Surowce materiałów kompozytowych obejmują żywicę, włókno i materiał rdzenia itp.Istnieje wiele możliwości wyboru, a każdy materiał ma swoją wyjątkową wytrzymałość, sztywność, wytrzymałość i stabilność termiczną, a jego koszt i wydajność są również różne.
Jednak materiał kompozytowy jako całość, jego ostateczna wydajność jest związana nie tylko z matrycą żywiczną i włóknami (oraz materiałem rdzenia w strukturze przekładkowej), ale także ściśle związana z metodą projektowania i procesem wytwarzania materiałów w strukturze .
W tym artykule przedstawimy powszechnie stosowane metody wytwarzania kompozytów, główne czynniki wpływające na każdą metodę oraz sposób wyboru surowców do różnych procesów.
Opis metody:Proces formowania, w którym materiał wzmocniony ciętym włóknem i układ żywicy są jednocześnie natryskiwane do formy, a następnie utwardzane pod normalnym ciśnieniem w celu utworzenia termoutwardzalnego produktu kompozytowego.
wybór materiału:
Żywica: głównie poliester
Włókno: gruba przędza z włókna szklanego
Materiał rdzenia: Brak, należy oddzielnie łączyć z laminatami
Główna zaleta:
1) Rzemiosło ma długą historię
2) Niski koszt, szybkie układanie włókien i żywicy
3) Niski koszt formy
Główne wady:
1) Płyta laminowana jest łatwa do utworzenia obszaru wzbogaconego żywicą, a waga jest stosunkowo wysoka
2) Można stosować wyłącznie włókna cięte, co poważnie ogranicza właściwości mechaniczne laminatów
3) Aby ułatwić natryskiwanie, lepkość żywicy musi być na tyle niska, aby utracić właściwości mechaniczne i termiczne materiału kompozytowego
4) Wysoka zawartość styrenu w żywicy natryskowej oznacza większe potencjalne zagrożenie dla operatorów, a niska lepkość oznacza, że żywica łatwo przenika przez odzież roboczą pracowników i ma bezpośredni kontakt ze skórą
5) Stężenie styrenu ulatniającego się w powietrzu jest trudne do spełnienia wymagań prawnych
typowym zastosowaniem:
Proste ogrodzenia, panele konstrukcyjne o niskim obciążeniu, takie jak nadwozia kabrioletów, owiewki samochodów ciężarowych, wanny i małe łodzie
Opis metody:Ręcznie zaimpregnuj włókna żywicą.Włókna można wzmacniać przez tkanie, splatanie, szycie lub łączenie.Lakierowanie ręczne odbywa się zwykle za pomocą wałków lub pędzli, a następnie gumowym wałkiem wyciska się żywicę, aby wniknęła we włókna.Laminaty utwardzano pod normalnym ciśnieniem.
wybór materiału:
Żywica: nie ma wymagań, żywica epoksydowa, poliester, ester poliwinylowy, żywica fenolowa są dopuszczalne
Włókno: Brak wymagań, ale włókno aramidowe o większej gramaturze jest trudne do infiltracji przy ręcznym układaniu
Materiał rdzenia: brak wymagań
Główna zaleta:
1) Rzemiosło ma długą historię
2) Łatwy do nauczenia
3) Jeśli stosowana jest żywica utwardzana w temperaturze pokojowej, koszt formy jest niski
4) Duży wybór materiałów i dostawców
5) Wysoka zawartość włókien, użyte włókna są dłuższe niż w procesie natryskiwania
Główne wady:
1) Mieszanie żywicy, zawartość żywicy i jakość laminatów są ściśle związane z biegłością operatorów, trudno jest uzyskać laminaty o niskiej zawartości żywicy i małej porowatości
2) Zagrożenia dla zdrowia i bezpieczeństwa związane z żywicą.Im niższa masa cząsteczkowa żywicy do ręcznego układania, tym większe potencjalne zagrożenie dla zdrowia.Im mniejsza lepkość, tym łatwiej żywica wnika w odzież roboczą pracowników i ma bezpośredni kontakt ze skórą
3) Jeśli nie zainstalowano dobrych urządzeń wentylacyjnych, stężenie styrenu ulatniającego się z poliestru i poliestru winylu do powietrza jest trudne do spełnienia wymagań prawnych
4) Lepkość żywicy do nakładania ręcznego musi być bardzo niska, więc zawartość styrenu lub innych rozpuszczalników musi być wysoka, co powoduje utratę właściwości mechanicznych/termicznych materiału kompozytowego
Typowe aplikacje:standardowe łopaty turbin wiatrowych, masowo produkowane łodzie, modele architektoniczne
Opis metody:Proces worka próżniowego jest rozszerzeniem wyżej wspomnianego procesu układania ręcznego, to znaczy warstwa folii z tworzywa sztucznego jest szczelnie zamykana na formie w celu odkurzenia ręcznie układanego laminatu, a do laminatu przykładane jest ciśnienie atmosferyczne w celu uzyskania efekt wydmuchu i zagęszczenia.Poprawa jakości materiałów kompozytowych.
wybór materiału:
Żywica: głównie żywica epoksydowa i fenolowa, poliester i ester poliwinylowy nie są odpowiednie, ponieważ zawierają styren, który ulatnia się w pompie próżniowej
Włókno: bez wymagań, nawet włókna o dużej gramaturze mogą być zwilżane pod ciśnieniem
Materiał rdzenia: brak wymagań
Główna zaleta:
1) Może osiągnąć wyższą zawartość włókien niż standardowy proces układania ręcznego
2) Porowatość jest mniejsza niż w przypadku standardowego ręcznego nakładania
3) W warunkach podciśnienia pełny przepływ żywicy poprawia stopień zwilżenia włókien.Oczywiście część żywicy zostanie wchłonięta przez próżniowe materiały eksploatacyjne
4) Zdrowie i bezpieczeństwo: Proces pakowania próżniowego może zmniejszyć uwalnianie substancji lotnych podczas utwardzania
Główne wady:
1) Dodatkowe procesy zwiększają koszty robocizny i materiałów jednorazowych worków próżniowych
2) Wyższe wymagania techniczne dla operatorów
3) Kontrola mieszania żywicy i zawartości żywicy w dużej mierze zależy od biegłości operatora
4) Chociaż worek próżniowy zmniejsza uwalnianie substancji lotnych, zagrożenie dla zdrowia operatora jest nadal większe niż w przypadku infuzji lub procesu prepreg
Typowe aplikacje:wielkogabarytowe, jednorazowe jachty z limitowanej edycji, części do samochodów wyścigowych, klejenie podstawowych materiałów w przemyśle stoczniowym
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.to profesjonalna firma produkująca różne produkty z włókna szklanego.Firma produkuje głównie niedoprzęd z włókna szklanego, matę z ciętego włókna szklanego, tkaninę z włókna szklanego / tkaninę wędrującą / tkaninę morską itp. Prosimy o kontakt.
Tel: +86 15283895376
WhatsApp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Opis metody:Proces nawijania jest zasadniczo stosowany do produkcji wydrążonych, okrągłych lub owalnych elementów konstrukcyjnych, takich jak rury i zbiorniki.Po zaimpregnowaniu żywicą wiązka włókien jest nawijana na trzpień w różnych kierunkach, a procesem steruje maszyna nawijająca i prędkość trzpienia.
wybór materiału:
Żywica: bez wymagań, takich jak żywica epoksydowa, poliester, ester poliwinylowy i żywica fenolowa itp.
Włókno: bez wymagań, bezpośrednio użyj wiązki włókien kosza, nie ma potrzeby tkania ani wszywania w tkaninę z włókna
Materiał rdzenia: brak wymagań, ale skóra jest zwykle jednowarstwowym materiałem kompozytowym
Główna zaleta:
1) Szybkość produkcji jest szybka i jest to ekonomiczna i rozsądna metoda nakładania warstw
2) Zawartość żywicy można kontrolować, mierząc ilość żywicy przenoszonej przez wiązkę włókien przechodzącą przez zbiornik żywicy
3) Zminimalizuj koszt włókien, bez pośredniego procesu tkania
4) Wydajność konstrukcyjna jest doskonała, ponieważ wiązki włókien liniowych można układać w różnych kierunkach nośnych
Główne wady:
1) Ten proces jest ograniczony do okrągłych pustych konstrukcji
2) Włókna nie są łatwe do dokładnego ułożenia wzdłuż kierunku osiowego elementu
3) Koszt formy męskiej trzpienia dla dużych części konstrukcyjnych jest stosunkowo wysoki
4) Zewnętrzna powierzchnia konstrukcji nie jest powierzchnią formy, więc estetyka jest słaba
5) W przypadku stosowania żywicy o niskiej lepkości należy zwrócić uwagę na właściwości chemiczne oraz właściwości w zakresie bezpieczeństwa i higieny pracy
Typowe aplikacje:zbiorniki do przechowywania chemikaliów i rury doprowadzające, butle, zbiorniki oddechowe dla strażaków
Opis metody:Wiązka włókien wyciągnięta z belki jest zanurzana i przepuszczana przez płytę grzewczą, a żywica jest infiltrowana do włókna na płycie grzewczej, a zawartość żywicy jest kontrolowana, a na koniec materiał jest utwardzany do wymaganego kształtu;ten utwardzany produkt o ustalonym kształcie jest mechanicznie cięty na różne długości.Włókna mogą również dostać się do płyty grzejnej w kierunkach innych niż 0 stopni.
Pultruzja to ciągły proces produkcyjny, a przekrój poprzeczny wyrobu ma zwykle stały kształt, pozwalający na niewielkie zmiany.Utrwal wstępnie zwilżony materiał przechodząc przez płytę grzejną i rozprowadź go w formie w celu natychmiastowego utwardzenia.Chociaż proces ten ma słabą ciągłość, może zmienić kształt przekroju.
wybór materiału:
Żywica: zwykle żywica epoksydowa, poliester, ester poliwinylowy i żywica fenolowa itp.
Błonnik: brak wymagań
Materiał rdzenia: nie jest powszechnie używany
Główna zaleta:
1) Szybkość produkcji jest szybka i jest ekonomicznym i rozsądnym sposobem wstępnego zwilżania i utwardzania materiałów
2) Precyzyjna kontrola zawartości żywicy
3) Zminimalizuj koszt włókien, bez pośredniego procesu tkania
4) Doskonałe parametry strukturalne, ponieważ wiązki włókien są ułożone w linii prostej, a udział objętościowy włókien jest wysoki
5) Obszar infiltracji włókien można całkowicie uszczelnić, aby ograniczyć uwalnianie substancji lotnych
Główne wady:
1) Ten proces ogranicza kształt przekroju poprzecznego
2) Koszt płyty grzewczej jest stosunkowo wysoki
Typowe aplikacje:Belki i kratownice do konstrukcji domów, mostów, drabin i ogrodzeń
6. Formowanie transferowe żywicy (RTM)
Opis metody:Ułóż suche włókna w dolnej formie, wcześniej dociśnij, aby włókna jak najlepiej dopasowały się do kształtu formy i zwiąż je;następnie zamocuj górną formę na dolnej formie, aby utworzyć wnękę, a następnie wstrzyknij żywicę do wnęki formy.
Zwykle stosuje się wspomaganą próżniowo iniekcję żywicy i infiltrację włókien, a mianowicie proces infuzji żywicy wspomaganej próżnią (VARI).Po zakończeniu infiltracji włóknami zawór wprowadzający żywicę jest zamykany i kompozyt jest utwardzany.Wtrysk żywicy i utwardzanie można wykonać w temperaturze pokojowej lub w warunkach ogrzewania.
wybór materiału:
Żywica: zwykle żywica epoksydowa, poliester, ester poliwinylowy i żywica fenolowa, żywica bismaleimidowa może być stosowana w wysokiej temperaturze
Błonnik: Brak wymagań.Włókna szyte są bardziej odpowiednie do tego procesu, ponieważ szczeliny w wiązkach włókien ułatwiają przenoszenie żywicy;istnieją specjalnie opracowane włókna ułatwiające przepływ żywicy
Materiał rdzenia: pianka o strukturze plastra miodu nie jest odpowiednia, ponieważ komórki o strukturze plastra miodu zostaną wypełnione żywicą, a ciśnienie spowoduje zapadnięcie się pianki
Główna zaleta:
1) Wysoka frakcja objętościowa włókien i niska porowatość
2) Ponieważ żywica jest całkowicie uszczelniona, jest zdrowa i bezpieczna, a środowisko pracy jest czyste i uporządkowane
3) Zmniejsz zużycie siły roboczej
4) Górna i dolna strona części konstrukcyjnej to powierzchnie formy, które są łatwe do późniejszej obróbki powierzchni
Główne wady:
1) Forma używana razem jest droga, a aby wytrzymać większe ciśnienie, jest ciężka i stosunkowo nieporęczna
2) Ograniczone do produkcji małych części
3) Pojawiają się obszary niezwilżane, co skutkuje dużą ilością złomu
Typowe aplikacje:mały i złożony wahadłowiec kosmiczny i części samochodowe, siedzenia w pociągu
7. Inne procesy perfuzyjne – SCRIMP, RIFT, VARTM itp.
Opis metody:Ułóż suche włókna w sposób podobny do procesu RTM, następnie ułóż tkaninę rozdzielającą i siatkę drenażową.Po zakończeniu układania jest on całkowicie uszczelniany workiem próżniowym, a gdy próżnia osiągnie określone wymagania, żywica jest wprowadzana do całej struktury układu.Dystrybucję żywicy w laminacie uzyskuje się poprzez kierowanie strumienia żywicy przez siatkę prowadzącą, a na koniec suche włókna są całkowicie infiltrowane od góry do dołu.
wybór materiału:
Żywica: zwykle żywica epoksydowa, poliestrowa, poliestrowo-winylowa
Włókno: Dowolne włókno.Włókna szyte lepiej nadają się do tego procesu, ponieważ szczeliny w wiązkach włókien przyspieszają przenoszenie żywicy
Materiał rdzenia: pianka o strukturze plastra miodu nie dotyczy
Główna zaleta:
1) Tak samo jak proces RTM, ale tylko jedna strona to powierzchnia formy
2) Jedna strona formy to worek próżniowy, co znacznie obniża koszty formy i zmniejsza wymagania dotyczące wytrzymałości formy na ciśnienie
3) Duże części strukturalne mogą mieć również wysoki udział objętościowy włókien i niską porowatość
4) Standardowa forma do ręcznego układania może być używana do tego procesu po modyfikacji
5) Strukturę warstwową można formować jednorazowo
Główne wady:
1) W przypadku dużych konstrukcji proces jest stosunkowo skomplikowany i nie można uniknąć napraw
2) Lepkość żywicy musi być bardzo niska, co również obniża właściwości mechaniczne
3) Pojawiają się obszary niezwilżane, co skutkuje dużą ilością złomu
Typowe aplikacje:Produkcja próbna małych łodzi, paneli karoserii do pociągów i ciężarówek, łopat turbin wiatrowych
8. Prepreg – proces autoklawowania
Opis metody:Włókno lub tkanina z włókien jest wstępnie impregnowana przez producenta materiału żywicą zawierającą katalizator, a metodą wytwarzania jest metoda wysokotemperaturowa i wysokociśnieniowa lub metoda rozpuszczania w rozpuszczalniku.Katalizator jest utajony w temperaturze pokojowej, co daje materiałowi trwałość tygodni lub miesięcy w temperaturze pokojowej;chłodzenie może wydłużyć okres przydatności do spożycia.
Prepreg można nakładać ręcznie lub maszynowo na powierzchnię formy, a następnie przykrywać workiem próżniowym i podgrzewać do temperatury 120-180°C.Po podgrzaniu żywica może ponownie płynąć i ostatecznie utwardzić się.Można zastosować autoklaw w celu wywarcia dodatkowego ciśnienia na materiał, zwykle do 5 atmosfer.
wybór materiału:
Żywica: zwykle można zastosować żywicę epoksydową, poliestrową, fenolową, żywicę odporną na wysokie temperatury, taką jak poliimid, ester cyjanianowy i bismaleimid
Błonnik: Brak wymagań.Można użyć wiązki włókien lub tkaniny z włókien
Materiał rdzenia: brak wymagań, ale pianka musi być odporna na wysoką temperaturę i wysokie ciśnienie
Główna zaleta:
1) Stosunek żywicy do utwardzacza i zawartość żywicy są dokładnie ustalane przez dostawcę, bardzo łatwo jest uzyskać laminaty o dużej zawartości włókien i niskiej porowatości
2) Materiał ma doskonałe właściwości w zakresie zdrowia i bezpieczeństwa, a środowisko pracy jest czyste, co potencjalnie pozwala zaoszczędzić na automatyzacji i kosztach pracy
3) Koszt jednokierunkowych włókien materiałowych jest zminimalizowany, a do utkania włókien w tkaninę nie jest wymagany żaden proces pośredni
4) Proces wytwarzania wymaga żywicy o wysokiej lepkości i dobrej zwilżalności oraz zoptymalizowanych właściwościach mechanicznych i termicznych
5) Wydłużenie czasu pracy w temperaturze pokojowej oznacza, że optymalizacja konstrukcji i układanie skomplikowanych kształtów są również łatwe do osiągnięcia
6) Potencjalne oszczędności w automatyzacji i kosztach pracy
Główne wady:
1) Koszt materiałów wzrasta, ale jest to nieuniknione w celu spełnienia wymagań aplikacji
2) Do zakończenia utwardzania wymagany jest autoklaw, który wiąże się z wysokimi kosztami, długim czasem działania i ograniczeniami wielkości
3) Forma musi wytrzymać wysoką temperaturę procesu, a materiał rdzenia ma te same wymagania
4) W przypadku grubszych części wymagane jest wstępne odpowietrzenie podczas układania prepregów w celu wyeliminowania pęcherzyków powietrza między warstwami
Typowe aplikacje:części konstrukcyjne promów kosmicznych (takie jak skrzydła i ogony), samochody wyścigowe F1
9. Prepreg – proces bez autoklawu
Opis metody:Proces produkcji prepregu utwardzanego w niskiej temperaturze jest dokładnie taki sam, jak w przypadku prepregu w autoklawie, z tą różnicą, że właściwości chemiczne żywicy pozwalają na utwardzanie jej w temperaturze 60-120°C.
W przypadku utwardzania w niskiej temperaturze 60°C czas pracy materiału wynosi tylko jeden tydzień;dla katalizatorów wysokotemperaturowych (>80°C) czas pracy może sięgać kilku miesięcy.Płynność systemu żywicy pozwala na utwardzanie wyłącznie przy użyciu worków próżniowych, unikając stosowania autoklawów.
wybór materiału:
Żywica: Zwykle tylko żywica epoksydowa
Włókno: bez wymagań, tak samo jak tradycyjny prepreg
Materiał rdzenia: brak wymagań, ale należy zachować szczególną ostrożność przy stosowaniu standardowej pianki PVC
Główna zaleta:
1) Posiada wszystkie zalety tradycyjnego prepregu w autoklawie ((i.))-((vi.))
2) Materiał formy jest tani, taki jak drewno, ponieważ temperatura utwardzania jest niska
3) Proces produkcji dużych części konstrukcyjnych jest uproszczony, wystarczy zwiększyć ciśnienie w worku próżniowym, cyrkulować gorące powietrze w piekarniku lub system podgrzewania gorącego powietrza samej formy, aby spełnić wymagania utwardzania
4) Można również stosować zwykłe materiały piankowe, a proces jest bardziej dojrzały
5) W porównaniu z autoklawem zużycie energii jest niższe
6) Zaawansowana technologia zapewnia dobrą dokładność wymiarową i powtarzalność
Główne wady:
1) Koszt materiału jest nadal wyższy niż suchego włókna, chociaż koszt żywicy jest niższy niż prepreg lotniczy
2) Forma musi wytrzymać wyższą temperaturę niż proces infuzji (80-140°C)
Typowe aplikacje:wysokowydajne łopaty turbin wiatrowych, duże łodzie i jachty wyścigowe, samoloty ratownicze, komponenty pociągów
10. Proces bez autoklawowania semi-preg SPRINT/beam prepreg SparPreg
Opis metody:Trudno jest usunąć pęcherzyki powietrza między warstwami lub nakładającymi się warstwami podczas procesu utwardzania, gdy stosuje się prepreg w grubszych strukturach (> 3 mm).Aby przezwyciężyć tę trudność, do procesu nakładania warstw wprowadzono próżnię wstępną, co znacznie wydłużyło czas procesu.
W ostatnich latach firma Gurit wprowadziła na rynek serię ulepszonych produktów prepreg z opatentowaną technologią, umożliwiającą produkcję wysokiej jakości (niskoporowatych) grubszych laminatów w jednym kroku.Semi-preg SPRINT składa się z dwóch warstw suchego włókna umieszczonych warstwowo z warstwą folii z żywicy o strukturze warstwowej.Po umieszczeniu materiału w formie pompa próżniowa może całkowicie spuścić znajdujące się w nim powietrze, zanim żywica się nagrzeje, zmięknie i nasiąknie włóknem.zestalony.
Beam prepreg SparPreg to udoskonalony prepreg, który po utwardzeniu próżniowym może z łatwością usuwać pęcherzyki powietrza ze sklejonego dwuwarstwowego materiału.
wybór materiału:
Żywica: głównie żywica epoksydowa, dostępne są również inne żywice
Błonnik: brak wymagań
Materiał rdzenia: większość, ale należy zwrócić szczególną uwagę na wysoką temperaturę przy stosowaniu standardowej pianki PVC
Główna zaleta:
1) W przypadku grubszych części (100 mm) nadal można dokładnie uzyskać frakcję włókien o dużej objętości i niskiej porowatości
2) Początkowy stan układu żywicy jest stały, a wydajność jest doskonała po utwardzeniu w wysokiej temperaturze
3) Pozwól na użycie niedrogiej tkaniny z włókien o wysokiej gramaturze (np. 1600 g/m2), zwiększ prędkość układania i obniż koszty produkcji
4) Proces jest bardzo zaawansowany, operacja jest prosta, a zawartość żywicy jest precyzyjnie kontrolowana
Główne wady:
1) Koszt materiału jest nadal wyższy niż suchego włókna, chociaż koszt żywicy jest niższy niż prepreg lotniczy
2) Forma musi wytrzymać wyższą temperaturę niż proces infuzji (80-140°C)
Typowe aplikacje:wysokowydajne łopaty turbin wiatrowych, duże łodzie i jachty wyścigowe, samoloty ratownicze
Czas postu: 13 grudnia 2022 r
