaûi chuù yù khi löïa choïn heä nhöïa ñeå traùnh söï toaû nhieät quaù möùc coù theå gaây hö beà maët khuoân. - Giôùi haïn söû duïng khuoân epoxy khoaûng vaøi ngaøn saûn phaåm. Tuøy theo ñoä phöùc taïp cuûa saûn phaåm maø giôùi haïn naøy coù theå giaûm xuoáng do khuoân bò maøi moøn vaø bò nöùt vôõ khi ñaët preform. - Coù hai phöông phaùp laøm kín khuoân: ñoái vôùi caùc saûn phaåm coù hình daïng ñôn giaûn, chæ caàn gheùp hai maûnh khuoân laïi. Ñoái vôùi saûn phaåm coù hình daïng phöùc taïp duøng voøng chöõ O ñeå laøm kín khuoân. Trang 73
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Hình: Phöông phaùp laøm kín khuoân - Khí thoaùt ra töø moái gheùp khuoân, hay coù loã thoaùt khí treân khuoân. Loã thoaùt khí (vent) thöôøng ñaët ôû treân cao (ñeå khí deã daøng thoaùt). Vent khí ñöôïc laøm veä sinh sau moãi saûn phaåm, do ñoù noù phaûi ñöôïc thieát keá ñeå deã baûo döôõng. 9 Khuoân nikel: - Beà maët khuoân toát vaø beàn hôn khuoân epoxy. Truyeàn nhieät toát hôn vaø chòu aùp suaát cao hôn - Chòu ñöôïc nhieät ñoä cao ngay caû khi phaûn öùng toaû nhieät quaù nhieàu neân coù theå duøng ñoùng raén noùng. - Khuoân coù theå laøm moät nöûa töø nikel moät nöûa töø epoxy. Tuy nhieân hai nöûa khuoân khoù aên khôùp vôùi nhau. - Khoù theâm loã thoaùt khí hôn so vôùi khuoân epoxy. - Chu kyø söû duïng moät khuoân coù theå leân ñeán 20.000 – 40.000 saûn phaåm 9 Khuoân ñuùc töø hôïp kim Kim loaïi laø vaät lieäu caàn thieát trong cheá taïo khuoân composite, nhaát laø caùc khuoân yeâu caàu saûn xuaát laâu daøi, beàn, chaéc. Khuoân kim loaïi daãn nhieät cao neân deã daøng gia nhieät vaø giaûi nhieät cho khuoân trong quaù trình gia coâng. Noù cuõng chòu ñöôïc khaû naêng maøi moøn cao, vì vaäy coù theå söû duïng khuoân naøy ñeå saûn xuaát lieân tuïc maø vaãn ñaûm baûo Trang 74
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite kích thöôùc saûn phaåm. Caùc kim loaïi thöôøng duøng trong saûn xuaát khuoân laø nhoâm (Al), ñoàng (Cu), keõm (Zn), theùp Baûng 1. Tính chaát nhieät cuûa moät soá vaät lieäu kim loaïi Tính chaát Be Mg Al Ti Fe Cu Nhieät ñoä chaûy (oC) 1277 650 660 1668 1536 1083 Heä soá daãn nhieät (W/m.K) 146 153 222 171 75 393 Heä soá giaõn nôû nhieät (Pm /Pm/ oC) 0.29 0.68 0.59 0.21 0.30 0.41 Nhieät dung rieâng (J/kg.K) 1883 1046 900 519 460 385 Ñaëc ñieåm: - Ñöôïc söû duïng khi saûn phaåm coù kích thöôùc trung bình. - Khoù theâm loã thoaùt khí hôn so vôùi khuoân epoxy nhöng deã hôn khuoân nikel - Ñoái vôùi keõm vaø nhoâm phaûi caån thaân trong khaâu thaùo khuoân vì khuoân coù nhieàu loã xoáp laøm dính saûn phaåm. Nhoâm laø kim loaïi meàm deûo, ñoä cöùng khoâng cao, do ñoù trong moät soá tröôøng hôïp caàn ñoä beàn vaø ñoä cöùng cao nguôøi ta thay nhoâm baèng theùp. - Hôïp kim keõm vôùi ñoàng, nhoâm, magieâ ñöôïc duøng phoå bieán ñeå saûn xuaát caùc khuoân söû duïng trong thôøi gian ngaén. Tính chaát cô hoïc cuûa hôïp kim keõm seõ giaûm nhieàu ôû nhieät ñoä khoaûng 100oC. Vì tính chaát deã gia coâng, deã laøm khuoân neân hôïp kim keõm laø vaät lieäu quan troïng duøng laøm khuoân composite vaø khuoân ñuùc. - Theùp laø loaïi vaät lieäu quan troïng, duøng laøm caùc khuoân saûn xuaát laâu daøi vôùi ñoä chính xaùc cao, saûn phaåm chaát löôïng, chòu ñöôïc maøi moøn vaø coù ñoä beàn nhieät cao. Ta coù theå löïa choïn caùc loaïi theùp khaùc nhau döïa vaøo tính chòu maøi moøn, choáng soác vaø khaû naêng gia coâng. Khuoân theùp coù giaù thaønh cao nhöng chu kyø söû duïng laø 500.000-1.000.000 saûn phaåm/khuoân 3.2 Maùy eùp (press): Trang 75
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite RTM laø phöông phaùp gia coâng ôû aùp suaát thaáp nhöng laïi taïo ñöôïc saûn phaåm coù lôïi veà maët kinh teá ñaëc bieät laø nhöõng saûn phaåm lôùn. Saûn phaåm goàm nhöõng phaàn coù ñoä saâu vaø phaàn coù xoáp ôû beân trong Maùy eùp seõ coù hình daïng cuûa saûn phaåm. Löïc eùp phuï thuoäc vaøo aùp suaát ñieàn ñaày khuoân vaø dieän tích saûn phaåm. Maùy eùp ngoaøi vieäc taïi aùp suaát phun nhöïa, noù coøn coù vaøi troø ñoùng-môû khuoân vaø giöõ khuoân kín trong suoát quaù trình phun. Coù theå duøng chöông trình moâ phoûng baèng maùy tính ñeå tính toaùn aùp suaát caàn thieát ñeå ñieàn khuoân. Coù nhieàu loaïi maùy eùp aùp suaát thaáp duøng RTM : - Maùy eùp tuùi khí (airbag press): söû duïng nhieàu tuùi cao su ñeå taïo aùp löïc leân khuoân. Maùy eùp naøy thích hôïp cho nhöõng saûn phaåm nhoû hay taïo saûn phaåm maãu (prototype). Tuy nhieân khuyeát ñieåm cuûa maùy eùp naøy laø khoâng theå naâng nöûa khuoân treân leân khi thaùo khuoân vì vaäy phaûi duøng theâm moät maùy eùp xylanh aùp suaát thaáp ñeå keùo nöûa khuoân treân leân neân chi phí seõ taêng leân. - Maùy eùp thuyû löïc: heä thoáng keïp vaø taám phaúng ñeàu ñöôïc ñieàu khieån baèng thuyû löïc, toác ñoä nhanh hôn nhöng chi phí cao hôn maùy eùp tuùi khí. Khi duøng maùy eùp aùp suaát cao cho nhöõng saûn phaåm nheï phaûi thaän troïng trong vieäc kieåm soaùt aùp suaát ñeå traùnh quaù aùp. Trang 76
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Heä thoáng maùy eùp phuï laøm taêng naêng suaát 3.3 Heä thoáng chaân khoâng: Chöùc naêng cuûa caùc thieát bò trong heä thoáng: Maùy bôm chaân khoâng Taïo moâi tröôøng chaân khoâng cho heä thoáng Van 1 chieàu Traùnh hieän töôïng maát aùp khi maùy ngöøng hoaït ñoäng Bình chöùa chaân khoâng Giuùp duy trì aùp löïc chaân khoâng trong khoaûng thôøi gian gia coâng Baãy nhöïa Taùch nhöïa dö ra khoûi heä thoáng chaân khoâng 3.4 Saûn xuaát vaø ñònh hình sôïi Do vaän toác ñieàn ñaày khuoân nhanh vaø nhöïa chaûy trong khuoân theo doøng neân deã laøm xoâ leäch hoaëc cuoán sôïi. Thoâng thöôøng ngöôøi ta thöôøng duøng sôïi daïng roving, daïng deät vaø daïng sôïi mat lieân tuïc. Khi duøng daïng mat ngöôøi ta coù theå ñònh vò vaø gaén keát sôïi baèng nhöïa nhieät deûo (khoaûng 3 – 5% theo khoái löôïng). Sôïi sau khi ñònh löôïng ñöôïc saép xeáp vaøo trong khuoân. Trang 77
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Moâ hình taïo preform baèng phun sôïi Ñònh hình sôïi: Ñeå thöïc hieän ñònh hình sôïi tröôùc khi cho vaøo khuoân ngöôøi ta duøng sôïi daïng mat ñöôïc keát dính baèng nhöïa nhieät deûo. Quaù trình ñònh hình ñöôïc thöïc hieän theo trình töï gia nhieät, ñònh hình. Ñoái vôùi saûn phaåm coù caáu truùc khoâng gian 3 chieàu ngöôøi ta thöôøng duøng caùc loaïi xoáp taïo caùc saûn phaåm sandwich. Thieát bò taïo preform: Söû phaùt trieån cuûa phöông phaùp taïo hình (preforming) hieäu quaû laø yeáu toá quan troïng trong phöông phaùp RTM. Vieäc löïa choïn chính xaùc kyõ thuaät taïo preform, vaät lieäu gia cöôøng (reinforcement) vaø thieát bò taïo preform seõ quyeát ñònh söï thaønh coâng cuûa coâng ngheä RTM. Coù nhieàu phöông phaùp taïo preform: caét - daùn, suùng phun, eùp, deät quaán 9 Caét – Gheùp (Cut and sew): Laø phöông phaùp duøng ít thieát bò nhaát nhöng naêng suaát thaáp. Phöông phaùp bao goàm: caét sôïi baèng tay vaø baøn caét, hay coù theå ñöôïc laøm töï ñoäng baèng caùch theâm vaøo ñaàu caét baèng theùp. Sau ñoù daùn preform baèng tay hay töï ñoäng. Quaù trình töï ñoäng ñeå taïo nhöõng saûn phaåm öùng duïng trong khoâng gian vuõ truï nhöng kyõ thuaät taïo preform naøy raát toán keùm vaø chæ thích hôïp laøm caùc saûn phaåm nhoû vaø phöùc taïp ñoøi hoûi tính naêng cao. 9 Suùng phun (Spray-up): Trang 78
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Phöông phaùp naøy taïo preform coù daïng löôùi, naêng suaát cao. Thieát bò lôùn neân chieám nhieàu dieän tích nhöng chi phí thaáp. Phöông phaùp naøy coù theå taïo ñöôïc saûn phaåm raát lôùn. Tuy nhieân suùng phuùn chæ taïo preform coù sôïi ngaén neân tính naêng saûn phaåm khoâng cao. 9 Daäp (stamping) Laø phöông phaùp taïo preform coù naêng suaát raát cao. Taïo preform töø sôïi lieân tuïc neân cô tính saûn phaåm cao. Tuy nhieân preform taïo ra phaûi ñöôïc söûa chöõa (caét goït) sau khi eùp. 9 Deät, quaán (braiding, filament winding): Laø phöông phaùp taïo saûn phaåm coù hình daïng ñôn giaûn. Deät: taïo saûn phaåm theo 3 chieàu neân saûn phaåm coù ñoä beàn keùo vaø ñoä cöùng cao. Quaán: taïo saûn phaåm coù cô tính toát theo moät phöông, ñònh hình chính xaùc hôn. Naêng suaát thaáp hôn phöông phaùp deät nhöng thieát bò phöùc taïp hôn neân giaù thaønh cuõng cao hôn. Tuy nhieân caû hai phöông phaùp naøy taïo preform quaù chaët neân laøm nhöïa khoù thaám öôùt hôn. 3.5. Thieát bò phun nhöïa: Moâ hình ñôn giaûn nhaát cuûa RTM laø söû duïng heä nhöïa moät thaønh phaàn (one- component resin system) vaø moät bình aùp suaát ñeå phun nhöïa (hình 5.28). Ñoái vôùi nhöïa ñoùng raén ôû nhieät ñoä phoøng, bình aùp suaát phaûi ñöôïc laøm veä sinh sau moãi laàn phun ñeå loaïi boû nhöïa ñaõ ñoùng raén coøn laïi trong heä thoáng. Boàn chöùa nhöïa neân laøm baèng theùp khoâng ræ hoaëc nhöïa (traùnh gaây ra moät soá phaûn öùng khoâng mong muoán vì boàn coù chöùa taïp chaát). Caùch toát nhaát ñeå laøm taêng naêng suaát vaø giaûm chu kyø laøm veä sinh thieát bò laø duøng nhöïa 2 thaønh phaàn (two-component resin system) (Hình 5.29). Hai thaønh phaàn seõ ñöôïc troän vôùi nhau baèng thieát bò troän tónh (static mixer) tröôùc khi phun vaøo khuoân. Thôøi gian troän phaûi tính toaùn ñeå hoãn hôïp phaân taùn toát vaøo nhau maø khoâng gaây ra phaûn öùng ñoùng raén trong thieát bò troän. Sau moãi laàn phun maùy troän phaûi ñöôïc veä sinh. Trang 79
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Thieát bò phun nhöïa vaøo khuoân goàm hai loaïi: suùng phun daïng caàm tay (hand- held gun) vaø ñaàu phun coá ñònh (fixed injection nozzle). Trang 80
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Trong thieát bò phun nhöïa ngoaøi ñöôøng nhöïa ñi vaøo khuoân coøn coù ñöôøng dung moâi vaø khoâng khí khoâ ñeå laøm saïch ñaàu troän sau moãi laàn phun. Ñoái vôùi ñaàu phun coá ñònh ta phaûi duøng nöôùc laøm nguoäi khi khuoân coù gia nhieät ñeå traùnh ñoùng raén xaûy ra ôû ñaàu phun. Tuy nhieân khoù khaên cuûa phöông phaùp laø phaûi xöû lyù löôïng nhöïa vaø dung moâi sau thaûi ra khi laøm saïch ñaàu phun. Caàn phaûi taùch rieâng vaø chöng caát ñeå thu hoài dung moâi. 4. LAØM SAÛN PHAÅM MAÃU BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP RTM (PROTOTYPING WITH RTM) RTM laø söï löïa choïn tuyeät vôøi ñeå laøm saûn phaåm maãu cho caùc phöông phaùp khaùc vì taïo ñöôïc saûn phaåm coù ñoä chính xaùc cao maø giaù thaønh töông ñoái thaáp. Khi taïo saûn phaåm maãu, nhöïa söû duïng phaûi coù hoaït tính thaáp ñeå keùo daøi thôøi gian ñieàn ñaày vaø thoaùt khí. Khuoân laøm töø epoxy hay caùc vaät lieäu trô khaùc nhö goã, thaïch cao. Taïo preform baèng phöông phaùp “cut and sew”. Kích thöôùc saûn phaåm töø nhoû ñeán raát lôùn coù caáu truùc 3 chieàu phöùc taïp. Trang 81
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Baûng 2: Tính chaát vaät lyù cuûa moät soá vaät lieäu RTM (nhöïa Dow 411–C50 vinyl ester) Sôïi thuyû tinh (% Ñoä beàn keùo Modulus keùo (Mpsi) (ksi) R-35 37.7 18.0 1.24 R-40 43.1 24.5 1.48 R-50 48.2 26.2 1.66 C-10/R-40 (0O) 49.3 35.5 2.08 C-20/R-30 (0O) 50.6 37.7 2.68 C-40/R-20 (0O) 57.3 70.0 3.67 C-10/R-40 (90O) 49.3 19.3 1.56 C-20/R-30 (90O) 50.6 15.7 1.46 C-40/R-20 (90O) 57.3 10.0 1.38 5. NAÊNG SUAÁT Chu kyø laøm saûn phaåm RTM coù theå ñieàu chænh ñeå ñaùp öùng caùc yeâu caàu veà naêng suaát. 9 Chu kyø daøi (naêng suaát thaáp): - Giaù thaønh vaø ñoä phöùc taïp cuûa thieát bò seõ giaûm ñaùng keå. - Duøng khuoân epoxy vaø nhöïa moät thaønh phaàn coù thôøi gian ñoùng raén 1-2 giôø. Sau khi nhöïa ñieàn ñaày, coù theå nghieâng hay laéc khuoân ñeå taêng quaù trình thaám öôùt. - Ñoái vôùi saûn phaåm quaù lôùn, treân khuoân seõ coù cöûa quan saùt ñeå kieåm tra söï thaám öôùt. Vôùi thôøi gian daøi ta seõ coù thôøi gian laøm saïch thieát bò trong khi chôø saûn phaåm ñoùng raén. Trang 82
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite - Toång quaùt, neáu thôøi gel laø tgel thì thôøi gian ñoùng raén seõ laø 4-5x tgel, töùc laø neáu thôøi gian laø 1 giôø ta coù theå thaùo khuoân sau 4-5 giôø. 9 Chu kyø ngaén (naêng suaát cao) - Taïo saûn phaåm coù kích thöôùc vöøa vaø nhoû - Thay ñoåi hoaït tính cuûa nhöïa, duøng nhöïa hai thaønh phaàn vaø taêng ñoä phöùc taïp cuûa thieát bò. - Khuoân laøm töø kim loaïi vaø phaûi ñöôïc gia nhieät Coù hai vaán ñeà coù theå aûnh höôûng ñeán naêng suaát laø quaù trình ñoùng raén theâm (postucure) vaø xöû lyù pheá lieäu. Moät vaøi heä nhöïa ñoøi hoûi phaûi coù quaù trình postcure ñeå ñaït tính chaát cô lyù toái öu, khi ñoù daây chuyeàn phaûi baûo ñaûm giöõ coá ñònh ñeå khoâng laøm thay ñoåi kích thöôùc saûn phaåm. Vieäc kieåm soaùt pheá lieäu coù yù nghóa lôùn trong vieäc baûo ñaûm tính kinh teá trong coâng ngheä RTM. III. PHÖÔNG PHAÙP THÖÏC HIEÄN QUI TRÌNH COÂNG NGHEÄ Sô ñoà treân coù theå dieãn taû toùm taét nhö sau: Sôïi thuyû tinh Nhöïa + phuï gia Xuùc taùc Taïo preform Troän hôïp Chuyeån nhöïa vaøo khuoân Taïo hình vaø ñoùng raén trong khuoân Saûn phaåm Trang 83
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Hình 19. Sô ñoà bieåu dieãn quaù trình taïo saûn phaåm RTM Sôïi thuyû tinh (preform) ñöôïc ñaët vaøo khuoân. Ñoùng khuoân. Nhöïa ñaõ troän vôùi xuùc taùc ñöôïc chuyeån vaøo khuoân, quaù trình ñoùng raén xaûy ra trong khuoân. Tuøy theo yeâu caàu khuoân coù theå ñöôïc gia nhieät hoaëc ñoùng raén ôû nhieät ñoä phoøng. Quy trình coâng ngheä RTM ñöôïc moâ taû theo sô ñoà treân vôùi caùc giai ñoaïn sau: - Chuaån bò preform: Taïo hình daïng vaø ñònh höôùng preform. Khaû naêng thaám öôùt cuûa preform. - Chuaån bò khuoân: Veä sinh khuoân. Thoa chaát roùc khuoân. Phuû lôùp beà maët (peel ply) laø lôùp sôïi coù khaû naêng thaám nhöïa toát (deã thaám nhöïa) cho pheùp phaân phoái nhöïa ñoàng nhaát. Treân cuøng seõ laø lôùp phaân boá SCRMP (Seemann composite resin infusion moldind process) coù daïng löôùi giuùp nhöïa di chuyeån nhanh hôn vaø ñoàng ñeàu hôn. Lôùp naøy khoâng dính vaøo khuoân khi ñoùng raén neân coù theå laáy ra khi thaùo khuoân. Chuyeån preform vaøo khuoân. Ñoùng khuoân. - Chuyeån nhöïa vaøo khuoân: Kieåm tra nhöïa, xuùc taùc ñoùng raén. Kieåm tra heä thoáng chuyeån nhöïa, ñaàu troän. Trang 84
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Nhieät ñoä khuoân (neáu caàn). Chuyeån nhöïa vaøo khuoân. - Ñoùng raén: Kieåm tra nhöïa ñieàn ñaày khuoân. Kieåm tra nhieät ñoä khuoân vaø bieän phaùp giaûi nhieät cho khuoân. Thôøi gian ñoùng raén. - Thaùo khuoân Nhieät ñoä khuoân. Caùch laáy saûn phaåm. MOÄT SOÁ HÌNH AÛNH VEÀ COÂNG NGHEÄ VARTM Caáu truùc saûn phaåm laøm töø coâng ngheä VARTM Trang 85
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite OÁng chaân khoâng Hai vi trí bôm nhöïa Moâ phoûng quaù trình thaám öôùt nhöïa Trang 86
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite MOÄT SOÁ HÌNH AÛNH VEÀ COÂNG NGHEÄ RTM Trang 87
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Chѭѫng V: Công nghӋ Pultrusion I. Giӟi thiӋu. I.1 Giӟi thiӋu công nghӋ pultrusion. Quy trình pultrusion là mӝt quy trình liên tөc, tӵÿӝng, dùng ÿӇ sҧn xuҩt các sҧn phҭm FRP dҥng profile ( ví dө thanh hình chӳ U, thanh hình chӳ I, thanh hình chӳ O ). 6ҧn phҭm có ÿѭӧc các tính chҩt vұt lý, tính chҩt hoá hӑc tӕt và có khҧ năng thay thӃ các Vҧn phҭm profile làm tӯ các vұt liӋu truyӅn thӕng nhѭ sҳt thép, nhôm, gӛ Hình 1.1: mӝt sӕ sҧn phҭm cӫa phѭѫng pháp pultrusion . 0͡t vài ÿ̿c tr˱ng cͯa ph˱˯ng pháp pultrusion nh˱ sau: x 6ҧn xuҩt ÿѭӧc các profile có hình dҥng phӭc tҥp vӟi ÿӝ dài liên tөc. x 7ӹ lӋ phӃ liӋu thҩp. x 6ӵ phân bӕ cӫa vұt liӋu gia cѭӡng vӟi vӏ trí chính xác. x Có thӇ chӑn lӵa rӝng rҧi các loҥi nhӵa và vұt liӋu gia cѭӡng ÿӇ sҧn xuҩt. x &ѭӡng ÿӝ lao ÿӝng tӯ thҩp ÿӃn trung bình. x Giá khuôn tӯ thҩp ÿӃn trung bình x 7ӕc ÿӝ sҧn xuҩt phө thuӝc vào hình dҥng profile và vұt liӋu sӱ dөng. Pultrusion ÿã kӃt hӧp thành công nhiӅu loҥi nhӵa sӧi khác nhau ÿӇ sҧn xuҩt ra các Vҧn phҭm profile có tính chҩt dao ÿӝng trong khoҧng rҩt rӝng do ÿó ÿáp ӭng ÿѭӧc yêu Fҫu vӅ tính chҩt cӫa vұt liӋu trong rҩt nhiӅu ӭng dөng. Quy trình pultrusion c˯ b̫n nh˱ sau. Trang 88
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Các cuӝn sӧi Ĉӏnh hình sѫ bӝ sӧi ThiӃt bӏ cҳt %Ӈ nhӵa Khuôn nhiӋt ThiӃt bӏ kéo Qui trình c˯ b̫n ho̩t ÿ͡ng nh˱ sau: Quy trình pultrusion bҳt ÿҫu bҵng cách kéo mӝt bó sӧi dài liên tөc qua mӝt bӇ nhӵa ÿӇ thҩm ѭӟt bó sӧi. Công ÿRҥn này ÿòi hӓi nhӵa phҧi thҩm ѭӟt hoàn toàn bên ngoài lҭn bên trong cӫa sӧi TiӃp theo, bó sӧi ÿã ÿѭӧc thҩm nhӵa sau ÿó ÿѭӧc kéo xuyên qua bӝ phұn dҭn hѭӟng vào khuôn ÿӏnh hình sѫ bӝÿӇ sҳp xӃp vӏ trí sӧi phù hӧp Yӟi thiӃt kӃ sҧn phҭm và bó sӧi sӁ có hình dҥng tiӃt diӋn mһt cҳt ngang nhѭ mһt cҳt ngang cӫa lә khuôn ( ví dө hình chӳ I). TiӃp theo, bó sӧi-nhӵa ÿã ÿѭӧc ÿӏnh hình sӁ ÿѭӧc kéo xuyên qua khuôn nhiӋt ÿӇ phҧn ӭng ÿóng rҳn trong nhӵa xҧy ra, chuyӇn nhӵa Wӯ trҥng thái lӓng thành trҥng thái rҳn. Bây giӡ, hәn hӧp sӧi-nhӵa trӣ thành composite Uҳn chҳc, có hình dҥng là mӝt thanh dài vӟi tiӃt diӋn mһt cҳt ngang nhѭ tiӃt diӋn mһt cҳt ngang cӫa khuôn. TiӃp theo, thanh composite ÿѭӧc kéo ra khӓi khuôn ÿӇ làm nguӝi. Cuӕi cùng, thanh composite ÿѭӧc cҳt thành các ÿRҥn thanh có chiӅu dài theo yêu cҫu. ĈӃn ÿây là kӃt thúc quy trình sҧn xuҩt sҧn phҭm composite pultrusion. Hình 1.2: mô hình thӵc tӃ cӫa máy pultrusion. Trang 89
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Hình 1.3: máy pultrusion dùng ÿӇ chӃ tҥo Thanh dҫm. I.2 Sҧn phҭm 6ҧn phҭm Fӫa công nghӋ pultrusion là các profile hình chӳ I, chӳ U, chӳ và, chӳ L, hình tròn, hình vuông các profile này thѭӡng dùng trong các kӃt Fҩu công trình xây dөng Các loҥi profile này thѭӡng dùng ÿӇ thay thӃ các profile làm tӯ vұt liӋu truyӅn thӕng nhѭ thép, nhôm. Trên hình bên có các profile dùng thay thӃ các profile thép hình Trang 90
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite vuông, profile thép hình tròn, ӕng nѭӟc, máng nѭӟc Ĉây là các loҥi profile dùng ÿӇ Oҳp ráp kӃt cҩu cӫa các loҥi Fӱa, tӫ các loҥi profile này thѭӡng làm bҵng vұt liӋu nhôm. Tuy nhiên, các profile pultrusion có thӇ thay thӃ các profile làm tӯ vұt liӋu truyӅn thӕng nhôm mà tính chҩt sҧn phҭm không hӅ thua kém nhôm. I.3. Ѭng dөng cӫa sҧn phҭm Phҥm vi ӭng dөng cӫa sҧn phҭm composite pultrusion khá rӝng. Gӗm các ngành sau: ¾ Ngành ÿLӋn : 32 % ¾ Ngành xây dӵng : 17% ¾ Ngành công nghiӋp : 17% ¾ Ngành vұn tҧi : 10% ¾ Ngành giҧi trí : 7% ¾ Ngành khác : 17% Trang 91
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Sau ÿây là m͡t s͙ hình ̫nh minh ho̩ cho các ͱng dͭng cͯa composite pultrusion Trong ӭng dөng này vұt liӋu FRP pultrusion ÿѭӧc Vӱ dөng làm kӃt cҩu công trình xây dӵng thay thӃ cho các loҥi thép kӃt cҩu truyӅn thӕng. Ѭu ÿLӇm Fӫa vұt liӋu FRP pultrusion trong ӭng Gөng này là: ÿӝ bӅn uӕn, EӅn kéo cao, dӇ thi công Oҳp ÿһt, chӕng phá huӹ Pӓi, bӅn môi trѭӡng và giá rҿ hѫn vұt liӋu kim loҥi truyӅn thӕng. Trong ӭng dөng này, vұt liӋu composite pultrusion ÿѭӧc dùng làm tay vӏn Fӫa thành cҫu thang ngoài trӡi. Ѭu ÿLӇm khi dùng vұt liӋu FRP pultrusion cho ӭng dөng này là tránh bӏ hѭ hҥi do môi trѭӡng, mӝt ÿLӅu mà các vұt liӋu truyӅn thӕng nhѭ kim loҥi khó có ÿѭӧc. Trang 92
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Trong ӭng dөng này vұt liӋu FRP pultrusion ÿѭӧc dùng làm NӃt cҩu cӫa cҫu có tҧi trӑng nhҽ. Ѭu ÿLӇm cӫa FRP pultrusion dùng trong ӭng dөng này là: vұt liӋu nhҽ dӇ thi công lҳp ÿһt nѫi hiӇm trӣ, chi phí thҩp hѫn cҫu Jә, bêtông, sҳt. Chi phí bҧo Gѭӥng thҩp do bӅn môi trѭӡng cao, bӅn cѫ hӑc cao. Trong ӭng dөng này vұt liӋu FRP pultrusion ÿѭӧc dùng làm cӝt buӗm cho tàu thuyӅn. Ѭu ÿLӇm cӫa vұt liӋu FRP dùng trong ӭng dөng này là: chӕng ăn mòn cӫa nѭӟc biӇn, chӕng Pӓi do gió ngoài biӇn, vұt liӋu nhҽ giúp cho thuyӅn nhҽ và chҥy nhanh Kѫn. Trong ӭng dөng này vұt liӋu FRP pultrusion ÿѭӧc sӱ dөng làm tҩm lӧp trҫn nhà và tҩm lót sàn chӏu lӵc thay cho bêtông. Ѭu ÿLӇm cӫa vұt liӋu FRP pultrusion trong ӭng dөng này là tính bӅn chҳc và tính cách nhiӋt Fӫa vұt liӋu FRP pultrusion . Trang 93
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Trong ӭng dөng này vұt liӋu FRP pultrusion ÿѭӧc sӱ dөng làm cán Fӫa các vұt dөng gia ÿình và cán Fӫa các vұt dөng thӇ thao nhѭ: cán cây lau nhà, cán xҿn, cán chәi, cán Fӫa gұy ÿánh gôn, cán cӫa gұy khúc côn cҫu. Ѭu ÿLӇm cӫa vұt liӋu FRP pultrusion trong các ӭng dөng này là ÿӝ bӅn chҳc, vұt liӋu nhҽ. Trong ӭng dөng này vұt liӋu composite pultrusion ÿѭӧc sӱ Gөng làm ӕng ÿi cáp cho các loҥi dây cáp ÿLӋn, cáp viӇn thông sӱ Gөng trong môi trѭӡng ÿҩt ngҫm FǊng nhѭ ngoài trӡi, nhҵm bҧo vӋ cho dây cáp không bӏ hѭ hҥi. Ѭu ÿLӇm cӫa vұt liӋu composite pultrusion dùng trong ӭng dөng này là ÿӝ bӅn môi trѭӡng cao, ít Fҫn bҧo dѭӥng, ÿӝ bӅn cѫ hӑc cӫa ÿѭӡng ӕng cao. Trang 94
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Trong ӭng dөng này, vұt liӋu FRP pultrusion ÿѭӧc sӱ dөng làm dây cáp treo cho các công trình cҫu treo. Ѭu ÿLӇm Fӫa vұt liӋu FRP trong ӭng Gөng này là: ÿӝ bӅn kéo cӫa FRP pultrusion không thua gì thép, FRP không bӏ ăn mòn bӣi tác ÿӝng cӫa môi trѭӡng mѭa, gió, chӕng tác ÿӝng cӫa tia UV bҵng phө gia chӕng UV. Trong ӭng dөng này vұt liӋu FRP pultrusion ÿѭӧc Vӱ dөng làm vұt liӋu thiӃt .Ӄ trang thiӃt bӏ nӝi thҩt trong máy bay. Ѭu ÿLӇm Fӫa FRP pultrusion trong ӭng dөng này là tұn dөng ѭu thӃ tӹ lӋ ÿӝ bӅn trên trӑng lѭӧng cao hѫn nhôm, thép. Tính chҩt này giúp máy bay nhҽ hѫn và tiӃt kiӋm nhiên liӋu Trong ӭng dөng này vұt liӋu FRP pultrusion ÿѭӧc sӱ dөng làm kӃt cҩu cho các công trình biӇn nhѭ giàn khoan dҫu. Ѭu ÿLӇm cӫa FRP trong ӭng dөng này là: tӹ trӑng nhҽ giúp giҧm áp lӵc cho công trình, ÿӝ bӅn cao, chӕng ăn mòn cӫa nѭӟc biӇn, chi phí bҧo dѭӥng thҩp. Trang 95
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite IV Quy trình công nghӋ pultrusion ThiӃt bӏ bao gӗm có 6 bӝ phұn chính : bӝ phұn cҩp sӧi, bӇ nhӵa, khuôn ÿӏnh hình, khuôn gia nhiӋt, máy kéo, máy cҳt. IV.1 Bӝ phұn cҩp sӧi %ӝ phұn cҩp sӧi là phҫn ÿҫu cӫa quy trình pultrusion, làm nhiӋm vө dӵ trӳ cung cҩp các loҥi sӧi cho KӋ thӕng. Tҥi ÿây các loҥi Vӧi nhѭ roving, mat, fabric,veil ÿѭӧc kéo qua các thiӃt bӏ dҭn hѭӟng theo ÿúng yêu cҫu sҧn phҭm. Vì pultrusion là quy trình liên Wөc nên các loҥi sӧi thѭӡng cung cҩp dѭӟi dҥng cuӝn tӯ 15-25 kg. Mӛi bӝ phұn cҩp Vӧi có thӇ chӭa tӯ 15-45 cuӝn sӧi. Sӧi roving ÿѭӧc kéo theo phѭѫng tiӃp tuyӃn vӟi cuӝn và sau ÿó hѭӟng tӟi bӝ phұn gom sӧi trѭӟc khi sӧi di vào bӇ nhӵa hoһc khuôn ÿӏnh hình. Sӧi ÿѭӧc kéo căng qua các hӋ thӕng dҭn hѭӟng hoһc các trөc. NӃu sӧi ÿѭӧc kéo theo phѭѫng trөc tâm cӫa cuӝn sӧi thì sӧi sӁ bӏ xoҳn. Các sӧi khi kéo cҫn phҧi ÿLӅu Trang 96
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite chӍnh sao cho ÿӝ kéo căng cӫa sӧi phҧi ÿӗng ÿӅu ÿӇ tránh sӵ kéo căng không ÿӗng ÿӅu, Vӵ cӑ sát giӳa các sӧi. Ĉһt sau bӝ phұn cҩp sӧi roving là các bӝ phұn cҩp sӧi ÿһc biӋt dùng ÿӇ cung cҩp các loҥi sӧi nhѭ Mat, Fabric, Veil. IV.2 Bӝ phұn thҩm nhӵa +ҫu nhѭ mӑi quy trình pultrusion ÿӅu dùng EӇ thҩm nhӵa ÿӇ thҩm nhӵa vào trong cҩu trúc Vӧi. Trong bӝ phұn này , Vӧi ÿѭӧc dҭn qua mӝt chuәi các trөc lăn hoһc thanh nhҵm làm cho sӧi ÿѭӧc kéo căng và dàn trҧi ÿӅu trên bӅ mһt trөc. Sӵ kéo căng giúp sӧi không bӏ chùn xuӕng, sӧi sӁ không Eӏ rӕi vào nhau và cǊng ÿӇ GӇ ÿLӅu chӍnh hѭӟng sӧi. 6ӵ dàn trҧi giúp diӋn tích EӅ mһt sӧi tiӃp xúc nhӵa nhiӅu hѫn, giúp sӧi thҩm lên bӅ mһt nhiӅu. Ĉһc biӋt ӣ bӅ mһt tiӃp xúc cӫa sӧi Yӟi sӧi, nhӵa sӁ ÿѭӧc giӳ Oҥi nhiӅu hѫn do sӭc căng EӅ mһt. Ngoài ra các trөc này còn có tác dөng nén ép Vӧi, giúp cho nhӵa ÿѭӧc nhào trӝn và nén ép sâu vào bên trong sӧi. Tӕc ÿӝ thҩm ѭӟt sӧi phө thuӝc vào viӋc xӱ lý sѫ bӝ bӅ mһt sӧi và công thӭc nhӵa. ViӋc thҩm ѭӟt cǊng bӏ ҧnh Trang 97
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Kѭӣng bӣi các chҩt hӗ trên bӅ mһt sӧi, sӵ còn sót lҥi cӫa các chҩt bôi trѫn trên bӅ mһt Yҧi và cuӕi cùng là các chҩt kӃt dính bên trong Mat, Veil. 3. Khuôn ÿӏnh hình Có hai loҥi khuôn ÿѭӧc sӱ Gөng trong pultrusion là khuôn ÿӏnh hình và khuôn gia nhiӋt. Sӵ ÿӏnh hình thѭӡng ÿѭӧc hình thành sau quy trình tҭm nhӵa. Mӝt vài trѭӡng Kӧp roving, mat vào khuôn ÿӏnh hình trong ÿLӅu kiӋn khô trѭӟc khi trѭӟc bѭӟc tҭm nhӵa, lӟp Veil khô này có tác dөng bao bӑc lӟp nhӵa bên ngoài là tăng thӇ tích nhӵa trong bó sӧi . Khuôn ÿӏnh hình thѭӡng kӃt nӕi vӟi khuôn gia nhiӋt ÿӇ ÿҧm sӵ kӃt nӕi chính xác bѭӟc ÿӏnh hình và gia nhiӋt. Kích thѭӟc khe trong khuôn ÿӏnh hình ÿӇ tránh kéo căng sӧi quá mӭc. Trong giai ÿRҥn này sӧi yӃu và dӇ dҭn ÿӃn ÿӭt sӧi, mat và fabric có thӇ bӏ xô lӋch. Khuôn ÿӏnh hình cǊng ÿѭӧc thiӃt kӃÿӇ loҥi bӓ Oѭӧng nhӵa dѭ thӯa, ÿLӅu này ngăn cҧn áp lӵc thuӹ tӍnh cao bҩt thѭӡng tҥi cәng vào khuôn gia nhiӋt. 4. Khuôn gia nhiӋt Trang 98
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Khuôn gia nhiӋt phҧi ÿѭӧc ÿһt vӳng chҳc trên khung cӫa máy pultrusion ÿӇ chӕng lҥi lӵc kéo. Lӵc kéo thѭӡng trong khoҧng 6-8 tҩn, tuy nhiên nhӳng máy sҧn xuҩt các bӝ phұn rӝng 1,52m cao 0,6m có thӇ yêu cҫu lӵc kéo lên ÿӃn 8-20 tҩn, khuôn phҧi ÿѭӧc lҳp ráp thҷng hàng, ÿúng tâm vӟi lӵc kéo. 6ӵ ÿLӅu khiӇn nhiӋt ÿӝ khuôn là thông sӕ quan trӑng nhҩt trong quy trình pultrusion. Profile nhiӋt ÿӝ khuôn sӁÿLӅu khiӇn tӕc ÿӝ polymer hóa cӫa hӋ thӕng nhӵa và vӏ trí cӫa ÿLӇm gel ÿӕi vӟi khuôn. Nó cǊng ҧnh hѭӣng profile toҧ nhiӋt cӫa nhӵa qua các ÿӝ dày khác nhau cӫa sҧn phҭm pultrusion . Khuôn thѭӡng ÿѭӧc gia nhiӋt bҵng các cһp nhiӋt ÿLӋn hoһc bҵng dҫu nóng. ViӋc ÿóng rҳn nhiӋt bҵng hai phѭѫng pháp cҩp nhiӋt này khá chұm bӣi thép công cө làm khuôn có tӕc ÿӝ truyӅn nhiӋt kém và hҥn chӃ sӵÿóng rҳn ÿӗng nhҩt. Năng lѭӧng nhiӋt Fҫn ÿӇÿóng rҳn composite phҧi ÿѭӧc cҩp qua mһt ngoài cӫa composite. ViӋc ÿѭa nhiӋt vào yêu cҫu phҧi làm ÿông ÿһc toàn bӝ composite. Khi composite pultrusion có bӝ phұn dày thì viӋc cҩp nhiӋt phҧi lâu hѫn và ÿLӅu này làm chұm tӕc ÿӝ cӫa quy trình. ViӋc Wăng tӕc ÿӝ gia nhiӋt ÿӇ tăng tӕc ÿӝ kéo là giҧi pháp không cҫn thiӃt cho vҩn ÿӅ này và NӃt quҧÿѭa ÿӃn là sӵÿóng rҳn quá nhanh cӫa lӟp ngoài vӟi sӵ quá nhiӋt ӣ lӟp bӅ mһt và làm nӭt mһt ngoài cӫa sҧn phҭm. ĈLӅu kiӋn nhiӋt ÿӝ khuôn có thӇÿLӅu chӍnh bҵng cách ÿһt vào trong khuôn các cһp nhiӋt ÿLӋn và ÿLӅu này có thӇ giúp ta ÿLӅu chӍnh nhiӋt ÿӝ tӯng ÿRҥn cӫa khuôn. &ҫn phҧi làm lҥnh ngay tҥi ÿҫu vào cӫa khuôn ÿӇ tránh nhӵa bӏ gel sӟm. Nhѭÿã ÿӅ cұp profile nhiӋt ÿӝ trong Khuôn là thông sӕ quan trӑng nhҩt ÿӇÿLӅu khiӇn tӕc ÿӝ quy trình. Ngѭӡi ta cǊng ÿã dùng sóng radio ÿӇ gia nhiӋt sѫ bӝ cho quy trình. ViӋc sӱ Gөng sóng radio cùng vӟi phѭѫng pháp gia nhiӋt khuôn truyӅn thӕng có thӇ làm tăng ÿáng kӇ tӕc ÿӝ cӫa quy trình. Công nghӋ này bӏ hҥn chӃ là không ÿѭӧc dùng ÿӕi vӟi composite sӧi cacbon. Trang 99
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite 5. Máy kéo Máy kéo dùng ÿӇ kéo profile pultrusion trong toàn bӝ quy trình. Các vҩn ÿӅ cҫn quan tâm trong máy kéo là lӵc kéo và tӕc ÿӝ kéo. Tӕc ÿӝ kéo nhanh thì tӕc ÿӝ cӫa quy trình nhanh. Tuy nhiên tӕc ÿӝ kéo còn phө thuӝc nhiӅu vào các quá trình ÿóng rҳn cӫa nhӵa trong khuôn. 6 . Máy cҳt Trang 100
Công ngh͏ v̵t li͏u Composite Máy cҳt làm nhiӋm vө cҳt profile pultrusion thành ÿRҥn có kích thѭӟc theo yêu Fҫu. ĈӇÿҧm bҧo tӕc ÿӝ cӫa quy trình, khi cҳt bӝ phұn cҳt sӁ di chuyӇn cùng vӟi tӕc ÿӝ kéo cӫa quy trình. V. Các yӃu tӕҧnh hѭӣng ÿӃn chӃÿӝ gia công trong pultrusion V.1 Quá trình chuyӇn trҥng thái cӫa nhӵa trong khuôn Trong nhӳng năm gҫn ÿây ÿã có viӋc sӱ dөng cӫa nhӵa epoxy và phenolic trong công nghӋ pultrusion. G.a Hunter cӫa công ty shell ÿã so sánh tính chҩt cӫa các hӋ nhӵa nhѭ sau. Hunter cung cҩp mӝt mô hình có ba vùng trong khuôn pultrusion. Khi so sánh các hӋ thӕng nhӵa cҫn chú ý ÿӃn diӇn biӃn bên trong khuôn, profile nhiӋt ÿӝ cӫa khuôn và nhӵa, và sӵ chuyӇn trҥng thái cӫa nhӵa khi nó bҳt ÿҫu ÿi qua khuôn. Mô hình cho thҩy ba vùng cӫa khuôn nhiӋt và sӵ chuyӇn pha cӫa nhӵa tӯ trҥng thái lӓng ӣ vùng 1 sang trҥng thái gel ӣ vùng 2 và thành trҥng thái rҳn ӣ vùng 3. Trong vùng 1, tҥi ÿây vұt liӋu vào khuôn ӣ nhiӋt ÿӝ phòng, trѭѫng nӣ khi nó hҩp thө nhiӋt và ÿây chính là nguyên nhân khiӃn áp suҩt ӣ vùng này tăng lên. Khi vұt liӋu tiӃn vào vùng 2 hay còn gӑi là vùng gel, nó hҩp thө nhiӅu nhiӋt hѫn, Eҳt ÿҫu tҥo liên kӃt ngang giӳa các mҥch polymer và chuyӇn trҥng thái tӯ lӓng nhӟt sang trҥng thái vұt liӋu ÿһc không chҧy, và sau ÿó giӕng nhѭ cao su. Khi chuyӇn vào vùng 3 mұt ÿӝ nӕi ngang tăng lên, vұt liӋu chuyӇn sang trҥng thái rҳn, sӵ co thӇ tích bҳt ÿҫu xuҩt hiӋn làm giҧi phóng áp xuҩt và hình dҥng sҧn phҭm co lҥi tách rӡi mһt trong cӫa khuôn. Trong vùng này, vì sӵ tách cӫa bӅ mһt sҧn phҭm và EӅ mһt khuôn nên ma sát trѭӧc là rҩt thҩp. 'ӵa trên ÿӝ dày khe cӫa khuôn và tӕc ÿӝ quy trình mà ÿҫu mӫi hình viên ÿҥn sӁ giҧn ra hoһc thu nhӓ lҥi Hình: mô hình chuyӇn trҥng thái cӫa nhӵa trong khuôn Trang 101