Sản xuất composite bằng phương pháp prepreg

1.Khái niệm Prepreg:

- Là những bán sản phẩm đã qua những bước công nghệ ban đầu: liên kết các loại vải sợi thuỷ tinh đã tẩm sẵn resin, sau đó các bán thành phẩm này lại trở thành nguyên liệu cho công nghệ đúc nén có gia nhiệt để tạo ra các sản phẩm composite. Bán thành phẩm hay nguyên liệu như vậy được mang tên “PREPREG” (Pre-impregnated) nghĩa là tẩm sẵn Prepreg bao gồm: sợi (vải) thuỷ tinh, resin tẩm sẵn, chất độn và xúc tác. Nó không thể đóng rắn ở nhiệt độ phòng, chỉ khi lực nén tác động kèm theo gia nhiệt nó mới có thể đóng rắn để trở thành sản phẩm composite cứng vững trong công nghệ đúc nén nhiệt. Prepreg được sản xuất và cung ứng trên thị trường dưới các dạng: băng dài, roving, vải đơn chiều, các tấm cuộn tròn SMC, BMC, v.v Resin dùng để tẩm ở đây là loại hoà tan trong dung môi (cũng có loại không cần dung môi) như: phenolic, polyeste, epoxy, silicon, polyamid, Các loại sợi thuỷ tinh, Kevlar, sợi Cacbon chiếm tỷ lệ 50 – 80% trọng lượng prepreg vì thế đạt được cường độ cơ học cao phục vụ ngành hàng không. Các loại vải Tissue - prepreg loại mỏng, mềm, mịn 100 – 300 g/m2 dùng cho ngành không gian (aeronautics). Với cấu trúc ngành tàu thuỷ thì dùng loại dày hơn để tiết kiệm thời gian làm laminat.

2. Các loại sản phẩm Prepreg

-Tùy theo công nghệ gia công và yêu cầu của khách hàng, người ta chế tạo các bán thành phẩm-Nguyên liệu prepreg khác nhau. Có một số bán thành phẩm Prepreg thong dụng như sau:

2.1: Các tấm Prepreg thủy tinh E tẩm Epoxy

-Là dạng vải đơn chiều (920g/m2) tẩm epoxy được dệt theo kiểu trơn: Sợ dọc lần lượt móc đan với sợi ngang. Vải đơn chiều cho phép tạo phân tầng với trên 60% sợi thủy tinh trong khi bình thường composite chỉ ở mức dưới 55%

-Các tấm Prepreg này có chiều dày 0.8-0.9mm được xếp lại thành từng lớp  dung cho công nghệ đúc nén nhiệt với áp lực 0.8-1 bar hút chân không

2.2: Băng Tẩm Sẵn

- Trong ngành hang không vũ trụ có loại thiết bị tẩm để chế tạo các loại băng tẩm prepreg với chiều dày 2-3mm, chiều rộng 200-300mm bao gồm: Các dải roving đơn chiều, được kết dính với nhau bằng loại Tissue  thong dụng (lụa, loan roving) và tẩm epoxy

2.3. Prepreg SMC và BMC

-SMC ( Sheet Moulding Compound ) và BMC ( Bulk Moulding  Compound ) là loại prepreg trong đó sợi thủy tinh được tẩm sẵn polyester đặt giữa hai màng polyethylene PE. Ở SMC tỷ lệ sợi thủy tinh là 30%, chi phí lớn đến 50% giá thành composite còn đối với BMC thì chất tẩm là polyester hoặc vinylester, 50% sợi thủy tinh. Do đó BMC có sự phân tầng tốt hơn SMC và giá thành cũng rẻ hơn

2.4.”Giấy” photo cứng (pre-impregne-photodurcissables)

-Đây là loại bán thành phẩm cấu tạo từ nhiều lớp MAT thủy tinh được thấm một loại Resin nhanh :UP-gọi là “giấy” photo cứng  (rắn)

-Loại “Giấy” photo này chứa 65% sợi thủy tinh cắt ngắn và được bán trên thị trường dưới dạng cuộn hoặc tấm bản đặt giữa 2 màng polyethylene PE hoặc PVC trong suốt, mỏng, mềm mại. Bản photo cứng được đúc khuôn hoặc dập. Dưới tác dụng của tia cực tím UV hoặc ánh sang ban ngày, nó đóng rắn trong vòng 5-8 phút. Nó là các tấm không mầu, bong nhẵn 2 mặt

3.Ưu điểm của Prepreg và ứng dụng

-Nhờ có nguyên liệu prepreg đúc sẵn nên rút ngắn được thời gian  thi công. Dưới tác dụng của lực nén và sự gia nhiệt, nguyên liệu Prepreg được đóng rắn trong khuôn đúc nén, trở thành sản phẩm composite

-Thời gian đóng rắn nhanh, khá rẻ so với các loại vải thủy tinh + resin rẻ tiền

-Tiết kiệm được nhân công, resin.

-Có thể tự động hóa được các khâu, giảm giá thành

-Đặc tính cơ học tốt ( đạt được tỉ lệ vải/nhựa cao hơn đáng kể so với phương pháp gia công không dung prepreg, chất lượng vải tẩm sẵn ổn định, không gây sô dịch khi thao tác.)

-Việc sử dụng prepreg là vô cùng dễ dàng và thuận tiện, tăng mạnh năng lực sản xuất các sản phẩm bằng cách tạo ra một cơ chế sản xuất hiệu quả, sạch hơn, nhanh hơn so với các phương pháp lăn ép bằng tay truyền thống, cũng như dễ dàng hơn trong việc bảo quản, vận chuyển và ứng dụng. Các tấm prepreg này có thể dung cho mọi công trình lớn nhỏ.

-Nhờ những đặc tính ưu việt trên mà các bán thành phẩm prepreg ngày càng được sử dụng để tạo ra nhiều sản phẩm trong các lĩnh vực:

+ Gia cường cho vật liệu quốc phòng: các tấm chống đạn trên các phương tiện vận chuyển và các tấm chống đạn được đưa vào áo giáp chống đạn, ngoài ra còn được dùng để sửa chữa thành, vỏ xe thiết giáp, xe tăng

+Ngành thể thao: làm ván trượt….

+Công nghiệp hàng không:

+Xây dựng : Gia cường cho cấu trúc bê   tong, sắt thép vv….

4.Yêu cầu của Prepreg

-Đảm bảo liên kết giữa các lớp

-Độ dẻo của prepreg phải phù hợp với chu kỳ sử dụng: dập nén để đảm bảo quá trình lien kết

-Tỉ lệ cặn bã trong chất bay hơi phải đảm bảo ở mức tối thiểu

-bảo quản tốt (-18 độ C ) Tránh gió, nắng để kìm hãm quá trình polymer hóa