Phương pháp chế tạo thủ công Một phươ ng pháp sử dụng rộng rãi chế tạo sản phẩm vật liệu composite ph ươ ng pháp chế tạo thủ công Ph ương pháp thủ công s dụng khuôn hở, sử dụng khuôn dươ ng khuôn âm Quy trình chế tạo th ực sau: - Quét phủ lớp hỗ trợ tháo khuôn lên bề mặt khuôn; - Phủ lớp tạo bề mặt sản phẩm (gel-coat); - Phủ nhựa polymer l ớp tạo bề mặt; - Rải lớp vật liệu gia cườ ng nhựa polymer; - Dùng lăn để lăn ép vật liệu gia c ườ ng với nh ựa; - Phủ lớp tạo bề mặt lớp vật liệu gia cườ ng cuối Sau trình rải vật liệu gia c ường thấm nh ựa hoàn thành, sản phẩm để đông kết nhiệt độ môi tr ường Tốc độ đông kết sản phẩm phụ thuộc theo loại polymer, độ dày sản phẩm, nhiệt độ môi tr ườ ng độ dẫn nhiệt vật liệu khuôn Để tăng tốc độ đông kết giảm thời gian tháo khuôn, sản phẩm có kích th ước nhỏ đưa vào lò sấy; sản phẩm có kích th ướ c l ớn h ơn sấy khí nóng Phản ứng tỏa nhiệt trình đông kết làm tăng nhiệt độ sản phẩm Tốc độ thay đổi nhiệt yếu tố quan trọng định t ới c tính chất l ượng sản phẩm Do hệ số giãn nở vật liệu gia c ường nh ựa polymer khác nhau, s ự thay đổi nhiệt độ l ớn trình đông kết làm biến dạng liên kết hai loại vật liệu Vật liệu sử dụng ph ương pháp thủ công th ường polyester không no s ợi thủy tinh Phươ ng pháp chế tạo thủ công có ưu điểm s dụng khuôn mẫu đơn giản trình chế tạo nhiệt độ áp suất không cao Tuy nhiên, ph ương pháp s dụng khuôn hở nên chất lượ ng hai bề mặt sản phẩm không đồng Ph ương pháp thủ công th ường áp dụng cho loạt sản phẩm có số lượng nhỏ sản phẩm đơn Phương pháp phun hỗn hợp composite Trong phươ ng pháp phun hỗn h ợp, vật liệu gia c ường có kích th ước nhỏ trộn v ới nhựa polymer theo tỷ lệ xác định Súng phun s dụng để phun hỗn h ợp nh ựa polymer vật liệu gia cườ ng vào khuôn Vật liệu gia c ường cung cấp liên tục vào đầu cấp súng phun, nh ựa polymer chất kh ởi tạo phản ứng cung cấp t ới đầu cấp khác súng Quá trình hòa trộn diễn thiết bị hòa trộn t ĩnh động súng phun thiết bị khác T ương t ự nh ph ương pháp chế tạo thủ công, chất hỗ trợ tháo khuôn phun quét lên mặt khuôn, l ớp gel- coat tạo bề mặt cho sản phẩm Sau hỗn h ợp nh ựa polymer, chất kh ởi tạo phản ứng sợi gia cườ ng phun ép vào khuôn Vật liệu sử dụng phươ ng pháp phun hỗn h ợp composite t ương t ự nh ph ương pháp thủ công Sợi thủy tinh cắt với chiều dài t 10mm t ới 40mm tr ước trộn vào hỗn hợp Phươ ng pháp phun hỗn hợp composite s dụng chế tạo sản phẩm có hình dạng phức tạp sản phẩm có yêu cầu c tính không cao Tuy nhiên, ph ương pháp phun hỗn hợp composite kiểm soát tốt tỷ lệ nh ựa polymer vật liệu gia c ường hỗn hợp, qua đảm bảo tính thẩm mỹ độ đồng tính sản phẩm Phương pháp thấm nhựa trước Trong phươ ng pháp này, vật liệu gia c ườ ng thấm nh ựa polymer bảo quản môi tr ườ ng nhiệt độ thấp Quy trình chế tạo sản phẩm composite s dụng vật liệu thấm nhựa trướ c thực sau: vật liệu gia c ường thấm nh ựa polymer lấy khỏi thùng bảo quản lạnh, để trao đổi nhiệt t ự nhiên đạt t ới nhiệt độ môi tr ường trướ c tiến hành gia công Trong trình trao đổi nhiệt t ự nhiên, vật liệu gia c ường thấm nhựa polymer để bao bì bảo quản để tránh ng ưng tụ h n ước bề mặt Vật liệu gia cườ ng thấm nhựa polymer cắt thành hình dạng theo thiết kế Quá trình cắt tiến hành thủ công t ự động Sau vật liệu cắt theo thiết kế, tiến hành bóc lớp bảo vệ, đặt vật liệu lên khuôn theo t ừng l ớp Quá trình lặp lại t ới đạt yêu cầu độ dầy sản phẩm Vật liệu thấm nhựa polymer tr ướ c s dụng nh ững loạt sản phẩm có số l ượng không lớn Do độ dầy vật liệu thấm nh ựa polymer tr ước th ường không l ớn nên trình rải đặt lớp yêu cầu độ xác cao Thông th ường trình th ực tự động với hỗ tr ợ máy tính T ương t ự nh ph ương pháp lăn tay thủ công, khuôn mẫu sử dụng ph ương pháp thấm nh ựa tr ước đơn giản, nhiên v ới sản phẩm yêu cầu độ xác cao nh chi tiết máy bay, khuôn mẫu th ường chế tạo kim loại vật liệu composite để chịu tải trọng l ớn trình chế tạo Với chi tiết yêu cầu tính kỹ thuật cao th ường s dụng nén ép để đạt độ liên kết tốt l ớp vật liệu Chi phí chế tạo khuôn cho chi tiết th ường cao Túi chân không sử dụng trình nén l ớp vật liệu v ới Sau lớp vật liệu đặt khuôn, lớp phim hỗ tr ợ tháo khuôn đặt vật liệu thấm nhựa Lớp phim n ôn trình gia công Tiếp theo ng ười ta s dụng l ớp phim phủ bên lớp phim hỗ trợ tháo khuôn L ớp phim có tác dụng hấp thụ phần nh ựa thừa bị nén khỏi sản phẩm trình chế tạo L ớp vật liệu cuối d ưới túi chân không phim thông h L ớp phim thông h có tác dụng giúp thoát khí d sản phẩm khuôn để tránh rỗ khí Ngoài l ớp phim có tác dụng điều hòa áp suất khuôn toàn bề mặt sản phẩm L ớp phim thông khí th ường chế tạo t vải, sợi vật liệu có tính t ương t ự L ớp túi chân không làm kín với khuôn băng dính đặc biệt (sealant tape) Trong phươ ng pháp vật liệu thấm nh ựa tr ướ c, s ợi carbon epoxy th ường s dụng vật liệu gia c ường vật liệu Ph ương pháp ứng dụng chế tạo sản phẩm ngành hàng không Tuy nhiên ph ương pháp dần áp dụng chế tạo dụng cụ thể thao giải trí cần câu cá, gậy ch golf, ván tr ượt, v.v Đa số loại nhựa polymer s dụng ph ương pháp thấm nh ựa tr ước đông kết nhiệt độ cao nhiệt độ bình th ườ ng phòng Do đó, ng ười ta th ường tiến hành gia nhiệt trình hoàn thiện sản phẩm Việc gia nhiệt cho trình đông kết vật liệu thực gia nhiệt môi tr ườ ng gia nhiệt khuôn v ới loại nh ựa polymer có nhiệt độ đông kết thấp Phương pháp đùn ép Trong phươ ng pháp nh ựa polymer d ưới dạng bột hỗn h ợp nh ựa polymer vật liệu gia cườ ng có chiều dài ngắn cấp vào trống ch ứa hỗn h ợp vật liệu máy đùn ép Trục vít sử dụng để đẩy hỗn hợp vật liệu phía tr ước trống, nén hỗn h ợp vật liệu đồng thời đẩy không khí ch ứa vật liệu Trong trình hòa trộn ma sát làm tăng nhiệt độ hỗn h ợp, l ượng nhiệt làm vật liệu chuyển sang trạng thái lỏng trướ c chuyển t ới buồng phun ép Do trình nén cắt trục vít, chiều dài sợi gia c ườ ng giảm D ưới l ực ép trục vít, vật liệu đùn ép vào khuôn, hệ thống van chiều s dụng để ngăn vật liệu bị nén ng ượ c lại trống ch ứa Khi vật liệu nén vào khuôn, trục vít gi ữ nguyên vị trí để trì áp suất khuôn Khi vật liệu đông kết khuôn, trục vít di chuyển theo chiều ng ược lại để chuẩn bị cho chu trình đùn ép sản phẩm Ưu điểm phương pháp khả t ự động hóa cao, suất l ớn, hiệu cao, phù hợp với loạt sản phẩm có số l ượng l ớn Ph ương pháp s dụng để chế tạo sản phẩm có hình dạng ph ức tạp Hạn chế l ớn công nghệ c tính sản phẩm không cao tỷ lệ vật liệu gia c ường thấp, độ dài vật liệu gia c ường ngắn, tính đẳng h ướ ng vật liệu không Do hạn chế nêu công nghệ đùn ép hỗn hợp composite thườ ng sử dụng chế tạo sản phẩm có kích th ước không l ớn v ới yêu cầu tính không cao Phương pháp đúc chuyển nhựa Phươ ng pháp đúc chuyển nhựa s dụng khuôn kín, vật liệu gia c ường đặt tr ước khuôn Với loạt sản phẩm có số l ượng không l ớn vật liệu gia c ường cắt thủ công đặt nửa khuôn phía d ưới N ửa khuôn phía đóng lại, nh ựa polymer điền đầy vào khuôn áp suất cao Sau nh ựa polymer điền đầy vào khuôn, hỗn hợp nhựa polymer vật liệu gia c ường để đông kết th ời gian xác định Sau sản phẩm tháo khuôn để tiến hành sản xuất chi tiết Để thúc đẩy trình đông kết tiến hành gia nhiệt khuôn nhằm tăng suất chế tạo Phươ ng pháp đúc chuyển nh ựa áp dụng chế tạo sản phẩm có kết cấu sandwich Với sản phẩm có kích th ướ c không l ớn, s dụng đường cấp nhựa polymer cho toàn sản phẩm; v ới sản phẩm có kích th ước l ớn h ơn, nhiều đường cấp sử dụng nhằm đảm bảo cung cấp đủ nhựa polymer cho t ừng phận, chi tiết sản phẩm Đường cấp nhựa th ườ ng đặt vị trí thấp khuôn Nh ựa polymer điền vào khuôn theo h ướng t d ưới lên để đảm bảo đẩy bọt khí khuôn vật liệu gia c ường ngoài, tránh tạo rỗ khí sản phẩm sau hoàn thiện Trong công nghệ đúc chuyển nh ựa cần đảm bảo độ nh ớt nh ựa polymer gi ới hạn cho phép để điền đầy nh ựa t ới vị trí khuôn th ời gian ngắn Do đó, cần trì nhiệt độ nh ựa khuôn gi ới hạn h ợp lý Mặt khác, trì nhiệt độ nhựa khuôn cao gây phản ứng gây đông kết nh ựa polymer trình điền đầy khuôn Công nghệ đúc chuyển nhựa s dụng chế tạo sản phẩm mẫu nh loạt sản phẩm có số l ượ ng l ớn Công nghệ tạo sản phẩm có hình dạng ph ức tạp chất lượ ng bề mặt cao, đặc biệt thích h ợp cho chế tạo chi tiết công nghiệp ô tô, hàng không Phương pháp đúc chân không Phươ ng pháp sử dụng s ự chênh lệch áp suất khuôn thiết bị ch ứa nh ựa polymer để điền nhựa vào khuôn Khác v ới ph ương pháp đúc chuyển nh ựa truyền thống sử dụng chân không hỗ tr ợ trình điền nh ựa vào khuôn d ưới l ực ép thiết bị nén khí nén, công nghệ đúc chân không hoàn toàn s dụng l ực hút chân không để đưa nhựa polymer vào khuôn Nh ựa polymer ch ứa bình, độ chân không khuôn đạt tới yêu cầu, van dẫn bình ch ứa m ra, nh ựa bình ch ứa điền vào khuôn theo hệ thống ống dẫn bố trí theo chu vi khuôn Tốc độ điền nh ựa vào khuôn phụ thuộc vào chi tiết chế tạo, tỷ lệ vật liệu gia c ường, chủng loại nh ựa polymer, phươ ng án bố trí, thiết kế khuôn Ưu điểm công nghệ chế tạo khuôn đơn giản, chi phí đầu t không cao so v ới phươ ng án đúc chuyển nhựa truyền thống, thiết bị bao gồm b ơm hút chân không, thiết bị chứa nhựa polymer thiết bị hòa trộn nh ựa polymer, dụng cụ đo hệ thống dẫn chân không Nh ược điểm ph ương pháp kiểm soát chất lượ ng bề mặt chi tiết gia công s dụng khuôn mặt, khó kiểm soát độ đồng chiều dầy chi tiết tỷ lệ vật liệu gia cường nhựa polymer Công nghệ đúc chân không s dụng chủ yếu để chế tạo chi tiết có kích th ước lớn, số lượ ng không nhiều kết cấu dàn khoan, xuồng, thân vỏ ô tô, toa xe tàu hỏa, kho đông lạnh Công nghệ kết h ợp v ới ph ương pháp chế tạo sandwich tạo sản phẩm có chất lượ ng yêu cầu cao Bơm hút chân tác dụng hút chân tích khuôn D ưới tác dụng chênh lệch áp suất, hỗn h ợp nh ựa polymer điền vào khuôn theo hệ thống dẫn Túi chân tác dụng làm kín khuôn nh n ửa khuôn phía Băng làm kín (sealant tape) có tác dụng làm kín thể tích khuôn Quy trình công nghệ th ực nh sau: - Quét phủ lớp chống dính hỗ tr ợ tháo khuôn: - Quét phủ lớp vật liệu tạo bề mặt (gel-coat); - Đặt lớp vật liệu gia cườ ng vào khuôn; - Đặt lớp hỗ trợ dẫn nhựa polymer lên l ớp vật liệu gia c ườ ng; - Đặt túi chân không, sử dụng băng làm kín (sealant tape) để làm kín thể tích khuôn; - Hút chân tích khuôn; - Mở van nhựa độ chân không đạt yêu cầu để điền nh ựa polymer t thiết bị ch ứa vào khuôn; - Tháo khuôn sau vật liệu khuôn đông kết định hình Kết luận: Các sản phẩm composite chế tạo theo nhiều phương pháp khác nh chế tạo thủ công, phươ ng pháp thấm nhựa trướ c, đùn ép, đúc chuyển nh ựa, đúc chân không, v.v Các phươ ng pháp có ưu nh ượ c điểm khác V ới yêu cầu công nghệ đóng tàu nay, phươ ng pháp đúc chân không l ựa chọn phù h ợp đáp ứng tốt suất, chất lượ ng chế tạo sản phẩm đơn chiếc, loạt sản phẩm nhỏ, kích th ước lớn Công nghệ có tác động xấu t ới môi tr ường Do đó, cần có đầu t nghiên c ứu để ứng dụng vào ngành công nghiệp đóng tàu công nghệ hàng hải Việt Nam tươ ng lai ... ứa vào khuôn; - Tháo khuôn sau vật liệu khuôn đông kết định hình Kết luận: Các sản phẩm composite chế tạo theo nhiều phương pháp khác nh chế tạo thủ công, phươ ng pháp thấm nhựa trướ c, đùn ép,... s ợi carbon epoxy th ường s dụng vật liệu gia c ường vật liệu Ph ương pháp ứng dụng chế tạo sản phẩm ngành hàng không Tuy nhiên ph ương pháp dần áp dụng chế tạo dụng cụ thể thao giải trí cần... không cao tỷ lệ vật liệu gia c ường thấp, độ dài vật liệu gia c ường ngắn, tính đẳng h ướ ng vật liệu không Do hạn chế nêu công nghệ đùn ép hỗn hợp composite thườ ng sử dụng chế tạo sản phẩm có