Existuje široký výběr surovin pro kompozity, včetně pryskyřic, vláken a jádrových materiálů, a každý materiál má své vlastní jedinečné vlastnosti, jako je pevnost, tuhost, houževnatost a tepelná stabilita, s různými náklady a výtěžností. Konečný výkon kompozitního materiálu jako celku však nesouvisí pouze s pryskyřičnou matricí a vlákny (stejně jako s jádrovým materiálem v sendvičové struktuře), ale také úzce souvisí s metodou návrhu a výrobním procesem materiálů ve struktuře. V tomto článku představíme běžně používané výrobní metody kompozitů, hlavní ovlivňující faktory každé metody a způsob výběru surovin pro různé procesy.
Stříkací lití
1, popis metody: krátce řezaný výztužný materiál z vláken a systém pryskyřice se současně nastříkají do formy a poté se vytvrdí za atmosférického tlaku do termosetových kompozitních produktů vstřikovacím procesem.
2. Výběr materiálu:
Pryskyřice: převážně polyester
Vlákno: hrubá příze ze skelných vláken
Materiál jádra: žádný, nutné kombinovat pouze s překližkou
3. Hlavní výhody:
1) Dlouhá historie řemeslného zpracování
2) Nízké náklady, rychlé pokládání vláken a pryskyřice
3) Nízké náklady na formu
4, hlavní nevýhody:
1) Překližka se snadno tvaruje v oblasti bohaté na pryskyřici a má vysokou hmotnost
2) Lze použít pouze krátce střižená vlákna, což vážně omezuje mechanické vlastnosti překližky.
3) Aby se usnadnilo stříkání, musí být viskozita pryskyřice dostatečně nízká, aby se neztratily mechanické a tepelné vlastnosti kompozitního materiálu.
4) Vysoký obsah styrenu ve stříkané pryskyřici představuje vysoké potenciální nebezpečí pro obsluhu a nízká viskozita znamená, že pryskyřice může snadno proniknout pracovním oděvem zaměstnance a přijít do přímého kontaktu s kůží.
5) Koncentrace těkavého styrenu ve vzduchu je obtížné splnit zákonné požadavky.
5. Typické aplikace:
Jednoduché oplocení, nízkozátěžové konstrukční panely, jako jsou karoserie kabrioletů, kryty nákladních vozidel, vany a malé lodě.
Ruční vrstvení lišt
1, popis metody: Pryskyřice se ručně infiltruje do vláken, vlákna lze tkát, splétat, sešívat nebo lepit a používat další metody vyztužování, ruční vrstvení se obvykle provádí válečky nebo štětci a poté se pryskyřice stlačí lepicím válečkem, aby pronikla do vláken. Překližka se vytvrdí pod normálním tlakem.
2. Výběr materiálu:
Pryskyřice: bez požadavku, k dispozici jsou epoxidové, polyesterové, esterové na bázi polyethylenu, fenolové pryskyřice
Vlákno: žádné požadavky, ale základní hmotnost většího aramidového vlákna je obtížné infiltrovat ručně kladené
Materiál jádra: žádný požadavek
3, hlavní výhody:
1) Dlouhá historie technologie
2) Snadno se učí
3) nízké náklady na formu při použití pryskyřice vytvrzující při pokojové teplotě
4) Široký výběr materiálů a dodavatelů
5) Vysoký obsah vláken, delší vlákna než u stříkacího procesu
4, Hlavní nevýhody:
1) Míchání pryskyřice, obsah a kvalita laminátové pryskyřice úzce souvisí se zručností obsluhy, je obtížné dosáhnout nízkého obsahu pryskyřice a nízké poréznosti laminátu.
2) Zdravotní a bezpečnostní rizika spojená s pryskyřicí: čím nižší je molekulová hmotnost pryskyřice pro ruční vrstvení, tím větší je potenciální zdravotní riziko. Čím nižší je viskozita, tím je pravděpodobnější, že pryskyřice pronikne do pracovního oděvu zaměstnanců a přijde tak do přímého kontaktu s kůží.
3) Pokud není instalováno dobré větrání, je obtížné splnit zákonné požadavky na koncentraci styrenu odpařovaného z polyesteru a esterů na bázi polyethylenu do vzduchu.
4) Viskozita pryskyřice pro ruční přípravu musí být velmi nízká, takže obsah styrenu nebo jiných rozpouštědel musí být vysoký, čímž se ztrácejí mechanické/tepelné vlastnosti kompozitního materiálu.
5) Typické aplikace: standardní lopatky větrných turbín, sériově vyráběné lodě, architektonické modely.
Proces vakuového balení
1. Popis metody: Proces vakuového plnění je rozšířením výše uvedeného procesu ručního vrstvení, tj. utěsnění vrstvy plastové fólie na formě bude ručním vrstvením překližky ve vakuu, přičemž na překližku bude aplikován atmosférický tlak, aby se dosáhlo efektu odsávání a utahování, a tím se zlepšila kvalita kompozitního materiálu.
2. výběr materiálu:
Pryskyřice: převážně epoxidové a fenolové pryskyřice, estery na bázi polyesteru a polyethylenu nejsou použitelné, protože obsahují styren a odpařují se do vakuové pumpy.
Vlákno: žádný požadavek, i když základní hmotnost větších vláken může být infiltrována pod tlakem
Materiál jádra: žádný požadavek
3. Hlavní výhody:
1) Lze dosáhnout vyššího obsahu vláken než u standardního ručního procesu vrstvení
2) Poměr pórovitosti je nižší než u standardního ručního procesu vrstvení.
3) Za podtlaku pryskyřice dostatečně teče, aby se zlepšil stupeň infiltrace vláken, samozřejmě část pryskyřice bude absorbována spotřebním materiálem pro vakuové zařízení
4) Zdraví a bezpečnost: proces vakuového balení může snížit uvolňování těkavých látek během procesu vytvrzování
4, Hlavní nevýhody:
1) Dodatečný proces zvyšuje náklady na práci a materiál jednorázových vakuových sáčků
2) Vyšší požadavky na dovednosti operátorů
3) Míchání pryskyřice a regulace jejího obsahu závisí do značné míry na odbornosti obsluhy
4) Přestože vakuové sáčky snižují uvolňování těkavých látek, zdravotní riziko pro obsluhu je stále vyšší než u infuzního nebo prepregového procesu.
5, Typické aplikace: velké rozměry, jednotlivé jachty v limitované edici, součástky závodních vozů, proces stavby lodí při lepení základního materiálu.
Vinutí lití
1. Popis metody: Proces navíjení se v zásadě používá k výrobě dutých, kulatých nebo oválných konstrukčních dílů, jako jsou trubky a žlaby. Svazky vláken se impregnují pryskyřicí a poté se navíjejí na trn v různých směrech. Proces je řízen navíjecím strojem a rychlostí trnu.
2. Výběr materiálu:
Pryskyřice: bez požadavku, například epoxidová, polyesterová, esterová a fenolová pryskyřice na bázi polyethylenu atd.
Vlákno: žádné požadavky, přímé použití svazků vláken rámu cívky, není třeba tkát ani šít tkané do vláknité tkaniny
Materiál jádra: žádný požadavek, ale potah je obvykle z jednovrstvého kompozitního materiálu
3. hlavní výhody:
(1) vysoká rychlost výroby, je to ekonomický a rozumný způsob vrstvení
(2) Obsah pryskyřice lze kontrolovat měřením množství pryskyřice nesené svazky vláken procházejícími drážkou pryskyřice.
(3) Minimalizované náklady na vlákno, žádný meziproces tkaní
(4) vynikající konstrukční vlastnosti, protože lineární svazky vláken lze pokládat v různých směrech nesení zatížení
4. Hlavní nevýhody:
(1) Proces je omezen na kruhové duté struktury.
(2) Vlákna nejsou snadno a přesně uspořádána podél axiálního směru součásti
(3) Vyšší náklady na lisování s trnem pro velké konstrukční díly
(4) Vnější povrch konstrukce není povrchem formy, takže estetika je horší
(5) Při použití pryskyřice s nízkou viskozitou je třeba věnovat pozornost mechanickým vlastnostem a bezpečnosti a ochraně zdraví při práci.
Typické použití: nádrže a potrubí na chemikálie, lahve, dýchací nádrže pro hasiče.
Pultruzní lisování
1. Popis metody: Z držáku cívky se lepidlem impregnovaný svazek vláken vede přes topnou desku, kde se v topné desce dokončí infiltrace vlákna pryskyřicí a reguluje se obsah pryskyřice, až se materiál nakonec vytvrdí do požadovaného tvaru; tento tvar fixovaného vytvrzeného produktu se mechanicky řeže na různé délky. Vlákna mohou vstupovat do topné desky i v jiných směrech než 0 stupňů. Extruze a lisování natažením jsou kontinuální výrobní procesy a průřez produktu má obvykle pevný tvar, což umožňuje drobné odchylky. Předem navlhčený fixovaný materiál prochází horkou deskou a ihned se rozprostře ve formě a vytvrzuje se, i když je takový proces méně kontinuální, může dosáhnout změny tvaru průřezu.
2. Výběr materiálu:
Pryskyřice: obvykle epoxidová, polyesterová, esterová a fenolová pryskyřice na bázi polyethylenu atd.
Vláknina: bez požadavku
Materiál jádra: běžně se nepoužívá
3. Hlavní výhody:
(1) vysoká výrobní rychlost, je to ekonomický a rozumný způsob předvlhčení a vytvrzování materiálů
(2) přesná kontrola obsahu pryskyřice
(3) minimalizace nákladů na vlákna, žádný meziprodukt v tkaní
(4) vynikající strukturální vlastnosti, protože svazky vláken jsou uspořádány v přímých liniích, objemový podíl vláken je vysoký
(5) oblast infiltrace vláken může být zcela utěsněna, aby se snížilo uvolňování těkavých látek
4. hlavní nevýhody:
(1) proces omezuje tvar průřezu
(2) Vyšší náklady na topnou desku
5. Typické použití: nosníky a vazníky bytových konstrukcí, mosty, žebříky a ploty.
Proces lisování pryskyřicí (RTM)
1. Popis metody: Suchá vlákna se ukládají do spodní formy, kterou lze předem natlakovat, aby vlákna co nejlépe odpovídala tvaru formy a byla adhezivně spojena; poté se horní forma upevní na spodní formu a vytvoří se dutina, na kterou se vstříkne pryskyřice. Běžně se používá vstřikování a infiltrace vláken pryskyřicí za pomoci vakua, známé jako vakuové vstřikování pryskyřice (VARI). Po dokončení infiltrace vláken se ventil pro zavádění pryskyřice uzavře a kompozit se vytvrdí. Vstřikování a vytvrzování pryskyřice lze provádět buď při pokojové teplotě, nebo za tepla.
2. Výběr materiálu:
Pryskyřice: obvykle epoxidová, polyesterová, polyvinylesterová a fenolová pryskyřice, bismaleimidová pryskyřice může být použita při vysokých teplotách
Vlákno: není nutné. Šité vlákno je pro tento proces vhodnější, protože mezera mezi svazky vláken napomáhá přenosu pryskyřice; existují speciálně vyvinutá vlákna, která mohou podpořit tok pryskyřice.
Materiál jádra: buněčná pěna není vhodná, protože voštinové buňky se vyplní pryskyřicí a tlak také způsobí zhroucení pěny.
3. hlavní výhody:
(1) Vyšší objemový podíl vláken, nízká poréznost
(2) Zdraví a bezpečnost, čisté a uklizené provozní prostředí, protože pryskyřice je zcela utěsněna.
(3) Snížit využívání pracovní síly
(4) Horní a spodní strany konstrukčních částí jsou lisované povrchy, což usnadňuje následnou povrchovou úpravu.
4. Hlavní nevýhody:
(1) Formy používané společně jsou drahé, těžké a relativně objemné, aby odolaly většímu tlaku.
(2) omezeno na výrobu malých dílů
(3) Snadno se mohou vyskytnout nesmáčené oblasti, což má za následek velké množství odpadu
5. Typické aplikace: malé a složité součástky raketoplánů a automobilů, sedadla vlaků.
Čas zveřejnění: 8. srpna 2024
