Качество тканевых композитов из углеродного волокна/термопластичных поликарбонатных композитов после термоформования и извлечения из формы было предметом значительных исследований, особенно для применений в отраслях, требующих форм для SMC и композитного формования. Эти композиты критически важны в секторах, использующих формы для компрессии и формы для углеродного волокна.

В этом исследовании изучаются эффекты параметров термоформования с использованием сочетания моделирования методом конечных элементов и ортогонального массива Тагучи. Модель симуляции использовала дискретный подход с микромеханической моделью для описания поведения деформации тканевого углеродного волокна, аналогично тому, что наблюдается в формах для термоформования и инструментах для компрессии. Параллельно была включена модель смолы для обеспечения точности симуляций. Этот подход был проверен с помощью тестов на растяжение, проведенных при пяти различных температурах, предоставивших важные данные о поведении материала в процессе термоформования, аналогично процессам, включающим формы для BMC и формы для прессования.

Ключевые параметры термоформования

Исследование сосредоточилось на трех ключевых параметрах термоформования, каждый из которых имеет три уровня, аналогичных тем, которые рассматриваются в компрессии:

• Температура заготовки: Влияет на гибкость материала и способность принимать формы, критична для инструментов SMC и BMC формования.
• Температура формы: Влияет на окончательную точность формы и отделку поверхности композита, часто затрагивая формы для термоформования и формы SymaLITE.
• Давление удержания заготовки: Играет ключевую роль в удержании материала на месте и обеспечении однородного формования, важно для композитных форм, таких как формы SMC и формы для углеродного волокна.

Цель состояла в оптимизации четырех важных факторов качества: угол зажатия волокон, угол возврата пружины, точность формы и деформация U-образного изделия, аналогично тем, которые встречаются в термореактивных формах и LFT формовании. Путем регулировки параметров термоформования исследование стремилось достичь наилучшего сочетания этих факторов в различных методах композитного инструмента.

Результаты и анализ

Моделирование методом конечных элементов показало, что кривая напряжение-изменение, полученная из тестов на растяжение, тесно совпадает с результатами симуляции. Это подтвердило надежность дискретного метода конечных элементов, используемого в этом исследовании, который имеет аналогии с процессами проверки для форм SMC и инструментов для прессования.

Более того, анализ ортогонального массива Тагучи выявил давление удержания заготовки как доминирующий процессный параметр, аналогично формам для компрессии и инструментам BMC. Оптимальное значение давления удержания заготовки составило 1,18 кПа, что делает его самым критичным фактором в процессе термоформования. Температура заготовки была вторым по влиянию фактором, с оптимальным диапазоном 160°C до 230°C. Интересно, что температура формы имела относительно незначительное влияние на окончательное качество композита, аналогично поведению, наблюдаемому в формах GMT и формах D-LFT.

Оптимальные настройки термоформования

Исследование рекомендовало следующие оптимальные настройки для термоформования тканевых композитов из углеродного волокна/термопластичных поликарбонатных композитов:

• Давление удержания заготовки: 1,18 кПа (критично для форм для компрессии и форм SMC)
• Температура заготовки: 230°C (актуально для инструментов для термоформования и горячих форм для компрессии)
• Температура формы: 190°C (полезно для композитного формования и форм для углеродного волокна)

Эти настройки привели к наилучшим результатам по всем четырем факторам качества, что указывает на то, что тщательный контроль давления удержания заготовки и температуры является ключом к достижению высокого качества композитных форм и форм для термоформования.

Заключение

В заключение, результаты этого исследования предоставляют ценную информацию о влиянии параметров термоформования на тканевые композиты из углеродного волокна/термопластичных поликарбонатных композитов. Исследование пришло к выводу, что давление удержания заготовки и температура заготовки являются двумя наиболее важными факторами, тогда как температура формы играет второстепенную роль. Эти выводы важны для тех, кто работает с композитными инструментами, инструментами для термоформования и формами для компрессии, предоставляя четкий путь к производству высококачественных композитов с желаемыми углами возврата пружины, зажатия волокон и точностью формы.