שני תהליכי RTM המתאימים לחומרים מרוכבים בעלי ביצועים גבוהים בקנה מידה גדול

תהליך יציקת העברת שרף (RTM) הוא תהליך יציקה נוזלי טיפוסי לחומרים מרוכבים מבוססי שרף מחוזקים בסיבים, הכולל בעיקר:
(1) עיצוב סיבים preforms בהתאם לצורה ולדרישות הביצועים המכניים של הרכיבים הנדרשים;
(2) הנח את תבנית הסיבים שתוכננה מראש בתבנית, סגור את התבנית ודחוס אותה כדי לקבל את חלק הנפח המתאים של קדם הסיבים;
(3) תחת ציוד הזרקה מיוחד, הזרקו שרף לתבנית בלחץ וטמפרטורה מסוימים כדי לסלק אוויר ולטבול אותו בתבנית הסיבים;
(4) לאחר שפורם הסיבים טבול לחלוטין בשרף, תגובת הריפוי מתבצעת בטמפרטורה מסוימת עד להשלמת תגובת הריפוי, והוצאת המוצר הסופי.

לחץ העברת השרף הוא הפרמטר העיקרי שיש לשלוט בתהליך RTM.לחץ זה משמש כדי להתגבר על ההתנגדות שנתקלת בהזרקה לחלל התבנית וטבילה של חומר החיזוק.הזמן עד להשלמת השידור של שרף קשור ללחץ המערכת והטמפרטורה, וזמן קצר יכול לשפר את יעילות הייצור.אבל אם קצב זרימת השרף גבוה מדי, הדבק לא יכול לחדור לחומר החיזוק בזמן, ותאונות עלולות להתרחש עקב עלייה בלחץ המערכת.לכן, בדרך כלל נדרש שרמת נוזל השרף הנכנסת לתבנית במהלך תהליך ההעברה לא תעלה מהר יותר מ-25 מ"מ לדקה.עקוב אחר תהליך העברת השרף על ידי התבוננות ביציאת הפריקה.בדרך כלל מניחים שתהליך ההעברה מסתיים כאשר בכל יציאות התצפית על התבנית יש גלישה של דבק ואינן משחררות עוד בועות, וכמות השרף הנוספת בפועל זהה בעצם לכמות הצפוי של השרף המוסף.לכן, יש לשקול היטב את הגדרת יציאות הפליטה.

בחירת שרף

בחירת מערכת שרף היא המפתח לתהליך RTM.הצמיגות האופטימלית היא 0.025-0.03Pa • s כאשר השרף משתחרר לחלל העובש וחודר במהירות לסיבים.שרף פוליאסטר הוא בעל צמיגות נמוכה וניתן להשלים אותו על ידי הזרקה קרה בטמפרטורת החדר.עם זאת, בשל דרישות הביצועים השונות של המוצר, ייבחרו סוגים שונים של שרפים, וצמיגותם לא תהיה זהה.לכן, יש לתכנן את גודל הצינור וראש ההזרקה כך שיעמדו בדרישות הזרימה של רכיבים מיוחדים מתאימים.השרפים המתאימים לתהליך RTM כוללים שרף פוליאסטר, שרף אפוקסי, שרף פנולי, שרף פוליאמיד וכו'.

בחירת חומרי חיזוק

בתהליך ה-RTM ניתן לבחור חומרי חיזוק כמו סיבי זכוכית, סיבי גרפיט, סיבי פחמן, סיליקון קרביד וסיבי ארמיד.ניתן לבחור זנים בהתאם לצרכי העיצוב, כולל סיבים קצרים, בדים חד-כיווניים, בדים מרובי צירים, אריגה, סריגה, חומרי ליבה או פרפורמים.
מנקודת המבט של ביצועי המוצר, לחלקים המיוצרים בתהליך זה יש שבריר נפח סיבים גבוה וניתן לעצב אותם עם חיזוק סיבים מקומי בהתאם לצורה הספציפית של החלקים, מה שמועיל לשיפור ביצועי המוצר.מנקודת המבט של עלויות הייצור, 70% מהעלות של רכיבים מרוכבים נובעים מעלויות ייצור.לכן, כיצד להפחית את עלויות הייצור הוא נושא חשוב שצריך לפתור בדחיפות בפיתוח חומרים מרוכבים.בהשוואה לטכנולוגיית מיכל הכבישה החמה המסורתית לייצור חומרים מרוכבים המבוססים על שרף, תהליך RTM אינו דורש גופי מיכל יקרים, מה שמפחית מאוד את עלויות הייצור.יתרה מכך, החלקים המיוצרים בתהליך RTM אינם מוגבלים בגודל המיכל, וטווח המידות של החלקים גמיש יחסית, מה שיכול לייצר רכיבים מרוכבים גדולים ובעלי ביצועים גבוהים.בסך הכל, תהליך ה-RTM מיושם באופן נרחב ופותח במהירות בתחום ייצור חומרים מרוכבים, והוא עתיד להפוך לתהליך הדומיננטי בייצור חומרים מרוכבים.
בשנים האחרונות, מוצרי חומרים מרוכבים בתעשיית הייצור האווירית והחלל עברו בהדרגה מרכיבים שאינם נושאי עומס ורכיבים קטנים לרכיבים נושאי עומס ראשיים ורכיבים משולבים גדולים.קיימת דרישה דחופה לייצור חומרים מרוכבים גדולים ובעלי ביצועים גבוהים.לכן, פותחו תהליכים כגון דפוס העברת שרף בעזרת ואקום (VA-RTM) ודפוס העברת שרף קל (L-RTM).

תהליך דפוס העברת שרף בעזרת ואקום תהליך VA-RTM

תהליך דפוס העברת שרף בעזרת ואקום VA-RTM הוא טכנולוגיית תהליך הנגזרת מתהליך ה-RTM המסורתי.התהליך העיקרי של תהליך זה הוא שימוש במשאבות ואקום וציוד אחר כדי לשאוב את פנים התבנית שבה נמצא הקדם-סיב, כך שהשרף מוזרק לתבנית בפעולת לחץ שלילי ואקום, להשגת תהליך החדירה של את קדם-הסיבים, ולבסוף מתמצקים ויוצרים בתוך התבנית כדי לקבל את הצורה הנדרשת ושבריר נפח הסיבים של חלקי החומר המרוכב.

בהשוואה לטכנולוגיית RTM המסורתית, טכנולוגיית VA-RTM משתמשת בשאיבת ואקום בתוך התבנית, מה שיכול להפחית את לחץ ההזרקה בתוך התבנית ולהפחית במידה ניכרת את העיוות של התבנית והקדם סיבים, ובכך להפחית את דרישות הביצועים של התהליך עבור ציוד ותבניות. .זה גם מאפשר לטכנולוגיית RTM להשתמש בתבניות קלות יותר, מה שמועיל להפחתת עלויות הייצור.לכן, טכנולוגיה זו מתאימה יותר לייצור חלקים מרוכבים גדולים, לדוגמה, צלחת מרוכבת סנדוויץ' קצף היא אחד הרכיבים הגדולים הנפוצים בתחום התעופה והחלל.
בסך הכל, תהליך VA-RTM מתאים מאוד להכנת רכיבים מרוכבים גדולים ובעלי ביצועים גבוהים.עם זאת, תהליך זה עדיין ממוכן למחצה בסין, וכתוצאה מכך יעילות ייצור מוצרים נמוכה.יתרה מכך, עיצוב פרמטרי תהליך מסתמך בעיקר על ניסיון, ועדיין לא הושג עיצוב מושכל, מה שמקשה על שליטה מדויקת באיכות המוצר.יחד עם זאת, מחקרים רבים הצביעו על כך שדרגות לחץ נוצרות בקלות בכיוון זרימת השרף בתהליך זה, במיוחד כאשר משתמשים בשקיות ואקום, תהיה מידה מסוימת של הרפיית לחץ בחזית זרימת השרף, שתהיה משפיעים על חדירת שרף, גורמים להיווצרות בועות בתוך חומר העבודה ומפחיתים את התכונות המכניות של המוצר.יחד עם זאת, חלוקת לחץ לא אחידה תגרום לפיזור עובי לא אחיד של חומר העבודה, ומשפיעה על איכות המראה של חומר העבודה הסופי, זהו גם אתגר טכני שהטכנולוגיה עדיין צריכה לפתור.

תהליך יציקת העברת שרף קל תהליך L-RTM

תהליך L-RTM ליציקת העברת שרף קלה הוא סוג חדש של טכנולוגיה שפותחה על בסיס טכנולוגיית תהליך VA-RTM המסורתית.כפי שמוצג באיור, המאפיין העיקרי של טכנולוגיית תהליך זו הוא שהתבנית התחתונה מאמצת תבנית מתכת או תבנית קשיחה אחרת, והתבנית העליונה מאמצת תבנית קשיחה למחצה.פנים התבנית מעוצב עם מבנה איטום כפול, והתבנית העליונה מקובעת חיצונית באמצעות ואקום, בעוד שהחלק הפנימי משתמש בוואקום להחדרת שרף.עקב השימוש בתבנית חצי קשיחה בתבנית העליונה של תהליך זה, ומצב הוואקום בתוך התבנית, הלחץ בתוך התבנית ועלות הייצור של התבנית עצמה מופחתים מאוד.טכנולוגיה זו יכולה לייצר חלקים מרוכבים גדולים.בהשוואה לתהליך VA-RTM המסורתי, עובי החלקים המתקבלים בתהליך זה אחיד יותר ואיכות המשטחים העליונים והתחתונים עדיפה.יחד עם זאת, ניתן לעשות שימוש חוזר בחומרים חצי קשיחים בתבנית העליונה, טכנולוגיה זו מונעת בזבוז של שקיות ואקום בתהליך VA-RTM, מה שהופך אותה למתאים מאוד לייצור חלקים מרוכבים לתעופה וחלל עם דרישות איכות משטח גבוהות.

עם זאת, בתהליך הייצור בפועל, עדיין קיימים קשיים טכניים מסוימים בתהליך זה:
(1) עקב השימוש בחומרים קשיחים למחצה בתבנית העליונה, קשיחות לא מספקת של החומר עלולה להוביל בקלות לקריסה במהלך תהליך התבנית המקובעת בוואקום, וכתוצאה מכך לעובי לא אחיד של חומר העבודה ולהשפיע על איכות פני השטח שלו.יחד עם זאת, קשיחות התבנית משפיעה גם על אורך החיים של התבנית עצמה.כיצד לבחור חומר חצי קשיח מתאים כתבנית עבור L-RTM הוא אחד הקשיים הטכניים ביישום תהליך זה.
(2) בשל השימוש בשאיבת ואקום בתוך תבנית טכנולוגיית תהליך L-RTM, לאיטום התבנית תפקיד מכריע בהתקדמות החלקה של התהליך.איטום לא מספיק עלול לגרום לחדירת שרף לא מספקת לתוך חומר העבודה, ובכך להשפיע על הביצועים שלו.לכן, טכנולוגיית איטום עובש היא אחד הקשיים הטכניים ביישום תהליך זה.
(3) השרף המשמש בתהליך L-RTM צריך לשמור על צמיגות נמוכה במהלך תהליך המילוי כדי להפחית את לחץ ההזרקה ולשפר את חיי השירות של התבנית.פיתוח מטריצת שרף מתאימה הוא אחד הקשיים הטכניים ביישום תהליך זה.
(4) בתהליך L-RTM, בדרך כלל יש צורך לתכנן תעלות זרימה על התבנית כדי לקדם זרימת שרף אחידה.אם תכנון ערוץ הזרימה אינו סביר, הוא עלול לגרום לפגמים כמו כתמים יבשים ושומן עשיר בחלקים, מה שפוגע קשות באיכותם הסופית של החלקים.במיוחד עבור חלקים תלת מימדיים מורכבים, כיצד לתכנן את תעלת זרימת התבנית בצורה סבירה הוא גם אחד הקשיים הטכניים ביישום תהליך זה.