Nos últimos anos, tanto a nível nacional como internacional, surgiram novas tecnologias de moldagem para produtos compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono. Essas tecnologias incluem colocação automática de fibras, moldagem de consolidação rápida ultrassônica, moldagem de consolidação a laser, cura por feixe de elétrons, moldagem assistida por vácuo e impressão 3D. Apesar da alta eficiência, baixo custo, baixo consumo de energia e alto grau de automação que essas novas tecnologias de moldagem oferecem, os métodos tradicionais ainda desempenham um papel significativo devido às atuais limitações tecnológicas nas aplicações de fibra de carbono.

Resinas termoplásticas como PEEK, PI e PPS apresentam forte resistência à corrosão, tolerância a danos, resistência ao impacto e resistência à fratura. Eles também amolecem e derretem com o aquecimento, permitindo o uso repetido. Quando combinados com fibra de carbono de alta resistência, esses compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono rapidamente se tornaram populares em aplicações aeroespaciais, militares e civis de ponta. Com o tempo, vários processos de moldagem foram desenvolvidos para aplicações de fibra de carbono. Saxobrano Novo materialCo., Ltd, é especializada na produção de produtos compostos de fibra de carbono e comparou as vantagens e desvantagens de vários métodos de moldagem amplamente utilizados e maduros.

Processo de moldagem em autoclave

A moldagem em autoclave usa gás comprimido de alta temperatura na autoclave para aquecer e pressurizar pré-impregnados pré-colocados, curando-os em forma. Este método é amplamente utilizado para a moldagem integral de materiais compósitos à base de resina e tem importância significativa na produção industrial. Por exemplo, 80% das peças estruturais compostas termoplásticas reforçadas com fibra de carbono usadas na fuselagem, leme, elevadores, revestimentos de asas e aletas de cauda de aeronaves são fabricadas usando moldagem em autoclave.

Durante o processo de moldagem em autoclave, o pré-impregnado é selado em um saco a vácuo dentro do molde, garantindo pressão uniforme do ar comprimido em todas as direções. O fluxo de ar comprimido em alta velocidade dentro da autoclave garante aquecimento uniforme durante os estágios de aquecimento e resfriamento. Além disso, a pressão e a temperatura estáveis ​​dentro da autoclave resultam em baixa porosidade e distribuição uniforme de fibras nos produtos compósitos. Assim, os produtos termoplásticos reforçados com fibra de carbono moldados em autoclave exibem distribuição uniforme de pressão/calor e qualidade estável, tornando este método adequado para a produção de peças estruturais grandes e complexas. No entanto, as desvantagens incluem equipamentos volumosos e complexos, alto consumo de energia, custos substanciais de investimento e produção e baixa eficiência.

Processo de moldagem por compressão

A moldagem por compressão envolve diferentes etapas, como plastificação do material, fluxo para preencher a cavidade do molde e cura da resina. Durante o fluxo do material de moldagem compósito termoplástico reforçado com fibra de carbono na cavidade do molde, tanto a resina termoplástica quanto a fibra de carbono de reforço de alta resistência precisam fluir, resultando em maior pressão de moldagem em comparação com outros métodos. Este processo requer uma prensa hidráulica capaz de controlar a pressão e moldes metálicos de alta resistência, alta precisão e resistentes a altas temperaturas. Wuxi Zhishang New Material geralmente emprega métodos de autoclave e moldagem por compressão para a fabricação de produtos compostos termoplásticos reforçados com fibra de carbono.

Produtos termoplásticos reforçados com fibra de carbono moldados por compressão apresentam baixa tensão interna, empenamento mínimo, superfícies lisas, alta precisão dimensional, propriedades mecânicas estáveis, baixo encolhimento e boa repetibilidade. Este método é adequado para moldar grandes produtos planos com alta eficiência de produção e capacidade de moldar estruturas complexas de uma só vez, facilitando a produção em massa, especialização e automação. No entanto, a complexidade e o alto custo da fabricação de moldes, os longos ciclos de moldagem e os desafios para alcançar o preenchimento completo do molde são desvantagens notáveis ​​nas aplicações de fibra de carbono.

Processo de enrolamento de filamento

O enrolamento de filamento envolve o pré-aquecimento de fibras de carbono contínuas de alta resistência impregnadas de resina e enrolá-las em um mandril. O aquecimento contínuo e a aplicação de pressão consolidam o pré-impregnado em uma estrutura unificada, formando o componente desejado camada por camada. Fatores como temperatura de aquecimento, método de enrolamento, folga de extrusão, temperatura da resina e tensão do enrolamento da fibra impactam diretamente a qualidade do produto.

Comparado ao processo de autoclave, o enrolamento de filamento é mais propício à produção mecanizada e permite ajustes no desempenho de resistência da fibra de carbono, alterando os padrões de enrolamento. No entanto, devido à incapacidade das fibras de carbono aderirem firmemente à superfície do mandril durante o enrolamento, este método é inadequado para a fabricação de peças com superfícies côncavas ou convexas.

Processo de Pultrusão

A pultrusão envolve impregnar fibras de carbono de alta resistência em resina e puxá-las através de uma matriz onde são moldadas e curadas sob pressão, formando comprimentos contínuos de produtos compósitos. Este processo é adequado para a fabricação de componentes contínuos e de seção transversal constante, o que significa que só pode produzir perfis lineares e não peças estruturais de formato complexo. Adicionalmente, devido às propriedades anisotrópicas dos produtos, a sua resistência transversal é limitada, apresentando restrições de aplicação em produtos reforçados com fibra de carbono.

Para a produção em larga escala de produtos termoplásticos reforçados com fibra de carbono linear, este processo oferece alta automação, baixo consumo de energia, alto teor de fibra de carbono, qualidade de produto estável e baixo consumo de matéria-prima. É um método preferido para produzir tipos de produtos específicos.

Tecnologias emergentes

Nos últimos anos, surgiram globalmente inúmeras novas tecnologias de moldagem para produtos compósitos termoplásticos reforçados com fibra de carbono. Isso inclui colocação automática de fibra, consolidação rápida ultrassônica, consolidação a laser, cura por feixe de elétrons, moldagem assistida por vácuo e impressão 3D. Essas novas tecnologias oferecem alta eficiência, baixo custo, baixo consumo de energia e alto grau de automação. No entanto, considerando o actual nível tecnológico na China, continua a existir uma lacuna significativa na investigação e na aplicação prática em comparação com os países desenvolvidos. Por um período considerável, os métodos tradicionais de moldagem continuarão a ser essenciais para a produção de peças estruturais compostas termoplásticas reforçadas com fibra de carbono e outros produtos em aplicações de fibra de carbono.