เทคโนโลยีการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำสำหรับคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น

บทนำเกี่ยวกับวิธีการเชื่อมห้าวิธีสำหรับคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์

คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกยังคงสามารถละลายได้หลังจากการขึ้นรูปซึ่งแตกต่างจากเทอร์โมเซตติงคอมโพสิต การเชื่อมต่อชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์สามารถทำได้ผ่านการหลอมขั้นที่สองและการใช้แรงดัน ซึ่งถือได้ว่าเป็นกระบวนการเชื่อม ปัจจุบันเทคนิคการเชื่อมที่ใช้กันทั่วไปสำหรับคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์ ได้แก่ การเชื่อมด้วยแก๊สร้อน การต้านทาน การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก การเหนี่ยวนำ และการเชื่อมด้วยเลเซอร์ วิธีการเชื่อมแต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสีย และการเลือกวิธีการควรขึ้นอยู่กับสถานการณ์และข้อกำหนดที่แตกต่างกัน

1. การเชื่อมแก๊สร้อน:

คำอธิบาย: การเชื่อมด้วยแก๊สร้อนใช้กระแสของก๊าซร้อน (โดยปกติคือไนโตรเจน) เพื่อหลอมและหลอมวัสดุเทอร์โมพลาสติกที่ข้อต่อ

กระบวนการ: พื้นผิวของวัสดุถูกให้ความร้อนด้วยแก๊สร้อน และใช้แรงดันเพื่อเชื่อมต่อเข้าด้วยกัน

ข้อดี: มีการควบคุมอุณหภูมิและความดันที่แม่นยำ ทำให้เหมาะกับเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิตต่างๆ

ข้อควรพิจารณา: ต้องใช้ความระมัดระวังเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปและสร้างความเสียหายให้กับคาร์บอนไฟเบอร์

2. การเชื่อมแบบต้านทาน:

คำอธิบาย: การเชื่อมด้วยความต้านทานเกี่ยวข้องกับการส่งกระแสไฟฟ้าผ่านวัสดุ ทำให้เกิดความร้อนที่ข้อต่อ

กระบวนการ: ส่วนประกอบทั้งสองถูกกดเข้าด้วยกัน และกระแสไหลผ่านข้อต่อ ทำให้เกิดความร้อนเฉพาะที่

ข้อดี: กระบวนการรวดเร็ว เหมาะสำหรับโครงสร้างขนาดใหญ่ และสามารถทำงานอัตโนมัติได้

ข้อควรพิจารณา: วัสดุต้องมีการนำไฟฟ้าเพียงพอ และมีความเสี่ยงที่จะเกิดความร้อนสูงเกินไปเฉพาะที่

3. การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก:

คำอธิบาย: การเชื่อมด้วยคลื่นอัลตราโซนิกใช้การสั่นสะเทือนความถี่สูงเพื่อสร้างความร้อนที่ข้อต่อ จึงเกิดการหลอมและหลอมรวมวัสดุเทอร์โมพลาสติก

กระบวนการ: การสั่นสะเทือนอัลตราโซนิกถูกนำไปใช้กับอินเทอร์เฟซ ทำให้เกิดความร้อนและการยึดเกาะเฉพาะที่

ข้อดี: ความเร็วในการประมวลผลรวดเร็ว ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กและซับซ้อน โดยมีผลกระทบต่อความร้อนต่อพื้นที่โดยรอบน้อยที่สุด

ข้อควรพิจารณา: การตั้งค่าความถี่และแอมพลิจูดที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ และวิธีการนี้อาจไม่เหมาะกับเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิตทั้งหมด

4. การเชื่อมแบบเหนี่ยวนำ:

คำอธิบาย: การเชื่อมแบบเหนี่ยวนำใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้ความร้อนแก่วัสดุเทอร์โมพลาสติกที่ข้อต่อ

กระบวนการ: ขดลวดเหนี่ยวนำจะกระตุ้นความร้อนภายในวัสดุ ทำให้เกิดโซนหลอมเหลวเฉพาะจุดสำหรับการเชื่อม

ข้อดี: มีการควบคุมความร้อนที่แม่นยำ ทำให้เหมาะสำหรับโครงสร้างขนาดใหญ่โดยมีผลกระทบต่อพื้นที่โดยรอบน้อยที่สุด

ข้อควรพิจารณา: วัสดุจะต้องมีการนำไฟฟ้าเพียงพอ และวิธีการนี้ใช้ไม่ได้กับสากล

5.การเชื่อมด้วยเลเซอร์:

คำอธิบาย: การเชื่อมด้วยเลเซอร์ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มข้นสูงในการให้ความร้อนและละลายวัสดุที่ข้อต่อ ทำให้เกิดพันธะเมื่อเย็นลง

กระบวนการ: ลำแสงเลเซอร์พุ่งตรงไปยังส่วนต่อประสาน ทำให้วัสดุเทอร์โมพลาสติกร้อนอย่างรวดเร็ว จากนั้นส่วนประกอบต่างๆ จะถูกอัดเข้าด้วยกัน ทำให้เกิดรอยเชื่อมในขณะที่แข็งตัว

ข้อดี: การเชื่อมด้วยเลเซอร์ให้ความแม่นยำสูงและควบคุมอินพุตความร้อน ความเร็วในการเชื่อมค่อนข้างเร็ว และเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก สร้างโซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อนน้อยที่สุด รักษาคุณสมบัติของวัสดุ และลดความเสี่ยงของการปนเปื้อน

ข้อควรพิจารณา: ต้องใช้ความระมัดระวังระหว่างการเชื่อมด้วยเลเซอร์เพื่อป้องกันคาร์บอนไฟเบอร์จากความร้อนสูงเกินไปเพื่อป้องกันความเสียหาย

เทคโนโลยีการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำสำหรับผู้ใหญ่สำหรับเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์มีประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมการบินและอวกาศ

เทคโนโลยีการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมโครงสร้างคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์ เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและสามารถสร้างกระแสเอ็ดดี้ได้เมื่ออยู่ภายใต้สนามแม่เหล็กสลับ จึงไม่จำเป็นต้องเพิ่มวัสดุเหนี่ยวนำเพิ่มเติมเมื่อทำการเชื่อมคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์

เนื่องจากเทคโนโลยีการผลิตสำหรับคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกสำหรับการบินและอวกาศเติบโตเต็มที่และต้นทุนการผลิตลดลง การใช้งานในการผลิตการบินและอวกาศจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก นอกจากนี้ โครงสร้างที่ซับซ้อนของส่วนประกอบด้านการบินและอวกาศยังต้องการชิ้นส่วนที่เรียบง่ายในการประกอบเป็นชิ้นเดียวผ่านเทคโนโลยีการเชื่อมต่อ ดังนั้น การพัฒนาเทคโนโลยีการเชื่อมสำหรับเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิตในการบินและอวกาศ รวมถึงการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำ จึงกลายเป็นความต้องการเร่งด่วนในการวิจัยการผลิตเครื่องบินขั้นสูง และจะยังคงเป็นงานระยะยาวในอนาคต

ปัจจุบัน เทคโนโลยีการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำสำหรับเทอร์โมพลาสติกคาร์บอนไฟเบอร์เผชิญกับความท้าทาย เช่น อายุที่น้อย และข้อเท็จจริงที่ว่ามันยังไม่ได้เข้าสู่ต้นแบบทางวิศวกรรมและขั้นตอนการใช้งานผลิตภัณฑ์ในทางปฏิบัติ อย่างไรก็ตาม การวิจัยเกี่ยวกับการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำของเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิตสำหรับเครื่องบินพลเรือนยังอยู่ในช่วงเริ่มต้นในต่างประเทศ โดยมีเทคโนโลยีสำคัญต่างๆ อยู่ระหว่างการพัฒนา ช่องว่างทางเทคโนโลยีระหว่างประเทศยังไม่ชัดเจนมากนัก ดังนั้น จีนควรเร่งพัฒนาและประยุกต์ใช้ในด้านนี้เพื่อลดช่องว่างด้วยวัสดุขั้นสูงและเทคโนโลยีการผลิตจากต่างประเทศสำหรับเครื่องบิน การเรียนรู้เทคโนโลยีหลักอย่างแท้จริงเท่านั้นจึงจะเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมการบินในประเทศ

ความคืบหน้าการวิจัยเกี่ยวกับการเชื่อมเหนี่ยวนำของคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก CF/PPS ในประเทศจีน

ทีมวิจัยบางทีมได้ศึกษาผลกระทบของกำลังและเวลาในการเชื่อมต่อกำลังรับแรงเฉือนแบบตัก (LSS) โดยใช้วิธีการเชื่อมแบบจุด พวกเขายังสำรวจความเป็นไปได้ของชั้นฝังต่างๆ สำหรับการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำของเทอร์โมพลาสติกคอมโพสิต CF/PPS ผลการวิจัยพบว่ากำลังการเชื่อมที่มากเกินไปหรือเวลาในการเชื่อมที่ยืดเยื้ออาจทำให้ตัวอย่างร้อนเกินไป ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี เช่น การเชื่อมโยงข้าม ออกซิเดชัน และการเสื่อมสภาพของเมทริกซ์เรซิน ซึ่งลดคุณสมบัติทางกลของรอยเชื่อมลงอย่างมากและแม้กระทั่ง คุณสมบัติภายในของคอมโพสิต

1. ข้อมูลเวลาสูงสุดสำหรับการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำของคอมโพสิต CF/PPS

ผลการทดลองระบุว่าเมื่อพลังงานสัมพัทธ์อยู่ในช่วง 400 ถึง 800 ชั้นกลางจะมีอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสูงสุด เมื่อกำลังสัมพัทธ์เพิ่มขึ้น อัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะเร็วขึ้น และเวลาการรมควันจะเกิดขึ้นเร็วขึ้น เมื่อเวลาในการเชื่อมเกินค่าที่กำหนด ควันจะปรากฏขึ้นที่กลางแผงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ การสูบบุหรี่มีสาเหตุหลักมาจากการเสื่อมสภาพของเรซินหรือการระเหยของโมเลกุลขนาดเล็กที่ตกค้าง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้อาจส่งผลเสียต่อคุณภาพการเชื่อมและประสิทธิภาพการยึดเกาะระหว่างแผงทั้งสอง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงสถานการณ์นี้

2. ผลกระทบของกำลังเชื่อมและเวลาต่อกำลังรับแรงเฉือน (LSS)

การเชื่อมแบบเหนี่ยวนำดำเนินการกับวัสดุคอมโพสิต CF/PPS สองชนิดโดยใช้วิธีการเชื่อมแบบจุด ตามด้วยการใช้แรงกดกับลูกกลิ้งหลังการให้ความร้อน ทดสอบกำลังรับแรงเฉือนแบบตัก (LSS) ที่ได้ ผลการวิจัยพบว่าในระหว่างกระบวนการเชื่อมแบบเหนี่ยวนำ เนื่องจากใช้เวลาเชื่อมค่อนข้างสั้น การไหลออกของเรซินจึงไม่รุนแรง ทำให้พื้นผิวการเชื่อมสามารถกักเก็บเรซินได้ในระดับหนึ่ง ที่กำลังสัมพัทธ์ 500 ค่าความต้านทานแรงเฉือน (LSS) จะถึงค่าสูงสุดที่เวลาให้ความร้อน 65 วินาที ซึ่งบ่งชี้ว่าเวลาในการทำความร้อนไม่ควรสั้นหรือยาวเกินไป

3. ผลกระทบของชั้นรากฟันเทียมต่อกำลังรับแรงเฉือน (LSS)

การใช้วัสดุคอมโพสิต CF/PPS สองชนิด ร่วมกับพรีเพก CF/PPS ที่มีข้อกำหนดเฉพาะเดียวกัน (วัตถุดิบ รูปแบบผ้า ปริมาณปริมาณเส้นใยเดียวกัน ฯลฯ) เป็นวัสดุผสม จึงใช้ชั้นรากฟันเทียมสำหรับการเชื่อมแบบจุด ผลการวิจัยพบว่าการเพิ่มชั้นรากฟันเทียมโดยทั่วไปส่งผลให้กำลังรับแรงเฉือน (LSS) ลดลง ซึ่งอาจเป็นผลมาจากชั้นรากฟันเทียมที่จำกัดการสร้างและการนำความร้อน อย่างไรก็ตาม LSS สูงสุดยังคงสูงถึง 24.8 MPa