Сировина композитних матеріалів включає смолу, волокна та основний матеріал тощо.Є багато варіантів, і кожен матеріал має свою унікальну міцність, жорсткість, в’язкість і термостабільність, а його вартість і продуктивність також різні.
Однак композитний матеріал в цілому, його кінцеві характеристики не тільки пов’язані зі смоляною матрицею та волокнами (і основним матеріалом у сендвіч-структурі), але й тісно пов’язані з методом проектування та процесом виробництва матеріалів у структурі. .
Ця стаття познайомить із широко використовуваними методами виробництва композитів, основними факторами впливу кожного методу та способами вибору сировини для різних процесів.
Опис методу:Процес формування, під час якого нарізаний армований волокном матеріал і смоляну систему одночасно розпилюють у форму, а потім затверджують під нормальним тиском для утворення термореактивного композитного продукту.
вибір матеріалу:
Смола: переважно поліестер
Волокно: груба пряжа зі скловолокна
Основний матеріал: немає, потрібно поєднувати з ламінатом окремо
Головна перевага:
1) Майстерність має давню історію
2) Низька вартість, швидке укладання волокна та смоли
3) Низька вартість форми
Основні недоліки:
1) Ламіновану дошку легко сформувати збагачену смолою область, і вага є відносно високою
2) Можна використовувати лише подрібнені волокна, що сильно обмежує механічні властивості ламінату
3) Щоб полегшити розпилення, в'язкість смоли повинна бути достатньо низькою, щоб втратити механічні та термічні властивості композитного матеріалу
4) Високий вміст стиролу в розпилюваній смолі означає більшу потенційну небезпеку для операторів, а низька в'язкість означає, що смола легко проникає в робочий одяг працівників і безпосередньо контактує зі шкірою
5) Концентрація стиролу, що летить у повітрі, важко відповідати вимогам законодавства
типове застосування:
Прості огорожі, структурні панелі з низьким навантаженням, такі як кузови кабріолетів, обтічники вантажівок, ванни та невеликі човни
Опис методу:Вручну просочіть волокна смолою.Волокна можна зміцнити плетінням, плетінням, шиттям або склеюванням.Ручне нанесення зазвичай виконується валиками або щітками, а потім смола стискається гумовим валиком, щоб проникнути у волокна.Ламінати затверділи під нормальним тиском.
вибір матеріалу:
Смола: немає вимог, епоксидна смола, поліефір, полівініловий ефір, фенольна смола є прийнятними
Волокно: Немає вимог, але арамідне волокно з більшою основною вагою важко просочити шляхом укладання вручну
Основний матеріал: немає вимог
Головна перевага:
1) Майстерність має давню історію
2) Легко вчитися
3) Якщо використовується смола, що твердіє при кімнатній температурі, вартість форми низька
4) Великий вибір матеріалів і постачальників
5) Високий вміст клітковини, використовувані волокна довші, ніж процес розпилення
Основні недоліки:
1) Змішування смоли, вміст смоли та якість ламінатів тісно пов’язані з кваліфікацією операторів, важко отримати ламінати з низьким вмістом смоли та низькою пористістю
2) Небезпека смоли для здоров’я та безпеки.Чим менша молекулярна маса смоли для ручного нанесення, тим більша потенційна загроза здоров’ю.Чим нижча в'язкість, тим легше смолі проникати в робочий одяг працівників і безпосередньо контактувати зі шкірою.
3) Якщо хороше вентиляційне обладнання не встановлено, концентрація стиролу, що випаровується з поліефіру та полівінілового ефіру в повітря, важко відповідати вимогам законодавства
4) В’язкість смоли для ручного нанесення має бути дуже низькою, тому вміст стиролу або інших розчинників має бути високим, таким чином втрачаючи механічні/термічні властивості композитного матеріалу
Типові застосування:стандартні лопаті вітрових турбін, човни масового виробництва, архітектурні моделі
Опис методу:Процес вакуумного мішка є розширенням вищезгаданого процесу ручного укладання, тобто шар пластикової плівки запечатується на прес-формі для вакуумування укладеного вручну ламінату, а для досягнення ламінату прикладається атмосферний тиск ефект вихлопу і ущільнення.Підвищення якості композиційних матеріалів.
вибір матеріалу:
Смола: переважно епоксидна та фенольна смола, поліестер та полівініловий ефір не підходять, оскільки вони містять стирол, який випаровується у вакуумному насосі
Волокно: Немає вимог, навіть волокна з великою основною вагою можна змочувати під тиском
Основний матеріал: немає вимог
Головна перевага:
1) Можна досягти вищого вмісту клітковини, ніж стандартний процес ручного укладання
2) Пористість нижча, ніж у стандартного процесу ручного укладання
3) В умовах негативного тиску повний потік смоли покращує ступінь змочування волокон.Звичайно, частина смоли буде поглинена вакуумними витратними матеріалами
4) Здоров’я та безпека: процес вакуумного мішка може зменшити виділення летючих речовин під час затвердіння
Основні недоліки:
1) Додаткові процеси збільшують вартість робочої сили та матеріалів для одноразових вакуумних пакетів
2) Вищі технічні вимоги до операторів
3) Контроль змішування смоли та вмісту смоли значною мірою залежить від кваліфікації оператора
4) Незважаючи на те, що вакуумний мішок зменшує вивільнення летких речовин, загроза здоров’ю оператора все ще вища, ніж загроза процесу інфузії або препрегу
Типові застосування:великомасштабні одноразові обмежені випуски яхт, деталі гоночних автомобілів, склеювання основних матеріалів у суднобудуванні
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.є професійною компанією, що виробляє різні вироби зі скловолокна.Компанія в основному виробляє скловолоконний ровінг, скловолоконний коврик, склотканину/ровінгову тканину/морську тканину тощо. Будь ласка, не соромтеся звертатися до нас.
Тел.: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Опис методу:Процес намотування в основному використовується для виготовлення порожнистих, круглих або овальних конструктивних деталей, таких як труби та резервуари.Після того, як пучок волокон просочується смолою, він намотується на оправку в різних напрямках, і процес контролюється машиною для намотування та швидкістю оправки.
вибір матеріалу:
Смола: не вимагається, наприклад, епоксидна смола, поліефір, полівініловий ефір, фенольна смола тощо.
Волокно: немає вимог, безпосередньо використовуйте пучок волокон шпулярки, не потрібно плести або зшивати волокнисту тканину
Основний матеріал: немає вимог, але оболонка зазвичай є одношаровим композитним матеріалом
Головна перевага:
1) Швидкість виробництва висока, і це економічний і розумний метод шарування
2) Вміст смоли можна контролювати, вимірюючи кількість смоли, що переноситься пучком волокон, що проходить через резервуар для смоли
3) Мінімізуйте вартість волокна, відсутність проміжного процесу плетіння
4) Конструкційні характеристики чудові, оскільки лінійні пучки волокон можна укладати в різних несучих напрямках
Основні недоліки:
1) Цей процес обмежений круглими порожнистими структурами
2) Волокна непросто точно розташувати вздовж осьового напрямку компонента
3) Вартість оправки чоловічої форми для великих конструкційних деталей є відносно високою
4) Зовнішня поверхня конструкції не є поверхнею форми, тому естетика погана
5) Використовуючи смолу з низькою в’язкістю, слід звернути увагу на хімічні характеристики та показники безпеки та здоров’я
Типові застосування:резервуари для зберігання хімікатів і труби доставки, балони, дихальні резервуари для пожежників
Опис методу:Пучок волокон, витягнутий із шпулярниці, занурюється та пропускається через нагрівальну плиту, і смола проникає у волокно на нагрівальній плиті, і вміст смоли контролюється, і, нарешті, матеріал затверджується у необхідну форму;цей затверділий продукт із фіксованою формою механічно розрізається на різну довжину.Волокна також можуть входити в гарячу пластину в інших напрямках, ніж 0 градусів.
Пултрузія - це безперервний виробничий процес, і поперечний переріз виробу зазвичай має фіксовану форму, що допускає незначні зміни.Закріпіть попередньо вологий матеріал, що проходить через гарячу плиту, і розкладіть його у формі для негайного затвердіння.Хоча цей процес має погану безперервність, він може змінити форму поперечного перерізу.
вибір матеріалу:
Смола: зазвичай епоксидна, поліефірна, полівінілефірна та фенольна смола тощо.
Клітковина: не вимагається
Основний матеріал: рідко використовується
Головна перевага:
1) Швидкість виробництва висока, і це економічний і розумний спосіб попереднього зволоження та затвердіння матеріалів
2) Точний контроль вмісту смоли
3) Мінімізуйте вартість волокна, відсутність проміжного процесу плетіння
4) Чудова структурна продуктивність, оскільки пучки волокон розташовані по прямій лінії, а об’ємна частка волокон висока
5) Область інфільтрації волокна може бути повністю закрита, щоб зменшити вивільнення летючих речовин
Основні недоліки:
1) Цей процес обмежує форму поперечного перерізу
2) Вартість нагрівальної плити відносно висока
Типові застосування:Балки та ферми для конструкцій будинків, містків, сходів та огорож
6. Формування для перенесення смоли (RTM)
Опис методу:Викласти сухі волокна в нижню форму, заздалегідь притиснути, щоб волокна максимально прилягали до форми, і скріпити їх;потім закріпіть верхню форму на нижній формі, щоб сформувати порожнину, а потім введіть смолу в порожнину форми.
Зазвичай використовується вакуумна ін’єкція смоли та інфільтрація волокон, а саме процес інфузії смоли з вакуумною допомогою (VARI).Після завершення інфільтрації волокон клапан введення смоли закривається, і композит твердне.Ін'єкцію смоли та затвердіння можна проводити при кімнатній температурі або в умовах нагрівання.
вибір матеріалу:
Смола: зазвичай епоксидна смола, поліефір, полівініловий ефір і фенольна смола, бісмалеімідна смола може використовуватися при високій температурі
Клітковина: не вимагається.Зшиті волокна більше підходять для цього процесу, оскільки проміжки в пучках волокон полегшують перенесення смоли;є спеціально розроблені волокна для полегшення потоку смоли
Основний матеріал: стільниковий пінопласт не підходить, оскільки стільники будуть заповнені смолою, і тиск призведе до руйнування піни.
Головна перевага:
1) Висока об'ємна частка волокон і низька пористість
2) Оскільки смола повністю герметична, вона здорова та безпечна, а робоче середовище чисте та охайне
3) Зменшити використання робочої сили
4) Верхня та нижня сторони конструктивної частини є поверхнями форми, які легко піддаються подальшій обробці поверхні
Основні недоліки:
1) Прес-форма, що використовується разом, дорога, і щоб витримувати більший тиск, вона важка та відносно громіздка
2) Обмежується виробництвом дрібних деталей
3) Незволожені ділянки схильні до появи, що призводить до великої кількості брухту
Типові застосування:малі та складні космічні човники та автозапчастини, сидіння в поїздах
7. Інші процеси перфузії – SCRIMP, RIFT, VARTM та ін.
Опис методу:Покладіть сухі волокна подібно до процесу RTM, потім покладіть тканину для звільнення та дренажну сітку.Після завершення укладання його повністю закривають вакуумним мішком, і коли вакуум досягає певної вимоги, смола вводиться в усю структуру укладання.Розподіл смоли в ламінаті досягається шляхом спрямування потоку смоли через направляючу сітку, і, нарешті, сухі волокна повністю просочуються зверху вниз.
вибір матеріалу:
Смола: зазвичай епоксидна, поліефірна, полівінілефірна смола
Клітковина: будь-яка звичайна клітковина.Зшиті волокна краще підходять для цього процесу, оскільки проміжки в пучках волокон прискорюють перенесення смоли
Основний матеріал: стільниковий пінопласт не застосовується
Головна перевага:
1) Те саме, що й процес RTM, але лише одна сторона є поверхнею форми
2) Одна сторона форми - це вакуумний мішок, який значно економить вартість форми та зменшує вимоги до форми, щоб витримувати тиск
3) Великі структурні частини також можуть мати високу об'ємну частку волокон і низьку пористість
4) Для цього процесу після модифікації можна використовувати стандартну форму для ручного накладання
5) Сендвіч-структуру можна формувати за один раз
Основні недоліки:
1) Для великих конструкцій процес є відносно складним, і ремонту не уникнути
2) В'язкість смоли має бути дуже низькою, що також знижує механічні властивості
3) Незволожені ділянки схильні до появи, що призводить до великої кількості брухту
Типові застосування:Дослідне виробництво малих човнів, кузовних панелей для поїздів і вантажівок, лопатей вітрових турбін
8. Препрег – автоклавний процес
Опис методу:Волокно або волокнисту тканину виробник матеріалу попередньо просочує смолою, що містить каталізатор, і використовується метод виробництва з використанням високої температури та високого тиску або методом розчинення в розчиннику.Каталізатор знаходиться в латентному стані при кімнатній температурі, що забезпечує термін зберігання матеріалу тижнів або місяців при кімнатній температурі;охолодження може подовжити термін його зберігання.
Препрег можна нанести вручну або машиною на поверхню форми, потім помістити у вакуумний пакет і нагріти до 120-180°C.Після нагрівання смола може знову текти і зрештою затвердіти.Автоклав можна використовувати для створення додаткового тиску на матеріал, як правило, до 5 атмосфер.
вибір матеріалу:
Смола: зазвичай також можна використовувати епоксидну, поліефірну, фенольну смолу, стійку до високих температур смолу, таку як поліімід, ціанатний ефір і бісмалеімід.
Клітковина: не вимагається.Можна використовувати пучок волокон або волокнисту тканину
Основний матеріал: немає вимог, але піна має бути стійкою до високої температури та високого тиску
Головна перевага:
1) Співвідношення смоли до затверджувача та вміст смоли точно встановлюється постачальником, дуже легко отримати ламінати з високим вмістом волокна та низькою пористістю
2) Матеріал має чудові характеристики для здоров’я та безпеки, а робоче середовище чисте, потенційно заощаджуючи витрати на автоматизацію та робочу силу
3) Вартість односпрямованих волокон матеріалу зведена до мінімуму, і не потрібен проміжний процес для переплетення волокон у тканину
4) Для процесу виробництва потрібна смола з високою в'язкістю та хорошою змочуваністю, а також оптимізованими механічними та термічними властивостями
5) Подовження робочого часу при кімнатній температурі означає, що також легко досягти структурної оптимізації та накладання складних форм
6) Потенційна економія на автоматизації та витратах на робочу силу
Основні недоліки:
1) Вартість матеріалів зростає, але цього не уникнути, щоб відповідати вимогам застосування
2) Для завершення затвердіння потрібен автоклав, який має високу вартість, тривалий час роботи та обмеження розміру
3) Прес-форма повинна витримувати високу температуру процесу, а основний матеріал має такі ж вимоги
4) Для більш товстих деталей потрібен попередній вакуум під час укладання препрегів, щоб усунути міжшарові повітряні бульбашки
Типові застосування:конструктивні частини космічного човника (такі як крила та хвости), гоночні автомобілі F1
9. Препрег – неавтоклавний процес
Опис методу:Процес виробництва препрегу при низькій температурі затвердіння точно такий же, як і препрегу в автоклаві, відмінність полягає в тому, що хімічні властивості смоли дозволяють його затвердіти при 60-120°C.
Для низькотемпературного затвердіння 60°C робочий час матеріалу становить всього один тиждень;для високотемпературних каталізаторів (>80°C) час роботи може досягати кількох місяців.Текучість системи смол дозволяє затвердіти лише за допомогою вакуумних пакетів, уникаючи використання автоклавів.
вибір матеріалу:
Смола: зазвичай тільки епоксидна смола
Волокно: не вимагається, як і традиційний препрег
Основний матеріал: немає вимог, але слід звернути особливу увагу на використання стандартної піни ПВХ
Головна перевага:
1) Він має всі переваги традиційного автоклавного препрегу ((i.))-((vi.))
2) Матеріал форми дешевий, наприклад деревина, оскільки температура затвердіння низька
3) Процес виготовлення великих конструкційних деталей спрощений, потрібно лише створити тиск у вакуумному мішку, циркулювати гаряче повітря духовки або систему нагріву гарячого повітря самої форми, щоб відповідати вимогам твердіння
4) Також можна використовувати звичайні спінені матеріали, і процес є більш зрілим
5) Порівняно з автоклавом споживання енергії нижче
6) Передова технологія забезпечує гарну точність розмірів і повторюваність
Основні недоліки:
1) Вартість матеріалу все ще вища, ніж сухе волокно, хоча вартість смоли нижча, ніж аерокосмічний препрег
2) Форма повинна витримувати більш високу температуру, ніж процес настоювання (80-140°C)
Типові застосування:високопродуктивні лопаті вітрових турбін, великі гоночні човни та яхти, рятувальні літаки, компоненти поїздів
10. Неавтоклавний процес напівпрегу SPRINT/балкового препрега SparPreg
Опис методу:Важко видалити бульбашки повітря між шарами або шарами, що перекриваються, під час процесу затвердіння, якщо використовувати препрег у більш товстих структурах (>3 мм).Щоб подолати цю складність, у процес шарування було введено попереднє вакуумування, але час процесу значно збільшився.
В останні роки компанія Gurit представила серію вдосконалених препрегів із запатентованою технологією, що дозволяє виготовляти високоякісні (з низькою пористістю) більш товсті ламінати за один етап.Напівпрег SPRINT складається з двох шарів сухого волокна, що поєднує шар сендвіч-структури із плівкової смоли.Після того, як матеріал покладено у форму, вакуумний насос може повністю злити з неї повітря до того, як смола нагріється, розм’якшить і просочить волокно.затверділа.
Препрег для балок SparPreg — це вдосконалений препрег, який після затвердіння під вакуумом може легко видаляти бульбашки повітря зі скріпленого двошарового матеріалу.
вибір матеріалу:
Смола: переважно епоксидна смола, інші смоли також доступні
Клітковина: не вимагається
Основний матеріал: більшість, але особливу увагу слід звернути на високу температуру при використанні стандартної піни ПВХ
Головна перевага:
1) Для більш товстих деталей (100 мм) висока об’ємна частка волокон і низька пористість все ще можуть бути точно отримані
2) Початковий стан полімерної системи є твердим, і продуктивність чудова після високотемпературного затвердіння
3) Дозвольте використовувати недорогу тканину з волокна з високою вагою (наприклад, 1600 г/м2), збільшити швидкість укладання та заощадити витрати на виробництво
4) Процес дуже просунутий, операція проста, а вміст смоли точно контролюється
Основні недоліки:
1) Вартість матеріалу все ще вища, ніж сухе волокно, хоча вартість смоли нижча, ніж аерокосмічний препрег
2) Форма повинна витримувати більш високу температуру, ніж процес настоювання (80-140°C)
Типові застосування:високопродуктивні лопаті вітрових турбін, великі гоночні човни та яхти, рятувальні літаки
Час публікації: 13 грудня 2022 р