กระบวนการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตที่พบมากที่สุด! แนบวัสดุหลักและแนะนำข้อดีข้อเสีย

วัตถุดิบสำหรับวัสดุคอมโพสิตมีให้เลือกมากมาย ทั้งเรซิน เส้นใย และวัสดุแกนกลาง โดยวัสดุแต่ละชนิดมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ทั้งในด้านความแข็งแรง ความแข็ง ความเหนียว และเสถียรภาพทางความร้อน โดยมีต้นทุนและผลผลิตที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของวัสดุคอมโพสิตโดยรวมไม่ได้ขึ้นอยู่กับเมทริกซ์เรซินและเส้นใย (รวมถึงวัสดุแกนกลางในโครงสร้างวัสดุแบบแซนด์วิช) เท่านั้น แต่ยังสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับวิธีการออกแบบและกระบวนการผลิตของวัสดุในโครงสร้างด้วย ในบทความนี้ เราจะแนะนำวิธีการผลิตวัสดุคอมโพสิตที่ใช้กันทั่วไป ปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลของแต่ละวิธี และวิธีการคัดเลือกวัตถุดิบสำหรับกระบวนการต่างๆ

การพ่นขึ้นรูป
1. คำอธิบายวิธีการ: วัสดุเสริมแรงเส้นใยแบบตัดสั้นและระบบเรซินถูกพ่นลงในแม่พิมพ์ในเวลาเดียวกัน จากนั้นจึงทำการบ่มภายใต้ความดันบรรยากาศให้เป็นผลิตภัณฑ์คอมโพสิตเทอร์โมเซตติงของกระบวนการขึ้นรูป
2. การเลือกวัสดุ:
เรซิน: โพลีเอสเตอร์เป็นหลัก
เส้นใย: เส้นใยแก้วหยาบ
วัสดุแกน: ไม่มี ต้องใช้ร่วมกับไม้อัดเพียงอย่างเดียว
3. ข้อดีหลัก:
1) ประวัติการประดิษฐ์อันยาวนาน
2) ต้นทุนต่ำ วางเส้นใยและเรซินได้รวดเร็ว
3) ต้นทุนแม่พิมพ์ต่ำ
4. ข้อเสียหลัก:
1) ไม้อัดขึ้นรูปง่ายด้วยเรซินที่มีน้ำหนักมาก
2) สามารถใช้ได้เฉพาะเส้นใยสั้นเท่านั้น ซึ่งจำกัดคุณสมบัติเชิงกลของไม้อัดอย่างมาก
3) เพื่อให้การพ่นสะดวกขึ้น ความหนืดของเรซินจะต้องต่ำเพียงพอ ซึ่งจะทำให้สูญเสียคุณสมบัติเชิงกลและความร้อนของวัสดุคอมโพสิต
4) ปริมาณสไตรีนที่สูงในเรซินสเปรย์หมายความว่ามีความเสี่ยงสูงต่อผู้ปฏิบัติงาน ในขณะที่ความหนืดที่ต่ำหมายความว่าเรซินสามารถแทรกซึมเข้าไปในเสื้อผ้าทำงานของพนักงานและสัมผัสโดยตรงกับผิวหนังได้
5) ความเข้มข้นของสไตรีนระเหยในอากาศเป็นเรื่องยากที่จะปฏิบัติตามข้อกำหนดทางกฎหมาย
5. การใช้งานทั่วไป:
รั้วเรียบง่าย แผงโครงสร้างรับน้ำหนักต่ำ เช่น ตัวถังรถยนต์เปิดประทุน แฟริ่งรถบรรทุก อ่างอาบน้ำ และเรือขนาดเล็ก

การขึ้นรูปด้วยมือ
1. คำอธิบายวิธีการ: แทรกเรซินเข้าไปในเส้นใยด้วยมือ เส้นใยสามารถทอ ถัก เย็บ หรือติดกาว และวิธีการเสริมแรงอื่นๆ ได้ การขึ้นรูปด้วยมือมักใช้ลูกกลิ้งหรือแปรง จากนั้นจึงบีบเรซินด้วยลูกกลิ้งกาวเพื่อให้ซึมเข้าไปในเส้นใย ไม้อัดจะถูกวางภายใต้แรงกดปกติเพื่อให้แห้ง
2. การเลือกวัสดุ:
เรซิน: ไม่จำเป็นต้องมี เรซินอีพอกซี โพลีเอสเตอร์ เอสเทอร์โพลีเอทิลีน และเรซินฟีนอลิกก็มีจำหน่าย
เส้นใย: ไม่มีข้อกำหนด แต่เส้นใยอะรามิดที่มีน้ำหนักฐานใหญ่กว่านั้นแทรกซึมได้ยากเมื่อวางด้วยมือ
วัสดุแกน: ไม่จำเป็นต้องมี
3. ข้อดีหลัก:
1) ประวัติศาสตร์อันยาวนานของเทคโนโลยี
2) เรียนรู้ได้ง่าย
3) ต้นทุนแม่พิมพ์ต่ำหากใช้เรซินบ่มที่อุณหภูมิห้อง
4) มีวัสดุและซัพพลายเออร์ให้เลือกมากมาย
5) มีปริมาณไฟเบอร์สูง ใช้ไฟเบอร์ยาวนานกว่ากระบวนการพ่น
4. ข้อเสียหลัก:
1) การผสมเรซิน ปริมาณเรซินลามิเนตและคุณภาพมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความชำนาญของผู้ปฏิบัติงาน จึงยากที่จะได้ปริมาณเรซินต่ำและความพรุนต่ำของลามิเนต
2) อันตรายต่อสุขภาพและความปลอดภัยของเรซิน ยิ่งน้ำหนักโมเลกุลของเรซินสำหรับวางมือน้อยเท่าใด ความเสี่ยงต่อสุขภาพที่อาจเกิดขึ้นก็จะมากขึ้นเท่านั้น ยิ่งความหนืดต่ำ เรซินก็มีแนวโน้มที่จะแทรกซึมเข้าไปในเสื้อผ้าทำงานของพนักงานและสัมผัสกับผิวหนังโดยตรงได้
3) หากไม่ได้ติดตั้งระบบระบายอากาศที่ดี ความเข้มข้นของสไตรีนที่ระเหยจากเอสเทอร์โพลีเอสเตอร์และโพลีเอทิลีนสู่บรรยากาศจะยากต่อการปฏิบัติตามข้อกำหนดทางกฎหมาย
4) ความหนืดของเรซินแบบทาด้วยมือจะต้องต่ำมาก ดังนั้นปริมาณสไตรีนหรือตัวทำละลายอื่นๆ จะต้องสูง ซึ่งจะทำให้สูญเสียคุณสมบัติเชิงกล/ความร้อนของวัสดุคอมโพสิต
5) การใช้งานทั่วไป: ใบพัดกังหันลมมาตรฐาน เรือที่ผลิตจำนวนมาก และโมเดลสถาปัตยกรรม

กระบวนการบรรจุถุงสูญญากาศ
1. คำอธิบายวิธีการ: กระบวนการบรรจุถุงสูญญากาศเป็นส่วนขยายของกระบวนการวางด้วยมือที่กล่าวถึงข้างต้น กล่าวคือ การปิดผนึกชั้นฟิล์มพลาสติกบนแม่พิมพ์ การวางไม้อัดด้วยมือด้วยสูญญากาศ โดยใช้แรงดันบรรยากาศกับไม้อัดเพื่อให้เกิดผลในการระบายและกระชับ เพื่อปรับปรุงคุณภาพของวัสดุคอมโพสิต
2. การเลือกวัสดุ:
เรซิน: เรซินอีพอกซีและฟีนอลิกเป็นหลัก โพลีเอสเตอร์และเอสเทอร์ที่ทำจากโพลีเอทิลีนไม่สามารถใช้งานได้ เนื่องจากมีสไตรีนที่ระเหยไปในปั๊มสุญญากาศ
ไฟเบอร์: ไม่จำเป็นต้องมี แม้ว่าน้ำหนักฐานของไฟเบอร์ขนาดใหญ่จะสามารถแทรกซึมภายใต้แรงกดดันได้ก็ตาม
วัสดุแกน: ไม่จำเป็นต้องมี
3. ข้อดีหลัก:
1) สามารถทำปริมาณไฟเบอร์ที่สูงกว่ากระบวนการวางมือแบบมาตรฐานได้
2) อัตราส่วนช่องว่างต่ำกว่ากระบวนการวางด้วยมือแบบมาตรฐาน
3) ภายใต้แรงดันลบ เรซินจะไหลเพียงพอที่จะปรับปรุงระดับการแทรกซึมของเส้นใย แน่นอนว่าเรซินส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับโดยวัสดุสิ้นเปลืองสูญญากาศ
4) สุขภาพและความปลอดภัย: กระบวนการบรรจุถุงสูญญากาศสามารถลดการปล่อยสารระเหยในระหว่างกระบวนการบ่มได้
4. ข้อเสียหลัก:
1) กระบวนการเพิ่มเติมทำให้ต้นทุนแรงงานและวัสดุถุงสูญญากาศแบบใช้แล้วทิ้งเพิ่มขึ้น
2) ความต้องการทักษะที่สูงขึ้นสำหรับผู้ปฏิบัติงาน
3) การผสมเรซินและการควบคุมปริมาณเรซินขึ้นอยู่กับความสามารถของผู้ปฏิบัติงานเป็นหลัก
4) แม้ว่าถุงสูญญากาศจะช่วยลดการปล่อยสารระเหย แต่ความเสี่ยงต่อสุขภาพของผู้ปฏิบัติงานยังคงสูงกว่ากระบวนการฉีดสารหรือพรีเพร็ก
5. การใช้งานทั่วไป: ขนาดใหญ่ เรือยอทช์รุ่นจำกัดจำนวนหนึ่งลำ ชิ้นส่วนรถแข่ง กระบวนการต่อเรือของการยึดติดวัสดุแกนกลาง

การขึ้นรูปด้วยเครื่องพัน
1. คำอธิบายวิธีการ: กระบวนการพันเส้นใยโดยทั่วไปใช้ในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างที่เป็นโพรง กลม หรือวงรี เช่น ท่อและรางน้ำ มัดเส้นใยจะถูกชุบด้วยเรซินแล้วพันรอบแกนหมุนในทิศทางต่างๆ กระบวนการนี้ควบคุมโดยเครื่องพันและความเร็วของแกนหมุน
2. การเลือกวัสดุ:
เรซิน: ไม่จำเป็น เช่น อีพอกซี โพลีเอสเตอร์ เอสเทอร์โพลีเอทิลีน และเรซินฟีนอลิก เป็นต้น
เส้นใย: ไม่มีข้อกำหนด ใช้มัดเส้นใยของโครงแกนม้วนโดยตรง ไม่ต้องทอหรือเย็บทอเป็นผ้าใย
วัสดุหลัก: ไม่มีข้อกำหนด แต่โดยทั่วไปแล้วผิวจะเป็นวัสดุคอมโพสิตชั้นเดียว
3. ข้อดีหลัก:
(1) ความเร็วในการผลิตที่รวดเร็ว เป็นวิธีการวางซ้อนที่ประหยัดและสมเหตุสมผล
(2) สามารถควบคุมปริมาณเรซินได้โดยการวัดปริมาณเรซินที่พาโดยมัดเส้นใยที่ผ่านร่องเรซิน
(3) ลดต้นทุนเส้นใย ไม่ต้องผ่านกระบวนการทอขั้นกลาง
(4) ประสิทธิภาพโครงสร้างที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากมัดเส้นใยเชิงเส้นสามารถวางตามทิศทางการรับน้ำหนักต่างๆ ได้
4. ข้อเสียหลัก:
(1) กระบวนการนี้จำกัดอยู่เฉพาะโครงสร้างกลวงกลมเท่านั้น
(2) เส้นใยไม่สามารถจัดเรียงได้ง่ายและแม่นยำตามแนวแกนของส่วนประกอบ
(3) ต้นทุนที่สูงขึ้นของการขึ้นรูปด้วยแกนบวกสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่
(4) พื้นผิวภายนอกของโครงสร้างไม่ใช่พื้นผิวแม่พิมพ์ จึงทำให้มีความสวยงามแย่ลง
(5) การใช้เรซินที่มีความหนืดต่ำ จำเป็นต้องใส่ใจคุณสมบัติเชิงกลและประสิทธิภาพด้านสุขภาพและความปลอดภัย
การใช้งานทั่วไป: ถังและท่อเก็บสารเคมี ถังบรรจุ ถังหายใจสำหรับนักดับเพลิง

การขึ้นรูปด้วยกระบวนการพัลทรูชัน
1. คำอธิบายวิธีการ: จากแกนยึดกระสวยที่ดึงมัดเส้นใยที่ชุบกาวผ่านแผ่นทำความร้อน เข้าไปในแผ่นทำความร้อนเพื่อให้เรซินซึมผ่านเส้นใยจนสมบูรณ์ และควบคุมปริมาณเรซิน ในที่สุดวัสดุจะถูกบ่มให้ได้รูปทรงตามต้องการ รูปทรงของผลิตภัณฑ์ที่บ่มแล้วนี้จะถูกตัดด้วยเครื่องจักรเป็นความยาวต่างๆ เส้นใยสามารถเข้าสู่แผ่นทำความร้อนได้ในทิศทางอื่นที่ไม่ใช่ 0 องศา การอัดรีดและการขึ้นรูปยืดเป็นกระบวนการผลิตแบบต่อเนื่อง และหน้าตัดของผลิตภัณฑ์มักจะมีรูปร่างคงที่ ซึ่งทำให้มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย วัสดุที่ผ่านการชุบน้ำแล้วจะถูกกระจายเข้าสู่แม่พิมพ์ทันทีที่บ่ม แม้ว่ากระบวนการนี้จะมีความต่อเนื่องน้อยกว่า แต่ก็สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างหน้าตัดได้
2. การเลือกวัสดุ:
เรซิน: โดยทั่วไปเป็นอีพอกซี โพลีเอสเตอร์ เอสเทอร์โพลีเอทิลีน และเรซินฟีนอลิก เป็นต้น
ไฟเบอร์: ไม่จำเป็น
วัสดุแกน: ไม่ค่อยได้ใช้
3. ข้อดีหลัก:
(1) ความเร็วในการผลิตที่รวดเร็ว เป็นวิธีที่ประหยัดและสมเหตุสมผลในการทำให้วัสดุเปียกและบ่มล่วงหน้า
(2) การควบคุมปริมาณเรซินที่แม่นยำ
(3) ลดต้นทุนเส้นใย ไม่มีกระบวนการทอขั้นกลาง
(4) คุณสมบัติโครงสร้างที่ดีเยี่ยม เนื่องจากมัดเส้นใยถูกจัดเรียงเป็นเส้นตรง เศษส่วนปริมาตรของเส้นใยจึงสูง
(5) พื้นที่การแทรกซึมของเส้นใยสามารถปิดผนึกได้อย่างสมบูรณ์เพื่อลดการปล่อยสารระเหย
4. ข้อเสียหลักๆ:
(1) กระบวนการจำกัดรูปร่างของหน้าตัด
(2) ต้นทุนของแผ่นทำความร้อนที่สูงขึ้น
5. การใช้งานทั่วไป: คานและโครงถักของโครงสร้างที่อยู่อาศัย สะพาน บันได และรั้ว

กระบวนการขึ้นรูปเรซินถ่ายโอน (RTM)
1. รายละเอียดของวิธีการ: เส้นใยแห้งจะถูกวางลงในแม่พิมพ์ด้านล่าง ซึ่งสามารถอัดแรงดันล่วงหน้าเพื่อให้เส้นใยพอดีกับรูปร่างของแม่พิมพ์มากที่สุดและยึดติดด้วยกาว จากนั้นแม่พิมพ์ด้านบนจะถูกยึดเข้ากับแม่พิมพ์ด้านล่างเพื่อสร้างโพรง จากนั้นเรซินจะถูกฉีดเข้าไปในโพรง โดยทั่วไปจะใช้การฉีดเรซินแบบสุญญากาศและการแทรกซึมของเส้นใย ซึ่งเรียกว่าการฉีดเรซินแบบสุญญากาศ (VARI) เมื่อการแทรกซึมของเส้นใยเสร็จสมบูรณ์ วาล์วป้อนเรซินจะถูกปิดและคอมโพสิตจะแข็งตัว การฉีดเรซินและการบ่มสามารถทำได้ทั้งที่อุณหภูมิห้องหรือภายใต้สภาวะที่มีความร้อน
2. การเลือกวัสดุ:
เรซิน: โดยทั่วไปคืออีพอกซี โพลีเอสเตอร์ โพลีไวนิลเอสเตอร์ และเรซินฟีนอลิก เรซินบิสมาเลอิไมด์สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูง
เส้นใย: ไม่จำเป็น เส้นใยที่เย็บแล้วเหมาะกับกระบวนการนี้มากกว่า เนื่องจากช่องว่างระหว่างมัดเส้นใยเอื้อต่อการถ่ายโอนเรซิน มีเส้นใยที่พัฒนาขึ้นเป็นพิเศษเพื่อส่งเสริมการไหลของเรซิน
วัสดุแกน: โฟมเซลลูลาร์ไม่เหมาะสม เนื่องจากเซลล์รังผึ้งจะเต็มไปด้วยเรซิน และแรงกดดันยังทำให้โฟมยุบตัวอีกด้วย
3. ข้อดีหลัก:
(1) เศษส่วนปริมาตรเส้นใยสูง ความพรุนต่ำ
(2) สุขภาพและความปลอดภัย สภาพแวดล้อมการทำงานที่สะอาดและเป็นระเบียบเรียบร้อยเนื่องจากเรซินถูกปิดผนึกอย่างสมบูรณ์
(3) ลดการใช้แรงงาน
(4) ด้านบนและด้านล่างของชิ้นส่วนโครงสร้างเป็นพื้นผิวที่ขึ้นรูป ซึ่งง่ายต่อการปรับสภาพพื้นผิวในภายหลัง
4. ข้อเสียหลัก:
(1) แม่พิมพ์ที่นำมาใช้ร่วมกันนั้นมีราคาแพง มีน้ำหนักมาก และมีขนาดค่อนข้างใหญ่เพื่อให้ทนต่อแรงกดดันที่มากขึ้น
(2) จำกัดเฉพาะการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็ก
(3) พื้นที่ที่ไม่เปียกสามารถเกิดขึ้นได้ง่าย ส่งผลให้มีเศษวัสดุจำนวนมาก
5. การใช้งานทั่วไป: กระสวยอวกาศขนาดเล็กและซับซ้อนและชิ้นส่วนรถยนต์ เบาะรถไฟ