Existuje široký výber surovín pre kompozity, vrátane živíc, vlákien a jadrových materiálov, a každý materiál má svoje vlastné jedinečné vlastnosti pevnosti, tuhosti, húževnatosti a tepelnej stability s rôznymi nákladmi a výťažnosťami. Konečný výkon kompozitného materiálu ako celku však nesúvisí len s matricou živice a vláknami (rovnako ako s jadrovým materiálom v sendvičovej štruktúre materiálu), ale úzko súvisí aj s metódou návrhu a výrobným procesom materiálov v štruktúre. V tomto článku predstavíme bežne používané výrobné metódy kompozitov, hlavné ovplyvňujúce faktory každej metódy a spôsob výberu surovín pre rôzne procesy.
Striekanie
1, popis metódy: krátky výstužný materiál z vlákien a živicový systém sa súčasne nastrieka do formy a potom sa vytvrdí za atmosférického tlaku do termosetových kompozitných produktov v procese lisovania.
2. Výber materiálu:
Živica: prevažne polyester
Vlákno: priadza z hrubých sklenených vlákien
Materiál jadra: žiadny, potrebné kombinovať iba s preglejkou
3. Hlavné výhody:
1) Dlhá história remeselného spracovania
2) Nízke náklady, rýchle pokládka vlákien a živice
3) Nízke náklady na formu
4, hlavné nevýhody:
1) Preglejka sa ľahko formuje do oblasti bohatej na živicu a má vysokú hmotnosť
2) Môžu sa použiť iba krátke vlákna, čo vážne obmedzuje mechanické vlastnosti preglejky.
3) Aby sa uľahčilo striekanie, viskozita živice musí byť dostatočne nízka, čím sa stratia mechanické a tepelné vlastnosti kompozitného materiálu.
4) Vysoký obsah styrénu v striekanej živici predstavuje vysoké potenciálne nebezpečenstvo pre obsluhu a nízka viskozita znamená, že živica môže ľahko preniknúť do pracovného oblečenia zamestnanca a prísť do priameho kontaktu s pokožkou.
5) Koncentrácia prchavého styrénu vo vzduchu je ťažké splniť zákonné požiadavky.
5. Typické aplikácie:
Jednoduché oplotenie, nízkozáťažové konštrukčné panely, ako sú karosérie kabrioletov, kryty nákladných vozidiel, vane a malé lode.
Ručné vrstvenie lišt
1, popis metódy: živica sa ručne infiltruje do vlákien, vlákna sa môžu tkáť, splietať, šiť alebo spájať a používať sa aj iné metódy spevňovania, ručné vrstvenie sa zvyčajne vykonáva valčekmi alebo kefami a potom sa živica stlačí lepiacim valčekom, aby prenikla do vlákien. Preglejka sa potom vytvrdí pod normálnym tlakom.
2. Výber materiálu:
Živica: bez požiadavky, k dispozícii sú epoxidové, polyesterové, esterové na báze polyetylénu, fenolové živice
Vlákno: žiadne požiadavky, ale základná hmotnosť väčšieho aramidového vlákna je ťažké infiltrovať do ručne kladeného materiálu
Materiál jadra: žiadna požiadavka
3, hlavné výhody:
1) Dlhá história technológie
2) Ľahko sa učí
3) nízke náklady na formu pri použití živice vytvrdzujúcej sa pri izbovej teplote
4) Široký výber materiálov a dodávateľov
5) Vysoký obsah vlákien, dlhšie vlákna ako pri striekaní
4, Hlavné nevýhody:
1) Miešanie živice, obsah a kvalita laminátovej živice úzko súvisia so zručnosťou operátora, je ťažké dosiahnuť nízky obsah živice a nízku pórovitosť laminátu.
2) Zdravotné a bezpečnostné riziká spojené so živicou: čím nižšia je molekulová hmotnosť ručnej vrstviacej živice, tým väčšie je potenciálne zdravotné riziko. Čím nižšia je viskozita, tým je pravdepodobnejšie, že živica prenikne do pracovného oblečenia zamestnancov a tým sa dostane do priameho kontaktu s pokožkou.
3) Ak nie je nainštalované dobré vetranie, koncentrácia styrénu odparovaného z polyesterových a polyetylénových esterov do vzduchu je ťažké splniť zákonné požiadavky.
4) Viskozita ručnej pasty musí byť veľmi nízka, takže obsah styrénu alebo iných rozpúšťadiel musí byť vysoký, čím sa strácajú mechanické/tepelné vlastnosti kompozitného materiálu.
5) Typické aplikácie: štandardné lopatky veterných turbín, sériovo vyrábané lode, architektonické modely.
Proces vákuového balenia
1. Popis metódy: Proces vákuového balenia je rozšírením vyššie uvedeného procesu ručného ukladania, t. j. utesnenie vrstvy plastovej fólie na forme bude ručným ukladaním preglejky vo vákuu, pričom na preglejku sa aplikuje atmosférický tlak, aby sa dosiahol efekt odsávania a uťahovania, a tým sa zlepšila kvalita kompozitného materiálu.
2. výber materiálu:
Živica: prevažne epoxidové a fenolové živice, estery na báze polyesteru a polyetylénu nie sú použiteľné, pretože obsahujú styrén a odparujú sa vo vákuovom čerpadle.
Vlákno: žiadna požiadavka, aj keď základná hmotnosť väčších vlákien môže byť infiltrovaná pod tlakom
Materiál jadra: žiadna požiadavka
3. Hlavné výhody:
1) Je možné dosiahnuť vyšší obsah vlákien ako pri štandardnom ručnom procese vrstvenia
2) Pomer pórovitosti je nižší ako pri štandardnom procese ručného vrstvenia.
3) Pri podtlaku živica dostatočne tečie, aby sa zlepšil stupeň infiltrácie vlákien, samozrejme, časť živice bude absorbovaná spotrebným materiálom vo vákuu
4) Zdravie a bezpečnosť: proces vákuového balenia môže znížiť uvoľňovanie prchavých látok počas procesu vytvrdzovania
4, Hlavné nevýhody:
1) Dodatočný proces zvyšuje náklady na prácu a materiál jednorazových vákuových vreciek
2) Vyššie požiadavky na zručnosti operátorov
3) Miešanie živice a kontrola obsahu živice závisí vo veľkej miere od zručnosti operátora
4) Hoci vákuové vrecká znižujú uvoľňovanie prchavých látok, zdravotné riziko pre operátora je stále vyššie ako pri infúznom alebo prepregovacom procese.
5, Typické aplikácie: veľké rozmery, jednotlivé jachty v limitovanej edícii, súčiastky pretekárskych automobilov, proces stavby lodí pri lepení základného materiálu.
Vinuté lišty
1. Opis metódy: Proces navíjania sa v podstate používa na výrobu dutých, okrúhlych alebo oválnych konštrukčných dielov, ako sú rúry a žľaby. Zväzky vlákien sa impregnujú živicou a potom sa navíjajú na tŕň v rôznych smeroch. Proces je riadený navíjacím strojom a rýchlosťou tŕňa.
2. Výber materiálu:
Živica: žiadna požiadavka, ako napríklad epoxidová, polyesterová, esterová a fenolová živica na báze polyetylénu atď.
Vlákno: žiadne požiadavky, priame použitie zväzkov vlákien z rámu cievky, nie je potrebné tkať alebo šitie tkané do vláknitej tkaniny
Materiál jadra: žiadna požiadavka, ale poťah je zvyčajne z jednovrstvového kompozitného materiálu
3. hlavné výhody:
(1) rýchla výrobná rýchlosť je ekonomický a rozumný spôsob vrstvenia
(2) Obsah živice je možné kontrolovať meraním množstva živice prenášanej zväzkami vlákien prechádzajúcimi cez drážku živice.
(3) Minimalizované náklady na vlákno, žiadny medziprodukt tkania
(4) vynikajúce štrukturálne vlastnosti, pretože lineárne zväzky vlákien je možné ukladať pozdĺž rôznych smerov nosnosti
4. Hlavné nevýhody:
(1) Proces je obmedzený na okrúhle duté štruktúry.
(2) Vlákna nie sú ľahko a presne usporiadané pozdĺž axiálneho smeru komponentu
(3) Vyššie náklady na pozitívne tvarovanie tŕňom pre veľké konštrukčné diely
(4) Vonkajší povrch konštrukcie nie je povrchom formy, takže estetika je horšia
(5) Pri použití živice s nízkou viskozitou je potrebné venovať pozornosť mechanickým vlastnostiam a bezpečnosti a ochrane zdravia pri práci.
Typické použitie: nádrže a potrubia na skladovanie chemikálií, tlakové fľaše, dýchacie nádrže pre hasičov.
Pultruzné liatie
1. Popis metódy: Z držiaka cievky sa cez vyhrievaciu dosku vytiahne zväzok vlákien impregnovaný lepidlom, ktorý sa následne pretlačí cez vyhrievaciu dosku, kde sa dokončí infiltrácia vlákien živicou a reguluje sa obsah živice, čím sa materiál nakoniec vytvrdí do požadovaného tvaru; tento tvar fixovaného vytvrdeného produktu sa mechanicky nareže na rôzne dĺžky. Vlákna môžu vstupovať na vyhrievaciu dosku aj v smeroch iných ako 0 stupňov. Extrúzia a lisovanie natiahnutím sú kontinuálne výrobné procesy a prierez produktu má zvyčajne pevný tvar, čo umožňuje mierne odchýlky. Predvlhčený fixovaný materiál prechádza cez vyhrievaciu dosku a ihneď sa rozprestiera vo forme, pričom tento proces je síce menej kontinuálny, ale umožňuje zmenu tvaru prierezu.
2. Výber materiálu:
Živica: zvyčajne epoxidová, polyesterová, esterová a fenolová živica na báze polyetylénu atď.
Vláknina: žiadna požiadavka
Materiál jadra: bežne sa nepoužíva
3. Hlavné výhody:
(1) vysoká výrobná rýchlosť, je to ekonomický a rozumný spôsob predvlhčenia a vytvrdzovania materiálov
(2) presná kontrola obsahu živice
(3) minimalizácia nákladov na vlákna, žiadny medziprodukt tkania
(4) vynikajúce štrukturálne vlastnosti, pretože zväzky vlákien sú usporiadané v priamkach, objemový podiel vlákien je vysoký
(5) oblasť infiltrácie vlákien môže byť úplne utesnená, aby sa znížilo uvoľňovanie prchavých látok
4. hlavné nevýhody:
(1) proces obmedzuje tvar prierezu
(2) Vyššie náklady na vykurovaciu dosku
5. Typické použitie: nosníky a priehradové nosníky bytových konštrukcií, mosty, rebríky a ploty.
Proces prenosu živice (RTM)
1. Opis metódy: Suché vlákna sa ukladajú do spodnej formy, ktorá môže byť predbežne natlakovaná, aby sa vlákna čo najviac prispôsobili tvaru formy a boli lepene spojené; potom sa horná forma upevní na spodnú formu, čím sa vytvorí dutina, a potom sa do dutiny vstrekne živica. Bežne sa používa vstrekovanie a infiltrácia vlákien živicou s pomocou vákua, známa ako vstrekovanie živice s pomocou vákua (VARI). Po dokončení infiltrácie vlákien sa ventil na zavádzanie živice uzavrie a kompozit sa vytvrdí. Vstrekovanie a vytvrdzovanie živice sa môže vykonávať buď pri izbovej teplote, alebo za tepla.
2. Výber materiálu:
Živica: zvyčajne epoxidová, polyesterová, polyvinylesterová a fenolová živica, bismaleimidová živica sa môže použiť pri vysokej teplote
Vlákno: žiadna požiadavka. Šité vlákno je pre tento proces vhodnejšie, pretože medzera medzi zväzkami vlákien je priaznivá pre prenos živice; existujú špeciálne vyvinuté vlákna, ktoré môžu podporiť tok živice.
Materiál jadra: celulárna pena nie je vhodná, pretože bunky voštiny sa naplnia živicou a tlak spôsobí aj zrútenie peny.
3. hlavné výhody:
(1) Vyšší objemový podiel vlákien, nízka pórovitosť
(2) Zdravie a bezpečnosť, čisté a upratané prevádzkové prostredie, pretože živica je úplne utesnená.
(3) Znížiť využívanie pracovnej sily
(4) Horná a spodná strana konštrukčných častí sú tvarované povrchy, ktoré sa ľahko následne upravujú.
4. Hlavné nevýhody:
(1) Formy používané spoločne sú drahé, ťažké a relatívne objemné, aby odolali väčšiemu tlaku.
(2) obmedzené na výrobu malých dielov
(3) Ľahko sa môžu vyskytnúť nezmáčané oblasti, čo má za následok veľké množstvo odpadu
5. Typické aplikácie: malé a zložité súčiastky raketoplánov a automobilov, sedadlá vo vlakoch.
Čas uverejnenia: 8. augusta 2024
