Суровините от композитни материали включват смола, влакна и сърцевина и др.Има много възможности за избор и всеки материал има своя уникална здравина, твърдост, издръжливост и термична стабилност, а неговата цена и производителност също са различни.
Въпреки това, композитният материал като цяло, неговата крайна производителност не е свързана само със смолистата матрица и влакната (и основния материал в сандвич структурата), но и тясно свързана с метода на проектиране и производствения процес на материалите в структурата .
Тази статия ще представи често използваните методи за производство на композитни материали, основните влияещи фактори на всеки метод и как да избираме суровини за различни процеси.
Описание на метода:Процес на формоване, при който подсиленият с нарязани влакна материал и системата от смола се впръскват във формата едновременно и след това се втвърдяват при нормално налягане, за да се образува термореактивен композитен продукт.
избор на материал:
Смола: главно полиестер
Влакна: прежда от груби стъклени влакна
Основен материал: Няма, трябва да се комбинира с ламинати отделно
Основното предимство:
1) Занаятчийството има дълга история
2) Ниска цена, бързо полагане на влакна и смола
3) Ниска цена на мухъл
Основни недостатъци:
1) Ламинираната плоскост е лесна за оформяне на зона, обогатена със смола, а теглото е сравнително високо
2) Могат да се използват само нарязани влакна, което силно ограничава механичните свойства на ламинатите
3) За да се улесни пръскането, вискозитетът на смолата трябва да бъде достатъчно нисък, за да загуби механичните и термичните свойства на композитния материал
4) Високото съдържание на стирен в спрей смолата означава по-високи потенциални опасности за операторите, а ниският вискозитет означава, че смолата лесно прониква през работното облекло на служителите и директно контактува с кожата
5) Концентрацията на стирен, изпарен във въздуха, трудно може да отговори на законовите изисквания
типично приложение:
Опростени огради, структурни панели с ниско натоварване, като кабриолетни каросерии, обтекатели на камиони, вани и малки лодки
Описание на метода:Ръчно импрегнирайте влакната със смола.Влакната могат да бъдат подсилени чрез тъкане, сплитане, шиене или свързване.Ръчното полагане обикновено се извършва с валяци или четки и след това смолата се притиска с гумен валяк, за да проникне във влакната.Ламинатите се втвърдяват при нормално налягане.
избор на материал:
Смола: няма изискване, епоксидна смола, полиестер, поливинил естер, фенолна смола са приемливи
Влакно: Няма изискване, но арамидното влакно с по-голямо основно тегло е трудно за инфилтриране чрез ръчно полагане
Материал на сърцевината: няма изискване
Основното предимство:
1) Занаятчийството има дълга история
2) Лесен за научаване
3) Ако се използва втвърдяваща се смола при стайна температура, цената на формата е ниска
4) Голям избор от материали и доставчици
5) Високо съдържание на влакна, използваните влакна са по-дълги от процеса на пръскане
Основни недостатъци:
1) Смесването на смола, съдържанието на смола и качеството на ламинатите са тясно свързани с уменията на операторите, трудно е да се получат ламинати с ниско съдържание на смола и ниска порьозност
2) Опасностите за здравето и безопасността на смолата.Колкото по-ниско е молекулното тегло на смолата за ръчно нанасяне, толкова по-голяма е потенциалната заплаха за здравето.Колкото по-нисък е вискозитетът, толкова по-лесно е смолата да проникне в работното облекло на служителите и да влезе в директен контакт с кожата
3) Ако не е монтирано добро вентилационно оборудване, концентрацията на стирен, изпарен от полиестер и поливинил естер във въздуха, трудно може да отговори на законовите изисквания
4) Вискозитетът на смолата за ръчно нанасяне трябва да е много нисък, така че съдържанието на стирен или други разтворители трябва да е високо, като по този начин се губят механичните/термичните свойства на композитния материал
Типични приложения:стандартни лопатки на вятърни турбини, масово произвеждани лодки, архитектурни модели
3. Процес на вакуумна торбичка
Описание на метода:Процесът на вакуумна торба е разширение на гореспоменатия процес на ръчно поставяне, тоест слой от пластмасово фолио се запечатва върху матрицата за вакуумиране на ръчно поставения ламинат и се прилага атмосферно налягане към ламината, за да се постигне ефектът на отработените газове и уплътняването.За подобряване на качеството на композитните материали.
избор на материал:
Смола: главно епоксидна и фенолна смола, полиестер и поливинил естер не са подходящи, защото съдържат стирен, който се изпарява във вакуумната помпа
Влакна: Няма изискване, дори влакна с голямо основно тегло могат да бъдат намокрени под налягане
Материал на сърцевината: няма изискване
Основното предимство:
1) Може да постигне по-високо съдържание на фибри в сравнение със стандартния процес на ръчно полагане
2) Порьозността е по-ниска от стандартния процес на ръчно полагане
3) При условия на отрицателно налягане, пълният поток на смолата подобрява степента на овлажняване на влакната.Разбира се, част от смолата ще се абсорбира от вакуумните консумативи
4) Здраве и безопасност: Процесът на вакуумна торбичка може да намали отделянето на летливи вещества по време на втвърдяване
Основни недостатъци:
1) Допълнителните процеси увеличават цената на труда и материалите за вакуумна торбичка за еднократна употреба
2) По-високи технически изисквания към операторите
3) Контролът на смесването на смолата и съдържанието на смола до голяма степен зависи от уменията на оператора
4) Въпреки че вакуумната торбичка намалява отделянето на летливи вещества, заплахата за здравето на оператора все още е по-висока от тази на инфузията или процеса на препрегиране
Типични приложения:широкомащабни, еднократни яхти с ограничено издание, части за състезателни автомобили, свързване на основни материали в корабостроенето
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.е професионална компания, произвеждаща различни продукти от стъклени влакна.Фирмата произвежда основно ровинг от фибростъкло, рогозки от стъклени влакна, плат от стъклени влакна/плат за ровинг/морски плат и др. Моля, не се колебайте да се свържете с нас.
Тел: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Описание на метода:Процесът на навиване се използва основно за производство на кухи, кръгли или овални структурни части като тръби и резервоари.След като снопът от влакна е импрегниран със смола, той се навива на дорника в различни посоки и процесът се контролира от машината за навиване и скоростта на дорника.
избор на материал:
Смола: няма изискване, като епоксидна, полиестерна, поливинил естерна и фенолна смола и др.
Влакна: няма изискване, използвайте директно снопа от влакна на ролката, няма нужда да тъчете или шиете във влакнест плат
Материал на сърцевината: няма изискване, но кожата обикновено е еднослоен композитен материал
Основното предимство:
1) Скоростта на производство е бърза и е икономичен и разумен метод за наслояване
2) Съдържанието на смола може да се контролира чрез измерване на количеството смола, пренасяно от снопа влакна, преминаващ през резервоара за смола
3) Минимизиране на разходите за влакна, без междинен процес на тъкане
4) Структурните характеристики са отлични, тъй като линейните снопове от влакна могат да бъдат положени в различни посоки на натоварване
Основните недостатъци:
1) Този процес е ограничен до кръгли кухи структури
2) Влакната не се подреждат лесно по аксиалната посока на компонента
3) Цената на мъжката форма на дорник за големи структурни части е сравнително висока
4) Външната повърхност на конструкцията не е повърхността на матрицата, така че естетиката е лоша
5) Когато използвате смола с нисък вискозитет, трябва да се обърне внимание на химическата ефективност и ефективността на здравето и безопасността
Типични приложения:резервоари за съхранение на химикали и тръби за доставка, цилиндри, резервоари за дишане на пожарникари
Описание на метода:Снопът влакна, изтеглен от ролката, се потапя и преминава през нагревателната плоча, а смолата се инфилтрира във влакното на нагревателната плоча и съдържанието на смола се контролира и накрая материалът се втвърдява в необходимата форма;този изсъхнал продукт с фиксирана форма се нарязва механично на различни дължини.Влакната могат също да навлязат в котлона в посоки, различни от 0 градуса.
Пултрузията е непрекъснат производствен процес и напречното сечение на продукта обикновено има фиксирана форма, позволяваща леки промени.Фиксирайте предварително намокрения материал, преминаващ през горещата плоча и го разстелете във формата за незабавно втвърдяване.Въпреки че този процес има лоша непрекъснатост, той може да промени формата на напречното сечение.
избор на материал:
Смола: обикновено епоксидна, полиестерна, поливинил естерна и фенолна смола и др.
Фибри: няма изискване
Материал на сърцевината: не се използва често
Основното предимство:
1) Скоростта на производство е бърза и това е икономичен и разумен начин за предварително намокряне и втвърдяване на материали
2) Прецизен контрол на съдържанието на смола
3) Минимизиране на разходите за влакна, без междинен процес на тъкане
4) Отлично структурно представяне, тъй като сноповете влакна са подредени в права линия и обемната част на влакната е висока
5) Зоната на инфилтрация на влакна може да бъде напълно запечатана, за да се намали освобождаването на летливи вещества
Основни недостатъци:
1) Този процес ограничава формата на напречното сечение
2) Цената на нагревателната плоча е сравнително висока
Типични приложения:Греди и ферми за конструкции на къщи, мостове, стълби и огради
6. Прехвърляне на смола (RTM)
Описание на метода:Поставете сухи влакна в долната форма, приложете предварително натиск, за да направите влакната възможно най-подходящи за формата на формата и ги залепете;след това фиксирайте горната форма върху долната форма, за да образувате кухина, и след това инжектирайте смолата в кухината на матрицата.
Обикновено се използва инжектиране на смола с помощта на вакуум и инфилтрация на влакна, а именно процес на вливане на смола с помощта на вакуум (VARI).След като инфилтрацията на влакната приключи, вентилът за въвеждане на смола се затваря и композитът се втвърдява.Инжектирането и втвърдяването на смола може да се извърши при стайна температура или при нагряване.
избор на материал:
Смола: обикновено епоксидна, полиестерна, поливинил естерна и фенолна смола, бисмалеимидна смола може да се използва при висока температура
Фибри: Няма изискване.Зашитите влакна са по-подходящи за този процес, тъй като празнините на снопа влакна улесняват преноса на смола;има специално разработени влакна за улесняване на потока на смолата
Материал на сърцевината: Пяната от пчелна пита не е подходяща, тъй като клетките на пчелната пита ще бъдат пълни със смола и налягането ще доведе до свиване на пяната
Основното предимство:
1) Висока обемна фракция на влакната и ниска порьозност
2) Тъй като смолата е напълно запечатана, тя е здрава и безопасна, а работната среда е чиста и подредена
3) Намалете използването на работна ръка
4) Горната и долната страна на конструктивната част са повърхности на матрицата, което е лесно за последваща повърхностна обработка
Основните недостатъци:
1) Формата, използвана заедно, е скъпа и за да издържи на по-голямо налягане, тя е тежка и сравнително тромава
2) Ограничено до производството на малки части
3) Ненамокрените зони са склонни да се появят, което води до голямо количество скрап
Типични приложения:малки и сложни космически совалки и авточасти, седалки във влак
7. Други перфузионни процеси – SCRIMP, RIFT, VARTM и др.
Описание на метода:Поставете сухите влакна по начин, подобен на процеса RTM, след това поставете освобождаващата кърпа и дренажната мрежа.След завършване на поставянето, той е напълно запечатан с вакуумна торбичка и когато вакуумът достигне определено изискване, смолата се въвежда в цялата структура на поставяне.Разпределението на смолата в ламината се постига чрез насочване на потока смола през направляващата мрежа и накрая сухите влакна се инфилтрират напълно отгоре надолу.
избор на материал:
Смола: обикновено епоксидна, полиестерна, поливинил естерна смола
Фибри: Всякакви обикновени фибри.Зашитите влакна са по-подходящи за този процес, тъй като празнините на сноповете влакна ускоряват преноса на смола
Материал на сърцевината: пяна тип пчелна пита не е приложима
Основното предимство:
1) Същото като RTM процеса, но само едната страна е повърхност на матрицата
2) Едната страна на матрицата е вакуумна торбичка, която значително спестява разходите за матрицата и намалява изискването матрицата да издържа на натиск
3) Големите структурни части също могат да имат висока обемна фракция на влакната и ниска порьозност
4) Стандартната матрица за процес на ръчно полагане може да се използва за този процес след модификация
5) Сандвич структурата може да бъде формована наведнъж
Основни недостатъци:
1) За големи конструкции процесът е сравнително сложен и ремонтите не могат да бъдат избегнати
2) Вискозитетът на смолата трябва да е много нисък, което също намалява механичните свойства
3) Ненамокрените зони са склонни да се появят, което води до голямо количество скрап
Типични приложения:Пробно производство на малки лодки, каросерийни панели за влакове и камиони, перки на вятърни турбини
8. Препрег – автоклавен процес
Описание на метода:Влакното или влакнестият плат е предварително импрегниран от производителя на материала със смола, съдържаща катализатор, а методът на производство е метод с висока температура и високо налягане или метод на разтваряне в разтворител.Катализаторът е латентен при стайна температура, което дава на материала срок на годност седмици или месеци при стайна температура;охлаждането може да удължи срока на годност.
Препрегът може да се постави ръчно или машинно върху повърхността на матрицата, след това да се покрие във вакуумна торба и да се нагрее до 120-180°C.След нагряване смолата може да тече отново и евентуално да се втвърди.Може да се използва автоклав за прилагане на допълнително налягане върху материала, обикновено до 5 атмосфери.
избор на материал:
Смола: обикновено може да се използва епоксидна, полиестерна, фенолна смола, устойчива на висока температура смола като полиимид, цианатен естер и бисмалеимид
Фибри: Няма изискване.Може да се използва сноп от влакна или влакнест плат
Материал на сърцевината: няма изискване, но пяната трябва да е устойчива на висока температура и високо налягане
Основното предимство:
1) Съотношението на смола към втвърдител и съдържанието на смола са зададени точно от доставчика, много е лесно да се получат ламинати с високо съдържание на влакна и ниска порьозност
2) Материалът има отлични характеристики за здраве и безопасност, а работната среда е чиста, което потенциално спестява автоматизация и разходи за труд
3) Цената на еднопосочните материални влакна е сведена до минимум и не е необходим междинен процес за тъкане на влакна в плат
4) Производственият процес изисква смола с висок вискозитет и добра омокряемост, както и оптимизирани механични и термични свойства
5) Удължаването на работното време при стайна температура означава, че структурната оптимизация и подреждането на сложни форми също са лесни за постигане
6) Потенциални спестявания при автоматизация и разходи за труд
Основни недостатъци:
1) Цената на материалите се увеличава, но е неизбежна, за да отговори на изискванията на приложението
2) Необходим е автоклав за завършване на втвърдяването, което има висока цена, дълго време на работа и ограничения за размера
3) Формата трябва да издържа на висока температура на процеса, а основният материал има същите изисквания
4) За по-дебели части е необходим предварителен вакуум, когато се поставят препреги, за да се елиминират въздушните мехурчета между слоевете
Типични приложения:структурни части на космически совалки (като крила и опашки), състезателни автомобили F1
9. Препрег – неавтоклавен процес
Описание на метода:Процесът на производство на препрег за втвърдяване при ниска температура е абсолютно същият като този за препрег в автоклав, разликата е, че химичните свойства на смолата позволяват да се втвърдява при 60-120°C.
За нискотемпературно 60°C втвърдяване времето за работа на материала е само една седмица;за високотемпературни катализатори (>80°C), работното време може да достигне няколко месеца.Течливостта на системата от смола позволява втвърдяване, като се използват само вакуумни торбички, като се избягва използването на автоклави.
избор на материал:
Смола: Обикновено само епоксидна смола
Влакна: няма изискване, същото като традиционния препрег
Материал на сърцевината: няма изискване, но трябва да се обърне специално внимание при използване на стандартна PVC пяна
Основното предимство:
1) Има всички предимства на традиционния препрег за автоклав ((i.))-((vi.))
2) Материалът на формата е евтин, като дърво, тъй като температурата на втвърдяване е ниска
3) Производственият процес на големи структурни части е опростен, необходимо е само да се постави под налягане вакуумната торба, да се циркулира горещият въздух във фурната или системата за отопление с горещ въздух на самата форма, за да се изпълнят изискванията за втвърдяване
4) Могат да се използват и обикновени материали от пяна и процесът е по-зрял
5) В сравнение с автоклава, консумацията на енергия е по-ниска
6) Усъвършенстваната технология осигурява добра точност на размерите и повторяемост
Основни недостатъци:
1) Цената на материала все още е по-висока от тази на сухото влакно, въпреки че цената на смолата е по-ниска от тази на аерокосмическия препрег
2) Формата трябва да издържа на по-висока температура от процеса на вливане (80-140°C)
Типични приложения:високопроизводителни перки на вятърни турбини, големи състезателни лодки и яхти, спасителни самолети, влакови компоненти
10. Неавтоклавен процес на полупрег SPRINT/beam prepreg SparPreg
Описание на метода:Трудно е да се отделят въздушните мехурчета между слоевете или припокриващите се слоеве по време на процеса на втвърдяване, когато се използва препрег в по-дебели структури (>3 mm).За да се преодолее тази трудност, в процеса на наслояване беше въведено предварително вакуумиране, но значително увеличено времето за процеса.
През последните години Gurit представи серия от подобрени препрег продукти с патентована технология, позволяваща производството на висококачествени (с ниска порьозност) по-дебели ламинати да бъде завършено в процес на една стъпка.Полу-прег SPRINT е съставен от два слоя сухи влакна, разположени в сандвич със слой смолист филм сандвич структура.След като материалът е положен във формата, вакуумната помпа може напълно да източи въздуха в него, преди смолата да се нагрее и да омекне и да накисне влакното.втвърдени.
Препрег за греда SparPreg е подобрен препрег, който, когато се втвърди под вакуум, може лесно да отстрани въздушните мехурчета от залепения двуслоен материал.
избор на материал:
Смола: предимно епоксидна смола, налични са и други смоли
Фибри: няма изискване
Материал на сърцевината: повечето, но трябва да се обърне специално внимание на високата температура при използване на стандартна PVC пяна
Основното предимство:
1) За по-дебели части (100 mm), висока обемна фракция на влакната и ниска порьозност все още могат да бъдат точно получени
2) Първоначалното състояние на системата от смола е твърдо и производителността е отлична след втвърдяване при висока температура
3) Позволете използването на евтин плат с влакна с високо основно тегло (като 1600 g/m2), увеличете скоростта на полагане и спестете производствени разходи
4) Процесът е много напреднал, операцията е проста и съдържанието на смола се контролира прецизно
Основни недостатъци:
1) Цената на материала все още е по-висока от тази на сухото влакно, въпреки че цената на смолата е по-ниска от тази на аерокосмическия препрег
2) Формата трябва да издържа на по-висока температура от процеса на вливане (80-140°C)
Типични приложения:високоефективни лопатки на вятърни турбини, големи състезателни лодки и яхти, спасителни самолети
Време на публикуване: 13 декември 2022 г
