Đề tài Công nghệ sản xuất composite bằng phương pháp prepreg

CNSX COMPOSITE BẰNG PHƯƠNG PHÁP PREPREG THỰC HIỆN: PHẠM ANH ĐỨC V0500670 BÙI HỮU LÀNH V0501384 NGUYỄN MẠNH KHÔI V0401235 TRẦN ĐÌNH HUY V0504103 THÁI HỮU ĐĂNG KHOA V0401218 NGUYỄN LÊ MINH TRIẾT V0503088 NGUYỄN TRỌNG CẢNH V0400210 TRẦN NGỌC HƯNG V0504116 TRẦN VĨNH HƯNG V0501190 NGUYỄN TÚ V0503399 NGÔ DUY TRỌNG V0503160 NGUYỄN THÀNH KIỆT V0504136 TRẦN MINH TRUNG V0504304 NGUYỄN LA HIẾU NGHĨA I/ KHÁI NIỆM 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 tẩm sẵn 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. 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, mềm, 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. Các loại resin tẩm cho tính năng cao: II/ PHƯƠNG PHÁP TẠO PREPREG Thiết bị có thể đứng hoặc nằm ngang. Nguyên lý “tẩm” prepreg được minh hoạ trên hình vẽ: (mô tả trang bên) Mô tả hoạt động: Vải thuỷ tinh từ cuộn 1 đi chậm với tốc độ 1-10m/phút qua bể 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 để tiếp tục loại resin dư thừa, cuối cùng đạt tỷ lệ resin thấm 30% nói chung. Tiếp theo vải đi đến lò sấy 5 hoạt động với quạt gió 6. Tại lò sấy phần lớn dung môi được bay hơi (với epoxy chỉ có dưới 0.2% chất dễ bay hơi) và khởi đầu 1 dạng polyme hoá. Sau khi bay hơi, sản phẩm được làm nguội bằng gió mát bởi quạt 6 nhằm hãm quá trình polyme hoá, để 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 cần 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: III/ CÁC LOẠI SẢN PHẨM PREPREG Tuỳ theo công nghệ gia công và yêu cầu của khách hàng, người ta chế tạo các bán thành phẩm – nguyên liệu prepreg khác nhau. Sau đây là một số bán thành phẩm thông dụng: 1/ Các tấm prepreg thuỷ tinh E tẩm epoxy Là dạng vải đơn chiều (920 g/m2) tẩm epoxy, được dệt theo kiểu trơn: sợi dọc lần lượt móc đan với sợi ngang . Vải đơn chiều cho phép tạo phân tầng với trên 60% sợi thuỷ tinh, trong khi bình thường compozit chỉ ở mức dưới 55%. Các tấm prepreg nàycó chiều dày 0.8-0.9 mm được xếp lai thàh từng lớp dùng cho công nghệ đúc nén nhiệt với áp lực 0.8-1 bar hút chân không 2/ Băng tẩm sẵn Trong ngành hàng không vũ trụ có loại thiết bị tẩm để chế tạo các loại băng tẩm prepreg với chiều dày 2 – 3 mm, chiều rộng 200 – 300 mm bao gồm: các dải roving đơn chiều, được kết dính với nhau bằng loại Tissue thông dụng (lụa, toan roving) và tẩm epoxy Trên hình là mặt cắt từng lớp của loại băng tẩm gồm 3 tầng (lớp): dải băng sợi 1 chiều được liên kết giữa 2 lớp lụa vải roving, dược tẩm epoxy 3/ PREPREG SMC VÀ BMC SMC (Sheet Moulding Compound) và BMC (Bulk Moulding Compound) là loại prepreg trong đó sợi thuỷ tinh được tẩm sẵn polyester đặt giữa 2 màng polyethylen PE. Ở SMC tỷ lệ sợi thuỷ tinh 30%, chi phí lớn đến 50% giá thành composite. Còn với BMC thì chất tẩm là polyester hoặc vinylester, 50% sợi thuỷ tinh =>sự phân tầng tốt hơn SMC và chi phí cũng ít hơn Với loại resin tẩm là polyeste, 30% sợi thuỷ tinh SMC cho sản phẩm composite có đặc tính: Tỷ trọng: : γ = 1.5 – 2 Cường độ chịu kéo : R = 150 MPa Môđun : E = 16000 MPa SMC BMC( bulk moulding compound) 4/ “GIẤY” PHOTO CỨNG (PRE-IMPRÉGNÉ PHOTODURCISSABLES) Đây là loại bán thành phẩm cấu tạo từ nhiều lớp MAT thuỷ tinh được thấm một loại resin nhanh: UP – gọi là “giấy” photo cứng (rắn). Loại “giấy” photo này chứa 65% sợi thuỷ tinh cắt ngắn và được bán trên thị trường dưới dạng cuộn hoặc tấm bản đặt giữa 2 màng polyethylen hoặc PVC trong suốt, mỏng, mềm mại. Bản photo cứng được đúc khuôn hoặc dập. Dưới tác dụng của Tia cực tím UV hoặc ánh sáng ban ngày, nó đóng rắn lại trong vòng 5-8 phút. Nó là các tấm không màu bóng nhẵn 2 mặt Ví dụ: loại PALAPREG L của hãng BASF có 5 lớp MAT 450 g/m2, dày 4 mm IV/ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG PREPREG 5 phương pháp gia công phổ biến,được minh hoạ ở hình sau: V/ ƯU ĐIỂM CỦA PREPREG - ỨNG DỤNG Nhờ có nguyên liệu tẩm sẵn 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 đóng rắn trong khuôn đúc nén, trở thành sản phẩm composite Thời gian đóng rắn nhanh, khá rẻ so với các loại vải thuỷ tinh + resin riêng lẻ Tiết kiệm được nhân công, resin, tránh được hơi độc hại vì không phải qua khâu cắt vải thuỷ tinh, quét phủ, lăn ép resin. (hạn chế tối đa bụi vải thuỷ tinh trong môi trường làm việc) Có thể sử dụng robot để điều khiển, giúp tự động hoá được các khâu, giảm giá thành. Đặc tính cơ học rất tốt (đạt được tỷ 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). 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. 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 tấm chống đạn trên các phương tiện vận chuyển và các tấm chống đạn được đưa vào trong các áo giáp chống đạn, ngoài ra còn dùng để sửa chữa thành vỏ xe thiết 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 miếng hoặc quấn ống Công nghiệp nước sạch và nước thải: dùng để sửa chữa các đường ống Công nghiệp năng lượng mới: làm các tấm gương, các tấm 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. VI/ YÊU CẦU VỀ CHẤT LƯỢNG PREPREG Phải bảo đảm sự liên kết giữa các tầng (lớp) Độ dẻo của Prepreg phải phù hợp với chu kỳ sử dụng: dập nén để đảm bảo chất lượng liên kết Tỷ lệ cặn bã trong chất bay hơi phải ở mức tối thiểu Bảo quản tốt: nói chung prepreg được bảo quản ở -18oC, tránh gió và ánh sáng để kìm hãm sự polyme hoá (đóng rắn). How should prepregs be stored ? Prepreg is covered on both sides by protective coverings which are not removed until assembly lay-up. It should be cut to shape before removing the protective coverings and virtually no handling of the prepreg is necessary. Unlike wet lay-up methods of fibre reinforced composite manufacture, where dry fibre and liquid resin are used, uncured prepregs have no loose fibrous dust and are splash-free, leak-free and spillage free. 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. What health and safety precautions should be taken when handling prepregs ? HẾT CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN