Съществува широк избор от суровини за композити, включително смоли, влакна и основни материали, като всеки материал има свои уникални свойства на якост, твърдост, жилавост и термична стабилност, с различни разходи и добиви. Крайните характеристики на композитния материал като цяло обаче са свързани не само с матрицата на смолата и влакната (както и с основния материал в сандвич структура), но и с метода на проектиране и производствения процес на материалите в структурата. В тази статия ще представим често използваните методи за производство на композити, основните фактори, влияещи върху всеки метод, и как се избират суровините за различните процеси.
Спрей формоване
1, описание на метода: късо нарязаният армиращ материал от влакна и системата от смола се пръскат едновременно във формата и след това се втвърдяват под атмосферно налягане в термореактивни композитни продукти чрез процес на формоване.
2. Избор на материал:
Смола: предимно полиестер
Влакно: прежда от груби стъклени влакна
Материал на сърцевината: няма, необходимо е да се комбинира само с шперплат
3. Основни предимства:
1) Дълга история на занаятчийството
2) Ниска цена, бързо полагане на влакна и смола
3) Ниска цена на матрицата
4, основните недостатъци:
1) Шперплатът е лесен за оформяне, богат на смола, с високо тегло
2) Могат да се използват само късо нарязани влакна, което сериозно ограничава механичните свойства на шперплата.
3) За да се улесни пръскането, вискозитетът на смолата трябва да бъде достатъчно нисък, като по този начин се губят механичните и термичните свойства на композитния материал.
4) Високото съдържание на стирен в спрей смолата означава, че съществува висок потенциален риск за оператора, а ниският вискозитет означава, че смолата може лесно да проникне през работното облекло на служителя и да влезе в директен контакт с кожата.
5) Концентрацията на летлив стирен във въздуха е трудно да се отговори на законовите изисквания.
5. Типични приложения:
Обикновени огради, структурни панели с ниско натоварване, като например каросерии на кабриолети, обтекатели на камиони, вани и малки лодки.
Ръчно формоване
1, описание на метода: ръчно инфилтриране на смолата във влакната, влакната могат да бъдат тъкани, сплетени, зашити или свързани и други методи за подсилване, ръчното формоване обикновено се извършва с валяци или четки, след което смолата се изстисква с лепилен валяк, за да проникне във влакната. Шперплатът се поставя под нормално налягане, за да се втвърди.
2. Избор на материал:
Смола: няма изискване, налични са епоксидни, полиестерни, естерни на базата на полиетилен, фенолни смоли
Влакно: няма изисквания, но основното тегло на по-големите арамидни влакна е трудно да се инфилтрира в ръчно положените
Основният материал: няма изискване
3, основните предимства:
1) Дълга история на технологиите
2) Лесен за научаване
3) ниска цена на матрицата, ако се използва смола, втвърдяваща се при стайна температура
4) Широк избор от материали и доставчици
5) Високо съдържание на фибри, използвани по-дълги влакна, отколкото при процеса на пръскане
4, Основни недостатъци:
1) Смесването на смолата, съдържанието и качеството на ламината са тясно свързани с уменията на оператора, трудно е да се постигне ниско съдържание на смола и ниска порьозност на ламината.
2) Опасности за здравето и безопасността, свързани със смолата: колкото по-ниско е молекулното тегло на ръчно нанасяната смола, толкова по-голяма е потенциалната заплаха за здравето. По-нисък вискозитет означава, че е по-вероятно смолата да проникне в работното облекло на служителите и по този начин да влезе в директен контакт с кожата.
3) Ако не е инсталирана добра вентилация, концентрацията на стирен, изпарен от полиестерни и полиетиленови естери във въздуха, е трудно да се отговори на законовите изисквания.
4) Вискозитетът на ръчно нанасяната смола трябва да бъде много нисък, така че съдържанието на стирен или други разтворители трябва да е високо, като по този начин се губят механичните/термичните свойства на композитния материал.
5) Типични приложения: стандартни лопатки на вятърни турбини, масово произвеждани лодки, архитектурни модели.
Процес на вакуумно опаковане
1. Описание на метода: Процесът на вакуумно опаковане е продължение на гореспоменатия процес на ръчно наслагване, т.е. запечатването на слой от пластмасово фолио върху матрицата ще бъде ръчно наслагване на шперплат с вакуум, прилагайки атмосферно налягане върху шперплата, за да се постигне ефект на изсмукване и стягане, с цел подобряване на качеството на композитния материал.
2. избор на материал:
Смола: предимно епоксидни и фенолни смоли, полиестерни и полиетиленови естери не са приложими, тъй като съдържат стирен и се изпаряват във вакуумната помпа.
Влакна: няма изискване, дори ако основното тегло на по-големите влакна може да бъде инфилтрирано под налягане
Основният материал: няма изискване
3. Основни предимства:
1) Може да се постигне по-високо съдържание на фибри от стандартния процес на ръчно нанасяне
2) Коефициентът на кухини е по-нисък от стандартния процес на ръчно нанасяне.
3) Под отрицателно налягане смолата тече достатъчно, за да подобри степента на инфилтрация на влакната, разбира се, част от смолата ще бъде абсорбирана от вакуумните консумативи.
4) Здраве и безопасност: процесът на вакуумно опаковане може да намали отделянето на летливи вещества по време на процеса на втвърдяване
4, Основни недостатъци:
1) Допълнителният процес увеличава разходите за труд и материал за вакуумни торбички за еднократна употреба
2) По-високи изисквания за умения за операторите
3) Смесването на смолата и контролът на съдържанието ѝ зависят до голяма степен от уменията на оператора
4) Въпреки че вакуумните торбички намаляват отделянето на летливи вещества, рискът за здравето на оператора все още е по-висок от този при инфузионния или препреговия процес.
5, Типични приложения: големи размери, единични яхти с ограничено издание, части за състезателни автомобили, процес на корабостроене на свързване на основния материал.
Навиване на формоване
1. Описание на метода: Процесът на навиване се използва основно за производство на кухи, кръгли или овални структурни части, като тръби и улеи. Сноповете от влакна се импрегнират със смола и след това се навиват на дорник в различни посоки. Процесът се контролира от машината за навиване и скоростта на дорника.
2. Избор на материал:
Смола: няма изискване, като епоксидна, полиестерна, естерна и фенолна смола на базата на полиетилен и др.
Влакна: няма изисквания, директно използване на снопове от влакна на рамката на макарата, не е необходимо да се тъкат или шият, вплетени в влакнестата плата
Материал на основата: няма изискване, но кожата обикновено е еднослоен композитен материал
3. основните предимства:
(1) бързата скорост на производство е икономичен и разумен начин за нанасяне на слоеве
(2) Съдържанието на смола може да се контролира чрез измерване на количеството смола, носено от снопчетата влакна, преминаващи през жлеба на смолата.
(3) Минимизирани разходи за влакна, без междинен процес на тъкане
(4) отлични структурни характеристики, тъй като линейните снопове от влакна могат да бъдат положени по различните посоки на носене на натоварването
4. Основни недостатъци:
(1) Процесът е ограничен до кръгли кухи структури.
(2) Влакната не са лесно и точно разположени по аксиалната посока на компонента
(3) По-висока цена на формоване с положителен дорник за големи структурни части
(4) Външната повърхност на конструкцията не е повърхност на мухъл, така че естетиката е по-лоша
(5) При използването на нисковискозна смола е необходимо да се обърне внимание на механичните свойства и здравословните и безопасни показатели.
Типични приложения: резервоари и тръби за съхранение на химикали, бутилки, дихателни резервоари за пожарникари.
Пултрузионно формоване
1. Описание на метода: От държача на калерчето се изтегля сноп от влакна, импрегниран с лепило, през нагревателната плоча. В нагревателната плоча се завършва инфилтрацията на влакната чрез смола и се контролира съдържанието на смолата. В крайна сметка материалът се втвърдява в желаната форма. Тази форма на фиксирания втвърден продукт се нарязва механично на различни дължини. Влакната могат да влизат в нагревателната плоча и в посоки, различни от 0 градуса. Екструдирането и разтягането са непрекъснат производствен процес и напречното сечение на продукта обикновено има фиксирана форма, което позволява леки вариации. Предварително намокреният фиксиран материал, преминаващ през нагревателната плоча, се разстила във формата веднага след втвърдяване. Въпреки че този процес е по-малко непрекъснат, може да се постигне промяна на формата на напречното сечение.
2. Избор на материал:
Смола: обикновено епоксидна, полиестерна, естерна и фенолна смола на основата на полиетилен и др.
Фибри: няма изискване
Материал на основата: не се използва често
3. Основни предимства:
(1) бързата производствена скорост е икономичен и разумен начин за предварително овлажняване и втвърдяване на материали
(2) прецизен контрол на съдържанието на смола
(3) минимизиране на разходите за влакна, без междинен процес на тъкане
(4) отлични структурни свойства, тъй като сноповете влакна са подредени по прави линии, обемната фракция на влакната е висока
(5) зоната за инфилтрация на влакна може да бъде напълно запечатана, за да се намали отделянето на летливи вещества
4. основните недостатъци:
(1) процесът ограничава формата на напречното сечение
(2) По-висока цена на нагревателната плоча
5. Типични приложения: греди и ферми на жилищни конструкции, мостове, стълби и огради.
Процес на формоване чрез трансфер на смола (RTM)
1. Описание на метода: Сухите влакна се полагат в долната форма, която може да бъде предварително натисната, за да се осигури максимално съответствие между влакната и да се свържат адхезивно; след това горната форма се фиксира върху долната форма, за да се образува кухина, след което смолата се инжектира в кухината. Често се използва вакуумно-асистирано инжектиране и инфилтриране на влакната със смола, известно като вакуумно-асистирано инжектиране на смола (VARI). След като инфилтрацията на влакната приключи, клапанът за въвеждане на смолата се затваря и композитът се втвърдява. Инжектирането и втвърдяването на смолата могат да се извършват или при стайна температура, или при нагряване.
2. Избор на материал:
Смола: обикновено епоксидна, полиестерна, поливинилов естер и фенолна смола, бисмалеимидна смола може да се използва при висока температура
Влакна: няма изискване. Зашитите влакна са по-подходящи за този процес, тъй като разстоянието между снопа влакна е благоприятно за пренос на смола; има специално разработени влакна, които могат да насърчат потока на смолата.
Материал на сърцевината: клетъчната пяна не е подходяща, тъй като клетките тип „пчелна пита“ ще се запълнят със смола и налягането също ще доведе до свиване на пяната.
3. основните предимства:
(1) По-висока обемна фракция на влакната, ниска порьозност
(2) Здраве и безопасност, чиста и подредена работна среда, тъй като смолата е напълно запечатана.
(3) Намаляване на използването на труд
(4) Горната и долната страна на структурните части са формовани повърхности, което улеснява последващата повърхностна обработка.
4. Основни недостатъци:
(1) Използваните заедно форми са скъпи, тежки и сравнително обемисти, за да издържат на по-голямо налягане.
(2) ограничено до производството на малки части
(3) Лесно могат да се появят немокрени зони, което води до голямо количество отпадъци
5. Типични приложения: малки и сложни части за космически совалки и автомобили, седалки за влакове.
Време на публикуване: 08.08.2024 г.
