Існує широкий вибір сировини для композитів, включаючи смоли, волокна та основні матеріали, і кожен матеріал має свої унікальні властивості міцності, жорсткості, в'язкості та термостабільності, з різною вартістю та виходом. Однак кінцеві характеристики композитного матеріалу в цілому пов'язані не лише з матрицею смоли та волокнами (а також з основним матеріалом у сендвіч-структурі), але й тісно пов'язані з методом проектування та процесом виробництва матеріалів у структурі. У цій статті ми представимо загальновживані методи виробництва композитів, основні фактори впливу кожного методу та те, як сировина вибирається для різних процесів.
Формування розпиленням
1, опис методу: коротко нарізаний волокнистий армуючий матеріал та система смоли одночасно розпилюються у форму, а потім затвердівають під атмосферним тиском у термореактивні композитні вироби за допомогою процесу лиття під тиском.
2. Вибір матеріалу:
Смола: переважно поліестер
Волокно: пряжа з грубого скловолокна
Матеріал серцевини: немає, потрібно комбінувати лише з фанерою
3. Основні переваги:
1) Довга історія майстерності
2) Низька вартість, швидке укладання волокна та смоли
3) Низька вартість форми
4, основні недоліки:
1) Фанера легко формується в області, багатій на смолу, має високу вагу
2) Можна використовувати лише коротко нарізані волокна, що серйозно обмежує механічні властивості фанери.
3) Для полегшення розпилення в'язкість смоли має бути достатньо низькою, що призводить до втрати механічних та теплових властивостей композитного матеріалу.
4) Високий вміст стиролу в аерозольній смолі означає, що існує висока потенційна небезпека для оператора, а низька в'язкість означає, що смола може легко проникати крізь робочий одяг працівника та безпосередньо контактувати зі шкірою.
5) Концентрація леткого стиролу в повітрі важко відповідає законодавчим вимогам.
5. Типові застосування:
Прості огорожі, конструкційні панелі з низьким навантаженням, такі як кузова кабріолетів, обтічники вантажівок, ванни та невеликі човни.
Ручне формування
1, опис методу: вручну проникають смолу у волокна, волокна можна ткати, плести, зшивати або скріплювати, а також використовувати інші методи армування, ручне формування зазвичай виконується за допомогою валиків або щіток, а потім смолу стискають клейовим валиком, щоб вона проникла у волокна. Фанеру поміщають під нормальний тиск для затвердіння.
2. Вибір матеріалу:
Смола: без вимог, доступні епоксидні, поліефірні, ефірні на основі поліетилену, фенольні смоли
Волокно: немає вимог, але базова вага більшого арамідного волокна важко проникає в ручно укладене
Основний матеріал: немає вимог
3, основні переваги:
1) Довга історія технологій
2) Легко навчатися
3) низька вартість форми, якщо використовувати смолу, що твердне при кімнатній температурі
4) Широкий вибір матеріалів та постачальників
5) Високий вміст клітковини, використовуються довші волокна, ніж під час процесу розпилення
4, Основні недоліки:
1) Змішування смоли, вміст та якість ламінату тісно пов'язані з майстерністю оператора, важко отримати низький вміст смоли та низьку пористість ламінату.
2) Небезпека для здоров'я та безпеки, пов'язана зі смолою: чим нижча молекулярна маса смоли для ручного нанесення, тим більша потенційна загроза здоров'ю, а нижча в'язкість означає, що смола з більшою ймовірністю проникне в робочий одяг працівників і, таким чином, безпосередньо контактуватиме зі шкірою.
3) Якщо не встановлено хорошої вентиляції, концентрацію стиролу, що випаровується з поліестеру та ефірів на основі поліетилену, у повітрі важко відповідати законодавчим вимогам.
4) В'язкість смоли для ручного нанесення повинна бути дуже низькою, тому вміст стиролу або інших розчинників має бути високим, що призводить до втрати механічних/термічних властивостей композитного матеріалу.
5) Типові застосування: стандартні лопаті вітрових турбін, серійно вироблені човни, архітектурні моделі.
Процес вакуумного пакування
1. Опис методу: Процес вакуумного пакування є розширенням вищезгаданого процесу ручного укладання, тобто герметизація шару пластикової плівки на формі буде здійснюватися вакуумним укладанням фанери вручну, застосовуючи атмосферний тиск до фанери для досягнення ефекту відкачування та стягування, з метою покращення якості композитного матеріалу.
2. вибір матеріалу:
Смола: переважно епоксидні та фенольні смоли, поліефірні та поліетиленові ефіри не застосовуються, оскільки вони містять стирол, що призводить до випаровування у вакуумному насосі.
Волокно: немає вимог, навіть якщо базова вага більших волокон може бути просочена під тиском
Основний матеріал: немає вимог
3. Основні переваги:
1) Можна досягти вищого вмісту клітковини, ніж за стандартного процесу ручного укладання
2) Коефіцієнт пустотності нижчий, ніж у стандартному процесі ручного укладання.
3) Під негативним тиском смола тече достатньо, щоб покращити ступінь інфільтрації волокон, звичайно, частина смоли буде поглинена вакуумними витратними матеріалами
4) Здоров'я та безпека: процес вакуумного пакування може зменшити виділення летких речовин під час процесу затвердіння.
4, Основні недоліки:
1) Додатковий процес збільшує вартість робочої сили та матеріалу одноразового вакуумного пакета
2) Вищі вимоги до кваліфікації операторів
3) Змішування смоли та контроль вмісту смоли значною мірою залежить від кваліфікації оператора
4) Хоча вакуумні пакети зменшують виділення летких речовин, ризик для здоров'я оператора все ще вищий, ніж під час процесу інфузії або препрегу.
5, Типові застосування: великі розміри, окремі яхти обмеженого випуску, деталі гоночних автомобілів, процес склеювання основного матеріалу в суднобудуванні.
Обмотка лиття
1. Опис методу: Процес намотування в основному використовується для виготовлення порожнистих, круглих або овальних конструкційних деталей, таких як труби та жолоби. Пучки волокон просочуються смолою, а потім намотуються на оправку в різних напрямках. Процес контролюється намотувальним верстатом та швидкістю оправки.
2. Вибір матеріалу:
Смола: немає вимог, наприклад, епоксидна, поліефірна, поліетиленова ефірна та фенольна смола тощо.
Волокно: немає вимог, пряме використання пучків волокон каркаса котушки, не потрібно ткати або шити, вплетені у волокнисту тканину
Матеріал основи: немає вимог, але обшивка зазвичай являє собою одношаровий композитний матеріал
3. основні переваги:
(1) висока швидкість виробництва, це економічний та розумний спосіб укладання
(2) Вміст смоли можна контролювати, вимірюючи кількість смоли, що переноситься пучками волокон, що проходять через канавку для смоли.
(3) Мінімізована вартість волокна, відсутність проміжного процесу ткацтва
(4) відмінні структурні характеристики, оскільки лінійні пучки волокон можна укладати вздовж різних напрямків несучого навантаження
4. Основні недоліки:
(1) Процес обмежений круглими порожнистими конструкціями.
(2) Волокна не розташовуються легко та точно вздовж осьового напрямку компонента
(3) Вища вартість позитивного лиття на оправці для великих конструкційних деталей
(4) Зовнішня поверхня конструкції не є поверхнею форми, тому естетика погіршується
(5) Використання низьков'язкої смоли потребує звернення уваги на механічні властивості та санітарно-гігієнічні показники безпеки.
Типове застосування: резервуари та труби для зберігання хімікатів, балони, дихальні балони пожежників.
Пультрузійне формування
1. Опис методу: з тримача шпульки просочують клеєм пучок волокон через нагрівальну пластину, в якій завершується просочування смоли волокнами та контроль вмісту смоли, і в кінцевому підсумку матеріал затвердіває до потрібної форми; ця форма зафіксованого затверділого продукту механічно нарізається на шматки різної довжини. Волокна також можуть потрапляти на гарячу пластину в напрямках, відмінних від 0 градусів. Екструзія та розтягування – це безперервний виробничий процес, і поперечний переріз продукту зазвичай має фіксовану форму, що дозволяє незначні коливання. Попередньо змочений закріплений матеріал проходить через гарячу пластину та одразу ж розподіляється у формі для затвердіння, хоча такий процес менш безперервний, але може досягти зміни форми поперечного перерізу.
2. Вибір матеріалу:
Смола: зазвичай епоксидна, поліефірна, на основі поліетилену, ефірна та фенольна смола тощо.
Клітковина: не вимагається
Матеріал основи: не використовується часто
3. Основні переваги:
(1) висока швидкість виробництва, це економічний та розумний спосіб попереднього зволоження та затвердіння матеріалів
(2) точний контроль вмісту смоли
(3) мінімізація вартості волокна, відсутність проміжного процесу ткацтва
(4) відмінні структурні властивості, оскільки пучки волокон розташовані по прямих лініях, об'ємна частка волокон висока
(5) зона інфільтрації волокон може бути повністю герметизована для зменшення виділення летких речовин
4. основні недоліки:
(1) процес обмежує форму поперечного перерізу
(2) Вища вартість нагрівальної пластини
5. Типове застосування: балки та ферми житлових конструкцій, мости, драбини та огорожі.
Процес лиття під тиском смоли (RTM)
1. Опис методу: Сухі волокна укладають у нижню форму, яку можна попередньо тиснути, щоб волокна максимально відповідали формі форми та були адгезійно з'єднані; потім верхня форма закріплюється на нижній формі для утворення порожнини, а потім смола впорскується в порожнину. Зазвичай використовується вакуумне впорскування смоли та інфільтрація волокон, відоме як вакуумне впорскування смоли (VARI). Після завершення інфільтрації волокон клапан введення смоли закривається, і композит твердне. Впорскування смоли та її твердіння можна проводити або за кімнатної температури, або в умовах нагрівання.
2. Вибір матеріалу:
Смола: зазвичай епоксидна, поліефірна, полівініловестерна та фенольна смола, бісмалеїмідна смола може використовуватися при високій температурі
Волокно: немає вимог. Зшите волокно більше підходить для цього процесу, оскільки проміжок між пучками волокон сприяє перенесенню смоли; спеціально розроблені волокна можуть сприяти потоку смоли.
Матеріал серцевини: стільниковий пінопласт не підходить, оскільки стільникові комірки будуть заповнені смолою, а тиск також призведе до руйнування пінопласту.
3. основні переваги:
(1) Вища об'ємна частка волокна, низька пористість
(2) Безпека та гігієна праці, чисте та охайне робоче середовище, оскільки смола повністю герметична.
(3) Зменшити використання робочої сили
(4) Верхня та нижня сторони конструкційних деталей мають литі поверхні, що полегшує подальшу обробку поверхні.
4. Основні недоліки:
(1) Форми, що використовуються разом, є дорогими, важкими та відносно громіздкими, щоб витримувати більший тиск.
(2) обмежене виробництвом дрібних деталей
(3) Легко можуть утворюватися незволожені ділянки, що призводить до утворення великої кількості брухту
5. Типові застосування: невеликі та складні деталі космічних човників та автомобілів, сидіння поїздів.
Час публікації: 08 серпня 2024 р.
