Bài 10.3Tạo hình ban đầuChương 10 · Vật liệu composite

Kéo đùn (pultrusion)

Sợi được kéo qua nhựa và khuôn nung nóng, liên tục không ngừng

Pultrusion kéo sợi liên tục qua bể nhựa rồi qua khuôn nóng, nơi nhựa đóng rắn quanh sợi. Đầu ra là một thanh, ống hoặc dầm dài vô tận với tiết diện không đổi, được cắt theo chiều dài ngay khi đang chạy. Thanh ray thang sợi thủy tinh, sàn lưới đi bộ và máng cáp được làm theo cách này.

Ảnh: Thomastechnik, CC BY-SA 3.0, qua Wikimedia Commons

Dây chuyền pultrusion nhìn ngang: sáu trạm từ giá cuộn sợi đến cưa, cùng các biên dạng điển hìnhCác số trong vòng tròn khớp với các bước bên dưới. Hàng hình dạng cho thấy các biên dạng điển hình; mỗi biên dạng cần khuôn riêng.

Cách hoạt động

Cấp sợi. Các cuộn sợi roving (bó sợi liên tục không xoắn) được kéo ra từ giá cuộn, một khung chứa các ống sợi. Thường có thêm tấm mat hoặc băng dệt để biên dạng cũng chịu lực tốt theo chiều ngang.
Tẩm nhựa. Sợi chạy qua một bể nhựa hở, hoặc nhựa được bơm thẳng vào khuôn. Polyester, vinyl este và epoxy là các lựa chọn phổ biến.
Gom thành hình. Các tấm dẫn hướng gọi là preformer ép bớt nhựa thừa và đưa sợi ướt về gần tiết diện cuối cùng.
Đóng rắn trong khuôn nóng. Một khuôn thép, thường dài khoảng 0,5–1,5 m, tạo hình chính xác. Nhiệt độ khoảng 100–200 °C làm nhựa đóng rắn trước khi biên dạng ra khỏi khuôn.
Kéo liên tục. Các đai xích hoặc hai kẹp luân phiên nhau giữ biên dạng đã đóng rắn và kéo cả dây chuyền. Chính động tác kéo này đặt tên cho quy trình (pull là kéo, cộng với extrusion là đùn).
Cắt theo chiều dài. Một cưa bay, loại di chuyển cùng biên dạng trong lúc cắt, cắt thành đoạn đúng chiều dài mà không phải dừng dây chuyền.

Thông số chính

Vật liệu: Chủ yếu là sợi thủy tinh, cũng có sợi carbon hoặc bazan; nhựa polyester, vinyl este, epoxy hoặc polyurethane
Chi tiết thường gặp: Thanh, ống, dầm chữ I, thép hình chữ U, thép góc, thanh dẹt, ray thang, thanh sàn lưới, máng cáp
Kích thước chi tiết: Tiết diện từ vài milimet đến rộng khoảng 1 m; chiều dài tùy ý, cắt theo nhu cầu
Độ chính xác: Tiết diện thường trong khoảng ±0,2–0,5 mm, tùy kích thước
Bề mặt hoàn thiện: Mịn và giàu nhựa; thường phủ thêm một lớp voan bề mặt (tấm sợi mỏng) để chống thời tiết
Số lượng phù hợp: Chạy dài một biên dạng, thường hàng km
Chi phí khuôn dụng cụ và máy: Khuôn: khoảng 5.000 đến hơn 100.000 USD mỗi cái; dây chuyền hoàn chỉnh: khoảng 100.000 đến hơn 1 triệu USD
Tốc độ: Thường khoảng 0,2–3 m mỗi phút, chạy suốt ngày đêm

Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

Liên tục và tự động: chi phí mỗi mét thấp, ít hao phí
Rất bền và cứng theo chiều dọc, thường chứa 60–70 % sợi theo khối lượng
Biên dạng sợi thủy tinh không gỉ, nhẹ và không dẫn điện
Chiều dài tùy ý trong một đoạn liền, cắt ngay khi đang chạy

Hạn chế

Chỉ làm được biên dạng thẳng với một tiết diện không đổi
Yếu hơn nhiều theo chiều ngang nếu không thêm tấm mat hoặc vải sợi
Mỗi tiết diện mới cần khuôn riêng, và việc đổi mẫu mất thời gian
Biên dạng nhựa nhiệt rắn đã đóng rắn rất khó tái chế

Ứng dụng

Xây dựngSàn lưới đi bộ, tay vịn, biên dạng khung cửa sổ và cửa đi, thanh cốt sợi
ĐiệnMáng cáp, ray bên của thang, thanh và cột cách điện
Hạ tầngCầu đi bộ, mặt cầu, kết cấu tháp giải nhiệt
Năng lượngDải carbon cho xà chịu lực của cánh tuabin gió, cột điện
Đồ dùng hằng ngàyCọc lều, cán dụng cụ, cọc chống cây

Cách nhận biết

Một đoạn dài có tiết diện y hệt nhau ở mọi chỗ, hai đầu là vết cắt của cưa.
Các vệt sợi mảnh chạy dọc ở bề mặt, đôi khi dưới một lớp voan mỏng như giấy lụa.
Ở đầu cắt, thấy một khối dày đặc các chấm sợi: đó là các bó roving nhìn từ đầu.
Vẻ ngoài quen thuộc: sàn lưới, ray thang và tay vịn sợi thủy tinh màu vàng, xám hoặc xanh lá.