sales@odinmould.com +86-576-81122133
Proses persiapan prepreg bahan komposit termoplastik diperkuat serat kontinyu

Proses persiapan prepreg bahan komposit termoplastik diperkuat serat kontinyu

Aug 22, 2020

Continuous Fiber Reinforced Thermoplastic Composites (CFRT) mengacu pada ringan, kekuatan tinggi dan kekakuan tinggi yang dibentuk oleh resin termoplastik sebagai matriks dan serat kontinu sebagai bahan penguat melalui impregnasi dan ekstrusi lelehan resin. , Jenis material komposit termoplastik baru dengan ketangguhan dan kemampuan daur ulang yang tinggi.

Film dan lembaran yang terbuat dari CFRTP dapat digabungkan dengan berbagai cara, sehingga memberikan kebebasan desain yang lebih bagi desainer.

Komposit termoplastik yang diperkuat serat kontinu memiliki sifat yang sangat baik dan memiliki prospek aplikasi yang luas dalam transportasi, kedirgantaraan dan pertahanan, barang industri dan olahraga. Menurut perkiraan Lucintel&# 39, dari 2018 hingga 2023, pasar CFT global diperkirakan akan tumbuh pada tingkat pertumbuhan tahunan gabungan sebesar 8,0%.

Produksi bagian komposit termoplastik umumnya membutuhkan dua proses:

(1) Persiapan lembaran (diresapi sebelumnya);

(2) Pembentukan bagian. Prepreg adalah matriks resin yang diresapi dengan serat atau kain kontinu dalam kondisi yang dikontrol secara ketat untuk membentuk komposisi matriks dan penguat resin. Ini adalah bahan perantara untuk pembuatan bahan komposit. Sifat-sifat tertentu dari prepreg secara langsung dibawa ke material komposit dan menjadi dasar material komposit. Kinerja material komposit sangat bergantung pada kinerja prepreg.

Bahan komposit termoplastik diperkuat serat terus menerus pita prepreg searah

Dibandingkan dengan komposit berbahan dasar resin termoseting, komposit termoplastik yang diperkuat serat kontinu lebih rumit untuk diresapi. Karena viskositas leleh resin termoplastik yang tinggi, umumnya melebihi 100 Pa · s, aliran leleh menjadi sulit, sehingga serat yang diperkuat sulit untuk mendapatkan impregnasi yang baik. Oleh karena itu, memecahkan masalah impregnasi serat penguat kontinyu dengan resin termoplastik telah menjadi teknologi kunci untuk menyiapkan lembaran CFRTP.

Metode impregnasi bahan komposit termoplastik yang diperkuat serat kontinu terutama mencakup metode impregnasi larutan, metode impregnasi leleh, metode impregnasi bubuk, metode deposisi resin bubur, metode tenun campuran, metode laminasi film dan impregnasi reaksi.

1. Metode pencelupan larutan

Impregnasi solusi adalah melarutkan resin dalam pelarut yang sesuai untuk mengurangi viskositasnya ke tingkat tertentu, kemudian menggunakan proses yang digunakan dalam impregnasi resin termoset untuk menyusup ke serat, dan terakhir menghilangkan pelarut dengan pemanasan.

Keuntungan metode perendaman larutan:

Mengatasi kekurangan viskositas leleh tinggi resin termoplastik, serat diresapi dengan baik;

Proses persiapannya sederhana dan peralatannya sederhana.

Kerugian dari metode pencelupan larutan:

Pelarut harus dihilangkan seluruhnya, jika tidak ketahanan pelarut produk akan berkurang;

Terdapat stratifikasi fisik dalam proses penghilangan pelarut, penetrasi di sepanjang antarmuka serat resin dan pelarut dapat terakumulasi di pori-pori kecil dan lubang pada permukaan serat, menghasilkan antarmuka serat-resin yang buruk dan gangguan ketahanan pelarut;

Penguapan dan pemulihan pelarut mahal dan mencemari lingkungan.

Namun demikian, beberapa material komposit resin kinerja tinggi yang tidak mudah diresapi dengan teknik preparasi lain sebagian besar masih dibuat dengan impregnasi larutan.

2. Metode mencelupkan leleh

Impregnasi lebur adalah teknik preparasi dimana resin termoplastik dipanaskan dan dilebur kemudian serat diresapi. Itu dapat dicapai dengan dua cara:

Salah satunya adalah pencelupan ekstrusi leleh, yang menggunakan ekstruder untuk memberi makan lelehan ke dalam cetakan yang dilewati serat. Faktor utama yang mempengaruhi ekstrusi leleh dan proses impregnasi adalah kecepatan di mana polimer leleh menembus lapisan serat, yang bergantung pada struktur bahan penguat.

Yang lainnya adalah pultrusion leleh dan impregnasi. Cetakan pultrusion dengan struktur khusus digunakan untuk memungkinkan bundel serat kontinu yang terdispersi dan dikencangkan secara merata melewati serangkaian rangkaian roda dengan resin matriks cair yang mengalir di antara sistem roller. Setelah perubahan bergantian, serat dan lelehan dipaksa untuk menghamili untuk mencapai efek impregnasi yang ideal. Namun, metode ini hanya dapat digunakan untuk menghasilkan partikel yang diperkuat serat panjang (biasanya berukuran 6-10mm), bukan lembaran.

Kedua metode di atas memberi banyak tekanan pada serat, yang akan menyebabkan kerusakan serat. Keuntungan utama dari metode pencelupan leleh adalah tidak memerlukan pelarut apapun.

3. Metode pencelupan bubuk

Metode impregnasi bubuk adalah dengan menyerap bubuk resin halus pada permukaan serat monofilamen melalui aksi elektrostatis pada unggun vulkanisir, kemudian panaskan untuk menyatukan bubuk, dan akhirnya membuat serat menyusup selama proses pencetakan. Karena impregnasi dalam keadaan kering, proses pemrosesan tidak dibatasi oleh viskositas matriks, dan polimer dengan berat molekul tinggi dapat didistribusikan ke dalam serat.

Diameter partikel polimer yang dapat teradsorbsi pada serat berkisar antara 5 ~ 25μm, dan diameter serbuk resin lebih disukai 5 ~ 10μm.

Keuntungan dari metode pencelupan bubuk:

Lebih sedikit kerusakan serat, tidak ada degradasi polimer; kecepatan pemrosesan cepat dan biaya rendah.

Kekurangan impregnasi bubuk:

Infiltrasi hanya dapat diselesaikan selama proses pencetakan, dan bubuknya mudah hilang;

Waktu, suhu dan tekanan yang diperlukan untuk infiltrasi bergantung pada ukuran dan distribusi ukuran partikel bubuk.

4. Tempelkan metode deposisi resin

Metode pengendapan resin bubur dikembangkan oleh perusahaan kertas Perancis Arjomari dan perusahaan British Wiggins Teape, dan prosesnya mirip dengan proses pembuatan kertas. Arjomari menyebarkan serat kaca dengan panjang cincang 6-25mm, bubuk resin dan pengemulsi dalam air bersama-sama membentuk suspensi berair, dan kemudian menambahkan flokulan untuk menggumpal pada layar filter mesin pembentuk hidraulik untuk membuat agregat dan air Dipisahkan, panas ditekan menjadi agregat seperti kain, dan dilebur menjadi lembaran.

Keuntungan dari metode deposisi resin bubur adalah dispersi serat yang baik, kerusakan lebih sedikit, panas lebih sedikit, dan efisiensi produksi tinggi; Kerugiannya adalah kesulitan teknis yang tinggi dan biaya peralatan yang tinggi.

5. Metode campuran

Metode pencampuran adalah dengan menggabungkan erat resin termoplastik yang dipintal menjadi serat atau pita film dengan serat penguat dalam proporsi tertentu untuk membentuk pasir campuran, dan kemudian melewati zona impregnasi tertutup bersuhu tinggi untuk melelehkan serat resin menjadi matriks.

Serat campuran dapat dengan mudah dibuat menjadi kain dengan proses penenunan umum, dan pencampurannya hampir seragam. Semakin rendah tekanan yang diperlukan untuk proses curing, keadaan ideal pencampuran adalah bahwa setiap serat penguat berdekatan dengan serat matriks, tetapi karena penguatan tersebut, sifat fisik serat dan serat matriks sangat berbeda, yang sebenarnya sulit untuk dicapai. .

Metode perajutan campuran memiliki kinerja pemrosesan yang baik, kandungan resin mudah dikendalikan, serat dapat sepenuhnya disusupi, dan benang campuran dapat ditenun menjadi berbagai bentuk kompleks, termasuk struktur tiga dimensi, atau dapat dililitkan langsung untuk diproduksi material komposit dengan kinerja luar biasa.

Namun, teknologi ini tidak cocok untuk komposit bahan serat kaca dan cetakan kebutuhan sehari-hari atau bahan rekayasa termoplastik suhu rendah.

6. Metode susun film tipis

Metode laminasi film adalah untuk melapiskan lapisan bahan yang diperkuat serat dan lembaran bahan termoplastik, panas dan tekan untuk membuat aliran polimer antara bahan yang diperkuat, dan kemudian mengeras.

Tekanan yang diterapkan oleh metode laminasi film harus cukup besar sehingga lelehan dapat masuk di antara lapisan serat tanpa mengalir di antara lapisan penguat. Nilai tekanan tipikal kurang dari 2MPa. Komposit setelah pendinginan seharusnya tidak memiliki lubang, dan tekanan yang dibantu vakum dapat memastikan bahwa lembaran tidak berpori. Metode ini banyak digunakan untuk membentuk lembaran dengan bentuk permukaan yang kompleks.

Keuntungan dari metode laminasi film: Dapat menghasilkan laminasi berkualitas tinggi, tetapi karena viskositas larutan yang tinggi, diperlukan tekanan yang lebih tinggi. Kerugian dari metode laminasi film: kandungan resin yang tinggi dan biaya yang tinggi; resin matriks viskositas tinggi sulit untuk menyusup ke dalam serat. 07 Metode impregnasi reaktif Metode impregnasi reaktif memanfaatkan berat molekul awal monomer atau prepolimer&# 39 yang rendah, viskositas leleh yang rendah, dan fluiditas yang baik, yang dapat sepenuhnya menyusup ke serat. Bahan komposit matriks resin termoplastik diperkuat serat kontinyu dibuat dengan polimerisasi in-situ.

Namun, kondisi proses semacam ini relatif keras, reaksinya tidak mudah dikendalikan, dan industrialisasi belum tercapai.