Công nghệ vật liệu Composite - Chương 6 potx

http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 128 Chng VI: Công Ngh Qun Si (Finlement winding) I. GII THIU PHNG PHÁP QUN SI - H thng nha và si gia cng c cung cp liên tc lên mt lõi quay. - Góc np si c xác nh bi mi quan h gia trc quay và s di chuyn a b phn chuyn ng ngang - Si c kéo cng, to ng sut, do ó làm gim bt khí —> sn phm có  tính tt. - Nha c óng rn  nhit  thng hoc có th c gia nhit tùy thuc vào quy trình sn xut và polymer c s dng. - Tháo sn phm, hòan tt sn phm. - Filament Winding là quá trình cun si, mt di si liên tc ( si n hoc i xe ) ã c tm nha lên b mt ca mt lõi quay ã c to hình chính xác, sau ó c lu hóa  nhit  phòng hoc gia nhit  to ra n phm. Trong khi lõi cun quay, mt u cp si nh v chính xác trên b t lõi. Lõi qun có th là hình tr, hình tròn hoc bt k hình dng nào mà không b gh gh ln sóng u c. -  bn c hc ca sn phm không nhng ph thuc vào thành phn ca t liu mà còn ph thuc vào các thông s ca quá trình nh : góc cun,  ng si, thành phn hóa hc ca nha và thi gian óng rn. - Si s dng là lai si bn liên tc nh si Carbon, Si thy tinh…. Cu trúc to ra có tính cht bn hn thép và có trng lng nh hn nhiu so vi thép. - Ngày nay, hu ht các máy dùng trong phng pháp Filament Winding c u khin tng vi nhit  làm vic và  t do cao hn, si c xp theo v trí mong mun theo yêu cu thit k sn phm có hình dáng phc p. Hng ca si s quyt nh n  bn ca vt liu composite. http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 129 II. QUY TRÌNH SN XUT t quy trình sn xut composites bng phng pháp qun si bao gm 6 giai n nh sau:   Giai n chun b lõi qun  Giai n qun si  Giai n óng rn cho sn phm sau khi qun  Giai n ly lõi qun ra khi sn phm  Giai an hình thành sn phm cui cùng  Giai n kim tra cht lng Trong phn này, ta ch gii thiu 4 giai n u: giai n chun b lõi qun, giai n qun si, giai n óng rn cho sn phm sau khi qun và giai n tháo lõi. II. 1.Giai n chun b lõi qun  phn  qun lp si ã c thm nha lên trên ó c gi là lõi qun. Lõi qun là mt b phn quan trng vì nó to ra hình dng ca sn phm. Nhng lõi qun thng c dùng trong phng pháp qun si ch u loi cát có kh nng hòa tan trong nc, thch cao i vi nhng sn phm có dung tích nh, loi lõi gm nhiu khúc n, có th gp li c i i nhng sn phm dng hình ng, i vi sn phm không tháo lõi nh nhng thùng cha cht lng hay khí nén thì thng c làm bng kim lai có th chu c ti. Loi lõi làm t cát có th hòa tan bng nc c dùng trong trng p motor rocket và lp phân cách hu ht luôn luôn lp sn vi lõi. Trc qun,  phn u chnh và nhng thit b khác c lp sn, dung dch cát có th hòa tan trong nc c úc vào khuôn. Khi cát óng rn, hai na ca lõi s c ráp li và gn cht vi nhau. Hai na lp phân cách c ni vi nhau Mandrel preparatio n Filament winding Curing Mandrel removal Finishi ng Quality Inspection http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 130 ng cao su cha lu hóa mà chúng có thóng rn ng thi vi nhau. B t lp phân cách g gh và c làm sch bng dung môi. Dùng mt lai gel coat  ph lên b mt cht phân cách óng vai trò nh là mt cht kt dính gia lp phân cách và composite. Cách s dng màng kt dính trong lp nha gel coat tr nên thông dng hn. u này cho phép ta có thu chnh c  dày ca lp kt dính vi nhng c tính lp li nhng giá thành rt cao. i vi loi lõi làm t thch cao cung cp mt b mt chu lc cao bng cách quét lp thch cao trên mt thi b có kh nng di chuyn hoc có kh ng gp li. Thch cao óng rn, sau ó ph lên lp Teflon hoc mt loi màng phân cách, cùng vi quá trình óng rn thit b tháo d, thch cao b v và ly lp màng phân cách ra và  li ng nét bên trong. i vi loi lõi có dng khúc an, có th gp c là trng hp c bit và t, nhng giá thành sc u chnh bi sn phm áp dng cao vì kh nng s dng c và quá trình qun liên tc. Chun b b mt trc khi qun bao gm quá trình m khuôn và lp gel coat ln  b mt bên trong liên c. Lp gel coat trong trng hp này dùng  to ra chng ngi mm do  ngn chn l hng sut thp. i vi loi lõi dng ng c dùng trong mt vài ng dng nh là lõi kim loi dng tròn, trong ó composite c y hoc kéo ra sau khi óng rn, u này yêu cu thit b phi có cht lng cao không gây vn  khi s dng. Thit b m crom  có  cng và có b mt bóng láng  giúp quá trình tháo lõi d dàng. S dng mt dây mng t theo chiu dài lõi là u cn thit và có i. p kim loi bên trong ca thùng cha khí có mt  bn –t trng cao thun li  qun mt composite lp mng không thm nc. ây là mt loi lõi không cn tháo d sau khi óng rn. Theo quan m này, khí có trng ng phân t thp áp lc ln nh Helium hoc Hyrogen có thc cha ng mà không b rò r. Lp kim lai bên trong là mt phn quan trng trong bình cha khí. S chun b lõi là thay i loi cht kt dính gia lp kim loi bên trong và lp composite bên ngoài. http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 131 II. 2. Giai n qun si Quá trình qun c bt u nh sau : mt lng gm nhiu bó si hoc i roving c kéo t mt dãy các cun si, gm nhiu u si t các cun i, c kéo qua máng nhúng nha ( ã có xúc tác và các thành phn cn thit nh màu, cht kháng tia UV…). Khi bt u vn hành máy, các u si c công nhân thao tác cho kéo qua máng nha, dao gt nha d và qua các lc chia si. Si c kéo cng và cho qua u hng si, sau ó công nhân s cnh u si vào lõi qun và cho máy vn hành. Quá trình qun liên c làm cho các vòng si k tip s gi cho si c c nh trên lõi qun c sit cht cho n khi hình thành sn phm, sau ó tháo lõi qun ra và tip tc quá trình óng rn c sn phm cui cùng. II.2.1.Mô hình máy qun si: Hình 1. Mô hình quy trình qun si http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 132 II.2.2. Nhng phng pháp qun si: Có 2 phng pháp qun si: II.2.2.1.Phng pháp qun t (Wet winding) Hình 2. Phng pháp qun t i Roving khô c kéo qua mt bn cha hn hp nha lng, sau ó c cung cp liên tc cho b phn cun bi u mt cp si. c to hình trên mt lõi quay t c hình dng mong mun. Quá trình óng rn xy ra nhit  thnghoc avào lò gia nhit óng rn nóng. Phng pháp wet winding thng c dùng  sn xut nhng loi composites s dng nha nhit rn. Bi vì, phng pháp wet winding có nhng u m sau: giá thành vt liu thp, thi gian qun ngn và d dàng o ra hn hp nha theo yêu cu. Trong phn này, chúng ta ch cp n quy trình sn xut composites bng phng pháp qun si s dng phng pháp wet winding. http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 133 II.2.2.2. Phng pháp qun khô (Prepreg winding) Hình 3. Phng pháp qun khô i gia cng và nha c cung cp ng thi : bó si c tm nha ( Towpreg ). Ban u, prepreg c to ra nh sau : dung dch nha  dng dung dch ng hoc dng chy nht, ã c tính tóan công thc cho vào b cha. K tip nhúng si gia cng vào cho n khi bo hòa nha, sau ó con ln ép kéo i bão hòa nha lên và si tip tc i qua lò sy  to ra dng prepreg. Sau ó, prepreg c cun li thành cun, trong khi cun prepreg thì có chèn các p giy hoc màng poly vào  nó không dính li vi nhau. Nha trong h thng Towpreg c hóa cng dn và dính cha hòan tòan i nhau, nhng chóng rn tng phn. * Phng pháp thm nha vào si (dùng trong phng pháp qun khô): ây là giai n thm hn hp nha và tác nhân óng rn lên si nha gia ng, giai n này to ra s liên kt gia nha và si gia cng. u tiên, ta chun b hn hp nha  thm lên si gia cng. Hn hp này c to ra bng cách trn nha vi mt s cht ph gia khác nh tác nhân óng rn, cht xúc tin, cht xúc tác, dung môi pha loãng, bt màu… i gia cng c dùng thng là nhng loi sau: si ã thiêu dt thành m, cun si và tm si có nh hng mt cách ngu nhiên. Có 2 cách thm nha lên si gia cng http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 134 Cách 1: dùng nha dng dung dch (solution form) Quy trình thm nha vào si gia cng din ra theo s nh sau: Hình 4. Quy trình nhúng si i gia cng c thm sâu vào trong dung dch nha Cách 2: dùng nha dng nóng chy (hot melt form) i gia cng c thm nha bng cách dùng nhit & áp sut Hình 5. Quy trình nhúng si Khi hn hp nha c thm lên si gia cng thì phi lu gi lnh n khi tin hành qun si. u này giúp ngn chn nhng phn ng hóa hc xy ra quá sm làm h hng si. II.3. Các kiu qun si: http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 135 Có 3 kiu qun si : helical , hoop và polar winding. II.3.1. Helical winding Mô hình qun si theo kiu Helical winding: Hình 6. Mô hình qun si kiu Helical Vòng qun chuyn ng qua li song song nh mô hình, ây là k thut thông dng nht dùng  to ra nhng cu trúc hình ng. Bng cách u chnh  l gia tc  quay và tc i hng u chnh góc qun ca si. t s k thut qun c s dng: mt hoc nhiu vòng qun không thay i trong khi lõi qun chuyn ng quay và i hng, vòng qun chuyn ng quay quanh lõi qun không i và chuyn hng quanh trc ca nó… Helical winding là phng pháp s dng chim u th hin nay. Nó thích p cho nhng hình dng dài mng nh là ng áp lc và ng th di nc, có góc qun t 20-90o. Hu ht các lai ng qun  góc 54.7o i vi nhng cu trúc ln, phi c bit chú ý n thit k lõi qun. Trng ng lõi qun là nguyên nhân dn n s hao mòn trc quay. Nhng góc qun rt nh (0-10o) thng không dùng trong trng hp t l chiu dài-ng kính ln. Vi nhng cu trúc có ng kính ln nh rocket motor có t l chiu dài-ng kính là 2:1 hoc ln hn, thì qun vi góc nh là n thit  hp thu ng sut theo chiu dc ca cu trúc. II.3.2. Hoop winding: Mô hình qun si theo cách thc Hoop winding nh sau: http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 136 Hình 7. Mô hình qun si kiu Hoop Vòng qun không thay i mà ch di chuyn theo chiu dài ca lõi qun theo  l rng ca di si trên s vòng qun, lõi qun quay quanh trc. Hoop winding là mt trng hp t bit ca Helical winding có góc qun là 90 o Hoop winding thng c dùng chung vi Helical và Polar winding. i i loi máy Polar winding, hoop winding sc tin hành bng cách lõi qun chuyn ng  to kt cu qun theo kiu Hoop. i vi trng hp máy Helical thì d dàng hn vì trong ch cài t theo kiu Helical thì có thêm vào ch cài theo kiu Hoop winding. Hoop winding c dùng vi 2 mc ích. c ích th nht là  chng li ng sut tròn ca hình tr, bi vì ng sut này là ng sut ch yu xy ra theo chiu dc i vi nhng loi thùng cha khí, cht lng. Mt khác, nhng lp qun theo kiu Hoop winding c dùng  nén cht nhng lp Helical hoc Polar winding khi nhng lp này c qun trên mt cu trúc sn phm n phm to thành có nhng hình dng nh sau: vòng tròn, dt (tròn hình a), lai ng ngn, khúc ni hoc mt vài dng khác. II.3.3. Polar winding Mô hình qun si theo kiu Polar winding: http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 137 Hình 8. Quy trình qun si kiu Polar Kiu qun này bao gm mt vài quy trình qun khác nhau, nó cng có nhng chuyn ng gilõi nh là kiu qun Helical nhng trc ngn nht là trc chuyn ng. K thut qun này bao gm hai chuyn ng quay. Trong sut quá trình lõi qun quay quanh trc ca nó và vòng qun vuông góc vi trc thng ng. Trong kiu qun này, h thlõi phân phát si quay theo mt hng có ngha là hng si hoc là phân b theo chiu dc hoc là theo chiu ngang, lõi qun quay liên tc trong mt phng. Máy qun theo kiu Polar c n thì rt n gin so vi máy qun theo kiu Helical. Gm 2 mc  là s chuyn ng ca lõi qun và s chuyn ng xung quanh lõi qun ca cánh tay thng ng. Quy trình Polar winding t di si ang qun gn k vi di si ã qun trc. Nhng di tip theo c qun tip theo to thành mng hoc cu trúc ng kim cng gilõi nh Helical winding. Vì vy nhng m bt u qun ca i si là tòan b mt li u hoc là cui ca lõi qun (Trong trng hp Helical, m bt u qun si là trong vùng hình tr) i si c qun theo hng tip tuyn vi mt li  hai u ca lõi qun. Quy trình này có th to ra 2 mt li có kích thc khác nhau, u kin qun t nht s là 2 mt li có kích thc ng nht. Nhc m ca kiu qun này khung ng cun si không tht c nh trong quá trình qun.  ngn chn di si xon li vi nhau cng nh là chuyn ng quay ca cánh tay quanh chiu dc ca lõi qun, khung cha cun si phi c t trên khung vi cánh tay. Kt qu là chiu rng ca di [...]... i S-Glass: lo i s i này có n E-glass (85GPa), giá thành b n cao ( 460 0MPa), có modul kéo cao t h n, t tr ng 2.55g/cm3, c dùng trong nh v c khơng gian v tr và các lo i bình ch a khí nén III.1.2 S i Aramid i aramid theo Pont’s cu n và s i mà m i cu n pháp qu n s i, m i cu n s 261 406m/kg i v i cu Kevlar c s d ng r ng rãi Tùy thu c vào lo i s i aramid dai t 124 9540m/kg V i ph ng i dài t 1307 n 162 6m/kg... i là thành ph n góp ph n t o ra c ng và b n c a composite M t vài lo i s i có tính th ng m i nh : E-glass, S-glass, aramid và carbon/ graphite i dùng trong ph ng pháp này ch y u là có hình d ng cu n s i: III.1.1 S i th y tinh: Trong ph ng pháp qu n s i h u h t là s a d ng s i th y tinh, ây là lo i i có tính th ng m i v i ba l ai nh E-glass, S-glass và R-glass S i th y tinh c dùng cho ph ng pháp này... http://www.ebook.edu.vn Cơng ngh v t li u Composite i th y tinh dùng cho ph ng pháp qu n s i th ng là dùng l ai cu n“singleend” ho c là dùng cu n “multistrand” Cu n “single-end” là cu n s i thu c bó r i r c trong su t q trình qu n s i (cu n chi u dài t 47 n) M i cu n th n 747m/kg E-Glass: lo i s i này có b n kéo t t (3450MPa), modul kéo th p (70GPa), có giá thành th p nh t, có nhi u d ng, t tr ng 2 .60 g/cm3, kh ang 5%, s... nhi t cao h n Cu n s i carbon cho ph ng pháp qu n s i th ng là lo i 3000, 60 00, 12000 và 50000 s i M i cu n s i carbon dài 9 96, 498, 294 và 62 m/kg S i carbon khơng có cu n a S i carbon khác so v i s i th y tinh và s i armid, chúng giòn, d b mài mòn và gãy v III.2 M t s lo i nh a Trang 142 http://www.ebook.edu.vn Cơng ngh v t li u Composite Nh a òng vai trò là ch t n n g n k t m i th l i v i nhau, cung... a t hồn tồn s i c mơ t nh hình 6 và 7 Trang 147 http://www.ebook.edu.vn Cơng ngh v t li u Composite Hình 15: B Hình 16: S IV.3.2 Ph nhúng s i s i nh a i qua b nhúng ng pháp l n i khơng c nhúng vào trong s i mà ch y qua trên m t cái tr ng, cái tr ng này c nhúng vào b nh avà mang theo nh a lên tâm vào s i nh hình 7 và 8 Trang 148 http://www.ebook.edu.vn Cơng ngh v t li u Composite Hình 17: S i Hình 18... b ng v t li u composite c s n xu t theo ph ng pháp Filament Winding c thay th t t h n cho ng thép và ng kim l ai, Trang 152 http://www.ebook.edu.vn Cơng ngh v t li u Composite c s d ng trong ngành c p n t .composite c, gas và x ng d u vì nó ch u mơi tr o Vi c nâng c p và s a ch a t t c các và h th ng c ng rãnh là r t c n thi t lâu b n, khơng b ng ng trong ơ th d nn ng c ng b ng v t li u composite làm... ng c dùng cung c p nhi t óng r n nh a trong composite Tuy nhiên l ai èn này thì hi m khi s d ng cho q trình s n xu t Chuy n i nh a t tr ng thái A sang tr ng thái B-stage ây là cách th c hi n thơng d ng dùng m t dãy èn có m t hình d ng thu n l i sao cho h th ng nh n c n ng l ng nhi t, h th ng quay tròn khi cung c p nhi t Cu i cùng nh a chuy n sang tr ng thái B-stage và ơng l i nh ng v n có th có kh n... s n ph m Hình 11: LÕI CHÂN NH N C TRÉT TH CH CAO Hình 12: Lõi b ng chân nh n Trang 1 46 http://www.ebook.edu.vn Cơng ngh v t li u Composite IV.2.Hệ thống đièu khiển sức căn của sợi c c ng c a s i trong ph ng pháp qu n s i là 1 ph n ko th thi u c a quy trình và nó là chìa khố cho vi c t i u hố c u trúc c a v t li u composite Bởi vì sợi gia cường được cuốn thành từng cuộn, sức căn được thể hiện ở cuộn... t Cu i cùng nh a chuy n sang tr ng thái B-stage và ơng l i nh ng v n có th có kh n ng n y và khâu m ng trong q trình cu i cùng B-stage ng n ch n s ch y và s rút nh a trong c u trúc hình tr , t o ra tr ng thái có th mn m c Trang 139 http://www.ebook.edu.vn Cơng ngh v t li u Composite d ng nh ng l ai èn khác thì có kh n ng phóng n nh èn Xenon xúc ti n q trình óng r n khi s d ng l ai èn này, ph i s d ng... v i cu Kevlar c s d ng r ng rãi Tùy thu c vào lo i s i aramid dai t 124 9540m/kg V i ph ng i dài t 1307 n 162 6m/kg i v i cu n n và t n a i Aramid có b n t t (2750MPa), modul kéo cao h n lo i s i E-glass và S-glass, h s bi n i th p nên d t o ra s n ph m có kích th c nh thi t k ban u, có giá thành cao h n, có t tr ng r y th p (b ng m t n a c a s i th y tinh), có nh ng c tính kháng va p và pháy h y r t . cun si dài t 1307 n 162 6m/kg i vi cun n và t 261  406m/kg i vi cun a. i Aramid có  bn tt (2750MPa), modul kéo cao hn loi si E-glass và S-glass, h s bin i thp. ca vt liu composite. http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 129 II. QUY TRÌNH SN XUT t quy trình sn xut composites bng phng pháp qun si bao gm 6 giai n nh. dàng. http://www.ebook.edu.vn Công ngh vt liu Composite Trang 142 i thy tinh dùng cho phng pháp qun si thng là dùng lai cun“single- end” hoc là dùng cun “multistrand”. Cun “single-end” là cun