กระบวนการผลิตเบื้องหลังคอมโพสิตเสริมเส้นใย

คอมโพสิตเสริมเส้นใย (FRC) ประกอบด้วยองค์ประกอบสองอย่างขึ้นไป: เมทริกซ์และตัวเสริมแรง เมทริกซ์มักเป็นพอลิเมอร์ โลหะ หรือเซรามิกที่ยึดตัวเสริมแรงเข้าด้วยกันและป้องกันความเสียหายจากสิ่งแวดล้อม ตัวเสริมแรงมักเป็นเส้นใย — คาร์บอน แก้ว หรืออะรามิด — ที่ให้ความแข็งแรงและความแข็งแก่คอมโพสิต

การผลิต FRC แบ่งเป็นสี่ขั้นหลัก: การเตรียมเส้นใย การเตรียมเมทริกซ์ การชุบเส้นใย และการรวมคอมโพสิต

การเตรียมเส้นใย

ขั้นนี้เกี่ยวข้องกับการเลือกชนิด รูปแบบ และการวางทิศทางของเส้นใยที่ใช้ในคอมโพสิต ชนิดเส้นใยกำหนดสมบัติเชิงกลและความร้อนของคอมโพสิต — กำลังรับแรงดึง มอดุลัส สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน รูปแบบเส้นใยเป็นแบบต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่องได้ ขึ้นกับรูปทรงและขนาดที่ต้องการของคอมโพสิต ทิศทางเส้นใยเป็นทิศทางเดียว สองทิศทาง หรือหลายทิศทางได้ ขึ้นกับสภาวะน้ำหนักและข้อกำหนดการออกแบบ

การเตรียมเมทริกซ์

ขั้นนี้เกี่ยวข้องกับการเลือกชนิดและรูปแบบเมทริกซ์ที่ใช้ในคอมโพสิต ชนิดเมทริกซ์มีผลต่อสมบัติทางเคมีและกายภาพ — ความต้านทานการกัดกร่อน ความหนาแน่น จุดหลอมเหลว รูปแบบเมทริกซ์เป็นของเหลวหรือของแข็งได้ ขึ้นกับวิธีแปรรูปและสภาวะการบ่ม เมทริกซ์เหลวมักเป็นพอลิเมอร์เทอร์โมเซตที่ต้องใช้ความร้อนหรือสารเคมีเพื่อบ่มและแข็งตัว เมทริกซ์แข็งมักเป็นพอลิเมอร์เทอร์โมพลาสติกหรือโลหะที่ต้องใช้ความร้อนและความดันเพื่อหลอมและไหล

การชุบเส้นใย

ขั้นนี้รวมเส้นใยและเมทริกซ์เป็นพรีฟอร์มหรือพรีเพร็ก พรีฟอร์มเป็นผลิตภัณฑ์กึ่งสำเร็จรูปที่มีรูปทรงและขนาดของคอมโพสิตสุดท้ายแต่ยังไม่ผ่านการบ่มหรือรวมตัว พรีเพร็กคือเส้นใยที่ชุบล่วงหน้าซึ่งบ่มบางส่วนหรือทำให้เสถียรและเก็บไว้ใช้ภายหลังได้ วิธีชุบเส้นใยด้วยเมทริกซ์ได้แก่ การวางชั้นด้วยมือ การวางชั้นแบบพ่น การพันเส้นใย พัลทรูชัน การขึ้นรูปด้วยการถ่ายโอนเรซิน การชุบสุญญากาศ การขึ้นรูปในออโตเคลฟ การอัดขึ้นรูป การฉีดขึ้นรูป และการขึ้นรูปแบบปั๊ม

การรวมคอมโพสิต

ขั้นสุดท้ายนี้ใช้ความร้อนและความดันกับพรีฟอร์มหรือพรีเพร็ก บ่มและยึดเส้นใยกับเมทริกซ์เป็นคอมโพสิตแข็ง การบ่มเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่เชื่อมขวางโมเลกุลของเมทริกซ์เป็นโครงข่ายแข็ง การยึดเกี่ยวข้องกับอันตรกิริยาทางกายภาพที่ทำให้เส้นใยและเมทริกซ์ติดกัน กระบวนการรวมนี้กำหนดคุณภาพและสมรรถนะของคอมโพสิต — ปริมาณช่องว่าง การกระจายเรซิน สัดส่วนปริมาตรเส้นใย กำลังที่ผิวสัมผัส และความเค้นตกค้าง