RTM در مقابل HP-RTM: این فرآیندهای قالب گیری فیبر کربن چگونه مقایسه می شوند؟

قالب‌گیری انتقال رزین (RTM) و قالب‌گیری انتقال فشار قوی رزین (HP-RTM) دو فرآیند قالب‌گیری کامپوزیت مایع هستند که مفهوم اساسی یکسانی دارند - تزریق رزین مایع به یک قالب بسته حاوی یک پیش‌فرم الیاف خشک - اما در فشار تزریق، زمان چرخه، قابلیت کسر حجمی فیبر و تجهیزات پرس مورد نیاز آنها تفاوت قابل‌توجهی دارند. از آنجایی که قطعات کامپوزیتی فیبر کربن از کاربردهای صرفاً هوافضا به اجزای ساختاری خودرو گسترش می‌یابد، انتخاب بین RTM و HP-RTM یکی از مهم‌ترین تصمیمات فناوری در سرمایه‌گذاری خط تولید کامپوزیت است.

چگونه RTM کار می کند

در RTM استاندارد، یک پیش‌فرم الیاف خشک - که معمولاً بافته شده، بافته شده، یا پارچه غیر چین خورده (NCF) فیبر کربن یا شیشه بریده شده و به شکل هندسی قطعه شکل می‌گیرد - در یک ابزار فلزی همسان (نیمه‌های قالب بالا و پایین) قرار می‌گیرد. قالب بسته می شود و گیره می شود و رزین مایع (معمولاً اپوکسی، وینیل استر یا پلی استر) با فشار کم - معمولاً 1-10 بار - از طریق یک یا چند پورت تزریق تزریق می شود. رزین از طریق پیش‌فرم فیبر جریان می‌یابد و هوا را از طریق دریچه‌های دریچه در طرف مقابل قالب جابجا می‌کند تا زمانی که قالب پر شود. سپس رزین - در دمای اتاق برای برخی از سیستم‌ها، یا در دمای بالا (60 تا 120 درجه سانتیگراد) برای سیستم‌های اپوکسی با پخت سریع‌تر - پخته می‌شود و قطعه پس از پخت کامل قالب‌گیری می‌شود.

استاندارد RTM یک فرآیند به خوبی تثبیت شده با سابقه طولانی در کاربردهای انرژی هوافضا، دریایی و بادی است. فشار تزریق کم آن امکان استفاده از ابزارآلات نسبتاً کم‌هزینه - از جمله قالب‌های کامپوزیت تقویت‌شده به جای آلومینیوم یا فولاد ماشین‌کاری شده - را می‌دهد و این فرآیند با هندسه‌های پیچیده سه‌بعدی سازگار است که پر کردن آنها با سایر فرآیندهای قالب‌گیری دشوار است. محدودیت اولیه زمان چرخه است: در فشارهای تزریق پایین، جریان رزین از طریق پریفرم الیاف آهسته است و زمان پخت برای سیستم‌های اپوکسی استاندارد در دمای پایین طولانی است - زمان کل چرخه 30 تا 90 دقیقه در هر قسمت برای RTM استاندارد معمول است.

چگونه HP-RTM Works

HP-RTM از همان مفهوم اساسی RTM استاندارد استفاده می کند - پریفرم خشک در قالب بسته، تزریق رزین مایع - اما در فشارهای تزریق به طور چشمگیری بالاتر عمل می کند: 30-120 بار، در مقایسه با 1-10 بار برای RTM استاندارد. این فشار تزریق بالاتر توسط یک سیستم اختلاط و تزریق فشار بالا (معمولاً یک سر اختلاط برخوردی با فشار بالا، مشابه آنچه در پردازش RIM پلی اورتان استفاده می‌شود) به دست می‌آید که رزین راکتیو دو جزئی را با نسبت اختلاط دقیق کنترل‌شده مستقیماً به داخل حفره قالب می‌رساند.

فشار تزریق بالا در HP-RTM دو پیامد فرآیند حیاتی دارد. اول، به طور چشمگیری جریان رزین را از طریق پیش‌فرم فیبر تسریع می‌کند و امکان پر شدن کامل قالب را در 10 تا 60 ثانیه به جای 5 تا 30 دقیقه RTM استاندارد - حتی برای قطعات بزرگ و پیچیده با کسر حجمی فیبر بالا، ممکن می‌سازد. دوم، استفاده از سیستم‌های رزینی با واکنش سریع - اپوکسی‌های اصلاح‌شده با عمر گلدانی 60 تا 120 ثانیه - را ممکن می‌کند که در نرخ‌های پر شدن آهسته RTM استاندارد غیرقابل اجرا هستند. این سیستم‌های رزین سریع می‌توانند در 2 تا 5 دقیقه در دمای قالب 80 تا 120 درجه سانتی‌گراد به طور کامل پخت شوند و زمان‌های چرخه کلی 3 تا 8 دقیقه در هر قسمت را برای اجزای فیبر کربن ساختاری ممکن می‌سازند.

RTM در مقابل HP-RTM: مقایسه مستقیم

پرس در HP-RTM: چرا با یک پرس کامپوزیت استاندارد متفاوت است

پرس HP-RTM صرفاً یک مکانیسم بستن نیست، بلکه یک شرکت فعال در فرآیند در طول چرخه تزریق و درمان است. پرس باید چندین قابلیت را به طور همزمان ارائه دهد که پرس های کامپوزیت استاندارد برای آنها طراحی نشده اند.

نیروی بستن بالا تحت فشار تزریق

در فشار تزریق 100 بار، نیروی جداسازی قالب در یک قطعه 1 متر مربعی 1000 کیلونیوتن (100 تن) است. برای قطعات ساختاری در مقیاس خودرو با مساحت 2 تا 3 متر مربع، فشار تزریق به تنهایی 2000 تا 3000 کیلو نیوتن نیروی باز کردن قالب ایجاد می کند. نیروی گیره پرس باید در طول مرحله تزریق بیشتر از این باشد و در عین حال موازی دقیق صفحه را نیز حفظ کند تا خط جداسازی قالب باز نشود و رزین جرقه بزند. پرس های HP-RTM در تولید خودرو معمولاً با ظرفیت گیره 1000 تا 3000 تن مشخص می شوند.

تنفس کنترل شده در حین تزریق

یکی از ویژگی های مهم کنترل پرس HP-RTM "تنفس" است - یک باز شدن برنامه ریزی شده کنترل شده قالب به میزان چند دهم میلی متر در شروع تزریق رزین، و سپس با پر شدن قالب به گیره کامل بسته می شود. این باز شدن کنترل شده یک شکاف لحظه ای در خط جداسازی ایجاد می کند که به هوا اجازه می دهد جلوتر از جلوی رزین پیشروی خارج شود و به طور قابل توجهی محتوای خالی در قسمت نهایی را کاهش می دهد. توالی تنفس نیاز به حرکت فشاری کنترل شده توسط سروو با دقت موقعیت ± 0.05 میلی متر دارد که با سیستم های کنترل پرس هیدرولیک معمولی قابل دستیابی نیست.

یکپارچه سازی مدیریت حرارتی

دمای قالب در HP-RTM باید دقیقاً در 80-120 درجه سانتیگراد در طول چرخه تولید حفظ شود تا سیستم رزین پخت سریع فعال شود. مدارهای گرمایش صفحه پرس انرژی حرارتی را به قالب فولادی از طریق تماس صمیمی تامین می‌کنند - هرگونه مقاومت حرارتی بین صفحه و قالب باعث کاهش یکنواختی دما و ایجاد تغییرات سرعت پخت در سراسر قطعه می‌شود. پرس های HP-RTM با رابط های مستقیم برای نصب قالب طراحی شده اند که تماس حرارتی را به حداکثر می رساند و با ظرفیت سیستم گرمایشی کافی برای حفظ دمای مورد نظر علیرغم اتلاف حرارت بین چرخه ها.

ادغام با سیستم تزریق

هد اختلاط پرفشار - که رزین دو جزئی را با فشار 30 تا 120 بار از طریق یک پورت در قالب تحویل می‌دهد - باید از نظر فیزیکی با پرس ادغام شود به گونه‌ای که به سر تزریق اجازه دهد با بسته شدن پرس با درگاه تزریق قالب درگیر شود و قبل از باز شدن پرس برای قالب‌گیری جمع شود. این ادغام نیاز به مهندسی سفارشی رابط سیستم تزریق پرس و ارتباط بین سیستم کنترل پرس و کنترل کننده واحد تزریق دارد تا توالی تزریق با حرکت و موقعیت پرس همگام شود.

چه زمانی باید RTM را انتخاب کرد و چه زمانی HP-RTM را انتخاب کرد

زمانی که RTM را انتخاب کنید:

حجم تولید تقریباً کمتر از 5000 قطعه در سال است - در این حجم، هزینه سرمایه ای اتوماسیون HP-RTM و تجهیزات سروو پرس را نمی توان با قطعات کافی برای رقابتی بودن قیمت مستهلک کرد. هندسه قطعه در سه بعدی بسیار پیچیده است - هندسه های نامنظم که در آن رزین باید در فواصل طولانی از طریق معماری فیبر تنگ جریان داشته باشد از زمان پر شدن طولانی تر موجود در RTM استاندارد با رزین از پیش مخلوط شده بهره می برد. کاربردها در هوافضا، موتوراسپورت یا دریایی هستند، جایی که زمان چرخه به حداکثر کسر حجمی فیبر و عملکرد ساختاری ثانویه است.

HP-RTM را انتخاب کنید زمانی که:

حجم تولید بیش از 5000 قطعه در سال است و زمان چرخه مستقیماً بر توان خط تولید تأثیر می گذارد. این برنامه ساختاری خودرو است - ستون‌های B، پانل‌های سقف، سازه‌های درب، اجزای زیرفرم - که در آن زمان‌های چرخه 3 تا 8 دقیقه برای ادغام با زمان‌های خط مونتاژ خودرو ضروری است. الزامات کیفیت سطح در هر دو وجه قالب سخت است. کسر حجمی فیبر کربن 55 تا 65 درصد برای عملکرد ساختاری در حداقل وزن مورد نیاز است. این برنامه سرمایه گذاری در ابزارآلات فولادی، سروو پرس و سیستم های پریفرم خودکار و جابجایی قطعات را توجیه می کند.

سوالات متداول

چه سیستم های رزینی در HP-RTM استفاده می شود؟

HP-RTM از سیستم‌های رزین راکتیو دو جزئی استفاده می‌کند - معمولاً سیستم‌های اپوکسی که به‌طور خاص برای ویسکوزیته کم (برای جریان در فشار بالا از طریق پریفرم‌های الیاف محکم)، واکنش‌پذیری سریع (برای پخت کامل در 2 تا 5 دقیقه در دمای 80 تا 120 درجه سانتی‌گراد)، و عمر گلدان کافی در سر اختلاط 20 ثانیه (قبل از ژل‌گیری 60 تا کامل) فرموله شده‌اند. اپوکسی های استاندارد هوافضا با عمر گلدانی 30 دقیقه با HP-RTM ناسازگار هستند - حتی در دمای بالا قالب در طول زمان چرخه فرآیند کامل نمی شوند. سیستم‌های اپوکسی با پخت سریع از تامین‌کنندگانی از جمله Huntsman، Hexion و Olin، انتخاب‌های استاندارد برای تولید HP-RTM خودرو هستند. کامپوزیت های زمینه پلی یورتان نیز از طریق HP-RTM (اغلب HP-PURIM نامیده می شود) برای کاربردهایی که به چقرمگی و مقاومت ضربه ای برتر از اپوکسی نیاز دارند، پردازش می شوند.

آیا HP-RTM می تواند پارچه فیبر کربنی بافته شده را پردازش کند؟

بله - HP-RTM پارچه‌های بافته شده، پارچه‌های بدون چین (NCF) و تشک‌های فیبر خرد شده یا ترکیبی از این‌ها را در یک پشته پیش‌فرم طراحی‌شده برای نیازهای ساختاری قطعه خاص پردازش می‌کند. پارچه‌های بافته شده کنترل‌شده‌ترین معماری فیبر را ارائه می‌کنند، اما نسبت به NCF به اعوجاج فیبر در هنگام تزریق فشار بالا حساس‌تر هستند. NCF (0°/90° یا چیدمان های چند محوری) یکنواختی ویژگی درون صفحه را بهتر می کند و نسبت به حرکت فیبر ناشی از جریان حساسیت کمتری دارد. لایه‌های حصیر فیبر خرد شده گاهی در پریفرم‌های HP-RTM گنجانده می‌شود تا با ایجاد یک لایه سطحی غنی از رزین، تقویت‌کننده ضخامت و کیفیت سطح را بهبود بخشد. طراحی پریفرم - معماری فیبر، ترتیب لایه ها، نفوذپذیری پریفرم - یکی از حیاتی ترین فعالیت های مهندسی در توسعه قطعات HP-RTM است و به طور مستقیم رفتار پر کردن، محتوای خالی و عملکرد مکانیکی قطعه تمام شده را تعیین می کند.

چگونه does HP-RTM compare to prepreg autoclave processing for carbon fiber structural parts?

پردازش اتوکلاو Prepreg به بالاترین کسر حجمی فیبر (60-70٪ Vf) و بهترین خواص مکانیکی هر فرآیند فیبر کربنی دست می یابد، اما به زمان پخت اتوکلاو 1 تا 4 ساعت در هر دسته و زیرساخت اختصاصی اتوکلاو نیاز دارد. HP-RTM 55-65% Vf را با زمان چرخه 3 تا 10 دقیقه در هر قطعه به دست می آورد - قابل رقابت با قالب گیری تزریقی برای نرخ قطعه - و به تجهیزات اتوکلاو نیاز ندارد. برای ساختار اولیه هوافضا که در آن حداکثر عملکرد محرک طراحی بدون توجه به نرخ تولید است، اتوکلاو prepreg استاندارد باقی می ماند. برای قطعات ساختاری خودرو که 50000 حجم سالانه مورد نیاز است و زمان چرخه 3 تا 8 دقیقه لازم است، HP-RTM تنها فرآیند CFRP است که نیاز نرخ تولید را برآورده می‌کند. شکاف عملکرد مکانیکی بین HP-RTM و پیش‌آب اتوکلاو با بهبود سیستم‌های رزین پخت سریع و پیشرفت فناوری عملکرد کاهش یافته است.

چه حجم تولید سالانه سرمایه گذاری مطبوعات HP-RTM را توجیه می کند؟

حجم سربه سر HP-RTM در مقایسه با استاندارد RTM به قطعه خاص، هزینه های ابزارآلات و نرخ نیروی کار محلی بستگی دارد، اما یک دستورالعمل کلی برای برنامه های خودرو تقریباً 3000 تا 8000 قطعه در سال به عنوان حداقل حجمی است که در آن هزینه سرمایه بالاتر HP-RTM برای هر قطعه با زمان چرخه و هزینه عملیاتی کمتر هر قطعه در مقیاس جبران می شود. کمتر از این حجم، RTM استاندارد یا RTM با کمک خلاء (VARTM) با ابزار کامپوزیت معمولاً مقرون به صرفه تر است. بیش از 20000 قطعه در سال، HP-RTM با پرس کامل و اتوماسیون هندلینگ گزینه غالب مقرون به صرفه برای تولید خودروهای CFRP ساختاری است.

پرس سروو قالب گیری HP-RTM | پرس قالب گیری RTM | پرس قالب گیری سروو SMC | راه حل های صنعت خودرو | راه حل های صنعت هوافضا | تماس با ما