Surovine kompozitnih materialov vključujejo smolo, vlakna in jedrni material itd.Obstaja veliko izbir in vsak material ima svojo edinstveno trdnost, togost, žilavost in toplotno stabilnost, različni pa so tudi njegovi stroški in proizvodnja.
Vendar pa končna zmogljivost kompozitnega materiala kot celote ni povezana le s smolno matrico in vlakni (in jedrnim materialom v sendvič strukturi), temveč je tesno povezana tudi z metodo načrtovanja in proizvodnim procesom materialov v strukturi. .
Ta članek bo predstavil običajno uporabljene metode izdelave kompozitov, glavne vplivne dejavnike vsake metode in kako izbrati surovine za različne procese.
Opis metode:Postopek oblikovanja, pri katerem se material, ojačen z sesekljanimi vlakni, in sistem smol istočasno razprši v kalup in nato strdi pod normalnim pritiskom, da nastane termoreaktiven kompozitni izdelek.
izbor materiala:
Smola: večinoma poliester
Vlakna: groba preja iz steklenih vlaken
Osnovni material: Ni, treba ga je ločeno kombinirati z laminati
Glavna prednost:
1) Rokodelstvo ima dolgo zgodovino
2) Poceni, hitro polaganje vlaken in smol
3) Nizki stroški plesni
Glavne slabosti:
1) Laminirano ploščo je enostavno oblikovati območje, obogateno s smolo, in teža je relativno visoka
2) Uporabljajo se lahko samo sesekljana vlakna, kar močno omejuje mehanske lastnosti laminatov
3) Da bi olajšali pršenje, mora biti viskoznost smole dovolj nizka, da izgubi mehanske in toplotne lastnosti kompozitnega materiala
4) Visoka vsebnost stirena v razpršilni smoli pomeni večjo potencialno nevarnost za operaterje, nizka viskoznost pa pomeni, da smola zlahka prodre v delovna oblačila zaposlenih in pride v neposreden stik s kožo
5) Koncentracija stirena, ki se izhlapi v zraku, težko izpolnjuje zakonske zahteve
tipična uporaba:
Preproste ograje, strukturne plošče za nizko obremenitev, kot so karoserije kabrioletov, obloge tovornjakov, kopalne kadi in majhni čolni
Opis metode:Vlakna ročno impregnirajte s smolo.Vlakna je mogoče ojačati s tkanjem, pletenjem, šivanjem ali lepljenjem.Ročno polaganje se običajno izvede z valji ali čopiči, nato pa se smola stisne z gumijastim valjem, da prodre skozi vlakna.Laminati so bili strjeni pod normalnim pritiskom.
izbor materiala:
Smola: ni zahteva, epoksi, poliester, polivinil ester, fenolna smola so sprejemljivi
Vlakna: ni zahteva, vendar je aramidna vlakna z večjo osnovno težo težko infiltrirati z ročnim polaganjem
Material jedra: ni zahtev
Glavna prednost:
1) Rokodelstvo ima dolgo zgodovino
2) Enostaven za učenje
3) Če se uporablja smola, ki se strdi pri sobni temperaturi, so stroški kalupa nizki
4) Velika izbira materialov in dobaviteljev
5) Visoka vsebnost vlaken, uporabljena vlakna so daljša od postopka pršenja
Glavne slabosti:
1) Mešanje smole, vsebnost smole in kakovost laminatov so tesno povezani s strokovnostjo operaterjev, težko je dobiti laminate z nizko vsebnostjo smole in nizko poroznostjo
2) Nevarnosti smole za zdravje in varnost.Nižja kot je molekulska masa smole za ročno polaganje, večja je možna nevarnost za zdravje.Nižja kot je viskoznost, lažje smola prodre v delovna oblačila zaposlenih in pride v neposreden stik s kožo
3) Če ni nameščena dobra prezračevalna oprema, je koncentracija stirena, ki izhlapi iz poliestra in polivinil estra v zrak, težko izpolniti zakonske zahteve
4) Viskoznost smole za ročno polaganje mora biti zelo nizka, zato mora biti vsebnost stirena ali drugih topil visoka, s čimer se izgubijo mehanske/toplotne lastnosti kompozitnega materiala
Tipične aplikacije:standardne lopatice vetrnih turbin, serijsko izdelani čolni, arhitekturni modeli
Opis metode:Postopek vakuumske vrečke je razširitev zgoraj omenjenega postopka ročnega polaganja, to pomeni, da je plast plastične folije zatesnjena na kalup za vakuumiranje ročno položenega laminata, na laminat pa se uporabi atmosferski tlak, da se doseže učinek izpuha in zbijanja.Za izboljšanje kakovosti kompozitnih materialov.
izbor materiala:
Smola: predvsem epoksi in fenolna smola, poliester in polivinil ester nista primerna, ker vsebujeta stiren, ki izhlapi v vakuumsko črpalko
Vlakna: ni zahteva, tudi vlakna z veliko osnovno težo se lahko zmočijo pod pritiskom
Material jedra: ni zahtev
Glavna prednost:
1) Lahko doseže večjo vsebnost vlaken kot standardni postopek ročnega polaganja
2) Poroznost je nižja od standardnega postopka ročnega polaganja
3) V pogojih podtlaka polni pretok smole izboljša stopnjo omočenosti vlaken.Seveda bo del smole absorbiral vakuumski potrošni material
4) Zdravje in varnost: postopek z vakuumsko vrečko lahko zmanjša sproščanje hlapnih snovi med sušenjem
Glavne slabosti:
1) Dodatni postopki povečajo stroške dela in materialov za vakuumske vrečke za enkratno uporabo
2) Višje tehnične zahteve za operaterje
3) Nadzor mešanja smole in vsebnosti smole je v veliki meri odvisen od usposobljenosti operaterja
4) Čeprav vakuumska vrečka zmanjša sproščanje hlapnih snovi, je nevarnost za zdravje operaterja še vedno večja kot pri postopku infuzije ali preprega.
Tipične aplikacije:jahte velikega obsega, enkratne omejene izdaje, deli dirkalnih avtomobilov, lepljenje jedrnih materialov v ladjedelništvu
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.je strokovno podjetje, ki proizvaja različne izdelke iz steklenih vlaken.Podjetje v glavnem proizvaja roving iz steklenih vlaken, preproge iz sesekljanih pramenov iz steklenih vlaken, tkanine iz steklenih vlaken/tkanine za rovinge/pomorske tkanine itd. Prosimo, kontaktirajte nas.
Tel.: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Opis metode:Postopek navijanja se v bistvu uporablja za izdelavo votlih, okroglih ali ovalnih konstrukcijskih delov, kot so cevi in rezervoarji.Ko je snop vlaken impregniran s smolo, se navije na trn v različnih smereh, postopek pa nadzira stroj za navijanje in hitrost trna.
izbor materiala:
Smola: ni potrebna, kot so epoksidna smola, poliester, polivinil ester in fenolna smola itd.
Vlakna: ni zahteva, neposredno uporabite snop vlaken na kolutu, ni potrebe po tkanju ali šivanju v tkanino iz vlaken
Material jedra: ni zahtev, vendar je koža običajno enoslojni kompozitni material
Glavna prednost:
1) Hitrost izdelave je hitra in je ekonomična in razumna metoda nanosa plasti
2) Vsebnost smole je mogoče nadzorovati z merjenjem količine smole, ki jo nosi snop vlaken, ki gre skozi rezervoar za smolo
3) Zmanjšajte stroške vlaken, brez vmesnega procesa tkanja
4) Strukturna zmogljivost je odlična, saj je mogoče linearne snope vlaken položiti v različnih smereh nosilnosti
Glavne slabosti:
1) Ta postopek je omejen na okrogle votle strukture
2) Vlaken ni enostavno natančno razporediti vzdolž aksialne smeri komponente
3) Stroški trna za velike strukturne dele so relativno visoki
4) Zunanja površina konstrukcije ni površina kalupa, zato je estetika slaba
5) Pri uporabi smole z nizko viskoznostjo je treba pozornost posvetiti kemični učinkovitosti ter zdravstveni in varnostni učinkovitosti
Tipične aplikacije:rezervoarji za shranjevanje kemikalij in dovodne cevi, jeklenke, dihalni rezervoarji za gasilce
Opis metode:Snop vlaken, vlečen iz valja, se potopi in preide skozi grelno ploščo, smola pa se infiltrira v vlakno na grelni plošči, vsebnost smole pa se nadzoruje in končno se material strdi v zahtevano obliko;ta sušeni izdelek s fiksno obliko je mehansko razrezan na različne dolžine.Vlakna lahko vstopijo v grelno ploščo tudi v smereh, ki niso 0 stopinj.
Pultruzija je neprekinjen proizvodni proces, prerez izdelka pa ima običajno fiksno obliko, ki omogoča rahle spremembe.Pritrdite predhodno namočen material, ki gre skozi vročo ploščo, in ga razporedite v kalup za takojšnje strjevanje.Čeprav ima ta proces slabo kontinuiteto, lahko spremeni obliko prečnega prereza.
izbor materiala:
Smola: običajno epoksi, poliester, polivinil ester in fenolna smola itd.
Vlakna: ni zahteva
Material jedra: ni pogosto uporabljen
Glavna prednost:
1) Hitrost proizvodnje je hitra in je ekonomičen in razumen način za predhodno vlaženje in strjevanje materialov
2) Natančna kontrola vsebnosti smole
3) Zmanjšajte stroške vlaken, brez vmesnega procesa tkanja
4) Odlična strukturna zmogljivost, ker so snopi vlaken razporejeni v ravni črti in je volumski delež vlaken visok
5) Območje infiltracije vlaken je mogoče popolnoma zapreti, da se zmanjša sproščanje hlapnih snovi
Glavne slabosti:
1) Ta postopek omejuje obliko preseka
2) Stroški grelne plošče so relativno visoki
Tipične aplikacije:Nosilci in nosilci za hišne konstrukcije, mostove, lestve in ograje
6. Prenos smole (RTM)
Opis metode:V spodnji kalup položimo suha vlakna, predhodno pritisnemo, da se vlakna čim bolj prilegajo obliki kalupa in jih povežemo;nato pritrdite zgornji kalup na spodnji kalup, da nastane votlina, in nato vbrizgajte smolo v votlino kalupa.
Običajno se uporablja vakuumsko podprto vbrizgavanje smole in infiltracija vlaken, in sicer vakuumsko podprto vbrizgavanje smole (VARI).Ko je infiltracija vlaken končana, se ventil za uvajanje smole zapre in kompozit se strdi.Vbrizgavanje smole in strjevanje lahko izvedemo pri sobni temperaturi ali pri segrevanju.
izbor materiala:
Smola: običajno epoksi, poliester, polivinil ester in fenolna smola, bismaleimidna smola se lahko uporablja pri visoki temperaturi
Vlakna: Ni potrebe.Šivana vlakna so primernejša za ta postopek, ker reže v snopu vlaken olajšajo prenos smole;obstajajo posebej razvita vlakna za olajšanje pretoka smole
Material jedra: Pena iz satja ni primerna, ker bodo celice satja napolnjene s smolo, pritisk pa bo povzročil, da se pena zruši
Glavna prednost:
1) Visok volumski delež vlaken in nizka poroznost
2) Ker je smola popolnoma zaprta, je zdrava in varna, delovno okolje pa je čisto in urejeno
3) Zmanjšajte porabo delovne sile
4) Zgornja in spodnja stran konstrukcijskega dela sta površini kalupa, kar je enostavno za naknadno površinsko obdelavo
Glavne slabosti:
1) Kalup, ki se uporablja skupaj, je drag in je težak in razmeroma okoren, da prenese večji pritisk
2) Omejeno na proizvodnjo majhnih delov
3) Nemokra območja se lahko pojavijo, kar povzroči veliko količino odpadkov
Tipične aplikacije:majhni in zapleteni raketoplani in avtomobilski deli, sedeži na vlakih
7. Drugi perfuzijski procesi – SCRIMP, RIFT, VARTM itd.
Opis metode:Položite suha vlakna na podoben način kot postopek RTM, nato položite krpo za sprostitev in drenažno mrežo.Ko je polaganje končano, se popolnoma zapre z vakuumsko vrečko in ko vakuum doseže določeno zahtevo, se smola vnese v celotno strukturo polaganja.Porazdelitev smole v laminatu se doseže z vodenjem toka smole skozi vodilno mrežo, na koncu pa se suha vlakna popolnoma infiltrirajo od zgoraj navzdol.
izbor materiala:
Smola: običajno epoksi, poliestrska, polivinil estrska smola
Vlaknine: katera koli običajna vlaknina.Šivana vlakna so bolj primerna za ta postopek, saj vrzeli v snopu vlaken pospešijo prenos smole
Material jedra: pena v obliki satja ni uporabna
Glavna prednost:
1) Enako kot postopek RTM, vendar je samo ena stran površina kalupa
2) Ena stran kalupa je vakuumska vrečka, ki močno prihrani stroške kalupa in zmanjša zahtevo, da kalup vzdrži pritisk
3) Veliki strukturni deli imajo lahko tudi visok volumski delež vlaken in nizko poroznost
4) Standardni kalup za ročno polaganje se lahko uporabi za ta postopek po spremembi
5) Sendvič strukturo je mogoče oblikovati naenkrat
Glavne slabosti:
1) Pri velikih konstrukcijah je postopek razmeroma zapleten in popravilom se ni mogoče izogniti
2) Viskoznost smole mora biti zelo nizka, kar tudi zmanjša mehanske lastnosti
3) Nemokra območja se lahko pojavijo, kar povzroči veliko količino odpadkov
Tipične aplikacije:Poskusna proizvodnja majhnih čolnov, karoserijskih plošč za vlake in tovornjake, lopatic vetrnih turbin
8. Prepreg – postopek avtoklava
Opis metode:Proizvajalec materiala predhodno impregnira vlakna ali tkanino s smolo, ki vsebuje katalizator, proizvodna metoda pa je metoda visoke temperature in visokega tlaka ali metoda raztapljanja s topilom.Katalizator je latenten pri sobni temperaturi, kar daje materialu rok trajanja tednov ali mesecev pri sobni temperaturi;hlajenje lahko podaljša rok uporabnosti.
Prepreg lahko ročno ali strojno položite na površino kalupa, nato ga pokrijete v vakuumsko vrečko in segrejete na 120-180°C.Po segrevanju lahko smola ponovno teče in se sčasoma strdi.Avtoklav lahko uporabite za ustvarjanje dodatnega pritiska na material, običajno do 5 atmosfer.
izbor materiala:
Smola: običajno se lahko uporabijo epoksi, poliestrska, fenolna smola, smola, odporna na visoke temperature, kot je poliimid, cianatni ester in bismaleimid
Vlakna: Ni potrebe.Uporabite lahko snop vlaken ali tkanino iz vlaken
Material jedra: ni zahtev, vendar mora biti pena odporna na visoko temperaturo in visok pritisk
Glavna prednost:
1) Razmerje med smolo in utrjevalcem ter vsebnost smole natančno nastavi dobavitelj, zato je zelo enostavno dobiti laminate z visoko vsebnostjo vlaken in nizko poroznostjo
2) Material ima odlične zdravstvene in varnostne lastnosti, delovno okolje pa je čisto, kar lahko prihrani stroške avtomatizacije in dela
3) Stroški enosmernih materialnih vlaken so zmanjšani in ni potreben noben vmesni postopek za tkanje vlaken v blago
4) Postopek izdelave zahteva smolo z visoko viskoznostjo in dobro omočljivostjo ter optimiziranimi mehanskimi in toplotnimi lastnostmi
5) Podaljšanje delovnega časa pri sobni temperaturi pomeni, da je enostavno doseči tudi strukturno optimizacijo in polaganje kompleksnih oblik
6) Potencialni prihranki pri avtomatizaciji in stroških dela
Glavne slabosti:
1) Stroški materiala se povečajo, vendar so neizogibni, da bi izpolnili zahteve uporabe
2) Za dokončanje sušenja je potreben avtoklav, ki ima visoke stroške, dolg čas delovanja in omejitve velikosti
3) Kalup mora prenesti visoko temperaturo postopka, material jedra pa ima enake zahteve
4) Za debelejše dele je pri polaganju prepregov potreben predvakuum, da se odstranijo zračni mehurčki med plastjo
Tipične aplikacije:konstrukcijski deli raketoplana (kot so krila in rep), dirkalni avtomobili F1
9. Prepreg – postopek brez avtoklava
Opis metode:Postopek izdelave preprega za strjevanje pri nizki temperaturi je popolnoma enak kot za prepreg v avtoklavu, razlika je v tem, da kemične lastnosti smole omogočajo strjevanje pri 60-120 °C.
Za strjevanje pri nizki temperaturi 60°C je delovni čas materiala samo en teden;za visokotemperaturne katalizatorje (>80°C) lahko delovni čas doseže več mesecev.Pretočnost smolnega sistema omogoča strjevanje samo z uporabo vakuumskih vrečk, brez uporabe avtoklavov.
izbor materiala:
Smola: Običajno samo epoksi smola
Vlakna: ni zahteva, enako kot tradicionalni prepreg
Material jedra: ni zahtev, vendar je potrebna posebna pozornost pri uporabi standardne PVC pene
Glavna prednost:
1) Ima vse prednosti tradicionalnega preprega za avtoklave ((i.))-((vi.))
2) Material kalupa je poceni, kot je les, ker je temperatura strjevanja nizka
3) Postopek izdelave velikih strukturnih delov je poenostavljen, potrebno je le ustvariti pritisk v vakuumski vrečki, krožiti vroč zrak v pečici ali sistem za ogrevanje vročega zraka samega kalupa, da se izpolnijo zahteve strjevanja
4) Uporabite lahko tudi običajne materiale iz pene, postopek pa je bolj zrel
5) V primerjavi z avtoklavom je poraba energije manjša
6) Napredna tehnologija zagotavlja dobro dimenzijsko natančnost in ponovljivost
Glavne slabosti:
1) Stroški materiala so še vedno višji kot stroški suhih vlaken, čeprav so stroški smole nižji kot prepreg za vesoljsko uporabo
2) Kalup mora prenesti višjo temperaturo kot postopek infuzije (80-140 °C)
Tipične aplikacije:visoko zmogljive lopatice vetrnih turbin, veliki tekmovalni čolni in jahte, reševalna letala, komponente vlakov
10. Neavtoklavni postopek semi-preg SPRINT/beam prepreg SparPreg
Opis metode:Pri uporabi preprega v debelejših strukturah (>3 mm) je med postopkom utrjevanja težko izprazniti zračne mehurčke med plastmi ali prekrivajočimi plastmi.Da bi premagali to težavo, je bilo v postopek nanosa plasti uvedeno predhodno vakuumiranje, vendar se je čas postopka znatno podaljšal.
V zadnjih letih je Gurit predstavil serijo izboljšanih prepreg izdelkov s patentirano tehnologijo, ki omogoča izdelavo visoko kakovostnih (z nizko poroznostjo) debelejših laminatov, ki se zaključijo v enem koraku.Polpreg SPRINT je sestavljen iz dveh plasti suhih vlaken, ki sta v sendviču plast smolne folije.Ko je material položen v kalup, lahko vakuumska črpalka popolnoma izprazni zrak v njem, preden se smola segreje in zmehča ter prepoji vlakno.utrjena.
Prepreg za nosilce SparPreg je izboljšan prepreg, ki lahko, ko se strdi pod vakuumom, zlahka odstrani zračne mehurčke iz vezanega dvoslojnega materiala.
izbor materiala:
Smola: večinoma epoksi smola, na voljo so tudi druge smole
Vlakna: ni zahteva
Material jedra: večina, vendar je treba posebno pozornost nameniti visoki temperaturi pri uporabi standardne PVC pene
Glavna prednost:
1) Za debelejše dele (100 mm) je še vedno mogoče natančno pridobiti visok volumski delež vlaken in nizko poroznost
2) Začetno stanje smolnega sistema je trdno in zmogljivost je odlična po strjevanju pri visoki temperaturi
3) Omogočite uporabo nizkocenovne tkanine iz vlaken z veliko osnovno težo (kot je 1600 g/m2), povečajte hitrost polaganja in prihranite proizvodne stroške
4) Postopek je zelo napreden, delovanje je preprosto in vsebnost smole je natančno nadzorovana
Glavne slabosti:
1) Stroški materiala so še vedno višji kot stroški suhih vlaken, čeprav so stroški smole nižji kot prepreg za vesoljsko uporabo
2) Kalup mora prenesti višjo temperaturo kot postopek infuzije (80-140 °C)
Tipične aplikacije:visoko zmogljive lopatice vetrnih turbin, veliki tekmovalni čolni in jahte, reševalna letala
Čas objave: 13. december 2022
