Tài liệu Phương pháp chế tạo thủ công vật liệu Compotise trình bày các nội dung: phương pháp phun hỗn hợp composite, phương pháp thấm nhựa trước, phương pháp đùn ép, phương pháp đúc chuyển nhựa, phương pháp đúc chân không.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Phương pháp chế tạo thủ công vật liệu Compotise
- Phương pháp chế tạo thủ công
Một trong những phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong ch ế t ạo s ản ph ẩm b ằng
vật liệu composite là phương pháp chế tạo thủ công. Ph ương pháp th ủ công s ử d ụng
khuôn hở, có thể sử dụng khuôn dương hoặc khuôn âm. Quy trình chế tạo được thực hi ện
như sau:
- Quét phủ lớp hỗ trợ tháo khuôn lên bề mặt khuôn;
- Phủ lớp tạo bề mặt sản phẩm (gel-coat);
- Phủ nhựa polymer trên lớp tạo bề mặt;
- Rải lớp vật liệu gia cường trên nền nhựa polymer;
- Dùng con lăn để lăn ép vật liệu gia cường với nhựa;
- Phủ lớp tạo bề mặt trên lớp vật liệu gia cường cuối cùng.
Sau khi quá trình rải vật liệu gia cường và thấm nhựa đã hoàn thành, s ản ph ẩm được để
đông kết tại nhiệt độ môi trường. Tốc độ đông kết của sản phẩm phụ thuộc theo loại
polymer, độ dày sản phẩm, nhiệt độ môi trường và độ dẫn nhiệt của v ật li ệu khuôn. Để
tăng tốc độ đông kết và giảm thời gian tháo khuôn, các s ản phẩm có kích thước nh ỏ được
đưa vào lò sấy; các sản phẩm có kích thước lớn hơn có thể được sấy bằng khí nóng. Phản
ứng tỏa nhiệt trong quá trình đông kết có thể làm tăng nhiệt độ của sản phẩm. Tốc độ thay
đổi nhiệt cũng là yếu tố quan trọng quyết định tới cơ tính và chất l ượng sản ph ẩm. Do hệ
số giãn nở của vật liệu gia cường và nhựa polymer khác nhau, s ự thay đổi nhi ệt độ l ớn
trong quá trình đông kết có thể làm biến dạng liên kết giữa hai loại vật liệu.
Vật liệu sử dụng trong phương pháp thủ công th ường là polyester không no và s ợi th ủy
tinh. Phương pháp chế tạo thủ công có ưu điểm sử dụng khuôn m ẫu đơn giản vì quá trình
chế tạo ở nhiệt độ và áp suất không cao. Tuy nhiên, do ph ương pháp này s ử d ụng khuôn
hở nên chất lượng hai bề mặt sản phẩm không đồng đều. Phương pháp th ủ công th ường
được áp dụng cho các loạt sản phẩm có số lượng nhỏ hoặc sản phẩm đơn chiếc.
Phương pháp phun hỗn hợp composite
Trong phương pháp phun hỗn hợp, vật liệu gia cường có kích th ước nh ỏ được trộn với
nhựa polymer theo tỷ lệ xác định. Súng phun được sử dụng để phun hỗn hợp nhựa
polymer và vật liệu gia cường vào khuôn. Vật liệu gia c ường được cung c ấp liên t ục vào
một đầu cấp của súng phun, nhựa polymer và chất khởi t ạo ph ản ứng được cung c ấp t ới
một đầu cấp khác của súng. Quá trình hòa trộn được di ễn ra trong thi ết b ị hòa tr ộn t ĩnh
hoặc động trong súng phun hoặc trong thiết bị khác. Tương t ự nh ư ph ương pháp ch ế t ạo
thủ công, chất hỗ trợ tháo khuôn được phun hoặc quét lên mặt khuôn, tiếp theo là l ớp gel-
- coat tạo bề mặt cho sản phẩm. Sau đó hỗn hợp nhựa polymer, chất khởi tạo phản ứng và
sợi gia cường được phun ép vào khuôn.
Vật liệu sử dụng trong phương pháp phun hỗn hợp composite tương tự như trong ph ương
pháp thủ công. Sợi thủy tinh được cắt với chiều dài từ 10mm tới 40mm tr ước khi được tr ộn
vào hỗn hợp.
Phương pháp phun hỗn hợp composite được sử dụng trong chế t ạo các s ản phẩm có hình
dạng phức tạp và các sản phẩm có yêu cầu cơ tính không cao. Tuy nhiên, ph ương pháp
phun hỗn hợp composite có thể kiểm soát tốt tỷ lệ của nhựa polymer và v ật li ệu gia cường
trong hỗn hợp, qua đó đảm bảo tính thẩm mỹ và độ đồng đều về cơ tính của sản phẩm.
Phương pháp thấm nhựa trước
Trong phương pháp này, vật liệu gia cường được thấm nhựa polymer và được b ảo qu ản
trong môi trường nhiệt độ thấp. Quy trình chế tạo sản phẩm composite sử d ụng v ật li ệu
thấm nhựa trước được thực hiện như sau: vật liệu gia cường đã thấm nhựa polymer được
lấy ra khỏi thùng bảo quản lạnh, để trao đổi nhiệt tự nhiên và đạt tới nhi ệt độ môi tr ường
trước khi tiến hành gia công. Trong quá trình trao đổi nhiệt t ự nhiên, v ật li ệu gia c ường
thấm nhựa polymer được để trong bao bì bảo quản để tránh ngưng t ụ h ơi n ước trên b ề
mặt. Vật liệu gia cường đã thấm nhựa polymer được cắt thành hình d ạng theo thi ết k ế.
Quá trình cắt có thể tiến hành thủ công hoặc tự động. Sau khi v ật liệu được c ắt theo thi ết
kế, tiến hành bóc lớp bảo vệ, đặt vật liệu lên khuôn theo t ừng l ớp. Quá trình được l ặp l ại
tới khi đạt được yêu cầu về độ dầy của sản phẩm.
Vật liệu thấm nhựa polymer trước được sử dụng trong những loạt s ản ph ẩm có s ố l ượng
không lớn. Do độ dầy của vật liệu thấm nhựa polymer trước th ường không l ớn nên quá
trình rải đặt các lớp yêu cầu độ chính xác cao. Thông thường quá trình này được th ực hi ện
tự động hoặc với sự hỗ trợ của máy tính. Tương tự như phương pháp lăn tay th ủ công,
khuôn mẫu sử dụng trong phương pháp thấm nhựa trước khá đơn giản, tuy nhiên v ới các
sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao như các chi tiết trên máy bay, khuôn m ẫu th ường
được chế tạo bằng kim loại hoặc vật liệu composite để có thể chịu được tải trọng lớn trong
quá trình chế tạo.
Với các chi tiết yêu cầu tính năng kỹ thuật cao thường sử dụng nén ép để đạt được độ liên
kết tốt giữa các lớp vật liệu. Chi phí chế tạo khuôn cho các chi tiết này thường khá cao. Túi
chân không có thể được sử dụng trong quá trình nén các l ớp v ật liệu với nhau. Sau khi các
lớp vật liệu được đặt trên khuôn, lớp phim hỗ trợ tháo khuôn được đặt trên vật liệu đã thấm
nhựa. Lớp phim n ôn trong quá trình gia công. Tiếp theo người ta s ử d ụng l ớp phim ph ủ
bên ngoài lớp phim hỗ trợ tháo khuôn. Lớp phim này còn có tác d ụng h ấp th ụ ph ần nh ựa
- thừa bị nén ra khỏi sản phẩm trong quá trình chế tạo. Lớp v ật li ệu cu ối cùng d ưới túi chân
không là phim thông hơi. Lớp phim thông hơi có tác d ụng giúp thoát khí d ư trong s ản ph ẩm
và khuôn ra ngoài để tránh các rỗ khí. Ngoài ra l ớp phim này có tác d ụng điều hòa áp su ất
trong khuôn và trên toàn bộ bề mặt sản phẩm. Lớp phim thông khí thường được chế tạo từ
vải, sợi hoặc các vật liệu có tính năng tương tự. L ớp ngoài cùng là túi chân không được
làm kín với khuôn bằng băng dính đặc biệt (sealant tape).
Trong phương pháp vật liệu thấm nhựa trước, sợi carbon và epoxy th ường được s ử d ụng
là vật liệu gia cường và vật liệu nền. Phương pháp này được ứng dụng ch ế t ạo các s ản
phẩm trong ngành hàng không. Tuy nhiên phương pháp này đang d ần được áp d ụng trong
chế tạo các dụng cụ thể thao và giải trí như cần câu cá, gậy chơi golf, ván trượt, v.v.
Đa số các loại nhựa polymer sử dụng trong phương pháp th ấm nh ựa tr ước đông k ết t ại
nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bình thường trong phòng. Do đó, người ta th ường tiến hành gia
nhiệt trong quá trình hoàn thiện sản phẩm. Việc gia nhiệt cho quá trình đông kết vật liệu có
thể được thực hiện bằng gia nhiệt môi trường hoặc gia nhiệt khuôn v ới các lo ại nh ựa
polymer có nhiệt độ đông kết thấp.
Phương pháp đùn ép
Trong phương pháp này nhựa polymer dưới dạng bột hoặc hỗn h ợp nh ựa polymer và v ật
liệu gia cường có chiều dài ngắn được cấp vào trống chứa hỗn hợp v ật liệu c ủa máy đùn
ép. Trục vít được sử dụng để đẩy hỗn hợp vật liệu về phía trước của tr ống, nén h ỗn h ợp
vật liệu đồng thời đẩy không khí chứa trong vật liệu ra ngoài. Trong quá trình hòa tr ộn ma
sát làm tăng nhiệt độ của hỗn hợp, năng lượng nhiệt này làm vật liệu chuy ển sang tr ạng
thái lỏng trước khi được chuyển tới buồng phun ép. Do quá trình nén c ắt trong tr ục vít,
chiều dài của sợi gia cường giảm. Dưới lực ép của trục vít, v ật li ệu được đùn ép vào
khuôn, hệ thống van một chiều được sử dụng để ngăn vật liệu bị nén ngược lại trống
chứa. Khi vật liệu đã được nén vào trong khuôn, trục vít được giữ nguyên v ị trí để duy trì
áp suất trong khuôn. Khi vật liệu đã đông kết trong khuôn, tr ục vít được di chuy ển theo
chiều ngược lại để chuẩn bị cho chu trình đùn ép sản phẩm tiếp theo.
Ưu điểm của phương pháp này là khả năng tự động hóa cao, năng suất lớn, hiệu quả cao,
phù hợp với loạt sản phẩm có số lượng lớn. Phương pháp này có thể sử dụng để ch ế t ạo
các sản phẩm có hình dạng phức tạp. Hạn chế lớn nhất của công ngh ệ này là c ơ tính c ủa
sản phẩm không cao do tỷ lệ vật liệu gia cường thấp, độ dài c ủa v ật liệu gia c ường ng ắn,
tính đẳng hướng của vật liệu không đều. Do các hạn chế nêu trên công ngh ệ đùn ép h ỗn
hợp composite thường được sử dụng chế tạo các sản phẩm có kích th ước không l ớn v ới
yêu cầu về cơ tính không cao.
- Phương pháp đúc chuyển nhựa
Phương pháp đúc chuyển nhựa sử dụng khuôn kín, vật liệu gia cường được đặt trước
trong khuôn. Với loạt sản phẩm có số lượng không l ớn vật liệu gia c ường được c ắt th ủ
công và đặt trên nửa khuôn phía dưới. Nửa khuôn phía trên được đóng l ại, nh ựa polymer
được điền đầy vào khuôn dưới áp suất cao. Sau khi nhựa polymer được điền đầy vào
khuôn, hỗn hợp nhựa polymer và vật liệu gia c ường được để đông kết trong th ời gian xác
định. Sau đó sản phẩm được tháo khuôn để tiến hành sản xuất chi ti ết tiếp theo. Để thúc
đẩy quá trình đông kết có thể tiến hành gia nhi ệt khuôn nh ằm tăng năng su ất ch ế t ạo.
Phương pháp đúc chuyển nhựa có thể áp dụng chế tạo các s ản phẩm có kết c ấu
sandwich. Với các sản phẩm có kích thước không lớn, có thể s ử dụng m ột đường cấp
nhựa polymer cho toàn bộ sản phẩm; với sản phẩm có kích th ước l ớn h ơn, nhi ều đường
cấp được sử dụng nhằm đảm bảo cung cấp đủ nhựa polymer cho từng bộ phận, chi tiết
của sản phẩm. Đường cấp nhựa thường được đặt tại vị trí thấp nhất trong khuôn. Nh ựa
polymer được điền vào khuôn theo hướng từ dưới lên để đảm bảo đẩy các b ọt khí trong
khuôn và vật liệu gia cường ra ngoài, tránh t ạo các r ỗ khí trong s ản ph ẩm sau khi hoàn
thiện.
Trong công nghệ đúc chuyển nhựa cần đảm bảo độ nhớt của nhựa polymer trong giới h ạn
cho phép để có thể điền đầy nhựa tới các vị trí trong khuôn trong th ời gian ng ắn nh ất. Do
đó, cần duy trì nhiệt độ của nhựa và khuôn trong giới h ạn h ợp lý. M ặt khác, n ếu duy trì
nhiệt độ nhựa và khuôn quá cao sẽ gây các phản ứng gây đông k ết nhựa polymer trong
quá trình điền đầy khuôn.
Công nghệ đúc chuyển nhựa được sử dụng trong chế tạo sản phẩm mẫu cũng như loạt
sản phẩm có số lượng lớn. Công nghệ này có thể tạo ra sản ph ẩm có hình d ạng ph ức t ạp
và chất lượng bề mặt cao, đặc biệt thích hợp cho chế tạo các chi ti ết trong công nghi ệp ô
tô, hàng không.
Phương pháp đúc chân không
Phương pháp này sử dụng sự chênh lệch áp suất trong khuôn và thi ết bị ch ứa nh ựa
polymer để điền nhựa vào khuôn. Khác với phương pháp đúc chuyển nh ựa truy ền th ống
sử dụng chân không hỗ trợ quá trình điền nhựa vào khuôn d ưới l ực ép c ủa thi ết b ị nén
hoặc khí nén, công nghệ đúc chân không hoàn toàn s ử d ụng l ực hút chân không để đưa
nhựa polymer vào khuôn. Nhựa polymer được chứa trong bình, khi độ chân không trong
khuôn đã đạt tới yêu cầu, van dẫn bình chứa mở ra, nh ựa trong bình ch ứa được điền vào
khuôn theo hệ thống ống dẫn bố trí theo chu vi của khuôn. T ốc độ điền nh ựa vào khuôn
phụ thuộc vào chi tiết được chế tạo, tỷ lệ vật liệu gia cường, chủng loại nh ựa polymer, và
phương án bố trí, thiết kế khuôn.
- Ưu điểm của công nghệ này là chế tạo khuôn đơn giản, chi phí đầu tư không cao so v ới
phương án đúc chuyển nhựa truyền thống, các thiết bị chính bao gồm bơm hút chân
không, thiết bị chứa nhựa polymer và thiết bị hòa trộn nhựa polymer, các dụng cụ đo và h ệ
thống dẫn chân không. Nhược điểm của phương pháp này là chỉ kiểm soát được ch ất
lượng một bề mặt của chi tiết gia công do sử dụng khuôn một mặt, khó kiểm soát độ đồng
đều của chiều dầy chi tiết cũng như tỷ lệ vật liệu gia cường và nhựa polymer.
Công nghệ đúc chân không được sử dụng chủ yếu để chế tạo các chi tiết có kích th ước
lớn, số lượng không nhiều như các kết cấu dàn khoan, xuồng, thân vỏ ô tô, toa xe tàu h ỏa,
kho đông lạnh. Công nghệ này có thể kết hợp với phương pháp ch ế t ạo sandwich t ạo ra
sản phẩm có chất lượng và yêu cầu cao.
Bơm hút chân không có tác dụng hút chân không thể tích trong khuôn. D ưới tác d ụng c ủa
chênh lệch áp suất, hỗn hợp nhựa polymer được điền vào khuôn theo hệ th ống d ẫn. Túi
chân không có tác dụng làm kín khuôn như m ột nửa khuôn phía trên. Băng làm kín
(sealant tape) có tác dụng làm kín thể tích trong khuôn. Quy trình công ngh ệ được th ực
hiện như sau:
- Quét phủ lớp chống dính hỗ trợ tháo khuôn:
- Quét phủ lớp vật liệu tạo bề mặt (gel-coat);
- Đặt các lớp vật liệu gia cường vào khuôn;
- Đặt các lớp hỗ trợ dẫn nhựa polymer lên trên lớp vật liệu gia cường;
- Đặt túi chân không, sử dụng băng làm kín (sealant tape) để làm kín thể tích trong khuôn;
- Hút chân không thể tích trong khuôn;
- Mở van nhựa khi độ chân không đạt yêu cầu để điền nhựa polymer t ừ thi ết b ị ch ứa vào
khuôn;
- Tháo khuôn sau khi vật liệu trong khuôn đông kết và định hình.
Kết luận:
Các sản phẩm composite được chế tạo theo nhiều phương pháp khác nhau như chế tạo thủ
công, phương pháp thấm nhựa trước, đùn ép, đúc chuyển nhựa, đúc chân không, v.v. Các
phương pháp này có các ưu nhược điểm khác nhau. Với yêu cầu trong công nghệ đóng tàu
hiện nay, phương pháp đúc chân không là sự lựa chọn phù hợp do đáp ứng t ốt v ề năng
suất, chất lượng trong chế tạo các sản phẩm đơn chiếc, lo ạt sản ph ẩm nh ỏ, kích th ước
lớn. Công nghệ này ít có tác động xấu tới môi trường. Do đó, c ần có đầu t ư nghiên c ứu để
có thể ứng dụng vào ngành công nghiệp đóng tàu và công ngh ệ hàng h ải Vi ệt Nam hiện
nay và trong tương lai.
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
