في السنوات الأخيرة، على الصعيدين المحلي والدولي، ظهرت تقنيات صب جديدة للمنتجات المركبة من اللدائن الحرارية المقواة بألياف الكربون. تشمل هذه التقنيات وضع الألياف تلقائيًا، وقولبة الدمج السريع بالموجات فوق الصوتية، وقولبة الدمج بالليزر، ومعالجة شعاع الإلكترون، والقولبة بمساعدة الفراغ، والطباعة ثلاثية الأبعاد. على الرغم من الكفاءة العالية، والتكلفة المنخفضة، وانخفاض استهلاك الطاقة، والدرجة العالية من الأتمتة التي توفرها تقنيات التشكيل الجديدة هذه، فإن الأساليب التقليدية لا تزال تلعب دورًا مهمًا بسبب القيود التكنولوجية الحالية في تطبيقات ألياف الكربون.

تُظهر راتنجات اللدائن الحرارية مثل نظرة خاطفة وPI وPPS مقاومة قوية للتآكل، وتحمل الضرر، ومقاومة الصدمات، وصلابة الكسر. كما أنها تلين وتذوب عند التسخين، مما يسمح بالاستخدام المتكرر. عند دمجها مع ألياف الكربون عالية القوة، أصبحت مركبات اللدائن الحرارية المقواة بألياف الكربون شائعة بسرعة في التطبيقات الفضائية والعسكرية والمدنية المتطورة. مع مرور الوقت، تم تطوير عمليات صب مختلفة لتطبيقات ألياف الكربون. ساكسوبران&نبسب;مواد جديدةشركة., المحدودة، متخصصة في إنتاج المنتجات المركبة من ألياف الكربون وقامت بمقارنة مزايا وعيوب العديد من طرق التشكيل الناضجة والمستخدمة على نطاق واسع.

عملية صب الأوتوكلاف

يستخدم صب الأوتوكلاف غازًا مضغوطًا بدرجة حرارة عالية في الأوتوكلاف لتسخين وضغط المواد التمهيدية الموضوعة مسبقًا، ومعالجتها في الشكل. تُستخدم هذه الطريقة على نطاق واسع في التشكيل المتكامل للمواد المركبة القائمة على الراتنج ولها أهمية كبيرة في الإنتاج الصناعي. على سبيل المثال، يتم تصنيع 80% من الأجزاء الهيكلية المركبة من البلاستيك الحراري المقوى بألياف الكربون المستخدمة في جسم الطائرة، والدفة، والمصاعد، وجلود الأجنحة، وزعانف الذيل باستخدام صب الأوتوكلاف.

أثناء عملية قولبة الأوتوكلاف، يتم إغلاق مادة التقوية الأولية في كيس مفرغ داخل القالب، مما يضمن ضغطًا موحدًا من الهواء المضغوط في جميع الاتجاهات. يضمن التدفق عالي السرعة للهواء المضغوط داخل الأوتوكلاف تسخينًا موحدًا أثناء مرحلتي التسخين والتبريد. علاوة على ذلك، فإن الضغط ودرجة الحرارة المستقرة داخل الأوتوكلاف يؤدي إلى انخفاض المسامية وتوزيع الألياف بشكل موحد في المنتجات المركبة. وبالتالي، فإن منتجات اللدائن الحرارية المقواة بألياف الكربون المصبوبة بالأوتوكلاف تظهر توزيعًا موحدًا للضغط/الحرارة وجودة مستقرة، مما يجعل هذه الطريقة مناسبة لإنتاج الأجزاء الهيكلية الكبيرة والمعقدة. ومع ذلك، تشمل العيوب المعدات الضخمة والمعقدة، والاستهلاك العالي للطاقة، وتكاليف الاستثمار والإنتاج الكبيرة، وانخفاض الكفاءة.

عملية صب الضغط

يتضمن صب الضغط مراحل مختلفة مثل تلدين المواد، والتدفق لملء تجويف القالب، ومعالجة الراتنج. أثناء تدفق مادة التشكيل المركبة البلاستيكية الحرارية المقواة بألياف الكربون إلى تجويف القالب، يحتاج كل من راتينج اللدائن الحرارية وألياف الكربون المعززة عالية القوة إلى التدفق، مما يؤدي إلى ارتفاع ضغط القولبة مقارنة بالطرق الأخرى. تتطلب هذه العملية مكبسًا هيدروليكيًا قادرًا على التحكم في الضغط وقوالب معدنية عالية القوة والدقة ومقاومة درجات الحرارة العالية. تستخدم وشى زيشانغ جديد مادة عمومًا طرق قولبة الأوتوكلاف والضغط لتصنيع منتجات مركبة من البلاستيك الحراري المقوى بألياف الكربون.

تُظهر المنتجات المقواة بألياف الكربون البلاستيكية الحرارية المضغوطة إجهادًا داخليًا منخفضًا، والحد الأدنى من الالتواء، والأسطح الملساء، ودقة الأبعاد العالية، والخصائص الميكانيكية المستقرة، والانكماش المنخفض، والتكرار الجيد. هذه الطريقة مناسبة لقولبة المنتجات المسطحة الكبيرة ذات كفاءة الإنتاج العالية والقدرة على قولبة الهياكل المعقدة دفعة واحدة، مما يسهل الإنتاج الضخم والتخصص والأتمتة. ومع ذلك، فإن التعقيد والتكلفة العالية لتصنيع القالب، ودورات التشكيل الطويلة، والتحديات في تحقيق ملء القالب بالكامل هي عيوب ملحوظة في تطبيقات ألياف الكربون.

عملية لف الخيوط

يتضمن لف الخيوط التسخين المسبق لألياف الكربون المستمرة عالية القوة والمشربة بالراتنج ولفها على شياق. يعمل التسخين المستمر وتطبيق الضغط على دمج مادة التقوية المسبقة في بنية موحدة، مما يشكل طبقة المكون المرغوبة بعد طبقة. عوامل مثل درجة حرارة التسخين، طريقة اللف، فجوة البثق، درجة حرارة الراتنج، وشد لف الألياف تؤثر بشكل مباشر على جودة المنتج.

بالمقارنة مع عملية الأوتوكلاف، فإن لف الخيوط أكثر ملاءمة للإنتاج الميكانيكي ويسمح بإجراء تعديلات في أداء قوة ألياف الكربون عن طريق تغيير أنماط اللف. ومع ذلك، نظرًا لعدم قدرة ألياف الكربون على الالتصاق بإحكام بسطح الشياق أثناء اللف، فإن هذه الطريقة غير مناسبة لتصنيع الأجزاء ذات الأسطح المقعرة أو المحدبة.

عملية بولتروسيون

يتضمن البولتروسيون تشريب ألياف الكربون عالية القوة في الراتنج وسحبها من خلال قالب حيث يتم تشكيلها ومعالجتها تحت الضغط، وتشكيل أطوال متواصلة من المنتجات المركبة. هذه العملية مناسبة لتصنيع مكونات المقطع العرضي المستمر والثابت، مما يعني أنها يمكن أن تنتج فقط مقاطع خطية وليس الأجزاء الهيكلية ذات الشكل المعقد. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لخصائص المنتجات متباينة الخواص، فإن قوتها العرضية محدودة، مما يمثل قيودًا على التطبيق في المنتجات المعززة بألياف الكربون.

بالنسبة للإنتاج على نطاق واسع لمنتجات اللدائن الحرارية المقواة بألياف الكربون الخطية، توفر هذه العملية أتمتة عالية، واستهلاك منخفض للطاقة، ومحتوى عالي من ألياف الكربون، وجودة منتج مستقرة، واستهلاك منخفض للمواد الخام. إنها طريقة مفضلة لإنتاج أنواع منتجات محددة.

التقنيات الناشئة

في السنوات الأخيرة، ظهرت العديد من تقنيات التشكيل الجديدة للمنتجات المركبة بالحرارة المقواة بألياف الكربون على مستوى العالم. وتشمل هذه وضع الألياف تلقائيًا، والدمج السريع بالموجات فوق الصوتية، والدمج بالليزر، ومعالجة شعاع الإلكترون، والقولبة بمساعدة الفراغ، والطباعة ثلاثية الأبعاد. توفر هذه التقنيات الجديدة كفاءة عالية، وتكلفة منخفضة، واستهلاكًا منخفضًا للطاقة، ودرجة عالية من الأتمتة. ومع ذلك، وبالنظر إلى المستوى التكنولوجي الحالي في الصين، لا تزال هناك فجوة كبيرة في البحث والتطبيق العملي مقارنة بالدول المتقدمة. لفترة طويلة، ستظل طرق التشكيل التقليدية ضرورية لإنتاج الأجزاء الهيكلية المركبة من اللدائن الحرارية المقواة بألياف الكربون وغيرها من المنتجات في تطبيقات ألياف الكربون.