Suroviny kompozitních materiálů zahrnují pryskyřice, vlákna a jádrový materiál atd.Existuje mnoho možností a každý materiál má svou jedinečnou pevnost, tuhost, houževnatost a tepelnou stabilitu a liší se také jeho cena a výstup.
Avšak kompozitní materiál jako celek, jeho konečný výkon nesouvisí pouze s pryskyřičnou matricí a vlákny (a materiálem jádra v sendvičové struktuře), ale také úzce souvisí s metodou návrhu a výrobním procesem materiálů v konstrukci. .
Tento článek představí běžně používané metody výroby kompozitů, hlavní faktory ovlivňující každou metodu a způsob výběru surovin pro různé procesy.
Popis metody:Lisovací proces, při kterém se nasekaný vlákny vyztužený materiál a pryskyřičný systém nastříkají do formy současně a poté se vytvrdí za normálního tlaku za vzniku termosetového kompozitního produktu.
výběr materiálu:
Pryskyřice: převážně polyester
Vlákno: hrubá příze ze skleněných vláken
Materiál jádra: Žádný, je třeba samostatně kombinovat s lamináty
Hlavní výhoda:
1) Řemeslná výroba má dlouhou historii
2) Nízká cena, rychlé pokládání vláken a pryskyřice
3) Nízké náklady na formy
Hlavní nevýhody:
1) Laminovaná deska snadno vytváří oblast obohacenou pryskyřicí a hmotnost je relativně vysoká
2) Lze použít pouze nasekaná vlákna, což výrazně omezuje mechanické vlastnosti laminátů
3) Aby se usnadnilo stříkání, musí být viskozita pryskyřice dostatečně nízká, aby ztratila mechanické a tepelné vlastnosti kompozitního materiálu.
4) Vysoký obsah styrenu ve sprejové pryskyřici znamená vyšší potenciální nebezpečí pro obsluhu a nízká viskozita znamená, že pryskyřice snadno pronikne pracovním oděvem zaměstnanců a přímo se dostane do kontaktu s pokožkou
5) Koncentrace styrenu odpařeného ve vzduchu je obtížné splnit zákonné požadavky
typická aplikace:
Jednoduché oplocení, nízkozátěžové konstrukční panely, jako jsou karoserie kabrioletů, kapotáže nákladních automobilů, vany a malé čluny
Popis metody:Ručně impregnujte vlákna pryskyřicí.Vlákna mohou být vyztužena tkaním, splétáním, šitím nebo spojováním.Ruční pokládání se obvykle provádí válečky nebo kartáči a poté se pryskyřice vymačkává gumovým válečkem, aby pronikla vlákny.Lamináty byly vytvrzeny za normálního tlaku.
výběr materiálu:
Pryskyřice: bez požadavku, epoxid, polyester, polyvinylester, fenolová pryskyřice jsou přijatelné
Vlákno: Není požadováno, ale aramidové vlákno s větší plošnou hmotností je obtížné infiltrovat ručním pokládáním
Materiál jádra: bez požadavku
Hlavní výhoda:
1) Řemeslná výroba má dlouhou historii
2) Snadno se učí
3) Pokud se použije pryskyřice vytvrzovaná při pokojové teplotě, cena formy je nízká
4) Velký výběr materiálů a dodavatelů
5) Vysoký obsah vláken, použitá vlákna jsou delší než proces stříkání
Hlavní nevýhody:
1) Míchání pryskyřic, obsah pryskyřice a kvalita laminátů úzce souvisí s odborností operátorů, je obtížné získat lamináty s nízkým obsahem pryskyřice a nízkou porézností
2) Zdravotní a bezpečnostní rizika pryskyřice.Čím nižší je molekulová hmotnost pryskyřice pro nanášení rukou, tím větší je potenciální ohrožení zdraví.Čím nižší je viskozita, tím snadněji pryskyřice pronikne do pracovních oděvů zaměstnanců a přímo se dostane do kontaktu s pokožkou
3) Pokud není nainstalováno dobré ventilační zařízení, koncentrace styrenu odpařeného z polyesteru a polyvinylesteru do vzduchu je obtížné splnit zákonné požadavky
4) Viskozita ručně nanášené pryskyřice musí být velmi nízká, takže obsah styrenu nebo jiných rozpouštědel musí být vysoký, čímž se ztratí mechanické/tepelné vlastnosti kompozitního materiálu
Typické aplikace:standardní lopatky větrných turbín, sériově vyráběné lodě, architektonické modely
Popis metody:Proces vakuového sáčku je rozšířením výše zmíněného procesu ručního pokládání, to znamená, že se na formu navaří vrstva plastové fólie, aby se ručně položený laminát vakuoval, a na laminát se aplikuje atmosférický tlak, aby se dosáhlo účinek výfuku a zhutnění.Pro zlepšení kvality kompozitních materiálů.
výběr materiálu:
Pryskyřice: hlavně epoxidová a fenolová pryskyřice, polyester a polyvinylester nejsou vhodné, protože obsahují styren, který se do vývěvy odpařuje
Vlákno: Bez požadavku, i vlákna s velkou plošnou hmotností lze smáčet pod tlakem
Materiál jádra: bez požadavku
Hlavní výhoda:
1) Může dosáhnout vyššího obsahu vlákniny než standardní proces ručního pokládání
2) Pórovitost je nižší než u standardního procesu ručního pokládání
3) Za podmínek podtlaku zlepšuje plný průtok pryskyřice stupeň smáčení vláken.Část pryskyřice bude samozřejmě absorbována vakuovým spotřebním materiálem
4) Zdraví a bezpečnost: Proces vakuování může snížit uvolňování těkavých látek během vytvrzování
Hlavní nevýhody:
1) Další procesy zvyšují náklady na práci a materiály vakuových sáčků na jedno použití
2) Vyšší technické požadavky na provozovatele
3) Kontrola míchání pryskyřice a obsahu pryskyřice do značné míry závisí na odbornosti operátora
4) Přestože vakuový sáček snižuje uvolňování těkavých látek, zdravotní ohrožení obsluhy je stále vyšší než u infuze nebo procesu prepreg
Typické aplikace:velkoplošné, jednorázové limitované edice jachet, díly závodních vozů, lepení materiálů jádra při stavbě lodí
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.je profesionální společnost vyrábějící různé výrobky ze skleněných vláken.Společnost vyrábí především roving ze skleněných vláken, rohož ze sekaných vláken ze skleněných vláken, tkaninu ze skleněných vláken / rovingovou tkaninu / námořní tkaninu atd. Neváhejte nás kontaktovat.
Tel: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Popis metody:Proces navíjení se v zásadě používá k výrobě dutých, kulatých nebo oválných konstrukčních dílů, jako jsou trubky a nádrže.Poté, co je svazek vláken impregnován pryskyřicí, je navíjen na trn v různých směrech a proces je řízen navíjecím strojem a rychlostí trnu.
výběr materiálu:
Pryskyřice: žádné požadavky, jako je epoxid, polyester, polyvinylester a fenolová pryskyřice atd.
Vlákno: žádný požadavek, přímo použijte svazek vláken cívečnice, není třeba tkát nebo šít do tkaniny z vláken
Materiál jádra: žádný požadavek, ale potah je obvykle jednovrstvý kompozitní materiál
Hlavní výhoda:
1) Rychlost výroby je vysoká a je to ekonomická a rozumná metoda vrstvení
2) Obsah pryskyřice lze řídit měřením množství pryskyřice nesené svazkem vláken procházejícím nádrží na pryskyřici
3) Minimalizujte náklady na vlákna, žádný mezilehlý proces tkaní
4) Konstrukční výkon je vynikající, protože svazky lineárních vláken lze pokládat v různých směrech zatížení
Hlavní nevýhody:
1) Tento proces je omezen na kruhové duté struktury
2) Vlákna nelze snadno přesně uspořádat v axiálním směru součásti
3) Cena vřetenové formy pro velké konstrukční díly je relativně vysoká
4) Vnější povrch konstrukce není povrch formy, takže estetika je špatná
5) Při použití pryskyřice s nízkou viskozitou je třeba věnovat pozornost chemickým vlastnostem a zdravotním a bezpečnostním vlastnostem
Typické aplikace:chemické skladovací nádrže a výdejní potrubí, lahve, hasičské dýchací nádrže
Popis metody:Svazek vláken odtažený z cívečnice je ponořen a veden přes topnou desku a pryskyřice je infiltrována do vlákna na topné desce a je řízen obsah pryskyřice a nakonec je materiál vytvrzen do požadovaného tvaru;tento tvarově fixovaný vytvrzený výrobek je mechanicky řezán na různé délky.Vlákna mohou také vstupovat do varné desky v jiných směrech než 0 stupňů.
Pultruze je kontinuální výrobní proces a průřez výrobku má obvykle pevný tvar, který umožňuje mírné změny.Předem mokrý materiál procházející horkou deskou zafixujte a rozprostřete do formy k okamžitému vytvrzení.Přestože tento proces má špatnou kontinuitu, může změnit tvar průřezu.
výběr materiálu:
Pryskyřice: obvykle epoxidová, polyesterová, polyvinylesterová a fenolová pryskyřice atd.
Vláknina: bez požadavku
Materiál jádra: běžně se nepoužívá
Hlavní výhoda:
1) Rychlost výroby je vysoká a je to ekonomický a rozumný způsob předvlhčení a vytvrzení materiálů
2) Přesná kontrola obsahu pryskyřice
3) Minimalizujte náklady na vlákna, žádný mezilehlý proces tkaní
4) Vynikající konstrukční vlastnosti, protože svazky vláken jsou uspořádány v přímce a objemový podíl vláken je vysoký
5) Oblast infiltrace vláken může být zcela utěsněna, aby se snížilo uvolňování těkavých látek
Hlavní nevýhody:
1) Tento proces omezuje tvar průřezu
2) Cena topné desky je poměrně vysoká
Typické aplikace:Trámy a vazníky pro domovní konstrukce, mosty, žebříky a ploty
6. Odlévání pryskyřice (RTM)
Popis metody:Do spodní formy položte suchá vlákna, předem zatlačte, aby vlákna co nejvíce odpovídala tvaru formy, a spojte je;poté upevněte horní formu na spodní formu, aby se vytvořila dutina, a poté vstříkněte pryskyřici do dutiny formy.
Obvykle se používá vakuové vstřikování pryskyřice a infiltrace vláken, konkrétně vakuově asistovaný proces infuze pryskyřice (VARI).Jakmile je infiltrace vláken dokončena, ventil pro zavádění pryskyřice se uzavře a kompozit se vytvrdí.Vstřikování pryskyřice a vytvrzování lze provádět při pokojové teplotě nebo za zahřátých podmínek.
výběr materiálu:
Pryskyřice: obvykle epoxidová, polyesterová, polyvinylesterová a fenolová pryskyřice, bismaleimidová pryskyřice může být použita při vysoké teplotě
Vláknina: Bez požadavku.Šité vlákna jsou pro tento proces vhodnější, protože mezery ve svazcích vláken usnadňují přenos pryskyřice;jsou zde speciálně vyvinutá vlákna pro usnadnění toku pryskyřice
Materiál jádra: Voštinová pěna není vhodná, protože voštinové buňky budou vyplněny pryskyřicí a tlak způsobí kolaps pěny
Hlavní výhoda:
1) Vysoký objemový podíl vláken a nízká poréznost
2) Protože je pryskyřice zcela utěsněna, je zdravá a bezpečná a provozní prostředí je čisté a uklizené
3) Snižte spotřebu práce
4) Horní a spodní strana konstrukční části jsou formovací plochy, což je snadné pro následnou povrchovou úpravu
Hlavní nevýhody:
1) Forma použitá společně je drahá a aby vydržela větší tlak, je těžká a poměrně těžkopádná
2) Omezeno na výrobu malých dílů
3) Nesmáčené oblasti jsou náchylné k tvorbě, což má za následek velké množství odpadu
Typické aplikace:malé a složité části raketoplánů a automobilů, vlaková sedadla
7. Další perfuzní procesy – SCRIMP, RIFT, VARTM atd.
Popis metody:Položte suchá vlákna podobným způsobem jako v procesu RTM, poté položte uvolňovací hadřík a drenážní síť.Po dokončení pokládky se zcela uzavře vakuovým sáčkem, a když vakuum dosáhne určitého požadavku, je pryskyřice zavedena do celé struktury pokládky.Distribuce pryskyřice v laminátu je dosažena vedením proudu pryskyřice přes vodicí síť a nakonec jsou suchá vlákna zcela infiltrována shora dolů.
výběr materiálu:
Pryskyřice: obvykle epoxidová, polyesterová, polyvinylesterová pryskyřice
Vláknina: Jakékoli běžné vlákno.Prošívaná vlákna jsou pro tento proces vhodnější, protože mezery ve svazcích vláken urychlují přenos pryskyřice
Materiál jádra: voštinová pěna nelze použít
Hlavní výhoda:
1) Stejné jako proces RTM, ale pouze jedna strana je povrch formy
2) Jedna strana formy je vakuový sáček, který výrazně šetří náklady na formu a snižuje požadavek, aby forma vydržela tlak
3) Velké konstrukční díly mohou mít také vysoký objemový podíl vláken a nízkou poréznost
4) Pro tento proces lze po úpravě použít standardní ruční procesní formu
5) Sendvičovou strukturu lze tvarovat najednou
Hlavní nevýhody:
1) U velkých konstrukcí je proces poměrně komplikovaný a nelze se vyhnout opravám
2) Viskozita pryskyřice musí být velmi nízká, což také snižuje mechanické vlastnosti
3) Nesmáčené oblasti jsou náchylné k tvorbě, což má za následek velké množství odpadu
Typické aplikace:Zkušební výroba malých člunů, karoserie pro vlaky a nákladní automobily, lopatky větrných turbín
Popis metody:Vlákno nebo tkanina z vláken jsou předem impregnovány výrobcem materiálu pryskyřicí obsahující katalyzátor a výrobní metodou je metoda vysoké teploty a vysokého tlaku nebo metoda rozpouštění v rozpouštědle.Katalyzátor je latentní při pokojové teplotě, což dává materiálu skladovatelnost týdnů nebo měsíců při pokojové teplotě;chlazení může prodloužit jeho trvanlivost.
Prepreg lze ručně nebo strojově položit na povrch formy, poté zakrýt vakuovým sáčkem a zahřát na 120-180°C.Po zahřátí může pryskyřice opět téci a případně vytvrdnout.Autokláv lze použít k aplikaci dodatečného tlaku na materiál, typicky až 5 atmosfér.
výběr materiálu:
Pryskyřice: obvykle lze použít epoxid, polyester, fenolovou pryskyřici, pryskyřici odolnou vysokým teplotám, jako je polyimid, kyanátester a bismaleimid
Vláknina: Bez požadavku.Lze použít svazek vláken nebo tkaninu
Materiál jádra: žádný požadavek, ale pěna musí být odolná vůči vysoké teplotě a vysokému tlaku
Hlavní výhoda:
1) Poměr pryskyřice k vytvrzovacímu činidlu a obsahu pryskyřice jsou přesně nastaveny dodavatelem, je velmi snadné získat lamináty s vysokým obsahem vláken a nízkou porézností
2) Materiál má vynikající zdravotní a bezpečnostní vlastnosti a pracovní prostředí je čisté, což potenciálně šetří náklady na automatizaci a práci
3) Náklady na jednosměrná materiálová vlákna jsou minimalizovány a pro tkaní vláken do látky není vyžadován žádný přechodný proces
4) Výrobní proces vyžaduje pryskyřici s vysokou viskozitou a dobrou smáčitelností, stejně jako optimalizované mechanické a tepelné vlastnosti
5) Prodloužení pracovní doby při pokojové teplotě znamená, že je také snadné dosáhnout strukturální optimalizace a rozložení složitých tvarů
6) Potenciální úspory v automatizaci a mzdových nákladech
Hlavní nevýhody:
1) Náklady na materiály se zvyšují, ale je to nevyhnutelné pro splnění požadavků aplikace
2) K dokončení vytvrzování je nutný autokláv, který má vysoké náklady, dlouhou dobu provozu a omezení velikosti
3) Forma musí odolat vysoké procesní teplotě a materiál jádra má stejné požadavky
4) U silnějších dílů je při pokládání prepregů vyžadováno předběžné vakuum, aby se eliminovaly vzduchové bubliny mezi vrstvami
Typické aplikace:konstrukční části raketoplánu (jako jsou křídla a ocasní plochy), závodní vozy F1
9. Prepreg – proces bez autoklávu
Popis metody:Proces výroby prepregu vytvrzovaného při nízké teplotě je přesně stejný jako u prepregu v autoklávu, rozdíl je v tom, že chemické vlastnosti pryskyřice umožňují jeho vytvrzení při 60-120°C.
Při nízkoteplotním vytvrzování 60°C je pracovní doba materiálu pouze jeden týden;u vysokoteplotních katalyzátorů (>80°C) může pracovní doba dosáhnout několika měsíců.Tekutost pryskyřičného systému umožňuje vytvrzování pouze za použití vakuových sáčků, aniž by bylo nutné používat autoklávy.
výběr materiálu:
Pryskyřice: Obvykle pouze epoxidová pryskyřice
Vláknina: žádný požadavek, stejně jako tradiční prepreg
Materiál jádra: žádný požadavek, ale zvláštní pozornost by měla být věnována použití standardní PVC pěny
Hlavní výhoda:
1) Má všechny výhody tradičního autoklávového prepregu ((i.))-((vi.))
2) Materiál formy je levný, jako je dřevo, protože teplota vytvrzování je nízká
3) Výrobní proces velkých konstrukčních dílů je zjednodušen, stačí pouze natlakovat vakuový sáček, cirkulovat horký vzduch pece nebo horkovzdušný topný systém samotné formy, aby byly splněny požadavky na vytvrzování
4) Lze použít i běžné pěnové materiály a proces je vyzrálejší
5) V porovnání s autoklávem je spotřeba energie nižší
6) Pokročilá technologie zajišťuje dobrou rozměrovou přesnost a opakovatelnost
Hlavní nevýhody:
1) Materiálové náklady jsou stále vyšší než u suchých vláken, i když cena pryskyřice je nižší než u leteckého prepregu
2) Forma musí vydržet vyšší teplotu než proces infuze (80-140 °C)
Typické aplikace:vysoce výkonné lopatky větrných turbín, velké závodní lodě a jachty, záchranná letadla, vlakové komponenty
10. Proces bez autoklávu polopregu SPRINT/paprskového prepregu SparPreg
Popis metody:Při použití prepregu v tlustších strukturách (>3 mm) je obtížné vypustit vzduchové bubliny mezi vrstvami nebo překrývajícími se vrstvami během procesu vytvrzování.Aby se tento problém překonal, byla do procesu vrstvení zavedena předvakuace, ale výrazně se prodloužila doba procesu.
V posledních letech Gurit představil řadu vylepšených prepregových výrobků s patentovanou technologií, která umožňuje výrobu vysoce kvalitních (nízkoporézních) silnějších laminátů, které mají být dokončeny v jediném kroku.Polopreg SPRINT se skládá ze dvou vrstev suchého vlákna, které se sendvičují vrstvou pryskyřičné filmové sendvičové struktury.Po vložení materiálu do formy může vakuová pumpa zcela vypustit vzduch v něm, než se pryskyřice zahřeje a změkne a nasákne vlákno.ztuhlý.
Beam prepreg SparPreg je vylepšený prepreg, který po vytvrzení ve vakuu dokáže snadno odstranit vzduchové bubliny z lepeného dvouvrstvého materiálu.
výběr materiálu:
Pryskyřice: většinou epoxidová pryskyřice, dostupné jsou i jiné pryskyřice
Vláknina: bez požadavku
Materiál jádra: většina, ale zvláštní pozornost by měla být věnována vysoké teplotě při použití standardní PVC pěny
Hlavní výhoda:
1) U silnějších dílů (100 mm) lze stále přesně získat vysoký objemový podíl vláken a nízkou poréznost
2) Počáteční stav pryskyřičného systému je pevný a výkon je vynikající po vytvrzení při vysoké teplotě
3) Umožněte použití levné tkaniny s vysokou gramáží vláken (např. 1600 g/m2), zvyšte rychlost pokládání a ušetřete výrobní náklady
4) Proces je velmi pokročilý, provoz je jednoduchý a obsah pryskyřice je přesně řízen
Hlavní nevýhody:
1) Materiálové náklady jsou stále vyšší než u suchých vláken, i když cena pryskyřice je nižší než u leteckého prepregu
2) Forma musí vydržet vyšší teplotu než proces infuze (80-140 °C)
Typické aplikace:vysoce výkonné lopatky větrných turbín, velké závodní lodě a jachty, záchranná letadla
Čas odeslání: 13. prosince 2022
