Postoji širok izbor sirovina za kompozite, uključujući smole, vlakna i jezgrene materijale, a svaki materijal ima svoja jedinstvena svojstva čvrstoće, krutosti, žilavosti i termičke stabilnosti, s različitim troškovima i prinosima. Međutim, konačne performanse kompozitnog materijala u cjelini nisu povezane samo s matricom smole i vlaknima (kao i s jezgrom u strukturi sendvič materijala), već su usko povezane i s metodom projektiranja i procesom proizvodnje materijala u strukturi. U ovom radu ćemo predstaviti uobičajeno korištene metode proizvodnje kompozita, glavne faktore utjecaja svake metode i kako se sirovine odabiru za različite procese.
Lijevanje raspršivanjem
1, opis metode: materijal za ojačanje od kratkog rezanih vlakana i sistem smole istovremeno se prskaju u kalup, a zatim se stvrdnjavaju pod atmosferskim pritiskom u termoreaktivne kompozitne proizvode postupkom oblikovanja.
2. Izbor materijala:
Smola: uglavnom poliester
Vlakna: pređa od grubih staklenih vlakana
Materijal jezgra: nema, potrebno ga je kombinovati samo sa šperpločom
3. Glavne prednosti:
1) Duga istorija zanatstva
2) Niska cijena, brzo postavljanje vlakana i smole
3) Niska cijena kalupa
4, glavni nedostaci:
1) Šperploča se lako oblikuje, područje bogato smolom, velike težine
2) Mogu se koristiti samo kratko rezane vlakna, što ozbiljno ograničava mehanička svojstva šperploče.
3) Da bi se olakšalo prskanje, viskoznost smole mora biti dovoljno niska, čime se gube mehanička i termička svojstva kompozitnog materijala.
4) Visok sadržaj stirena u smoli za prskanje znači da postoji visoka potencijalna opasnost za operatera, a niska viskoznost znači da smola može lako prodrijeti u radnu odjeću zaposlenika i doći u direktan kontakt s kožom.
5) Koncentracija hlapljivog stirena u zraku teško je ispuniti zakonske zahtjeve.
5. Tipične primjene:
Jednostavne ograde, konstrukcijske ploče niskog opterećenja kao što su karoserije kabriolet automobila, oklopi kamiona, kade i mali čamci.
Ručno slaganje kalupa
1, opis metode: ručno infiltrirati smolu u vlakna, vlakna se mogu tkati, pleteniti, šivati ili lijepiti i koristiti druge metode ojačavanja, ručno oblikovanje se obično vrši valjcima ili četkama, a zatim se smola stisne valjkom za ljepilo kako bi prodrla u vlakna. Šperploča se stavlja pod normalni pritisak da se stvrdne.
2. Izbor materijala:
Smola: nema zahtjeva, dostupne su epoksidne, poliesterske, esterske na bazi polietilena, fenolne smole
Vlakna: nema zahtjeva, ali osnovna težina većih aramidnih vlakana teško se infiltrira u ručno položena vlakna
Materijal jezgra: nema zahtjeva
3, glavne prednosti:
1) Duga historija tehnologije
2) Lako za učenje
3) niski troškovi kalupa ako se koristi smola koja se stvrdnjava na sobnoj temperaturi
4) Širok izbor materijala i dobavljača
5) Visok sadržaj vlakana, koriste se duža vlakna nego kod postupka prskanja
4, Glavni nedostaci:
1) Miješanje smole, sadržaj i kvalitet laminatne smole usko su povezani sa stručnošću operatera, teško je postići nizak sadržaj smole i nisku poroznost laminata.
2) Opasnosti po zdravlje i sigurnost od smole: što je niža molekularna težina smole za ručno nanošenje, veća je potencijalna prijetnja zdravlju, a niža viskoznost znači da je veća vjerovatnoća da će smola prodrijeti u radnu odjeću zaposlenika i tako doći u direktan kontakt s kožom.
3) Ako nije instalirana dobra ventilacija, koncentracija stirena koji isparava iz poliestera i estera na bazi polietilena u zrak teško je ispuniti zakonske zahtjeve.
4) Viskoznost ručno nanošene smole mora biti vrlo niska, tako da sadržaj stirena ili drugih rastvarača mora biti visok, čime se gube mehanička/termička svojstva kompozitnog materijala.
5) Tipične primjene: standardne lopatice vjetroturbina, masovno proizvedeni brodovi, arhitektonski modeli.
Proces vakuumskog pakovanja
1. Opis metode: Proces vakuumskog pakovanja je proširenje gore navedenog procesa ručnog slaganja, tj. zaptivanje sloja plastične folije na kalup će biti ručno slaganje šperploče vakuumom, primjenjujući atmosferski pritisak na šperploču kako bi se postigao efekat ispuhivanja i zatezanja, a u cilju poboljšanja kvaliteta kompozitnog materijala.
2. odabir materijala:
Smola: uglavnom epoksidne i fenolne smole, esteri na bazi poliestera i polietilena nisu primjenjivi jer sadrže stiren, isparavanje u vakuum pumpi
Vlakna: nema zahtjeva, čak i ako se osnovna težina većih vlakana može infiltrirati pod pritiskom
Materijal jezgra: nema zahtjeva
3. Glavne prednosti:
1) Može se postići veći sadržaj vlakana nego kod standardnog procesa ručnog slaganja
2) Omjer šupljina je niži nego kod standardnog ručnog procesa slaganja.
3) Pod negativnim pritiskom, smola teče dovoljno da poboljša stepen infiltracije vlakana, naravno, dio smole će apsorbovati potrošni materijal za vakuum
4) Zdravlje i sigurnost: proces vakuumskog pakovanja može smanjiti oslobađanje isparljivih materija tokom procesa sušenja.
4, Glavni nedostaci:
1) Dodatni proces povećava troškove rada i materijala za jednokratne vakuumske vrećice
2) Viši zahtjevi za vještinama operatera
3) Miješanje smole i kontrola sadržaja smole uveliko zavise od vještine operatera
4) Iako vakuumske vrećice smanjuju oslobađanje hlapljivih tvari, zdravstveni rizik za operatera je i dalje veći nego kod procesa infuzije ili preprega.
5, Tipične primjene: velike veličine, pojedinačne jahte ograničenog izdanja, dijelovi trkaćih automobila, proces lijepljenja osnovnog materijala u brodogradnji.
Namotavanje kalupa
1. Opis metode: Proces namotavanja se u osnovi koristi za proizvodnju šupljih, okruglih ili ovalnih strukturnih dijelova kao što su cijevi i žljebovi. Snopovi vlakana se impregniraju smolom, a zatim namotavaju na trn u različitim smjerovima. Proces se kontrolira mašinom za namotavanje i brzinom trna.
2. Izbor materijala:
Smola: nema zahtjeva, kao što su epoksidna, poliesterska, esterska i fenolna smola na bazi polietilena itd.
Vlakna: nema zahtjeva, direktna upotreba snopova vlakana okvira kalema, nije potrebno tkanje ili šivanje utkano u vlaknastu tkaninu
Materijal jezgra: nema zahtjeva, ali je koža obično jednoslojni kompozitni materijal
3. glavne prednosti:
(1) velika brzina proizvodnje, ekonomičan je i razuman način postavljanja slojeva
(2) Sadržaj smole može se kontrolirati mjerenjem količine smole koju nose snopovi vlakana koji prolaze kroz žlijeb smole.
(3) Minimizirani troškovi vlakana, bez međuprocesa tkanja
(4) odlične strukturne performanse, jer se linearni snopovi vlakana mogu polagati duž različitih smjerova nošenja opterećenja
4. Glavni nedostaci:
(1) Postupak je ograničen na okrugle šuplje strukture.
(2) Vlakna nisu lako i precizno raspoređena duž aksijalnog smjera komponente
(3) Viši troškovi pozitivnog oblikovanja trnom za velike strukturne dijelove
(4) Vanjska površina strukture nije površina kalupa, tako da je estetika lošija
(5) Prilikom upotrebe smole niske viskoznosti, potrebno je obratiti pažnju na mehanička svojstva i zdravstvene i sigurnosne performanse.
Tipične primjene: rezervoari i cijevi za skladištenje hemikalija, cilindri, rezervoari za disanje vatrogasaca.
Pultruzijsko oblikovanje
1. opis metode: snop vlakana impregniran ljepilom se izvlači iz držača kalema kroz grijaću ploču, u grijaćoj ploči se dovršava infiltracija vlakana smolom i kontroliše sadržaj smole, te se materijal na kraju stvrdnjava u željeni oblik; ovaj oblik fiksiranog stvrdnutog proizvoda se mehanički reže na različite dužine. Vlakna mogu ulaziti u grijaću ploču i u smjerovima koji nisu od 0 stepeni. Ekstruzija i istezanje su kontinuirani proizvodni procesi, a poprečni presjek proizvoda obično ima fiksni oblik, uz male varijacije. Prethodno navlaženi fiksirani materijal će proći kroz grijaću ploču i odmah se širiti u kalup, iako je takav proces manje kontinuiran, ali može postići promjenu oblika poprečnog presjeka.
2. Izbor materijala:
Smola: obično epoksidna, poliesterska, esterska i fenolna smola na bazi polietilena itd.
Vlakna: nije potrebno
Materijal jezgra: nije uobičajeno korišten
3. Glavne prednosti:
(1) velika brzina proizvodnje, ekonomičan je i razuman način prethodnog vlaženja i sušenja materijala
(2) precizna kontrola sadržaja smole
(3) minimiziranje troškova vlakana, bez međuprocesa tkanja
(4) odlična strukturna svojstva, jer su snopovi vlakana raspoređeni u pravim linijama, volumenski udio vlakana je visok
(5) područje infiltracije vlakana može biti potpuno zatvoreno kako bi se smanjilo oslobađanje hlapljivih materija
4. glavni nedostaci:
(1) proces ograničava oblik poprečnog presjeka
(2) Viša cijena grijaće ploče
5. Tipične primjene: grede i rešetke stambenih konstrukcija, mostovi, ljestve i ograde.
Proces transfera smole u kalupu (RTM)
1. Opis metode: Suha vlakna se polažu u donji kalup, koji se može prethodno pritisnuti kako bi se vlakna što bolje prilagodila obliku kalupa i bila ljepljivo povezana; zatim se gornji kalup fiksira na donji kalup kako bi se formirala šupljina, a zatim se smola ubrizgava u šupljinu. Uobičajeno se koristi vakuumski potpomognuto ubrizgavanje smole i infiltracija vlakana, poznato kao vakuumski potpomognuto ubrizgavanje smole (VARI). Nakon što je infiltracija vlakana završena, ventil za uvođenje smole se zatvara i kompozit se stvrdnjava. Ubrizgavanje i stvrdnjavanje smole mogu se obaviti ili na sobnoj temperaturi ili pod zagrijavanjem.
2. Izbor materijala:
Smola: obično epoksidna, poliesterska, polivinil esterska i fenolna smola, bismaleimidna smola se može koristiti na visokim temperaturama
Vlakna: nema zahtjeva. Šivana vlakna su pogodnija za ovaj proces, jer razmak između snopova vlakana pogoduje prenosu smole; postoje posebno razvijena vlakna koja mogu pospješiti protok smole.
Materijal jezgra: celularna pjena nije prikladna, jer će saćaste ćelije biti ispunjene smolom, a pritisak će također uzrokovati urušavanje pjene.
3. glavne prednosti:
(1) Veći udio vlakana, niska poroznost
(2) Zdravlje i sigurnost, čisto i uredno radno okruženje jer je smola potpuno zatvorena.
(3) Smanjiti korištenje radne snage
(4) Gornja i donja strana konstrukcijskih dijelova su oblikovane površine, što olakšava naknadnu površinsku obradu.
4. Glavni nedostaci:
(1) Kalupi koji se koriste zajedno su skupi, teški i relativno glomazni kako bi izdržali veći pritisak.
(2) ograničeno na proizvodnju malih dijelova
(3) Lako se mogu pojaviti neovlažene površine, što rezultira velikom količinom otpada
5. Tipične primjene: mali i složeni dijelovi za svemirske šatlove i automobile, sjedišta u vozovima.
Vrijeme objave: 08.08.2024.
