Đề tài filament winding

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MÔN: VẬT LIỆU COMPOSITES ---------o0o---------- Đề tài: FILAMENT WINDING GVHD: Nguyễn Hưng Thuỷ Nhóm thực hiện: Nhóm TP.HCM 06/2015 Chương VI: Công Nghệ Quấn Sợi (Filament winding) I. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP QUẤN SỢI - Hệ thống nhựa sợi gia cường cung cấp liên tục lên lõi quay. Góc nạp sợi xác định mối quan hệ trục quay di chuyển phận chuyển động ngang - Sợi kéo căng, tạo ứng suất, làm giảm bọt khí —> sản phẩm có tính tốt. Nhựa đóng rắn nhiệt độ thường gia nhiệt tùy thuộc vào quy trình sản xuất polymer sử dụng. - - - Tháo sản phẩm, hoàn tất sản phẩm. Filament Winding trình sợi, dải sợi liên tục ( sợi đơn sợi xe ) tẩm nhựa lên bề mặt lõi quay tạo hình xác, sau lưu hóa nhiệt độ phòng gia nhiệt để tạo sản phẩm. Trong lõi quay, đầu cấp sợi định vị xác bề mặt lõi. Lõi quấn hình trụ, hình tròn hình dạng mà không bị ghồ ghề lượn sóng được. Độ bền học sản phẩm phụ thuộc vào thành phần vật liệu mà phụ thuộc vào thông số trình : góc cuốn, độ căng sợi, thành phần hóa học nhựa thời gian đóng rắn. Sợi sử dụng lọai sợi bện liên tục sợi Carbon, Sợi thủy tinh. Cấu trúc tạo có tính chất bền thép có trọng lượng nhẹ nhiều so với thép. Ngày nay, hầu hết máy dùng phương pháp Filament Winding điều khiển tự động với nhiệt độ làm việc độ tự cao hơn, sợi xếp theo vị trí mong muốn theo yêu cầu thiết kế sản phẩm có hình dáng phức tạp. Hướng sợi định đến độ bền vật liệu composite. II. QUY TRÌNH SẢN XUẤT Một quy trình sản xuất composites phương pháp quấn sợi bao gồm giai đoạn sau:  Giai đoạn chuẩn bị lõi quấn  Giai đoạn quấn sợi  Giai đoạn đóng rắn cho sản phẩm sau quấn  Giai đoạn lấy lõi quấn khỏi sản phẩm  Giaiđọan hình thành sản phẩm cuối  Giai đoạn kiểm tra chất lượng Trong phần này, ta giới thiệu giai đoạn đầu: giai đoạn chuẩn bị lõi quấn, giai đoạn quấn sợi, giai đoạn đóng rắn cho sản phẩm sau quấn giai đoạn tháo lõi. II. 1.Giai đoạn chuẩn bị lõi quấn Bộ phận để quấn lớp sợi thấm nhựa lên gọi lõi quấn. Lõi quấn phận quan trọng tạo hình dạng sản phẩm. Những lõi quấn thường dùng phương pháp quấn sợi chủ yếu loại cát có khả hoà tan nước, thạch cao sản phẩm có dung tích nhỏ, loại lõi gồm nhiều khúc đoạn, gập lại sản phẩm dạng hình ống, sản phẩm không tháo lõi thùng chứa chất lỏng hay khí nén thường làm kim lọai chịu tải. Loại lõi làm từ cát hoà tan nước dùng trường hợp motor rocket lớp phân cách hầu hết luôn lắp sẵn với lõi. Trục quấn, phận điều chỉnh thiết bị khác lắp sẵn, dung dịch cát hoà tan nước đúc vào khuôn. Khi cát đóng rắn, hai nửa lõi ráp lại gắn chặt với nhau. Hai nửa lớp phân cách nối với cao su chưa lưu hóa mà chúng đóng rắn đồng thời với nhau. Bề mặt lớp phân cách gồ ghề làm dung môi. Dùng lọai gel coat để phủ lên bề mặt chất phân cách đóng vai trò chất kết dính lớp phân cách composite. Cách sử dụng màng kết dính lớp nhựa gel coat trở nên thông dụng hơn. Điều cho phép ta điều chỉnh độ dày lớp kết dính với đặc tính lặp lại giá thành cao. Đối với loại lõi làm từ thạch cao cung cấp bề mặt chịu lực cao cách quét lớp thạch cao thiế bị có khả di chuyển có khả gấp lại. Thạch cao đóng rắn, sau phủ lên lớp Teflon loại màng phân cách, với trình đóng rắn thiết bị tháo dỡ, thạch cao bị vỡ lấy lớp màng phân cách để lại đường nét bên trong. Đối với loại lõi có dạng khúc đọan, gập trường hợp đặc biệt đắt, giá thành điều chỉnh sản phẩm áp dụng cao khả sử dụng trình quấn liên tục. Chuẩn bị bề mặt trước quấn bao gồm trình mở khuôn lớp gel coat lớn để bề mặt bên liên tục. Lớp gel coat trường hợp dùng để tạo chướng ngại mềm dẻo để ngăn chặn lỗ hở ứng suất thấp. Đối với loại lõi dạng ống dùng vài ứng dụng lõi kim loại dạng tròn, composite đẩy kéo sau đóng rắn, điều yêu cầu thiết bị phải có chất lượng cao không gây vấn đề sử dụng. Thiết bị mạ crom để có độ cứng có bề mặt bóng láng để giúp trình tháo lõi dể dàng. Sử dụng dây mỏng đặt theo chiều dài lõi điều cần thiết có lợi. Lớp kim loại bên thùng chứa khí có độ bền -tỉ trọng cao thuận lợi để quấn composite lớp mỏng không thấm nước. Đây loại lõi không cần tháo dỡ sau đóng rắn. Theo quan điểm này, khí có trọng lượng phân tử thấp áp lực lớn Helium Hyrogen chứa đựng mà không bị rò rỉ. Lớp kim lọai bên phần quan trọng bình chứa khí. Sự chuẩn bị lõi thay đổi loại chất kết dính lớp kim loại bên lớp composite bên ngoài. II. 2. Giai đoạn quấn sợi Quá trình quấn bắt đầu sau : lượng gồm nhiều bó sợi sợi roving kéo từ dãy cuộn sợi, gồm nhiều đầu sợi từ cuộn sợi, kéo qua máng nhúng nhựa ( có xúc tác thành phần cần thiết màu, chất kháng tia UV .). Khi bắt đầu vận hành máy, đầu sợi công nhân thao tác cho kéo qua máng nhựa, dao gạt nhựa dư qua lược chia sợi. Sợi kéo căng cho qua đầu hướng sợi, sau công nhân cố định đầu sợi vào lõi quấn cho máy vận hành. Quá trình quấn liên tục làm cho vòng sợi giữ cho sợi cố định lõi quấn siết chặt hình thành sản phẩm, sau tháo lõi quấn tiếp tục trình đóng rắn để sản phẩm cuối cùng. II.2.1.Mô hình máy quấn sợi: Hình 1. Mô hình quy trình quấn sợi 11.2.2. Những phương pháp quấn sợi: Có phương pháp quấn sợi: ll.2.2.1. Phương pháp quấn ướt (Wet winding) FILAMENT WINDING Wet Winding Technique Hình 2. Phương pháp quấn ướt Sợi Roving khô kéo qua bồn chứa hỗn hợp nhựa lỏng, sau cung cấp liên tục cho phận đầu cấp sợi. Được tạo hình lõi quay để đạt hình dạng mong muốn. Quá trình đóng rắn xảy raở nhiệt độ thườnghoặcđược đưavào lò gia nhiệt để đóng rắn nóng. Phương pháp wet winding thường dùng để sản xuất loại composites sử dụng nhựa nhiệt rắn. Bởi vì, phương pháp wet winding có ưu điểm sau: giá thành vật liệu thấp, thời gian quấn ngắn dễ dàng tạo hỗn hợp nhựa theo yêu cầu. Trong phần này, đề cập đến quy trình sản xuất composites phương pháp quấn sợi sử dụng phương pháp wet winding. II.2.2.2. Phương pháp quấn khô (Prepreg winding) Sợi gia cường nhựa cung cấp đồng thời : bó sợi tẩm nhựa ( Towpreg ). Ban đầu, prepreg tạo sau : dung dịch nhựa dạng dung dịch lỏng dạng chảy nhớt, tính tóan công thức cho vào bể chứa. Kế tiếp nhúng sợi gia cường vào bảo hoà nhựa, sau lăn ép kéo sợi bão hoà nhựa lên sợi tiếp tục qua lò sấy để tạo dạng prepreg. Sau đó, prepreg cuộn lại thành cuộn, cuộn prepreg có chèn lớp giấy màng poly vào để không dính lại với nhau. Nhựa hệ thống Towpreg hóa cứng dần dính chưa hoàn toàn với nhau, đóng rắn phần. * Phương pháp thấm nhựa vào sợi (dùng phương pháp quấn khô): Đây giai đoạn thấm hỗn hợp nhựa tác nhân đóng rắn lên sợi nhựa gia cường, giai đoạn tạo liên kết nhựa sợi gia cường. Đầu tiên, ta chuẩn bị hỗn hợp nhựa để thấm lên sợi gia cường. Hỗn hợp tạo cách trộn nhựa với số chất phụ gia khác tác nhân đóng rắn, chất xúc tiến, chất xúc tác, dung môi pha loãng, bột màu . Sợi gia cường dùng thường loại sau: sợi thiêu dệt thành tấm, cuộn sợi sợi có định hướng cách ngẫu nhiên. Có cách thấm nhựa lên sợi gia cường Cách 1: dùng nhưa dang dung dich (solutỉon form) Quy trình thấm nhựa vào sợi gia cường diễn theo sơ đồ sau: Hình 4. Quy trình nhúng sợi Sợi gia cường thấm sâu vào dung dịch nhựa Cách 2: dùng nhưa dang nóng chày (hot melt form) Sợi gia cường thấm nhựa cách dùng nhiệt & áp suất Hình 5. Quy trình nhúng sợi Khi hỗn hợp nhựa thấm lên sợi gia cường phải lưu giữ lạnh đến tiến hành quấn sợi. Điều giúp ngăn chặn phản ứng hóa học xảy sớm làm hư hỏng sợi. II.3. Các kiểu quấn sợi: Có kiểu quấn sợi : helical , hoop polar winding. II.3.1. Helical winding Mô hình quấn sợi theo kiểu Helical winding: Hình 6. Mô hình quấn sợi kiểu Helical Vòng quấn chuyển động qua lại song song mô hình, kỹ thuật thông dụng dùng để tạo cấu trúc hình ống. Bằng cách điều chỉnh tỉ lệ tốc độ quay tốc độ đổi hướng để điều chỉnh góc quấn sợi. Một số kỹ thuật quấn sử dụng: nhiều vòng quấn không thay đổi lõi quấn chuyển động quay đổi hướng, vòng quấn chuyển động quay quanh lõi quấn không đổi chuyển hướng quanh trục nó. Helical winding phương pháp sử dụng chiếm ưu nay. Nó thích hợp cho hình dạng dài mỏng ống áp lực ống thở nước, có góc quấn từ 20-90o. Hầu hết lọai ống quấn góc 54.7o Đối với cấu trúc lớn, phải đặc biệt ý đến thiết kế lõi quấn. Trọng lượng lõi quấn nguyên nhân dẫn đến hao mòn trục quay. Những góc quấn nhỏ (0-10o) thường không dùng trường hợp tỉ lệ chiều dài-đường kính lớn. Với cấu trúc có đường kính lớn rocket motor có tỉ lệ chiều dài-đường kính 2:1 lớn hơn, quấn với góc nhỏ cần thiết để hấp thu ứng suất theo chiều dọc cấu trúc. II.3.2. Hoop winding: Mô hình quấn sợi theo cách thức Hoop winding sau: Hình 7. Mô hình quấn sợi kiểu Hoop Vòng quấn không thay đổi mà di chuyển theo chiều dài lõi quấn theo tỉ lệ độ rộng dải sợi số vòng quấn, lõi quấn quay quanh trục. Hoop winding trường hợp đặt biệt Helical winding có góc quấn 90o Hoop winding thường dùng chung với Helical Polar winding. Đối với loại máy Polar winding, hoop winding tiến hành cách lõi quấn chuyển động để tạo kết cấu quấn theo kiểu Hoop. Đối với trường hợp máy Helical dễ dàng chế độ cài đặt theo kiểu Helical có thêm vào chế độ cài theo kiểu Hoop winding. Hoop winding dùng với mục đích. Mục đích thứ để chống lại ứng suất tròn hình trụ, ứng suất ứng suất chủ yếu xảy theo chiều dọc loại thùng chứa khí, chất lỏng. Mặt khác, lớp quấn theo kiểu Hoop winding dùng để nén chặt lớp Helical Polar winding lớp quấn cấu trúc sản phẩm Sản phẩm tạo thành có hình dạng sau: vòng tròn, dẹt (tròn hình đĩa), lọai ống ngắn, khúc nối vài dạng khác. II.3.3. Polar winding Mô hình quấn sợi theo kiểu Polar winding: Hình 8. Quy trình quấn sợi kiểu Polar Kiểu quấn bao gồm vài quy trình quấn khác nhau, có chuyển động gilõi kiểu quấn Helical trục ngắn trục chuyển động. Kỹ thuật quấn bao gồm hai chuyển động quay. Trong suốt trình lõi quấn quay quanh trục vòng quấn vuông góc với trục thẳng đứng. Trong kiểu quấn này, hệ thlõi phân phát sợi quay theo hướng có nghĩa hướng sợi phân bố theo chiều dọc theo chiều ngang, lõi quấn quay liên tục mặt phẳng. Máy quấn theo kiểu Polar đơn giản so với máy quấn theo kiểu Helical. Gồm mức độ chuyển động lõi quấn chuyển động xung quanh lõi quấn cánh tay thẳng đứng. Quy trình Polar winding đặt dải sợi quấn gần kề với dải sợi quấn trước. Những dải quấn tạo thành mạng cấu trúc dạng kim cương gilõi Helical winding. Vì điểm bắt đầu quấn dải sợi toàn mặt lồi đầu cuối lõi quấn (Trong trường hợp Helical, điểm bắt đầu quấn sợi vùng hình trụ) Dải sợi quấn theo hướng tiếp tuyến với mặt lồi hai đầu lõi quấn. Quy trình tạo mặt lồi có kích thước khác nhau, điều kiện quấn tốt mặt lồi có kích thước đồng nhất. Nhược điểm kiểu quấn khung đựng cuộn sợi đặt cố định trình quấn. Để ngăn chặn dải sợi xoắn lại với chuyển động quay cánh tay quanh chiều dọc lõi quấn, khung chứa cuộn sợi phải đặt khung với cánh tay. Kết chiều rộng dải quấn thường giới hạn khỏang 25mm (1 inch), gồm cuộn sợi. Một cân nhắc máy quấn không thích hợp để quấn theo kiểu Hoop winding. Tốt đặt cánh tay nằm ngang sau di chuyển chậm trục cánh tay vị trí thẳng đứng. Quy trình dùng để tạo bình chứa có kích thước hai đầu khác nhau. II.4. Đóng rắn Trong phương pháp quấn sợi, yêu cầu thời gian sống dài nhựa khâu mạng nhanh mâu thuẩn nhau. Nhìn chung, loại nhựa giữ độ nhớt quấn thời gian dài-khoàng vài đến ngày-sẽ có đòi hỏi thời gian đóng rắn dài nhiệt độ thấp nhiệt độ bắt đầu cao nhiều, điều phụ thuộc vào chất xúc tiến chất xúc tác. Nhiệt độ đóng rắn cao tạo vết rạn nhỏ lớp sản phẩm cuối cùng. Những nguyên nhân khác tạo tạo nên vết rạn nhỏ phụ thuộc vào hệ số giãn nở nhiệt lõi quấn, sợi nhựa, tốc độ nung nóng làm nguội, độ co ngót nhựa đóng rắn khâu mạng, định hướng sợi. Với lượng vi sóng, trình đóng rắn đầu bên bên bề mặt, điều phụ thuộc vào vị trí nguồn nhiệt. Cả hai phương pháp có ưu điểm. Khi đóng rắn bên bề mặt, hàm lượng sợi cao nhựa bị đẩy ngoài. Vì hàm lượng bọt khí giảm, xu hướng tạo nhiều lỗ hổng không khí giảm. Với phương pháp đóng rắn từ bề mặt bên ngoài, hàm lượng nhựa cao tránh chảy nhỏ giọt nhựa. Trong phương pháp quấn sợi, thường hệ thống đóng rắn đặt sẵn nơi sản xuất. Nhựa phải sử dụng với hàm lượng vừa đủ. Các phương pháp đóng rắn: lò, dầu nóng, đèn, nước, nồi hấp chân không, vi sóng II.4.1. Đóng rắn lò Thường dùng lò gas lò điện để đóng rắn. Ưu điểm giá thành rẻ đóng rắn sản phẩm có kích thước lớn. Aùp suất đóng rắn thêm vào sử dụng túi chân không (hoặc shrin tape). Trong nhiều trường hợp, dạng hình ống hình tròn, quay sản phẩm trình đóng rắn để tránh tượng sản phẩm bị cong chảy nhựa. Năng lượng tiêu tốn nhiều so với phương pháp khác lượng nhiệt cho phần sản phẩm cho môi trường không khí xung quanh thiết bị lõi quấn phận nâng đỡ. 11.4.2. Đóng rắn dầu móng Hệ thống dầu nóng dùng đóng rắn lọai nhựa có đặc tính đóng rắn nhanh, thông thường khả đóng rắn 15 phút. Sử dụng dầu nóng đảm bảo giảm nhiệt độ lõi quấn cách nhanh chóng không cần phải đóng rắn lò. Trong hệ thống dầu nóng, dòng dầu nóng chảy qua lõi quấn làm lõi nóng lên trước tiên, nhiệt độ tạo môi trường nóng đến điểm nhiệt mà composite bị nòng lên đóng rắn kết hợp với điều kiện giãn nở. Sau dừng dòng dầu nóng nhiệt độ lõi giảm xuống, độ co rút composite đóng rắn điều cho phép ta tháo lõi cách dễ dàng. Nhiệt độ dầu nóng thường 150- 2400C. 11.4.3. Đóng rắn đèn Là kết hợp đèn nhiệt với bề mặt phản chiếu quay lõi, cung cấp nhiệt độ khỏang 1710C. đèn nhiệt thường di chuyển dự trữ. Bởi nguồn có tính định hướng cao tăng khả cung cấp nhiệt đóng rắn toàn vùng sản phẩm. Đèn hồng ngoại thường dùng cung cấp nhiệt để đóng rắn nhựa composite. Tuy nhiên lọai đèn sử dụng đủ cho trình sản xuất. Chuyển đổi nhựa từ trạng thái A sang trạng thái B-stage. Đây cách thực thông dụng dùng dãy đèn có hình dạng thuận lợi cho hệ thống nhận lượng nhiệt, hệ thống quay tròn cung cấp nhiệt. Cuối nhựa chuyển sang trạng thái B-stage đông lại có khả điền đầy khâu mạng trình cuối cùng. B-stage ngăn chặn chảy rút nhựa cấu trúc hình trụ, tạo trạng thái cầm nắm được. Sử dụng lọai đèn khác có khả phóng điện đèn Xenon. Để xúc tiến trình đóng rắn sử dụng lọai đèn này, phải sử dụng chất nhạy quang hỗn hợp nhựa. Một bất lợi hệ thống đóng rắn đèn thường hình thành lớp ỡ phía bề mặt nhựa lớp ngăn chặn truyền nhiệt xa đến hệ thống đóng rắn. 11.4.4. Đóng rắn Một số quy trình sản xuất ống sử dụng nóng để đóng rắn nhựa. Hai đầu lõi kim loại có thiết bị để dẫn nước. Sau ống quấn, nóng qua lổ rỗng lõi. Khi trình đóng rắn hoàn tất, lõi làm lạnh nước để vận chuyển tạo độ co rút vừa đủ để tháo lõi. 11.4.5. Đóng rắn nồi hấp chân không Khi sản xuất sản phẩm có chất lượng sử dụng không gian vũ trụ cần phải có độ phức tạp tinh vi, loại nhựa epoxy, bismalemide polyimide dùng, điều cần thiết để đóng rắn sản phẩm nồi hấp chân không. Nồi hấp dùng để đóng rắn cung cấp áp suất khỏang 1.42.1Mpa với nhiệt độ cao 371 oC. Nhược điểm cách đóng rắn thời gian đóng rắn lâu, phụ thuộc vào kích thước sản phẩm lọai nhựa epoxy sử dụng. Nồi hấp chân không dùng để đóng rắn phận máy bay. Đối với tên lửa, số phần quấn từ cuộn sợi thấm nhựa từ trước, phụ thuộc vào loại nhựa đòi hỏiquy trình hấp đóng rắn thật kỹ lượng loại trừ bọng khí. 11.4.6. Đóng rắn vi sóng Đóng rắn vi sóng có thuận lợi lớn composite làm từ sợi thủy tinh sợi aramid. Năng lượng vi sóng hấp thụ nhanh nhựa sợi, kết trình đóng rắn xảy vòng vài phút so với trình đóng rắn xảy vòng vài trước đây. Mức lượng yêu cầu cho phương pháp cao; quy trình tốn kém. Tuy nhiên hạn chế quy trình không dùng phương pháp đóng rắn vi sóng cho lọai sợi có tính dẫn sợi cacbon. Vì lý này, loại sợi dùng làm composite đặt biệt quan trọng trình đóng rắn vi sóng, người sản xuất dùng phương pháp phương pháp hỗ trợ để gia tăng nhiệt độ. II. 5. Tháo sản phẩm o Đối với lõi làm từ cát hoà tan nước hầu hết dễ lấy ra, nước cho vào trục quấn, cát bị tan sau tháo dỡ thiết bị lắp ráp ra. Quá trình tháo lõi gặp nhiều khó khăn nếu thiết bị có nhiều khúc đoạn gập lại được. Đối với lõi thạch cao làm vỡ tay. Quá trình đói hỏi phải cần cù phải đủ mạnh để phá vỡ thành phần o Hoàn tất sản phẩm cuối cùng: machinel, cut, assemble (lắp ráp) o Kiểm tra chất lượng III. Nguyên liệu Phương pháp quấn sợi yêu cầu sợi gia cường liên tục hỗn hợp nhựa liên kết lại với nhau. Có vài loại nguyên liệu sử dụng quy trình gia công. Sự lựa chọn nguyên liệu cho sản phẩm dựa vào tính kinh tế, ảnh hưởng môi trường, khả chống ăn mòn, trọng lượng giới hạn độ bền sản phẩm hình thành. 111.1. Một số loại sợi gia cường: Sợi gia cường yêu cầu phải có độ liên tục. Sợi thành phần góp phần tạo độ cứng độ bền composite. Một vài loại sợi có tính thương mại như: E-glass, Sglass, aramid carbon/ graphite. Sợi dùng phương pháp chủ yếu có hình dạng cuộn sợi: 111.1.1. Sợi thủy tinh: Trong phương pháp quấn sợi hầu hết sửa dụng sợi thủy tinh, loại sợi có tính thương mại với ba lọai E-glass, S-glass R-glass. Sợi thủy tinh dùng cho phương pháp loại sợi có giá thành thấp, ổn định kích thước, có độ bền modul vừa phải, vận chuyển dễ dàng. Sợi thủy tinh dùng cho phương pháp quấn sợi thường dùng lọai cuộn“singleend” dùng cuộn “multistrand”. Cuộn “single-end” cuộn sợi thu từ bó rời rạc suốt trình quấn sợi (cuộn đơn). Mỗi cuộn thường có chiều dài từ 47 đến 747m/kg. E-Glass: loại sợi có độ bền kéo tốt (3450MPa), modul kéo thấp (70GPa), có giá thành thấp nhất, có nhiều dạng, tỉ trọng 2.60g/cm3, độ giãn dài khỏang 5%, sử dụng rộng rãi cho sản phẩm thương mại công nghiệp, hầu hết dùng phương pháp quấn sợi. S-Glass: loại sợi có độ bền cao (4600MPa), có modul kéo cao E-glass (85GPa), giá thành đắt hơn, tỉ trọng 2.55g/cm3, dùng lĩnh vực không gian vũ trụ loại bình chứa khí nén. 111.1.2. Sợi Aramid Sợi aramid theo Pont’s Kevlar sử dụng rộng rãi. Tùy thuộc vào loại cuộn sợi mà mội cuộn sợi aramid dai từ 124 đế 9540m/kg. Với phương pháp quấn sợi, cuộn sợi dài từ 1307 đến 1626m/kg cuộn đơn từ 261 đế 406m/kg cuộn đa. Sợi Aramid có độ bền tốt (2750MPa), modul kéo cao loại sợi E-glass Sglass, hệ số biến đổi thấp nên dễ tạo sản phẩm có kích thước thiết kế ban đầu, có giá thành cao hơn, có tỉ trọng rấy thấp (bằng nửa sợi thủy tinh), có đặc tính kháng va đập pháy hủy tốt, có độ bền nén xé thấp nên không sử dụng để sản xuất loại bình chứa khí nén. 111.1.3. Sợi Carbon/Graphite Sợi Carbon/Graphite có độ bền khoàng (2050 đến 5500MPa), modul cao (210 đến 830GPa), loại sợi có giá thành cao nhất, tỉ trọng trung bình, độ kháng va đập phá hủy kém, có độ bền độ cứng tốt nhất. Lượng graphit hóa tăng làm tăng modul độ dẫn điện - nhiệt cao hơn. Cuộn sợi carbon cho phương pháp quấn sợi thường loại 3000, 6000, 12000 50000 sợi. Mỗi cuộn sợi carbon dài 996, 498, 294 62m/kg. Sợi carbon cuộn đa. Sợi carbon khác so với sợi thủy tinh sợi armid, chúng giòn, dễ bị mài mòn gãy vỡ. III.2. Một số loại nhựa Nhựa đòng vai trò chất gắn kết thứ lại với nhau, cung cấp cấu truyền tải sợi. Bên cạnh đó, chất cung cấp độ kháng ăn mòn, bảo vệ cho sợi khỏi phá hủy bên ngoài, tạo độ dai composite va đập bề mặt, cắt, mài mòn vận chuyển. Chất gồm nhiều lọai, lựa chọn phụ thuộc vào cấu trúc hình thành, có tính thương mại, ảnh hưởng đến môi trường ảnh hưởng môi trường sản phẩm, đặc biệt khả kết dính với nhựa đặc tính quan trọng chất nền. Một vài loại nhựa thông dụng dùng phương pháp polyester, epoxy, vinyl ester, Bisphenol-A Fumarate, Chlorendic, Phenolic. Trong polyester, epoxy, vinyl ester ba loại nhựa sử dụng rộng rãi nhất. 111.2.1. Polyester 111.2.2. Epoxy Đây loại nhựa sử dụng rộng rãi, có độ bền tốt nhất, đóng rắn nhiệt độ cao, có khả kháng hóa chất tốt, độ nhớt cao, giá thành cao hơn. 111.2.3. Vinyl Ester Lọai nhựa kết hợp epoxy polyester, khả kháng ăn mòn tốt, giá thành cao, có độ bền dai tốt, sử dụng rộng rãi cho sản phẩm FRP chống ăn mòn. 111.2.4. Bisphenol-A Fumarate, Chlorendic: Đây loại nhựa có khả chống ăn mòn tốt điều kiện môi trường khắc nghiệt, có giá thành cao, khả chịu nhiệt độ cao . 111.2.5. Phenolic: Lọai nhựa có đặc tính kháng cháy tốt, độ phát tán khói thấp, có giá thành cao, độ giãn dài thấp, có độ bền trung bình, ứng dụng vào lĩnh vực chống cháy. III.3. Chất phụ gia Bảng tóm tắt loại nhựa ứng dụng số lĩnh vực sau: Công nghệ Aên mòn Loại nhựa Polyester (mạch thẳng mạch nhánh), Vinyl ester Polyester (mạch thẳng mạch nhánh), Vinyl ester, Epoxy, Phenolic Dầu mỏ Epoxy, Phenolic Giấy bột giấy Vinyl ester, Epoxy Cơ sở hạ tầng, dân dụng Polyester (mạch thẳng mạch nhánh), Vinyl ester, Epoxy Bình chứa khí nén Polyester (mạch thẳng mạch nhánh), Vinyl ester, Epoxy Không gian vũ trụ, hàng không Epoxy, Bismelamide (BMI), Phenolic, Vinyl ester Hàng hải Epoxy Thể thao giải trí Epoxy III.3. Chất phụ gia Bằng cách sử dụng loại phụ gia khác nhựa mà tạo đặc tính sản phẩm thích hợp. Chất độn phụ gia có nhiều hỗn hợp nhựa nền. Lọai chất độn thông dụng calcium carbonate, alumina silicate (clay) alumina trihydrate. Calcium carbonate dùng để tăng thể tích tạo loại nhựa có giá thành thấp. Alumina trihydrate lọai phụ gia tạo khả chống cháy ngăn chặn tạo khói. Chất độn trộn vào nhựa với hàm lượng 50% trổng hàm lượng nhựa (một chất độn nhựa hay tỉ lệ 1:1). Sự giới hạn thể tích tông thường dựa độ nhớt, điều phụ thuộc kích thước hạt đặc tính nhựa. Ngoài số chất phụ gia khác như: chất chống tia UV để cung cấp độ bền thời tiết cho sản phẩm, antimony oxide tăng độ kháng cháy, bột màu cung cấp màu sắc cho sản phẩm chất hỗ trợ bề mặt giúp bề mặt sản phẩm bóng đẹp . IV.THIÉT BỊ IV. 1.Lõi (Trục quấn) Các lõi có cấu trúc hình học dựa vào hình dạng vật. Nhưng phải đạt điều kiện không đóng rắn trình quấn không biến dạng trình đóng rắn. Lõi phân làm nhiều loại : cố định. sử dụng nhiều lần, tháo rời . IV. 1.1.Lõi cố định Được sử dụng cho can thùng chịu áp suất. Đó kết hợp tính chịu lực, chống thấm ướt kim loại ưu điểm tỷ trọng nhẹ composite. Những sản phẩm dùng để chứa loại khí có áp suất cao trọng lượng phân tử nhỏ như: Hellium, Hydrogen . mà không bị rò rĩ. điều cho thấy lớp kết nối trở thành phần quan trọng loại vật liệu chịu áp suất này. Hình 10: Lõi kim loại IV. 1.2.Lõi có the tháo rời. Lõi cát hoà tan nước. sau đóng rắn định hình sản phẩm lõi xịt nước tan ra. Lõi thạch cao, chân nhện (như hình 2, 3). Sản phẩm sau đóng rắn tách rời cách gập khuông chân nhện tháo lõi, thạch cao làm thẩm mỹ tạo hình cho sản phẩm. Hình 11: LÕI CHÂN NHỆN ĐƯỢC TRÉT THẠCH CAO Hình 12: Lõi chân nhện 2.Hệ thống điều khiển sức sợi. Sức căng sợi phương pháp quấn sợi phần ko thể thiếu quy trình chìa khoá cho việc tối ưu hoá cấu trúc vật liệu composite. Bởi sợi gia cường thành cuộn, sức can the cuộn . o (hình 4) hay nhã điện (hình 5) kéo. Hình 14: Hệ thống điều khiển sức điện. IV. 3.Bể nhúng sợi hệ thống phân phối sợi. Hiện có loại bể nhựa sử dụng phổ biến:bể nhúng, bể lăn. IV. 3.1. Bể nhúng sợi. Sợi từ cuộn qua lược nhúng sâu vào bể nhưa để thấm ướt hoàn toàn sợi mô tả hình 7. Hình 15: Bể để nhúng sợi Hình 16: Sơ đồ sợi nhựa qua bể nhúng IV. 3.2. Phương pháp lăn Sơi không nhúng vào sợi mà chạy qua trống, trống nhúng vào bể nhựavà mang theo nhựa lên để tâm vào sợi hình 8. Hình 17: Sợi tẩm lăn. Hình 18 Quy trình đường sợi phương pháp lăn. IV. 4. Các loại lược phân phối sợi. IV. 4.1 Cung phân phối sợi Độ rộng củacung thiết kế cho số lượng sợi dộ rộng dải. Kích thước chuẩn phụ thuôc vào số lượng rảnh lược bể nhựa số lược phân phối IV. 4.2.Lược phân phối sợi hình cung. Hệ thống định hướng xác sợi từ cung phân phối sợi để không phá hủy sợi. Hệ thống lược điều khiển độ rộng dãi sợi bơi đinh lược, vị trí lược khoàng cách từ cung phân phối đến lược phân phối hình 10. Hình 20 Lược phân phối sợi IV. 5. Hệ thống đóng rắn. Trong phương pháp quấn sợi hệ thống đóng rắn đóng vai trò quan trọng. Hệ thống nhựa phải chọn để phù hợp với thời gian đóng rắn. Một số phương pháp thông dụng sử dụng đóng rắn là:Lò, đèn, hơi, vi sóng, dầu nóng . IV. 5.1 Lò: sản phẩm sau quấn xong cho qua lò liên tục thời gian nhiệt độ xác định tuỳ thuộc vào hệ nhựa. V. Dặc điểm phương pháp kéo sợi V. 1. Đăc Điểm :  Quá trình sản xuất tự động hóa cao.  Sự đặt sợi có tính đặn cao, xếp hết lớp đến lớp khác, hết phần đến phần khác.  Khả sử dụngsợi liên tục toàn bề mặt vật liệuvà định hướng sợi theo hướng tải trọng.  Có thể làm sảm phẩm lớn dạng tròn xoay.  Làm sản phẩm có lượng sợi cao.  Giá thành thấp làm với số lượng nhiều.  Đây phương pháp xác để tạo vật liệu có nhiều lớp.  Sản phẩm kháng ăn mòn tốt, tính chất điện trở tốt.  Đây phương pháp tốt để sản xuất sản phẩm dạng tròn xoay ( ống, tube, bình, thùng chứa .) với độ bền cao sợi dạng liên tục.  Có thể sản xuất phận có hình dạng mà có phần cắt không (như dạng ống hình chữ nhật, vuông ).  Sợi kéo căng trình quấn, làm giảm bọt khí -->sản phẩm có tính tốt.  Độ kéo sợi góc quấn sợicó ảnhhưởng nhiều đến độ bền sản phẩm. - Chi phí đầu tư vốn cao. -Yêu cầu máy móc thiết bị phức tạp. -Khó khăn để quấn dọc trục lõi quay. - Khi quấn góc cong khó khăn - Thay đổi đường dẫn sợi khó -Hình dáng sản phẩm phải giống với lõi quấn để tháo ra. - Thay đổi bồn chứa nhựa nhúng sợi khó. - Phải có lõi cuốn, điều phức tạp vàgiá thành cao sản xuất số lượng ít. - Bề mặt không láng, gây cản trở mặt khí động. Đặc điểm wet winding:  Độ nhớt nhựa thấp  Thời gian sống nhựa dài  Nhựa bị gel đường dẫn tới lõi quấn. ảnh hưởng môi trường.  Quá trình giai đọan, giá thành giảm.  Điều chỉnh nhựa khó.  Kế họach trộn nhựa phải theo họat động máy. Đặc Điểm Của Dry Winding :  Độ nhớt nhựa cao.  Đóng rắn từ từ.  Không phải trộn nhựa theo kế họach máy họat động  Tốc độ sản xuất tự động hóa cao  Giá thành cao hơn.  Yêu cầu lèn vật liệu vào cuộn prepreg. V. 2. Lĩnh Vưc ứng dung: o Sản xuất thùng chịu áp suất hình trụ, hình cầu. Làm sản phẩm dạng ống, ống dẫn Oxy, gas khí khác. o Làm vỏ động phản lực, cánh máy bay trực thăng, phận tàu vũ trụ. o Những thùng chứa lớn đặt ngầm đất ( để chứa xăng, dầu, muối, acid, kiềm, nước v.v .) o Có thể làm cấu trúc đối xứng trục sản phẫm dạng lăng trụ, cấu phức tạp : cổ nối T, co nối máy trang bị nhiệt độ độ tự thích hợp. o Những máy đại vận hành với nhiệt độ độ tự cao để tạo lớp gia cường xác. o Những sản phẩm ống vật liệu composite sản xuất theo phương pháp Filament Winding thay tốt cho ống thép ống kim lọai, sử dụng ngành cấp nước, gas xăng dầu chịu môi trường tốt. o Việc nâng cấp sửa chữa tất đường ống đô thị để dẫn nước hệ thống cống rãnh cần thiết. óng vật liệu composite làm việc lâu bền, không bị ăn mòn, giảm phá hủy đường ống áp suất cao. [...]...Hoop winding thường được dùng chung với Helical và Polar winding Đối với loại máy Polar winding, hoop winding sẽ được tiến hành bằng cách lõi quấn chuyển động để tạo kết cấu quấn theo kiểu Hoop Đối với trường hợp máy Helical thì dễ dàng hơn vì trong chế độ cài đặt theo kiểu Helical thì có thêm vào chế độ cài theo kiểu Hoop winding Hoop winding được dùng với 2 mục đích Mục... chất lỏng Mặt khác, những lớp quấn theo kiểu Hoop winding được dùng để nén chặt những lớp Helical hoặc Polar winding khi những lớp này được quấn trên một cấu trúc sản phẩm Sản phẩm tạo thành có những hình dạng như sau: vòng tròn, dẹt (tròn hình đĩa), lọai ống ngắn, khúc nối hoặc một vài dạng khác II.3.3 Polar winding Mô hình quấn sợi theo kiểu Polar winding: Hình 8 Quy trình quấn sợi kiểu Polar Kiểu... 2 mức độ là sự chuyển động của lõi quấn và sự chuyển động xung quanh lõi quấn của cánh tay thẳng đứng Quy trình Polar winding đặt dải sợi đang quấn gần kề với dải sợi đã quấn trước Những dải tiếp theo được quấn tiếp theo tạo thành mạng hoặc cấu trúc dạng kim cương gilõi như Helical winding Vì vậy những điểm bắt đầu quấn của dải sợi là toàn bộ mặt lồi ở đầu hoặc là cuối của lõi quấn (Trong trường hợp... Bề mặt ngoài không láng, gây cản trở về mặt khí động Đặc điểm của wet winding:  Độ nhớt nhựa thấp  Thời gian sống của nhựa dài  Nhựa có thể bị gel trên đường dẫn tới lõi quấn ảnh hưởng môi trường  Quá trình một giai đọan, giá thành giảm  Điều chỉnh nhựa khó  Kế họach trộn nhựa phải theo sự họat động của máy Đặc Điểm Của Dry Winding :  Độ nhớt nhựa cao  Đóng rắn từ từ  Không phải trộn nhựa... thích hợp o Những máy cuốn hiện đại được vận hành với nhiệt độ và độ tự do cao hơn để tạo ra những lớp gia cường chính xác o Những sản phẩm ống bằng vật liệu composite được sản xuất theo phương pháp Filament Winding được thay thế tốt hơn cho ống thép và ống kim lọai, được sử dụng trong ngành cấp nước, gas và xăng dầu vì nó chịu môi trường tốt o Việc nâng cấp và sửa chữa tất cả các đường ống trong đô thị... được cho qua lò liên tục ở thời gian và nhiệt độ xác định tuỳ thuộc vào từng hệ nhựa V Dặc điểm của phương pháp kéo sợi V 1 Đăc Điểm :  Quá trình sản xuất được tự động hóa cao  Sự sắp đặt sợi có tính đều đặn cao, sắp xếp hết lớp này đến lớp khác, hết phần này đến phần khác  Khả năng sử dụngsợi liên tục trên toàn bề mặt vật liệuvà có thể định hướng sợi theo hướng của tải trọng  Có thể làm được các... sản xuất những sản phẩm dạng tròn xoay ( như ống, tube, bình, thùng chứa ) với độ bền rất cao vì sợi ở dạng liên tục  Có thể sản xuất những bộ phận có những hình dạng mà có những phần cắt nhau không đều (như dạng ống hình chữ nhật, vuông )  Sợi được kéo căng trong quá trình quấn, do đó làm giảm bọt khí >sản phẩm có cơ tính tốt  Độ kéo sợi và góc quấn sợicó ảnhhưởng nhiều đến độ bền cơ của sản phẩm... sợi phải được đặt trên khung với cánh tay Kết quả là chiều rộng của dải quấn thường giới hạn khỏang 25mm (1 inch), gồm 8 cuộn sợi Một sự cân nhắc nữa là máy quấn không thích hợp để quấn theo kiểu Hoop winding Tốt nhất là đặt cánh tay nằm ngang và sau đó di chuyển chậm trục cánh tay về vị trí thẳng đứng Quy trình này dùng để tạo ra những bình chứa có kích thước hai đầu khác nhau II.4 Đóng rắn Trong phương... rắn và khâu mạng, định hướng của sợi Với năng lượng vi sóng, quá trình đóng rắn được đầu hoặc là ở bên trong hoặc là ở bên ngoài bề mặt, điều này phụ thuộc vào vị trí của nguồn nhiệt Cả hai phương pháp đều có những ưu điểm Khi đóng rắn bên trong bề mặt, hàm lượng sợi cao hơn bởi vì nhựa có thể bị đẩy ra ngoài Vì vậy hàm lượng bọt khí sẽ giảm, do đó xu hướng tạo ra nhiều lỗ hổng không khí giảm Với phương . HỌC MÔN: VẬT LIỆU COMPOSITES o0o Đề tài: FILAMENT WINDING GVHD: Nguyễn Hưng Thuỷ Nhóm thực hiện: Nhóm 6 TP.HCM 06/2015 Chương VI: Công Nghệ Quấn Sợi (Filament winding) I. GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP. Hoop winding là một trường hợp đặt biệt của Helical winding có góc quấn là 90 o Hoop winding thường được dùng chung với Helical và Polar winding. Đối với loại máy Polar winding, hoop winding. cầu. Trong phần này, chúng ta chỉ đề cập đến quy trình sản xuất composites bằng phương pháp quấn sợi sử dụng phương pháp wet winding. FILAMENT WINDING Wet Winding Technique Sợi gia cường và