วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ต้องผ่านกระบวนการขึ้นรูปตั้งแต่พรีเพร็กจนถึงชิ้นส่วนสำเร็จรูป ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีคาร์บอนไฟเบอร์ กระบวนการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ก็ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องเช่นกัน อย่างไรก็ตาม กระบวนการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์แบบต่างๆ ไม่ได้มีการปรับปรุงหรือขจัดออกไป มักจะมีกระบวนการหลายอย่างร่วมกันเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดภายใต้เงื่อนไขและสถานการณ์ที่แตกต่างกัน ต่อไปนี้เป็นรายชื่อกระบวนการขึ้นรูปวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่ใช้กันทั่วไป 12 รายการในขั้นตอนนี้ มาดูกันว่าคุณรู้จักกระบวนการใดบ้าง
กระบวนการฉีดขึ้นรูป
เป็นกระบวนการขึ้นรูปด้วยแรงดันต่ำแบบใช้มือในการขึ้นรูป หลังจากผสมเส้นใยสั้นและเรซินด้วยปืนฉีดพ่นแล้ว จะมีการพ่นอากาศอัดลงบนแม่พิมพ์ เมื่อได้ความหนาตามที่กำหนดแล้ว จะถูกกดด้วยมือด้วยลูกกลิ้งยาง จากนั้นจึงทำการบ่ม กระบวนการขึ้นรูปกึ่งกลไกที่สร้างขึ้นเพื่อปรับปรุงการขึ้นรูปด้วยมือนั้นมีประสิทธิภาพการทำงานที่ดีขึ้นในระดับหนึ่ง แต่ก็ยังไม่สามารถตอบสนองการผลิตจำนวนมากได้ กระบวนการนี้ใช้ในการผลิตชั้นเปลี่ยนผ่านสำหรับตัวถังรถยนต์ ตัวถังเรือ อ่างอาบน้ำ และถังเก็บน้ำ
การขึ้นรูปม้วน
เทปไฟเบอร์หรือผ้าต่อเนื่องที่ชุบด้วยกาวเรซินจะถูกม้วนลงบนแม่พิมพ์แกนตามรูปแบบที่กำหนด จากนั้นจึงทำการบ่มและถอดแม่พิมพ์ออกเพื่อให้กลายเป็นผลิตภัณฑ์แบบผสม การขึ้นรูปด้วยเส้นใยคาร์บอนสามารถให้ความแข็งแรงเฉพาะสูง โมดูลัสเฉพาะสูง และความหนาแน่นต่ำได้อย่างเต็มที่ โครงสร้างผลิตภัณฑ์นั้นเรียบง่ายและสามารถใช้ในการผลิตกระบอกสูบ ทรงกลม และวัตถุหมุนที่มีความโค้งบวกบางส่วนหรือผลิตภัณฑ์เส้นใยคาร์บอนทรงกระบอก
การขึ้นรูปของเหลว
กระบวนการสังเคราะห์โมโนเมอร์ของเหลวให้เป็นพอลิเมอร์ที่มีโมเลกุลสูงแล้วจึงบ่มพอลิเมอร์ให้เป็นวัสดุคอมโพสิตถูกเปลี่ยนให้เสร็จสมบูรณ์โดยตรงในแม่พิมพ์ในเวลาเดียวกัน ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดการใช้พลังงานในกระบวนการเท่านั้น แต่ยังช่วยลดรอบการขึ้นรูป (ใช้เวลาเพียงประมาณ 2 นาทีในการทำให้ผลิตภัณฑ์เสร็จสมบูรณ์) อย่างไรก็ตาม การประยุกต์ใช้กระบวนการนี้จะต้องขึ้นอยู่กับการขนส่งทางท่อและการวัดที่แม่นยำ รวมถึงการควบคุมอุณหภูมิและแรงดันอัตโนมัติ กระบวนการนี้เป็นส่วนหนึ่งของจุดตัดระหว่างวัสดุพอลิเมอร์และวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีขั้นสูงที่ทันสมัย และการใช้งานในปัจจุบันยังไม่กว้างขวางมากนัก
การขึ้นรูปด้วยของเหลวประกอบด้วย: กระบวนการขึ้นรูป RTM, การขึ้นรูป RFI และการขึ้นรูป VARI
ข้อได้เปรียบหลักของกระบวนการขึ้นรูปด้วยการแทรกซึมของฟิล์มเรซิน (RFI) คือแม่พิมพ์นั้นง่ายกว่าแม่พิมพ์กระบวนการ RTM เรซินไหลไปตามทิศทางความหนา แทรกซึมไฟเบอร์ได้ง่ายกว่า ไม่มีพรีเพร็ก และต้นทุนก็ต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำของขนาดและคุณภาพพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่ได้นั้นไม่ดีเท่ากระบวนการ RTM ปริมาณช่องว่างจะสูงกว่า และประสิทธิภาพจะต่ำกว่าเล็กน้อย เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนแบนหรือโค้งเรียบง่ายขนาดใหญ่
ข้อดีของกระบวนการขึ้นรูปด้วยเครื่องช่วยสูญญากาศ (VARI) คือ การใช้ทรัพยากรธรรมชาติในปริมาณมาก การตกแต่งและการประมวลผลชิ้นส่วนน้อยลง ไม่จำเป็นต้องใช้พรีเพร็ก ต้นทุนต่ำ และเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างแผงผนังขนาดใหญ่ที่อุณหภูมิห้องหรืออุณหภูมิต่ำ แต่ข้อเสียจะคล้ายกับกระบวนการขึ้นรูปด้วย RFI
การขึ้นรูปด้วยเรซินถ่ายโอน (RTM)
เทคโนโลยีการขึ้นรูปเรซินถ่ายโอน (RTM: Resin Transfer Molding) เป็นวิธีการผลิตวัสดุคอมโพสิตต้นทุนต่ำ ซึ่งเดิมทีใช้เป็นหลักสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างรับน้ำหนักรองของเครื่องบิน เช่น ประตูและฝาปิดตรวจสอบ ในปี 1996 หน่วยงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านการป้องกันประเทศของสหรัฐฯ ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการผลิต RTM ต้นทุนต่ำสำหรับส่วนประกอบรับน้ำหนักหลักที่มีความแข็งแรงสูง เทคโนโลยี RTM มีข้อได้เปรียบคือประสิทธิภาพสูง ต้นทุนต่ำ คุณภาพชิ้นส่วนดี ความแม่นยำของมิติสูง และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย สามารถใช้สำหรับการขึ้นรูปชิ้นส่วนคอมโพสิตขนาดใหญ่ที่ซับซ้อนและมีความแข็งแรงสูงได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีนี้ได้กลายเป็นหนึ่งในทิศทางการวิจัยที่กระตือรือร้นที่สุดในสาขาการประมวลผลวัสดุการบินและอวกาศ
การขึ้นรูปโดยการอัด
วางพรีเพร็กคาร์บอนไฟเบอร์ระหว่างแม่พิมพ์บนและล่าง ปิดแม่พิมพ์แล้ววางแม่พิมพ์บนโต๊ะขึ้นรูปไฮดรอลิก หลังจากผ่านช่วงอุณหภูมิและแรงดันสูงเพื่อทำให้เรซินแข็งตัวเป็นระยะเวลาหนึ่ง ให้เอาผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์ออก เทคโนโลยีการขึ้นรูปนี้มีข้อดีคือมีประสิทธิภาพสูง คุณภาพผลิตภัณฑ์ดี ความแม่นยำของมิติสูง และมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อย เหมาะสำหรับการขึ้นรูปชิ้นส่วนคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูงเป็นชุด อย่างไรก็ตาม การผลิตแม่พิมพ์เบื้องต้นนั้นซับซ้อน การลงทุนสูง และขนาดของชิ้นส่วนถูกจำกัดด้วยขนาดของแท่นอัด
การฉีดขึ้นรูป
นี่เป็นเทคโนโลยีใหม่ อุปกรณ์ Bole CIML ผสานรวมกระบวนการ "วิธีการหลายขั้นตอนแบบดั้งเดิม" เข้ากับ "วิธีการขั้นตอนเดียว" ซึ่งช่วยลดขั้นตอนกระบวนการได้อย่างมาก และรักษาความยาวของเส้นใยไว้ได้ดีขึ้น ทำให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการประหยัดพลังงานและการผลิตที่มีประสิทธิภาพ ด้วยการเอาชนะปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญหลายประการ เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพสูตร ระบบผสม ระบบควบคุมอัจฉริยะ และการเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์กระบวนการขึ้นรูปในวัสดุ อุปกรณ์ และการผลิต จึงตอบสนองความต้องการด้านการลดน้ำหนักของยานยนต์ได้อย่างสมบูรณ์ ทั้งในด้านความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ ต้นทุน ประสิทธิภาพ ฯลฯ และสามารถเรียกได้ว่าเป็นเครื่องมืออุปกรณ์ที่สั่งทำขึ้นเป็นพิเศษสำหรับการลดน้ำหนักของยานยนต์
การขึ้นรูปด้วยการวางมือ-วิธีการขึ้นรูปด้วยชั้นเปียก
ทาสารปลดปล่อยและเจลเคลือบบนพื้นผิวการทำงานของแม่พิมพ์ วางคาร์บอนไฟเบอร์พรีเพร็กที่ตัดแล้วบนพื้นผิวการทำงานของแม่พิมพ์ ทาหรือพ่นกาวระบบเรซิน และเมื่อได้ความหนาที่ต้องการแล้ว ให้ทำการบ่มและถอดแม่พิมพ์ ปัจจุบัน ด้วยเทคโนโลยีการเตรียมที่พัฒนาอย่างสูง กระบวนการวางด้วยมือยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในหลายสาขา เช่น ภาชนะปิโตรเคมี ถังเก็บ และตัวถังรถยนต์ เนื่องจากมีข้อดีคือ กระบวนการง่าย การลงทุนต่ำ และการใช้งานที่หลากหลาย ข้อเสียคือ เนื้อหลวม ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ต่ำ และส่วนใหญ่ต้องอาศัยแรงงานคน คุณภาพไม่เสถียร และประสิทธิภาพการผลิตต่ำ
หม้ออัดไอน้ำสูญญากาศ
วางชิ้นงานคอมโพสิตเปล่าที่ทำโดยการซ้อนพรีเพร็กชั้นเดียวในทิศทางที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในหม้อนึ่งฆ่าเชื้อ และทำให้กระบวนการบ่มเสร็จสมบูรณ์ที่อุณหภูมิและความดันที่กำหนด หม้อนึ่งฆ่าเชื้อเป็นภาชนะแรงดันพิเศษที่สามารถทนและควบคุมอุณหภูมิและความดันที่กำหนดได้ ชิ้นงานเปล่าจะถูกวางบนพื้นผิวของแม่พิมพ์ด้วยสารปลดปล่อย จากนั้นจึงปิดทับด้วยผ้า (ฟิล์ม) ป้องกันการติดที่มีรูพรุน แผ่นสักหลาดที่มีกาว และแผ่นสักหลาดที่ระบายอากาศได้ตามลำดับ จากนั้นปิดผนึกในถุงสูญญากาศ แล้วจึงวางในหม้อนึ่งฆ่าเชื้อ ก่อนที่จะให้ความร้อนและบ่ม ถุงจะถูกอพยพออกก่อนเพื่อกำจัดอากาศและสารระเหย จากนั้นจึงให้ความร้อน เพิ่มแรงดัน และบ่มตามระบบการบ่มของเรซินต่างๆ การกำหนดสูตรและการนำระบบการบ่มไปใช้ถือเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองคุณภาพของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยหม้อนึ่งฆ่าเชื้อ
Suzhou Norn Composite Materials ใช้กระบวนการขึ้นรูปด้วยหม้ออัดไอน้ำเมื่อปรับแต่งกล่องขนส่งทางทหารสำหรับองค์กรทางทหาร ผลิตภัณฑ์กล่องขนส่งทางทหารที่ผลิตออกมามีลักษณะเรียบเนียนและโครงสร้างที่มั่นคง และในที่สุดก็ผ่านการตรวจสอบการรับรองของกองทัพ กระบวนการขึ้นรูปด้วยหม้ออัดไอน้ำสูญญากาศมีข้อดีมากมาย ไม่เพียงแต่สามารถทำให้แผ่นลามิเนตที่มีความหนาต่างกันแข็งตัวและผลิตชิ้นส่วนที่มีพื้นผิวโค้งซับซ้อนได้เท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติทางกลที่เชื่อถือได้มากอีกด้วย อย่างไรก็ตาม การขึ้นรูปด้วยหม้ออัดไอน้ำสูญญากาศที่เกี่ยวข้องยังมีข้อเสียบางประการ เช่น ขนาดของชิ้นส่วนถูกจำกัดด้วยขนาดของหม้ออัดไอน้ำ และการใช้พลังงานก็สูง ทำให้มีต้นทุนการดำเนินงานค่อนข้างสูง
การแนะนำสูญญากาศ
ย่อมาจาก VIP วางวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์แบบ "แห้ง" ลงบนแม่พิมพ์ จากนั้นวางถุงสูญญากาศ และสกัดสูญญากาศออกจากระบบเพื่อสร้างแรงดันลบในโพรงแม่พิมพ์ แรงดันที่เกิดจากสูญญากาศจะใช้ในการกดเรซินที่ไม่อิ่มตัวลงในชั้นไฟเบอร์ผ่านท่อที่วางไว้ล่วงหน้า เพื่อให้เรซินสามารถแทรกซึมเข้าไปในวัสดุเสริมแรงและเติมเต็มแม่พิมพ์ทั้งหมดได้ในที่สุด หลังจากที่ผลิตภัณฑ์ได้รับการบ่มแล้ว วัสดุถุงสูญญากาศจะถูกนำออกเพื่อรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการจากแม่พิมพ์
ในสภาพแวดล้อมสูญญากาศ เรซินจะซึมผ่านเส้นใยคาร์บอน และฟองอากาศที่เกิดขึ้นในผลิตภัณฑ์มีน้อยมาก ผลิตภัณฑ์มีความแข็งแรงและน้ำหนักเบากว่า และคุณภาพของผลิตภัณฑ์ค่อนข้างเสถียร นอกจากนี้ การสูญเสียเรซินยังลดลงอีกด้วย สามารถใช้แม่พิมพ์เพียงด้านเดียวเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีพื้นผิวเรียบและแบนทั้งสองด้าน และสามารถควบคุมความหนาของผลิตภัณฑ์ได้ดีขึ้น โดยทั่วไปใช้ในหางเสือและโล่เรดาร์ในอุตสาหกรรมเรือ ใบพัดและฝาครอบเครื่องยนต์ในอุตสาหกรรมพลังงานลม และหลังคา กระจกบังลม และช่องต่างๆ ในอุตสาหกรรมยานยนต์
เครื่องทำความร้อนเหนี่ยวนำ 3iTech
กระบวนการให้ความร้อนด้วยการเหนี่ยวนำแบบใหม่ที่ผสานเซ็นเซอร์เข้ากับแม่พิมพ์สามารถประมวลผลคาร์บอนไฟเบอร์ได้ที่อุณหภูมิ 20 องศา -400 องศา และให้ความร้อนแก่พื้นผิวแม่พิมพ์โดยใช้เซ็นเซอร์ที่ผสานอยู่ภายในแม่พิมพ์ผ่านการนำความร้อน นี่เป็นเทคโนโลยีเสริมที่เปิดตัวโดยบริษัท RocTool ที่เพิ่งก่อตั้งขึ้นในระบบ Cage การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถให้ความร้อนแก่แม่พิมพ์ได้อย่างรวดเร็วและสามารถควบคุมอุณหภูมิในพื้นที่ได้ดี ข้อดีคือช่วยลดเวลาในการทำงานและต้นทุนส่วนประกอบได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้ไม่เหมาะสำหรับส่วนประกอบขนาดใหญ่ในปัจจุบัน และผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอ
การขึ้นรูปแผ่นลามิเนต
วางแผ่นพรีเพร็กซ้อนกันเป็นชั้น ๆ ระหว่างแม่พิมพ์แบนด้านบนและด้านล่างเพื่อเพิ่มแรงดันและให้ความร้อนเพื่อการบ่ม กระบวนการนี้สามารถสืบทอดวิธีการผลิตและอุปกรณ์ของไม้อัดได้โดยตรง และปรับปรุงและทำให้สมบูรณ์แบบตามคุณสมบัติการไหลของเรซิน กระบวนการขึ้นรูปแผ่นลามิเนตส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตวัสดุคอมโพสิตที่มีคุณสมบัติต่างๆ และการใช้งานที่แตกต่างกัน มีคุณลักษณะของการใช้เครื่องจักรและระบบอัตโนมัติสูง คุณภาพผลิตภัณฑ์ที่เสถียร เป็นต้น แต่การลงทุนครั้งเดียวในอุปกรณ์นั้นสูงมาก
การขึ้นรูปด้วยกระบวนการพัลทรูชัน
ภายใต้การกระทำของการลาก เส้นใยคาร์บอนต่อเนื่อง สายพาน หรือผ้าที่ชุบด้วยกาวเรซินจะถูกสร้างและบ่มผ่านแม่พิมพ์อัดรีดเพื่อผลิตโปรไฟล์ที่มีความยาวไม่จำกัดอย่างต่อเนื่อง การขึ้นรูปด้วยพัลทรูชันเป็นกระบวนการพิเศษในกระบวนการขึ้นรูปคอมโพสิต ข้อดีคือกระบวนการผลิตสามารถทำงานอัตโนมัติได้เต็มรูปแบบและมีประสิทธิภาพการผลิตสูง
เศษส่วนมวลเส้นใยในผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการอัดรีดสามารถสูงถึง 80% การชุบจะดำเนินการภายใต้แรงดึง ซึ่งสามารถให้บทบาทเต็มในการเสริมแรงได้ ผลิตภัณฑ์มีความแข็งแรงสูง ความแข็งแรงตามยาวและตามขวางของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปสามารถปรับได้ตามต้องการ ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการคุณสมบัติเชิงกลที่แตกต่างกันของผลิตภัณฑ์ได้ กระบวนการนี้เหมาะสำหรับการผลิตโปรไฟล์ที่มีรูปร่างหน้าตัดต่างๆ เช่น ท่อหน้าตัดรูปตัว I มุมเฉียง มีร่อง รูปร่างพิเศษ และโปรไฟล์หน้าตัดรวมที่ประกอบด้วยรูปร่างหน้าตัดข้างต้น
ตั้งแต่ก่อตั้งมา บริษัท Suzhou Noen Composite Materials มุ่งเน้นในด้านคาร์บอนไฟเบอร์มาโดยตลอด โดยไม่เพียงแต่มีอุปกรณ์ผลิตแกนคาร์บอนไฟเบอร์ครบชุด เช่น เครื่องขึ้นรูปคาร์บอนไฟเบอร์แบบกดร้อน เตาเผาด้วยออโตเคลฟ เป็นต้น เท่านั้น แต่ยังได้จัดตั้งห้องปฏิบัติการเฉพาะเพื่อวิเคราะห์และพัฒนาวัสดุฟังก์ชันที่เป็นนวัตกรรมอีกด้วย ในอุตสาหกรรมคาร์บอนไฟเบอร์ บริษัทยึดมั่นในหลักการที่ว่าลูกค้ามาก่อนเสมอ และมอบผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์คุณภาพสูงให้กับลูกค้ามากขึ้น