Tekstil Transferülasyonu ve Fiber Preforms'ın Rolü

Giyim Transfer Standardı (RTM), havacılıkta yaygın olarak kabul edilen kapalı bir kompozit üretim sürecidir, otomotiv, rüzgar enerjisi ve deniz endüstrileri. RTM'de, kuru bir fiber önform bir kalıp içine yerleştirilir, sıvı reçinenin enjeksiyonunu takiben [Düzücükler, yükseltilebilirlik, ve tamamen bozulmamışlık, mekanik performans ve döngü zamanı, fiber ağ üzerinden nasıl hareket ettirilir.)

Bu makale, fiber preforms etkisi reçinenin RTM'de nasıl akış gösterdiğini kapsamlı bir inceleme sunar. Preform tiplerini ve mimarileri, geçirgenlik temelleri, çift ölçekli akış fenomenleri, yarış pisti, süreç parametre etkileşimleri, optimizasyon stratejileri ve hesaplama modelleme teknikleri.

Fiber Preforms Nedir? Yapı, Malzemeler ve İmalat

Fiber önformlar, kompozit bir parçanın yapısal iskeleti haline gelen takviye liflerin yakın-şamba montajlarıdır. tipik olarak, [[Dönetici:0)karbon), [[Döneticiler, veya s.

Common Preform Architectures

  • [FONT:0]Woven kumaşları:[Dönetici:0) Yerel olarak zorlanan ve dış iplikler tarafından yaratılan Biyönlü takviyeler. Plain, twill, and doin weaves farklı dereceler kriimp ve akış kanal geometrisini sunar. Crimp bölgeleri yerel olarak bozulmamış akışlar yaratabilir.
  • [FONT:0) Hayırlı kumaşlar (NCF): ), tek yönlü fiberlerin birden çok yönde yönlendirilmesi veya bağlanmış tabakaları. Çünkü fiberler düz kalır, NCF preforms genellikle dokunaklı eşdeğerlerden daha yüksek performans gösterir, ancak dikme iplikleri tercih edilebilir akış yollarını oluşturabilir.
  • [FONT:0)Knize preforms:[Dönetici:[Dönetici: 0) Yüksek sinebilirlik ve karmaşık şekillere uygun değişken bir boşluk oluşturur.
  • [FONT:0)Braided preforms:[Dönemli pdf) Sürekli braiding, fiber yollarla boru veya düz yapılar üretir. Braid açısı hem mekanik özellikleri hem de permeability etkiler.
  • [FONT:0]Random matları ve doğranmış iplikler:[Dönetici: 1) Sürekli olarak dayanıklı olmayan fiberlerin iç içe geçmiş düzenlemeleri.

Preform Manufacturing Methods

Preforms, dokuma, dikme, dikme ve dikme gibi tekstil süreçleri ile veya ön ısıtmalı bir şekilde yapılır:0)3D ön bilgilendirme) veya [[Dönlütme[Döntme[Düzlütme 3 ). Bazı süreçlerde, bir termoplastik binderlik, liflere uygulanır; ön ısıtmalı bir adım boyunca, bin erir ve tabakaları birleştirir ve füzyon öncesi yükleme için ön formu değiştirir.

Net-shape preforms, otomatik fiber yerleştirme (AFP) ve özel fiber yerleştirme (TFP) için hassas fiber yönlendirmeye izin verir, özellikle karmaşık geometriler için. Bu teknikler kontrollü fiber yolları ile tabakalar ekler, ancak her bir ek tabaka genel önbellekleme ve akış kanalları değiştirir.

Permeability: The Core parameter Governing Pump

[FONT:0)Permeability bir sıvı (resin) bir göz ardı edilebilir bir ortamdan (eski) bir basınç altında (örneğin RTM'de, permeability tarif edilir)

[0]Q = (K / μ) · ⁇ P

).

Q akış oranı nerede, K geçirgenlik onor, μ is reçine vizolojisidir ve ⁇ P genellikle sabitlenebilirlik onor K, anisotropiktir - fiber yönelime bağlı olarak değişir.In-plane permeability (x ve y yönler) genellikle hızlanabilirlik (z-yönergenlik sabitliği) nedeniyle fiberler çoğunlukla uçakta yatıyor.

Preform Permeability Etkileyen Faktörler

  • [FONT:0]Fiber hacim kesir (Vf): ) Vf büyüdükçe, fiberler arasındaki boşluk azalır, geçirgenlik azaltılabilir. Vf'de küçük bir değişiklik büyük ölçüde akış direncini değiştirebilir.
  • [FONT:0)Öyle kompakt ve nesting:[Dönetici: 0) Birden çok katmanlar yığıldığında, bir tabakadan gelen fiberler, iç-katıl boşlukları azaltabilir ve iç içe geçmiş boşlukları azaltır.
  • [FONT:0]Fiber mimarisi:[Döneticileri arasında büyük açık boşluklar, daha hızlı uçaktaki akışlara izin vermek, sıkı usaveler veya yüksek seviyeli desenler kısıtlandığında, ara-tow kanallarının büyüklüğü ve şekli (tow kanalları arasındaki boşluklar) dokuma önformlarda ikna ediciliğe hükmedmektedir.
  • [FONT:0]Tow permeability:[Dönetici:[Dönetici:0)) Akış, bir filamentler arasındaki mikro-porosity tarafından yönetilir.Intra-tow permeability, inter-tow permeability'den daha düşük olan büyüklük emirlerdir, bir DÜÇE:2.
  • [FONT:0)Öylemleme tarihi:[Dönetici] Bir kez reçine, kompakt veya desaturasyonda değişiklikler (örneğin, vakum nedeniyle) enjeksiyon sırasındaki değişkenlik değişikliğinden dolayı.

Ölçme Preform Permeability

Standart yöntemler (ASTM D5678, ISO 16585) tek yönlü veya radyönergeli akış deneylerini kullanır.Bir önbellekli kanalda, reçine sürekli baskı veya akış hızına enjekte edilir ve akış pozisyonu zaman içinde hassastır. Permeability o zaman Darcy yasasından geri hesaplanır. Radial akış testleri, dairesel önbellekli bir kanal merkezinde yer alır; ön akıştaki elzem şekli sabit bir basınç veya akış hızın elzegen şeklindedir.

Doğru işlem simülasyonu için, tam geçirgenlik onor – dış düzlemdeki bileşeni dahil – gerekli olan. Güvenilir veriler genellikle birden çok test yönelimlerini ve dikkatli istatistiksel analiz talep eder. Birçok araştırmacı ortak kumaş mimarisi için kullanılabilirlik veritabanı yayınladı (örneğin, cam dokuma, karbon NCF), ancak mevcutlu yöntemler arasında bir meydan okuma kalır.

Çift-Scale Akış: Inter-Tow ve Intra-Tow Infil

RTM preforms, daha büyük boşluklar tarafından ayrılmış binlerce filament (tows) paketlerinden oluşur, akış iki farklı ölçekde oluşur:

  1. [FONT=0) Inter-tow akışı:[Dönetici: [Dönetici:0))))))))) Prodüksiyonu, fiber tows arasındaki makro-toplayıcılar ile hareket eder. Bu, küresel akış ön ilerlemesini belirler ve genel olarak 10-1000 kat daha yüksektir.
  2. [FONT:0)Intra-tow akışı: İşletme her tow içinde mikro-harlara göre görülür. Bu çok daha yavaş, capillary-güdümlü bir süreçtir.Intra-tow akışının arkasındaki sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık,FLT:2).

Intertow cephesi, intra-tow saturasyondan daha hızlı ilerlediklerinde, hava uçarak iç içe geçebilir.Bu mikro-kahramanlar, özellikle de ısıtılır ve yorgunluklar. Conversely, if capillary kuvvetleri güçlü (düşükümlülük, küçük filamentler), U'nun akış ve ⁇ yüzeysel basınç sayılarının düşük olduğu yerlerdeki makro baskınlar gider.

Çift ölçekli hataları azaltmak için, enjeksiyon-çevre basıncı, akış oranı ve vakum seviyesi gibi süreç parametreleri, önceden ayarlanmalıdır. Yavaş enjeksiyon oranları, boş hava üreten RTM süreçleri için daha fazla zaman sağlar. Alternatif olarak, bir vakum ve baskı kombinasyonu kullanarak veya akış-enhancing medya dahil etmek, inter-ve intratow akışı arasındaki dengeyi değiştirebilir.

Yarış: Edge Effects and Tercih Eden Akış Paths

Yarış pisti, reçinenin belirli yollar boyunca daha hızlı aktığı zaman gerçekleşir - genellikle önbelleklerde, RTM'deki en yaygın kusurların biri ve preform özellikleri ile ağır etkilenebilir.Bu tercihli kanallar, akır ön noktaya ulaşma ve erkenden, büyük kuru noktalara yol açan, hava enfeksiyonuna yol açabilir.

Yarıştan Sebepler

  • [FONT:0) Preform ve kalıp duvarı arasındakiGaps:) Eğer ön form, ince bir boşluk (hatta 0.1 mm) yüksek ücretli bir kanal olarak hareket eder. Önbellek kesme ve dikme kritiktir.
  • [FONT:0]Standart-katıl boşlukları:[Döncükler, eksik nesting veya binder filmlerin varlığı, katmanların arasında yerel yüksek verimli bölgeler yaratabilir.
  • [FONT:0)Öyleçme veya yanlışlık: Wrinkles ana cephenin önünde yarışan kanallar oluşturuyor.
  • [FONT:0)Insert yüzeyler:[Döneticiler:[Döneticiler) Temel köpük veya metal ekler gibi malzemeler genellikle fiber preformdan farklı geçirgenlik özelliklerine sahiptir, arayüz kanalları oluşturma.

Mitigation Strategies

Minimleme yarış pisti, kesin önformasyon üretimi ile başlar: doğru kesme, dikkatli bir işlem ve üniformalı işten çıkarma. Entegre kenar mühürleri ile ön formlar kullanarak veya kalıp çevresi boyunca tackifiers uygulama: Process changes include:

  • Enjeksiyon basıncının yavaş ön ilerlemeye indirgenmesi ve cepheden bile transverse akış için zaman verin.
  • Akışkanlık katmanları (örneğin, göz ardı edilebilir medya veya dağıtım kanalları) eklemek, üniforma dolumu teşvik etmek.
  • Bilinen yarış pisti yakınında bulunan veller veya ek enjeksiyon kapıları akışa yönlendirmeye yol açıyor.
  • Enjeksiyon sırasında kompresyon kontrollü RTM kullanarak, daha iyi bir kesintiye izin vermek için enjeksiyon sırasında biraz açılır.

Bir yarış pisti modeli içeren simülasyon araçları (örneğin, ince bir boşluk elemanı) sorunlu yerleri tahmin etmek ve kalıp inşaatından önce giriş/enç yerleştirmeyi planlamak için değerlidir.

Moldova'da Preform Deformasyon Etkisi

RTM sırasında, kalıp istenen fiber hacimdeki önformu kompakt etmek için önemli bir güçle kapatılır.Bu kompaktlaştırma, üç boyutlu özelliklerden (çoklar, curvatures, kalınlık değişiklikleri), alginçt:0)

Compaction Effects

Pişman yakın olduğu gibi, preform kalınlığı azalır ve fiber hacim fraksiyonu gereksiz yere yükselir. Permeability Vf'e son derece hassastır: Vf'de %10 artış, yüksek kompaktlama alanlarının faktörü ile düşüklüğü azaltılabilirlik sağlar (örneğin, yüksek çözünürlükte, bir patron veya dikim açısına bağlı olarak) daha da sertleşirken, gevşek alanlar yarış pisti yarış pistine izin verir.

Shear ve Draping

Bir önform iki katlı bir yüzey üzerinde çarpıksa, perpendicular kanal genişleyen nedeniyle değişebilir. 30°'nin eğimli kumaşlar için, dokunaklı kumaşlar için, oar yönde akış direnci azaltır ve yükseltilebilirlik sağlarken, perpendicular kanal genişleyen kanal sayesinde artabilir.

Katmanlar arasında Nesting

Birden çok katmanlar yığılırken, liflerin bitişik tabakalara neşredilmesi, inter-katılımlı pore hacmini azaltır. Nesting, kontçayı kontrol ederken, ve geçirgenlik varlığı azalır.

Deneysel olarak bilgilendirilmiş önform permeability'in karakterize edilmesi zor. Ancak, dijital görüntü korelasyonunda (DIC) ve mikro-CT taraması şimdi araştırmacıların yerel fiber yönelim ve pore yapısını ölçmelerine izin veriyor, gerçekçi geçirgenlik modellerini süreç simülasyonlarına beslemesine izin veriyor.

Preform Özellikler ile Interact olan Süreç Parametreleri

Preform mimarisi, akışın birincil belirleyicisi olsa da, işlem parametreleri alt-optimal preform davranışı telafi etmek için ayarlanabilir.The key parameter are:

  • [FONTD:0)Injeksiyon basıncı ve akış oranı: Yüksek basınç akış hızı arttırır, ancak preformasyona yol açar ve önformasyona neden olur ( yıkamak). Sürekli akış hızı stratejilerinin farklı etkileri vardır.
  • [FONT=0)Resin viskobusity:[Dönder:[Dönder:0)Daha kolay nüfuzlu yüzeylerde vitreusların ısı kontrolü daha yüksek kapak numaraları nedeniyle yüksek vizektomiler azalır, ancak daha yüksek enjeksiyon baskıları gerektirir.
  • [FONT:0]Vacuum yardımı: [Dönderde vakum uygulanması baskıyı azaltır ve özellikle de enjeksiyon öncesi havayı kaldırmaya yardımcı olur.
  • [FONT:0]Mold Sıcaklık:[Dönetici:[Dönetici] kalıbın daha düşük reçine viskobuğunu ve tedaviyi hızlandırmasını gerektirir. Ancak, eşitsiz kalıp sıcaklıklar, non-inisoterm RTM süreçlerine yol açar.
  • [FONT:0)Injeksiyon ve ve ve ve dışı yerleştirme: Kapı ve boş pozisyonların önform geçirgenlik kalıpları ile uyumlu olması gerekir.In anisotropic preforms, kapılar hızlı dolumu teşvik etmek için yüksek kullanılabilirliğe yakın olmalıdır, veller son doldurma alanlarının yer alması gerekir.

Gerçek zamanlı süreç izleme – baskı transdüsers, dielektrik sensörleri veya fiber optik sensörler aracılığıyla - bir akış ön beklenen modelden sapma sağlarsa, enjeksiyon basıncı veya akış hızı ayarlanabilir dinamik olarak olabilir.Bu tür kapalı-loop sistemleri yüksek üretim RTM hatlarında daha yaygın hale gelir.

C ⁇ Preforms'te Tekstil Akışı Modelleme

RTM dolum simülasyonu artık işlem optimizasyonu için standart bir araçtır. Çoğu ticari yazılım (örneğin, PAM-RTM, RTM-Worx, COMSOL, Abaqus) Darcy'nin yasasını, son derece bakım ve önformu temsil eden bir uygulama üzerinde çözer. Anahtar girişler önbellekli, porosity (Vf) ve reçine vizity (Vüzg) ve tedavinin işlevleri olarak visiyonunu içerir.

Modeling

  • [[Döneticiability|0]Permeability yetilenebilirlik:[Dönetici değerleri genellikle yüksek saçlara (% 20-50) göre tek bir değerin yerel heterojenliği görmezden gelir. Stokastik modelleme yaklaşımları, permeability'in rastgele bir alan olarak tedavi edildiği, hata konumlarının tahminini artırır.
  • [FONT:0]Dual-scale modelleme:[Dönetici:[Dönetici:0) Recrypt Hem inter- hem de intra-tow akışı, iki permeability ile ayrıntılı bir mikro ölçekli model gerektirir. Birçok simülasyon mikro-yapımsal bir yaklaşım, mikro-yapımını yakalayamaz.
  • [FONT:0)Deformasyon darbesi:[Dönetici:[Dönetici:0) Çoğu model sabit bir ön geometriyi varsayıyor, ancak gerçekte kompakt ve enjeksiyon sırasında permeability değişimi. Çifte akış-deformasyon modelleri ortaya çıkıyor ancak henüz endüstride standart değil.
  • [FONT:0)Race-tracking dahil:[Döntgenme:0)Representing edge boşlukları veya Inter-katılım kanalları ince “yüksek kullanılabilirlik” elementleri, kullanıcı girişinin boşluk büyüklüğü ve konumu hakkında otomatik algılama gerektirir.

Bu zorluklara rağmen, işlem geliştirme sırasında çok fazla deneme ve terörle ilgili olarak simülasyon büyük ölçüde azaltılabilir. Mühendisler neredeyse milyonlarca kapı / konfigürasyonu değerlendirebilir, potansiyel kuru noktaları tanımlar ve çelik kesmeden önce enjeksiyon profillerini optimize edebilir. karmaşık parçalar için, simülasyon 30-50% ile gelişim süresini kesebilir ve en azalabilir.

Preform Design ve RTM Process için optimizasyon stratejileri

Üreticiler sağlam, boş parçalar elde etmek için ön form tasarımı ve işlem ayarlarının bir kombinasyonunu kullanır. Aşağıdaki yaklaşımlar yaygın olarak kullanılır:

PreformLevel Optimizasyonu

  • [FONT:0)Tailored fiber mimarisi:[Dönetici veya karma önformları kullanarak, yüksek kapasiteli kaplama bölgelerindeki yüksek kullanılabilirlik kumaşları hızlı bir şekilde doldurmaya devam edin – akış cephesini dengeler.
  • [FONT:0)Binder optimizasyonu: [Dönetici: 0,3] Binder dağıtım ve aktivasyon ısısı, önceden ayarlanan ve geçirgenliği olan formları etkileyebilir; çok az önceki değişimleri engeller.
  • [FONT:0)Flow-enhance katmanları: Yüksek derecede göz ardı edilebilir bir akış orta (örneğin, bir koarse scrim veya perforated film) bir veya her iki tarafta ön form, büyük rüzgar türbini bıçak köklerinde yaygın olarak hızlanır.
  • [FONT:0)Edge, [Dönetici: 0,3) Bir alt üst katta, alt kenarlar boyunca yarıştan ziyade, alt üst üste bir delik veya yerel infiltrasyon ile yapılabilir.

SüreçLevel Optimizasyonu

  • [FONT=0)Injeksiyon profili ayar: [DÜDÜT:1] Çok adımlı bir enjeksiyon (en başta yüksek vakum) en kısa sürede formasyon oluşturabilir. Bazı üreticiler defalarca baskı yapmak ve rahatlamak için puld enjeksiyonu kullanabilirler.
  • [FONT:0)Variable kalıp sıcaklığı:[Dönemli: 1) Yerel yavaş-to-to-to-tuz bölgelerin ısıtması viskobuları azaltır ve akışları geliştirir. Bu, segmente edilmiş kalıp ısıtma bölgeleri gerektirir, bu da araç karmaşıklığını artırmak için.
  • [FONT:0)Compression-RTM ve enjeksiyon-kompreksiyon: [Dönergeler: [Dönderler:) Bu tür şekillerde, kalıp kısmen enjeksiyon sırasında açıktır ve sonra akış direncini azaltır ve daha yüksek fiber hacim fraksiyonlarını azaltır ve doldurmaya devam eder.
  • [FONT:0) Gerçek zamanlı kontrol ve iş algısı algılama: Preform veya kalıptaki gömülü sensörler akış ön pozisyonda ve yerel baskıda geri bildirim sağlar. Algoritmalar enjeksiyon parametrelerini doğrulayabilmeli ve “akıllı RTM” olarak bilinen bir teknik olarak ayarlayabilir.

Vaka Çalışması: Karbon Fiber NCF Bir Otomotiv Çatı Yapısında Önform

5 Karbon fiber non-crimp kumaşı (180/45°/90° /-45°/180) nominal fiber hacimde% 55 oranında yapılan bir test, sabit 6 bar enjeksiyon basıncı kullanarak yapılan denemeler, alttan aşağıya doğrulanan ve alttan % 12'ye kadar süren bir boşlukta, ek olarak, 2 inçlik bir diskoyu tamamen devre dışı bırakmak için 2'ye kadar tamamen devre dışı bırakmak için yüksek çözünürlükte bir şekilde geri çekilmeye yol açıyor.

Sonuç: Yüksek kaliteli Kompozitler için Preform Design ve Flow Control'ü bütünleştirmek

Fiber preformslerin RTM proseslerinde vücut akış dinamikleri üzerindeki etkisi derin ve çok yönlüdür. - Mono-scale permeability tarafından fiber mimarlık tarafından mikro ölçekli iki akış davranışın içine, ön formların her yönü, panjurların nasıl sızması, kompaktlama sırasında, ve anisotropy, ele alınmazsa, kusurların yanı sıra, kuru noktalar ve tamamlanmamış boşluklar gibi nedenlerle yol açar.

Ancak, sistematik olarak önform özelliklerini karakterize ederek - permeability, sıkıştırılabilirlik, oar davranışları - ve bu bilgiyi uygun işlem parametreleri ile (enjeksiyon profili, sıcaklık, vakum), üreticiler sağlam, yüksek çözünürlüklü cihazlar elde edebilir, sensör entegrasyon ve adaptif bir kontrol daha karmaşık uygulamaları karmaşık hale getirir.

Güvenilirlik karakterizasyonu ve modelleme hakkında daha fazla okuma için, www.FLT tarafından kapsamlı bir incelemeye bakınız:0)DeValve ve Sahaumani (2020) Kompozitler Bölüm A) için en iyi uygulamalar RTM araç tasarımı için ayrıntılı olarak belirtilmiştir.[DöneticileriWorld'nin RTM Tooling Guide. Simülasyon yaklaşımlarının geçerliliği için, geçerlilik için).

Sonuçta, preform tasarım ve reçine akış kontrolü arasındaki sinerji, bir güvenilir RTM işlemi bir parçadan uzaklaştırıp yeniden işleyerek rahatsız eden şeydir. Preform teknolojide yatırım yapmak - roman mimarlıkları, hassas boşluk otomasyonları veya binder bilimi ile ilgili - kısmi kalite, döngü zamanında kar payı öder ve tutarlılık.