Metodo di produzione (8) – Stampaggio a compressione
La fibra di carbonio è ampiamente utilizzata nell'aerospaziale, nelle infrastrutture, nella schermatura elettromagnetica, nella produzione automobilistica, nello sfruttamento petrolifero e in altri campi grazie ai suoi vantaggi di resistenza alla fatica, resistenza alle alte temperature, alta resistenza, alto modulo, conduttività, resistenza alle radiazioni, piccolo coefficiente di espansione termica, leggero, ecc. Ha un'elevata flessibilità nel design e può essere prodotto con vari metodi di produzione, tra cui avvolgimento, estrusione, iniezione, layup manuale e stampaggio. Di seguito ti mostreremo maggiori dettagli su uno dei metodi di produzione più comuni di prodotti in fibra di carbonio: lo stampaggio a compressione.
Le fasi del metodo di produzione dello stampaggio a compressione:
1. Posizionamento inserti incorporati (se presenti)
Le parti incorporate sono generalmente realizzate in metallo e possono migliorare le proprietà meccaniche dei prodotti, come la conduttività, la conducibilità termica o altre caratteristiche funzionali.
È meglio preriscaldare l'inserto prima di posizionarlo e l'inserto deve essere posizionato in modo accurato e stabile per evitare spostamenti o distacchi. In caso contrario, lo scopo dell'utilizzo degli inserti non può essere raggiunto e ciò potrebbe portare alla rottamazione del prodotto e persino al danneggiamento dello stampo.
2. Posa del materiale
La posa del materiale influisce sulle dimensioni e sulla densità del prodotto, pertanto il materiale deve essere rigorosamente misurato prima di essere inserito nello stampo in base al metodo del peso, al metodo volumetrico e al metodo di conteggio.
Il metodo del peso è accurato ma goffo e viene spesso utilizzato per materiali frammentati e fibrosi. Il metodo volumetrico non è accurato come il metodo del peso, ma è facile da usare ed è generalmente utilizzato per la misurazione della polvere. Il metodo di conteggio viene utilizzato solo per la posa del prepreg.
3. Chiusura dello stampo
La chiusura dello stampo si compone di 2 fasi:
1) prima che lo stampo maschio entri in contatto con i materiali: viene utilizzata una bassa pressione (1-5-3.0MPa) per accorciare il ciclo ed evitare qualsiasi cambio di materiale
2) dopo che lo stampo maschio è entrato in contatto con i materiali: la velocità di chiusura dello stampo deve essere rallentata e l'alta pressione (15-30MPa) deve essere utilizzata lentamente per evitare di danneggiare l'inserto e causare la fuoriuscita di aria dallo stampo
4. Indurimento
Il processo di transizione di un materiale da uno stato fluido a uno stato duro e insolubile è chiamato solidificazione delle resine termoindurenti. La velocità di indurimento dipende dalla velocità con cui i componenti a basso peso molecolare nella resina si trasformano in prodotti ad alto peso molecolare, cioè la velocità di indurimento è correlata alla struttura molecolare della resina.
5. Mantenimento della pressione
Il processo di indurimento della resina nello stampo è sempre ad alta temperatura e alta pressione, e il tempo di mantenimento della pressione è essenzialmente il tempo per mantenere la temperatura e la pressione, che è completamente coerente con la velocità di indurimento. Se il tempo di mantenimento della pressione è troppo breve, significa raffreddamento prematuro e riduzione della pressione che possono portare a un indurimento incompleto della resina, riducendo le proprietà meccaniche ed elettriche nonché la resistenza al calore del prodotto. Allo stesso tempo, il prodotto continuerà a restringersi e subirà deformazioni dopo la sformatura.
6. Sformatura
I prodotti con aste di formatura o determinate parti incorporate devono essere prima svitati con strumenti specializzati prima di essere sformati.
8. Pulizia della muffa
È necessario pulire lo stampo dopo ogni produzione per evitare eventuali residui di materiale nello stampo. Dopo la pulizia, è possibile applicare l'agente distaccante per il successivo stampaggio.
I principali vantaggi dell'adozione dello stampaggio a compressione per materiale composito in fibra di carbonio:
1. Elevata efficienza produttiva, specializzazione facile da raggiungere e produzione automatizzata
2. Il prodotto ha un'elevata precisione dimensionale e una buona ripetibilità
3. La superficie è liscia e non richiede molta post-elaborazione
4. In grado di formare prodotti con strutture complesse in una volta sola
5. Il prezzo è basso per la produzione di massa
Svantaggi dello stampaggio di materiali compositi in fibra di carbonio:
1. La costruzione di stampi è complessa e l'investimento è elevato
2. Adatto solo per prodotti compositi di piccole e medie dimensioni a causa del peso elevato dello stampo
Con il continuo miglioramento e lo sviluppo della tecnologia di lavorazione dei metalli, il livello di produzione della pressa e le prestazioni del processo di resina sintetica, il tonnellaggio e le dimensioni del tavolo della pressa continuano ad aumentare e anche la temperatura e la pressione di stampaggio del materiale di stampaggio sono relativamente ridotte, portando a il progressivo sviluppo di prodotti stampati di grandi dimensioni.
Durante il processo di stampaggio, è necessario prestare particolare attenzione ai tre fattori di temperatura, pressione e tempo. La temperatura ha un impatto decisivo sulla fusione, lo scorrimento e la solidificazione dei materiali; La pressione può far aderire più strettamente gli strati di prepreg in fibra di carbonio; Il tempo può consentire un tempo sufficiente affinché il prodotto nella cavità dello stampo si solidifichi.
