Đề tài công nghệ sản xuất composite bằng phương pháp prepreg

4 I/ KHÁI NIEM = Prepreg là những bán sản phẩm đã qua những bước công nghệ ban đầu: liên kết các loại vải sợi thuỷ tinh đã tẩm sẵn resin, sau đó các bán thành phẩm này lại trở thành n

CNSX COMPOSITE BANG PHƯƠNG PHAP PREPREG

THÁI HỮU ĐĂNG KHOA

NGUYỄN LÊ MINH TRIẾT

4 I/ KHÁI NIEM

= Prepreg là những bán sản phẩm đã qua những

bước công nghệ ban đầu: liên kết các loại vải

sợi thuỷ tinh đã tẩm sẵn resin, sau đó các bán

thành phẩm này lại trở thành nguyên liệu cho

công nghệ đúc nén có gia nhiệt để tạo ra các sản phẩm composite

„ Bán thành phẩm hay nguyên liệu như vậy được

mang tên "PREPREG” (Pre-impregnated) nghĩa

là ¿#m sẵn

m Prepreg bao gồm: sợi (vải) thuỷ tinh, resin tẩm sẵn, chất độn và xúc

tác Nó không thể đóng rắn ở nhiệt độ phòng, chỉ khi lực nén tác động

kèm theo gia nhiệt nó mới có thể đóng rắn để trở thành sản phẩm composite cứng vững trong công nghệ đúc nén nhiệt

m Prepreg được sản xuất và cung ứng trên thị trường dưới các dạng: băng dài, roving, vải đơn chiều, các tấm cuộn tròn SMC, BMC, v.v Resin dùng để tẩm ở đây là loại hoà tan trong dung môi (cũng có loại không cần dung môi) như: phenolic, polyeste, epoxy, silicon,

polyamid, Các loại sợi thuỷ tinh, Kevlar, sợi Cacbon chiếm tỷ lệ 50 — 80% trọng lượng prepreg vì thế đạt được cường độ cơ học cao phục vụ ngành hàng không Các loại vải Tissue - prepreg loại mỏng, mêm, mịn

100 — 300 g/m2 dùng cho ngành không gian (aeronautics) Với cấu trúc

ngành tàu thuỷ thì dùng loại dày hơn để tiết kiệm thời gian làm

laminat.

SS

Cac loai resin tam cho tinh nang cao:

There are three main matrix types : epoxy, phenolic and bismaleimide The table below indicates the advantages of each type and typical applications

+ Easy processing Automotive

Railways Transport

components

Il/ PHƯƠNG PHÁP

TAO PREPREG

Thiết bị có thể đứng hoặc nằm ngang Nguyên lý “tâm”

prepreg được minh hoạ trên hình vẽ: (mô tả trang bên)

Hình 10-11 : Công nghệ chế tạo sản phẩm "Prepreg"

1- Vải, 2- Bình resin và dung môi, 3- Trục ép; 4- Cái gạt;

#- Lô sấy; 6- Quạt khí mát; 7- Màng PE; 8- Rulô “Propreg’ (là Đài

SOP is

Mô tả hoạt động:

Vải thuỷ tinh từ cuộn 1 đi chậm với tốc độ 1-10m/phút qua bễ 2 chứa resin hoà tan trong dung môi Resin dư thừa được cơ cấu 4 gạt lại, sau đó vải đi tiếp qua trục ép 3 đề tiếp tục loại resin dư thừa, cuối cùng đạt tỷ lệ resin thắm 30% nói chung Tiếp theo vải đi đến lò sấy 5 hoạt động với quạt gió 6 Tại lò sáy phần lớn dung môi được bay hơi (với epoxy chỉ có dưới 0.2% chát dễ bay hơïi) và khởi đầu 1 dạng polyme hoá Sau khi bay hơi, sản phẩm được làm nguội bang gió mát bởi quạt 6 nhằm hãm quá trình polyme hoá, dé nó ở dạng chưa hoàn thành phản ứng - đó là “prepreg” Tiếp theo sản phẩm prepreg được kẹp giữa 2 màng polyethylen PE từ 2 rulô 7 và được cuộn lại ở rulô 8 Hai màng PE can phủ sao chi để khi đem sử dụng nhận biết dễ dàng từng lớp nên cần có ranh giới rõ ràng

Một quy trình tạo prepreg khác:

How are prepregs made ?

MANUFACTURING TECHNIQUES Film transfer route : 2 steps process

nip rollers CÀ) h film release

1/ Cac tam prepreg thuy tinh

4 E tam epoxy

= La dang vai don chiéu (920 g/m2) tam epoxy,

được dệt theo kiểu trơn: sợi dọc lần lượt móc đan với sợi ngang Vải đơn chiêu cho phép tạo phân tâng với trên 60% sợi thuỷ tinh, trong khi bình thường compozit chỉ ở mức

4 2/ Bang tam san

„ Trong ngành hàng không vũ trụ có loại

thiết bị tấm để chế tạo các loại băng tấm prepreg với chiều dày 2 —- 3 mm,

chiêu rộng 200 — 300 mm bao gồm: các dải roving đơn chiêu, được kết dính với

nhau bằng loại Tissue thông dụng (lụa, toan roving) va tam epoxy

4 3/ PREPREG SMC VA BMC

= SMC (Sheet Moulding Compound) va BMC

(Bulk Moulding Compound) la loai prepreg trong đó sợi thuỷ tinh được tẩm san polyester đặt giữa 2 màng polyethylen PE Ở SMC tý lệ sợi thuỷ tinh 30%, chi phí lớn đến 50% giá

thanh composite Còn với BMC thì chất tấm là

polyester hoặc vinylester, 50% sợi thuỷ tinh

=>sự phân tầng tốt hơn SMC và chi phí cũng

ít hơn

fo

= VGi loai resin tam la polyeste, 30% sợi

thuỷ tinh SMC cho sản phẩm composite có

đặc tính:

Ty trọng: © y=i15-2 Cường độ chịu kéo : R=150MPa Môđun : E= 16000 MPa

BMC(

4/ “GIAY” PHOTO CUNG (PRE-

IMPREGNE PHOTODURCISSABLES)

> Day la loai ban thanh pham cấu tạo từ nhiều lớp MAT

thuỷ tinh ‘dugc thấm một loại resin nhanh: UP - gọi là

'giây” photo cứng (ran)

> Loai “ diay” ” photo này chứa 65% sơi thuỷ tỉnh cắt ngắn

và được bán trên thị trường dưới dạng cuộn hoặc tấm bản đặt giữa 2 màng polyethylen hoặc PVC trong suốt, mỏng, mêm mại Bản photo cứng được đúc khuỗn hoặc dập Dưới tác dụng của Tia cực tím UV hoặc ánh sáng bạn ngày, nó đóng rắn lại trong vòng 5-8 phút Nó là

các tấm không mẫu bóng nhắn 2 mặt

> Vidu: loai PALAPREG L của hãng BASF có 5 lớp MAT

450 g/m2, dày 4 mm

IV/ CÁC PHƯƠNG

PHÁP GIA CÔNG

nd pd ed

5 phương pháp gia công phổ biến,

được minh hoạ ở hình sau:

Vacuum bag process Autoclave process

{| Pressure 11 10a

Wind Energy

Automotive

PROCESSING Match moulding process METHODS Tube rolling process

Upper too!

Applications :

Flat panel Sport, ski

Industry

Distance

6b J \ Prepreg Applications: š

Tube ‘Shrink tape

Oven cure or hot press « Oven curing

Pressure bag process

Pressure bag process

B - Vacuum bag or autoclave - which process ?

Vacuum bag and autoclave processing are the two main methods for the manufacture of components from prepreg The processing method is determined by the quality, cost and type of component being manufactured

+ Vacuum bag Good Thin Moderate Short

+ Autoclave Excellent Thick High Long

Vacuum bag processing is suited to components with thin sections and large sandwich structures The vacuum bag technique involves the placing and sealing of a flexible bag over a composite lay-up (fig 1) and evacuating all the air from under the bag (fig 2)

Seal Connector to

vacuum pump

Atmospheric pressure

@ Fig 1 : sealing flexible bag over lay-up m@ Fig 2: applying vacuum to the system

The removal of air forces the bag down onto the lay-up with a consolidation pressure of 1 atmosphere (1 bar) The

completed assembly, with vacuum still applied, is placed inside an oven with good air circulation, and the composite is produced after a relatively short cure cycle

Autoclave processing is used for the manufacture of superior quality structural components containing high fibre volume and low void contents The autoclave technique requires a similar vacuum bag (fig 3) but the oven is replaced by an autoclave The autoclave is a pressure vessel which provides the curing conditions for the composite

where the application of vacuum, pressure, heat up rate and cure temperature are controlled High processing

pressures allow the moulding of thicker sections of complex shapes Honeycomb sandwich structures can also be made to a high standard Long cure cycles are required because the large autoclave mass takes a long time to heat

up and cool down Sometimes slow heat up rates are required to guarantee even temperature distribution on the tooling and composite components

V/ UU DIEM CUA PREPREG - UNG

DUNG

RTM*

AND RESIN INFUSION

—E tt

m Nhờ có nguyễn liệu tầm sản prepreg nên rút ngắn thời

gian gia công Dưới tác dụng của lực nén và sự kích hoạt

của gia nhiệt, nguyên liệu prepreg được dong ran trong

khuôn đúc nên, trở thành sản phầm composite

m Thời gian đóng rắn nhanh, khá rẻ so với các loại vải thuỷ

tỉnh + resin riêng lẻ

m Tiết kiệm được nhân công, resin, tránh được hơi độc hại

vì không phải qua khâu cát vải thuỷ tinh, quét phủ, lăn

ép resin (hạn chế tối đa bụi vải thuỷ tỉnh trong môi

trường làm việc)

= CO thé str dung robot để điều khiển, giúp tự động hoá

được cac khâu, giàm giả thành.

m Đặc tính cơ học rất tốt (đạt được ty lệ vải/nhựa cao hơn đáng kể so với phương pháp gia công không dùng

prepreg, chất lượng vải tẩm sẵn ổn định, không gây xô dịch khi thao tác)

m Việc sử dụng Prepregs là vô cùng dễ dàng và thuận tiện,

tăng mạnh năng lực sản xuất các sản phẩm bằng cách tạo ra một cơ chế sản xuất hiệu quả, sạch hơn và nhanh hơn so với các phương pháp lăn ép bằng tay truyền

thống, cũng như dễ dàng hơn trong bảo quản, vận

chuyển và ứng dụng Các tấm Prepreg này có thể dùng

cho mọi công trình lớn, nhỏ.

ete

Nhờ những đặc tính ưu việt trên mà các bán thành phẩm Prepreg ngày

càng được sử dụng để tạo ra nhiều sản phẩm trong các lĩnh vực:

Gia cường cho vật liệu quốc phòng: Các tắm chống đạn trên các

phương tiện vận chuyên và các tâm chồng đạn được đưa vào trong

các áo giáp chông đạn, ngoài ra còn dùng de sửa chữa thành vỏ xe thiệt giáp, xe tăng

Ngành thể thao: làm ván trượt, tàu kayak

Công nghiệp hàng không: chuyên dùng để sửa chữa nhỏ

Xây dựng: gia cường cho cấu trúc bê tông hay kim loại

Công nghiệp hoá dầu: chuyên sửa chữa các đường ống dẫn dầu bằng cách dán miêng hoặc quân ông

Công nghiệp nước sạch và nước thải: dùng để sửa chữa các đường

ông

Công nghiệp năng lượng mới: làm các tắm gương, các tắm năng

lượng mặt trời, các cánh quạt của máy năng lượng gió và vỏ động cơ

Vận tải: thùng xe, sàn xe, và các tấm vách ngăn

Hàng hải: Vỏ tàu, bong tàu (sàn tàu), mũi tàu, bể chứa, canô, và hộp đựng.

A - Why use prepregs ?

Two main criteria influence the selection of prepregs for a particular application : performance and cost The diagram

below shows the advantages of using prepregs

+ Lower fabrication cost * Optimized weight’ + Fatigue, tensile, stiffness

+ Reduced energy consumption performance ratio * Corrosion

+ Reduced number of parts * Good ageing

* Control of fibre content + Repair

B - Where are prepregs used ?

VI/ YEU CAU VE CHAT

4 LUONG PREPREG

= Phai bao dam su liên kết giữa các tâng (lớp)

= Độ dẻo của Prepreg phải phù hợp với chu kỳ

sử dụng: dập nén để đảm bảo chất lượng liên

How should prepregs be stored ?

should be taken when handling

Prepregs are volatile-free at normal room temperature

Prepregs have a moderate/low tack level at normal room temperature However, the usual precautions when handling synthetic resins should

be observed, ie always wear gloves and ensure arms are covered, thus

avoiding skin contact with the product Repeated unprotected touching of prepreg can cause an allergic reaction

Dust from machining cured product will contain fibrous material,

inhalation of which should be avoided Provide positive dust extraction and collection from the cutting zone Protect against fire and explosion

by avoiding dust formation and ignition sources when machining cured product Dust from products containing carbon fibre is electrically

conductive.

g hel

CAM O'N THAY VA CAC BAN