1. Подробное объяснение процесса вакуумной формовки углеродного волокна
Основная концепция: Процесс формования композитных материалов, в котором в качестве единственной или основной силы прессования используется вакуумное отрицательное давление.
Уплотните армированный углеродным волокном материал (сухая ткань+смола или препрег), уложенный на форму, с помощью вакуумного пакета
Вакуумирование создает среду ниже атмосферного давления (обычно ≥ -0,08 МПа), используя атмосферное давление (около 0,1 МПа).
Равномерное уплотнение и укладка слоя с одновременным нагревом (печь, одеяло или температура окружающей среды), чтобы смола текла, проникала в волокна и отверждалась
2. Характеристики процесса вакуумной формовки
Инвестиции в оборудование (вакуумный насос, печь) гораздо ниже, чем в оборудование для горячего прессования банок.
Стоимость пресс-форм (часто деревянных, композитных) значительно ниже, чем стоимость высокоточных металлических пресс-форм высокого давления, используемых для изготовления банок горячего прессования.
Единственный источник давления: полагается исключительно на атмосферное давление (около 0,1 МПа) в качестве давления уплотнения, при этом давление ограничено
Относительно равномерное давление: Атмосферное давление воздействует на вакуумный пакет со всех сторон, обеспечивая более равномерное уплотнение (лучше, чем при контактной формовке)
Отличная способность к вытяжке: Непрерывный вакуум эффективно удаляет воздух, влагу и летучие вещества, уменьшая пористость (не так эффективно, как банки горячего прессования)
3. Процесс вакуумной формовки углеродного волокна
Подготовка материала - Укладка - Уплотнение - Снятие и последующая обработка
4. Преимущества и недостатки процесса вакуумной формовки углеродного волокна
преимущество
Простое оборудование и низкие требования к месту проведения работ: вакуумные насосы и печи (или горячие одеяла) могут удовлетворить большинство потребностей
Отличная адаптация к сложным формам: чрезвычайно сильная адаптация к изогнутым поверхностям, пазам и крупногабаритным конструкциям
Хорошее качество поверхности (поверхности пресс-формы): Поверхность пресс-формы может достигать высокой степени гладкости
Эффективное снижение пористости: непрерывный вакуумный отсос, значительно лучше, чем контактное формование в открытой форме
Относительно простая эксплуатация и обучение: технический порог ниже, чем у горячего пресса.
Недостатки
Механические свойства ограничены: максимальное давление уплотнения составляет всего 0,1 МПа, что приводит к низкому объемному содержанию волокон (50-55%), высокой пористости (1-3%+) и значительно более низким механическим свойствам (особенно межслойной прочности и прочности на сжатие) по сравнению с изделиями горячего прессования.
Сложность контроля расхода смолы (мокрый метод): склонность к неравномерному проникновению (бедная/богатая смола), растеканию смолы и другим проблемам, которые влияют на производительность и постоянство внешнего вида
Ограничения по температуре и времени отверждения: ограничены размером печи, мощностью или системой смол
Надежность системы вакуумных пакетов: Всегда существует риск нарушения герметичности, что может привести к браку партии
Относительно низкая эффективность производства: укладка слоев (особенно мокрым способом), время упаковки и время отверждения могут быть более длительными
Двустороннее различие в качестве: Поверхность вакуумного пакета (антипригарная поверхность) обычно более шероховатая и требует дополнительной обработки
Обработка летучими веществами (мокрый метод): Некоторые смолы (например, полиэфирные/виниловые эфиры) могут выделять раздражающие запахи или небольшое количество летучих веществ в процессе отверждения.
5. Области применения процесса вакуумной формовки углеродного волокна; будущие тенденции развития
Область применения
Автомобили: кузовные детали (капот, спойлер), детали интерьера, не несущие конструктивные элементы, детали прототипов автомобилей
Корабли и океаны: корпус, элементы палубы, крышки люков, дефлекторы, каяки, весла
Ветроэнергетика: лопасти малых и средних ветряных турбин, крышки мотогондол, обтекатели
Спорт и отдых: велосипедная рама (начальный/средний уровень), шлем, доска для серфинга, сноуборд, удочка, гребная лодка (некоторые не основные несущие компоненты)
Промышленное оборудование: защитные кожухи, панели, кронштейны, трубопроводы, вкладыши для резервуаров, приспособления и оснастка
Архитектура и искусство: Архитектурные декоративные панели, скульптуры, модели, экспонаты
Потребительская электроника: корпус для дронов (потребительского класса), корпус для аудиосистем, корпус для электронных устройств высокого класса
Аэрокосмические (вторичные несущие компоненты/интерьер): обтекатели, внутренние панели, воздуховоды, вторичные кронштейны
Тенденции будущего развития
Оптимизация препрегов: Разработка высокопроизводительного, низковязкого и высокотекучего препрега (только VO Vacuum), специально оптимизированного для процессов с использованием вакуумных мешков.
Эффективность и автоматизация
Применение автоматической укладки: изучение возможностей применения автоматических резальных машин и простого укладочного оборудования в вакуумной формовке, особенно подходящих для плоских или однокриволинейных деталей
Система смол быстрого отверждения: Сокращение цикла отверждения и повышение эффективности производства
Модульное/интегрированное оборудование: Разработка компактных и простых в эксплуатации интегрированных систем вакуумного нагрева
Сухая инфузия волокна заменяет мокрый метод: улучшает равномерность инфильтрации и снижает эмиссию летучих органических соединений (хотя, строго говоря, это вариант RTM, он часто сочетается с вакуумом)
Расширение сферы применения: Постоянная замена традиционных материалов и более дорогостоящих процессов в области мелкосерийного изготовления на заказ и крупномасштабных неосновных несущих конструкций
Резюме
Его суть заключается в использовании атмосферного давления (около 0,1 МПа) для равномерного уплотнения и укладки слоев через вакуумную систему отрицательного давления в сочетании с нагревом (печь/горячее одеяло/комнатная температура) для завершения отверждения смолы и инфильтрации волокон.