กระบวนการเตรียมเทอร์โมพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่อง

กระบวนการเตรียมเทอร์โมพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่อง

2021-05-06 管理员阅读 511

คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยแบบต่อเนื่อง( ContinuousFiber Reinforced Thermoplastic Composites ซึ่งต่อไปนี้จะเรียกว่าCFRTP ) แตกต่างจากคอมโพสิตเสริมแรงด้วยเส้นใยสั้นและเส้นใยยาว โดยปกติความยาวเส้นใยของวัสดุผสมจะอยู่ระหว่าง0.5-1 มม. เรียกว่าการเสริมแรงด้วยเส้นใยสั้น ( SFT ) และความยาวของเส้นใยระหว่าง1-10 มม. เรียกว่าการเสริมแรงด้วยเส้นใยยาว ( LFT ) แต่นี่เป็นเพียงวิธีที่นิยมพูดกันและ ไม่มีข้อบังคับเฉพาะ วัสดุผสมเสริมเส้นใยอย่างต่อเนื่องหมายความว่าเส้นใยเสริมแรงในวัสดุผสมมีความต่อเนื่อง

รูปที่ 1 ประเภทของวัสดุผสมเทอร์โมพลาสติก

ภาพ

วัสดุผสมเทอร์โมพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่อง (CFRTP) หมายความว่าเส้นใยเสริมแรงในวัสดุผสมมีความต่อเนื่องและเมทริกซ์เรซินเป็นเทอร์โมพลาสติก วัสดุเสริมแรงทั่วไปและเมทริกซ์เรซินแสดงในรูปต่อไปนี้:

รูปที่ 2 ส่วนประกอบของวัสดุผสมเทอร์โมพลาสติก

ภาพ

เมื่อเทียบกับ SFT และ LFT แล้ว CFRTP มีเส้นใยต่อเนื่องปริมาณเส้นใยสูงกว่าและคุณสมบัติเชิงกลของวัสดุที่สูงขึ้น สามารถใช้ในการบินและอวกาศการเดินเรือในมหาสมุทรท่อส่งแรงดันสูงและสาขาอื่น ๆ ที่ต้องการความแข็งแรงเชิงกลสูงขึ้น เรซินเทอร์โมพลาสติกมักเป็นอนุภาคของแข็งที่อุณหภูมิห้องในระหว่างการเตรียม CFRTP เรซินเทอร์โมพลาสติกจำเป็นต้องเปลี่ยนจากสถานะเม็ดเป็นสถานะหลอมเหลว (สถานะของเหลวหนืด) วิธีการหลักคือการเพิ่มอุณหภูมิให้สูงกว่าจุดหลอมเหลวของเรซิน เนื่องจากการเตรียม CFRTP ต้องการให้เรซินถูกชุบลงในมัดเส้นใยอย่างสมบูรณ์ซึ่งต้องการความหนืดของเรซินที่สูงขึ้นอุณหภูมิในการผลิตของผลิตภัณฑ์นี้จึงสูงกว่าเทคนิคการแปรรูปอื่น ๆ เล็กน้อย สำหรับเรซินที่ไวต่อแรงเฉือนข้อกำหนดสำหรับสกรูของเครื่องอัดรีดก็จะสูงขึ้นเช่นกัน กระบวนการจัดเตรียมหลักในปัจจุบันของ CFRTP มีดังนี้:

1. วิธีการชุบละลาย: เส้นใยจะถูกส่งผ่านโซนเรซินในสถานะหลอมเหลวและทำพรีเร็กหลังจากที่เรซินชุบเต็มที่แล้วในแม่พิมพ์ทำให้มีการทำให้เย็นลงแล้วจึงทำให้เย็นลงและมีรูปร่าง ข้อดี: ความเร็วในการขึ้นรูปวัสดุแผ่นสามารถรีไซเคิลได้อย่างสมบูรณ์และอื่นๆข้อเสีย: ข้อกำหนดอุปกรณ์ที่ซับซ้อนของดัชนีการหลอมละลายที่สูงขึ้นของเรซิน วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายและครองตลาดหลัก แบ่งออกเป็น: การควบคุมแรงระบบใยแพร่กระจายระบบการกระจายจุ่มระบบเส้นใย, การสร้างระบบระบายความร้อน, ระบบกลิ้งฉุดระบบ

รูปที่ 3 การเตรียมพรีเร็กเทอร์โมพลาสติกเสริมเส้นใยต่อเนื่องโดยวิธีการหลอม

ภาพ

2. วิธีการแก้ปัญหา: ส่งสายไฟเบอร์ผ่านถังสารละลายที่ละลายด้วยเรซินและหลังจากที่ไฟเบอร์และเรซินถูกทำให้แข็งตัวเต็มที่ตัวทำละลายจะถูกทำให้ระเหยจากนั้นจึงทำให้แห้งเพื่อให้ได้พรีเร็ก วิธีการเตรียมมีข้อดี: อุปกรณ์ง่ายๆการทำให้มีเส้นใยและเรซินเพียงพอ ฯลฯ ข้อเสีย: ตัวทำละลายเทอร์โมพลาสติกหายากตัวทำละลายจะยังคงอยู่ในพรีเร็กส่งผลต่อประสิทธิภาพและมลพิษของตัวทำละลายต่อสิ่งแวดล้อม ปัจจุบันตลาดยังไม่เห็นผลิตภัณฑ์ที่โตเต็มที่

รูปที่ 4 การเตรียมพรีเร็กเทอร์โมพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องโดยวิธีการแก้ปัญหา

ภาพ

3. วิธีผสมเส้นใย: แปรรูปเทอร์โมพลาสติกเรซินเป็นเส้นใยละเอียดจากนั้นผสมเส้นใยเรซินและเส้นใยเสริมลงในเนื้อผ้าเนื่องจากผ้าสามารถนำไปใช้ในการเตรียมผลิตภัณฑ์คอมโพสิตได้โดยตรง ข้อดีของกระบวนการนี้: ปริมาณเส้นใยสามารถควบคุมได้และสามารถทอเป็นผ้าที่มีรูปร่างต่าง ๆ ได้ข้อเสีย: เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใยเรซินเทอร์โมพลาสติกนั้นควบคุมได้ไม่ยากและความสามารถในการดึงเรซินสูง สถานะการใช้งานในตลาดปัจจุบัน: การผลิตเรซินเฉพาะขนาดเล็ก

รูปที่ 5 การเตรียมพรีเร็กเทอร์โมพลาสติกเสริมเส้นใยต่อเนื่องโดยวิธีผสมเส้นใย

ภาพ

4. การทำให้ชุ่มด้วยผง: มัดเส้นใยจะถูกส่งผ่านฟลูอิไดซ์เบดที่เต็มไปด้วยผงเรซินและผงเรซินจะยึดติดกับพื้นผิวของเส้นใยภายใต้การไหลของอากาศและไฟฟ้าสถิตจากนั้นจะถูกทำให้ร้อนและทำให้ชุ่มเพื่อเตรียมพรีเร็ก ข้อดีของกระบวนการนี้: ปราศจากตัวทำละลายสามารถใช้สำหรับเรซินดัชนีการหลอมสูงใช้งานง่ายข้อเสีย: อุปกรณ์ที่ซับซ้อนวัตถุดิบเรซินผงราคาสูงเป็นต้น สถานะการใช้งานของตลาดในปัจจุบัน: เทคโนโลยีจากต่างประเทศค่อนข้างเติบโตเต็มที่และแอปพลิเคชันในประเทศเพิ่งเริ่มต้น

รูปที่ 6 การเตรียมพรีเร็กเทอร์โมพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใยต่อเนื่องโดยวิธีผง

ภาพ

เขียนโดย: Tao Shouliang, Lianyang New Material

ภาพ