Đắp lớp và lưu hóa nồi hấp

Cách hoạt động

1. 1

   Cắt và đắp các lớp. Prepreg (vải hoặc băng sợi đã tẩm sẵn nhựa lưu hóa một phần, giữ đông lạnh đến khi dùng) được cắt theo hình và xếp trên khuôn. Sợi của mỗi lớp hướng theo hướng đã định; robot (đặt sợi tự động) đắp những chi tiết máy bay lớn nhất.

2. 2

   Bọc túi và hút chân không. Lớp bóc (peel ply: vải xé ra sau), vải thoáng khí (nỉ cho không khí đi qua) và màng túi nhựa được đặt lên trên. Băng keo bịt kín dính gắn túi vào khuôn. Sau đó bơm hút không khí ra, nên không khí bên ngoài ép chồng lớp lại và không khí bị kẹt thoát ra.

3. 3

   Lưu hóa trong nồi hấp. Nồi hấp gia nhiệt chi tiết, thường 120–180 °C. Khí bên trong được tăng áp đến khoảng 3–7 bar, gấp ba đến bảy lần áp suất không khí thường, ép túi. Nhựa mềm ra, chảy và thấm ướt sợi, rồi lưu hóa (liên kết ngang thành chất rắn cứng) trong vài giờ.

4. 4

   Tháo khuôn, cắt tỉa và kiểm tra. Sau khi làm nguội chậm, các lớp túi được bóc ra và chi tiết nhấc khỏi khuôn. Mép được cắt tỉa và khoan lỗ. Chi tiết quan trọng được quét siêu âm để tìm lỗ rỗng (bọt khí bị kẹt) hoặc lớp không liên kết.

Thông số chính

Vật liệu

Prepreg sợi cacbon, thủy tinh hoặc aramid (sợi tổng hợp dai), chủ yếu với nhựa epoxy; lõi tổ ong hoặc xốp cho tấm sandwich

Chi tiết thường gặp

Da cánh và đuôi, tấm thân máy bay, cánh trực thăng, khung Formula 1, tấm vệ tinh

Kích thước chi tiết

Từ giá đỡ cỡ lòng bàn tay đến da cánh dài hàng chục mét; bị giới hạn bởi kích thước bên trong nồi hấp

Độ chính xác

Hình dạng thường trong khoảng ±0,2–0,5 mm so với khuôn; mỗi lớp dày khoảng 0,1–0,3 mm

Bề mặt hoàn thiện

Mặt khuôn nhẵn và thường bóng (bản sao của khuôn); mặt túi có vân nhẹ do lớp bóc

Số lượng phù hợp

Từ đơn chiếc đến vài nghìn chi tiết mỗi năm

Chi phí khuôn dụng cụ và máy

Khuôn từ khoảng 1.000 đô la (chi tiết nhỏ) đến 1 triệu đô la trở lên (khuôn máy bay lớn); nồi hấp từ hàng trăm nghìn đến nhiều triệu đô la

Tốc độ

Đắp lớp mất hàng giờ đến hàng ngày mỗi chi tiết; một chu kỳ lưu hóa thường khoảng 3–8 giờ, kể cả gia nhiệt và làm nguội

Ưu điểm và hạn chế

Ứng dụng

• Hàng không vũ trụDa cánh và đuôi, tấm thân máy bay, cánh tà, cánh quạt trực thăng
• Không gianKết cấu vệ tinh, gương phản xạ ăng-ten, chụp bảo vệ tên lửa đẩy
• Đua xeKhung Formula 1 (khoang sinh tồn của tay đua), cánh gió, tấm thân xe
• Siêu xeNóc, nắp ca-pô, chi tiết khí động học bằng cacbon, một số khung đúc liền
• Y tếMặt bàn X-quang (cacbon cho tia X đi qua), bàn chân giả

Cách nhận biết

• Một mặt rất nhẵn, thường bóng (mặt khuôn) và một mặt hơi có vân do lớp bóc in lên.
• Trên chi tiết trang trí, bàn cờ dệt của cacbon thấy được qua nhựa trong.
• Các lớp mỏng xếp chồng ở mép cắt, và mép cùng lỗ đã gia công sau khi lưu hóa.
• Vỏ mỏng hoặc tấm sandwich, đôi khi thấy tổ ong ở mép hở.

So sánh với

Xem video

Autoclave Curing Process - Introduction

PolyU IC · Ý tưởng cơ bản của lưu hóa nồi hấp, từng bước một

From Layup to Flight-Ready: The Autoclave Process Behind Aerospace Parts

Pressure Equipment Academy · Toàn bộ lộ trình từ đắp lớp đến chi tiết máy bay đã lưu hóa

Carbon Fiber Prepreg PART MAKING (Tutorial) PART2

Matthieu Libeert (Mat's Prototyping) · Đắp lớp và bọc túi chân không, cận cảnh

Automated Fiber Placement Machinery by MTorres

Composites Central · Robot đặt băng sợi lên khuôn máy bay lớn

Xem ảnh thật

• Wikipedia: Prepreg — vật liệu prepreg, bảo quản và lưu hóa nồi hấp, kèm ảnh
• Tìm ảnh trên Wikimedia Commons