Za kompozite je na voljo široka izbira surovin, vključno s smolami, vlakni in jedrnimi materiali, vsak material pa ima svoje edinstvene lastnosti trdnosti, togosti, žilavosti in toplotne stabilnosti, z različnimi stroški in izkoristki. Vendar pa končna zmogljivost kompozitnega materiala kot celote ni povezana le z matrico smole in vlakni (kot tudi z jedrnim materialom v sendvič strukturi), temveč je tesno povezana tudi z metodo načrtovanja in proizvodnim procesom materialov v strukturi. V tem članku bomo predstavili pogosto uporabljene proizvodne metode za kompozite, glavne vplivne dejavnike vsake metode in kako se surovine izbirajo za različne procese.
Pršilno brizganje
1, opis metode: kratkotrajno razrezani material za ojačitev vlaken in sistem smole se hkrati brizgata v kalup in nato strjujeta pod atmosferskim tlakom v termoreaktivne kompozitne izdelke s postopkom brizganja.
2. Izbira materiala:
Smola: predvsem poliester
Vlakna: preja iz grobih steklenih vlaken
Jedrni material: noben, potrebno ga je kombinirati samo z vezanimi ploščami
3. Glavne prednosti:
1) Dolga zgodovina obrti
2) Nizki stroški, hitro polaganje vlaken in smole
3) Nizki stroški plesni
4, glavne pomanjkljivosti:
1) Vezan les je enostaven za oblikovanje območja, bogatega s smolo, in ima visoko težo
2) Uporabljajo se lahko samo kratko rezane vlaknine, kar resno omejuje mehanske lastnosti vezanega lesa.
3) Za lažje brizganje mora biti viskoznost smole dovolj nizka, da se izgubijo mehanske in toplotne lastnosti kompozitnega materiala.
4) Visoka vsebnost stirena v pršilu predstavlja veliko potencialno nevarnost za upravljavca, nizka viskoznost pa pomeni, da lahko smola zlahka prodre v delovna oblačila zaposlenega in pride v neposreden stik s kožo.
5) Koncentracija hlapnega stirena v zraku je težko izpolniti zakonske zahteve.
5. Tipične uporabe:
Preproste ograje, konstrukcijske plošče z nizko obremenitvijo, kot so karoserije kabrioletov, obloge tovornjakov, kopalne kadi in majhni čolni.
Ročno polaganje kalupov
1, opis metode: ročno infiltriranje smole v vlakna, vlakna se lahko tkejo, prepletajo, šivajo ali vežejo in uporabljajo druge metode ojačitve, ročno polaganje se običajno izvaja z valjčki ali čopiči, nato pa se smola stisne z valjčkom za lepilo, da prodre v vlakna. Vezan les se strdi pod normalnim tlakom.
2. Izbira materiala:
Smola: ni zahteve, na voljo so epoksi, poliester, estrske smole na osnovi polietilena, fenolne smole
Vlakna: ni zahtev, vendar je osnovna teža večjih aramidnih vlaken težko infiltrirati v ročno položena vlakna
Jedrni material: ni zahteve
3, glavne prednosti:
1) Dolga zgodovina tehnologije
2) Enostavno za učenje
3) nizki stroški kalupa pri uporabi smole, ki se strjuje pri sobni temperaturi
4) Široka izbira materialov in dobaviteljev
5) Visoka vsebnost vlaknin, daljša vlakna kot pri postopku brizganja
4, Glavne pomanjkljivosti:
1) Mešanje smole, vsebnost in kakovost laminatne smole so tesno povezani z usposobljenostjo upravljavca, težko je doseči nizko vsebnost smole in nizko poroznost laminata.
2) Nevarnosti za zdravje in varnost zaradi smole: nižja kot je molekulska masa smole za ročno nanašanje, večja je potencialna nevarnost za zdravje. Nižja kot je viskoznost, večja je verjetnost, da bo smola prodrla v delovna oblačila zaposlenih in tako prišla v neposreden stik s kožo.
3) Če ni nameščeno dobro prezračevanje, je koncentracija stirena, ki izhlapi iz estrov na osnovi poliestra in polietilena v zrak, težko izpolniti zakonske zahteve.
4) Viskoznost ročno nanešene paste mora biti zelo nizka, zato mora biti vsebnost stirena ali drugih topil visoka, s čimer se izgubijo mehanske/toplotne lastnosti kompozitnega materiala.
5) Tipične uporabe: standardne lopatice vetrnih turbin, serijsko proizvedeni čolni, arhitekturni modeli.
Postopek vakuumskega pakiranja
1. Opis metode: Postopek vakuumskega pakiranja je razširitev zgoraj navedenega postopka ročnega polaganja, tj. tesnjenje plastične folije na kalup bo ročno polaganje vezanega lesa z vakuumom, pri čemer se na vezan les izvaja atmosferski tlak, da se doseže učinek izčrpavanja in zategovanja, da se izboljša kakovost kompozitnega materiala.
2. izbira materiala:
Smola: predvsem epoksidne in fenolne smole, estri na osnovi poliestra in polietilena niso uporabni, ker vsebujejo stiren, ki se izhlapeva v vakuumsko črpalko.
Vlakna: ni zahteve, tudi če je mogoče osnovno težo večjih vlaken infiltrirati pod pritiskom
Jedrni material: ni zahteve
3. Glavne prednosti:
1) Doseči je mogoče višjo vsebnost vlaknin kot pri standardnem postopku ročnega polaganja
2) Razmerje praznin je nižje kot pri standardnem postopku ročnega polaganja.
3) Pod negativnim tlakom smola teče dovolj, da izboljša stopnjo infiltracije vlaken, seveda pa bo del smole absorbiral potrošni material za vakuum.
4) Zdravje in varnost: postopek vakuumskega pakiranja lahko zmanjša sproščanje hlapnih snovi med postopkom sušenja
4, Glavne pomanjkljivosti:
1) Dodaten postopek poveča stroške dela in materiala za vakuumsko vrečko za enkratno uporabo
2) Višje zahteve glede znanja in spretnosti za operaterje
3) Mešanje smole in nadzor vsebnosti smole sta v veliki meri odvisna od usposobljenosti upravljavca
4) Čeprav vakuumske vrečke zmanjšujejo sproščanje hlapnih snovi, je tveganje za zdravje operaterja še vedno večje kot pri postopku infuzije ali preprega.
5, Tipične uporabe: velike velikosti, posamezne jahte z omejeno izdajo, deli dirkalnih avtomobilov, postopek ladjedelništva pri lepljenju osrednjega materiala.
Navijanje Kalupljenje
1. Opis metode: Postopek navijanja se v osnovi uporablja za izdelavo votlih, okroglih ali ovalnih konstrukcijskih delov, kot so cevi in žlebovi. Snopovi vlaken se impregnirajo s smolo in nato navijejo na trn v različnih smereh. Postopek nadzira navijalni stroj in hitrost trna.
2. Izbira materiala:
Smola: ni zahteve, kot so epoksi, poliester, estrska in fenolna smola na osnovi polietilena itd.
Vlakna: brez zahtev, neposredna uporaba snopov vlaken okvirja tuljave, ni treba tkati ali šivati, vtkanih v vlaknato tkanino
Jedrni material: ni zahteve, vendar je koža običajno enoslojni kompozitni material
3. glavne prednosti:
(1) hitra proizvodna hitrost je ekonomičen in razumen način polaganja
(2) Vsebnost smole je mogoče nadzorovati z merjenjem količine smole, ki jo prenašajo snopi vlaken, ki gredo skozi utor smole.
(3) Zmanjšani stroški vlaken, brez vmesnega postopka tkanja
(4) odlična strukturna zmogljivost, saj je mogoče linearne snope vlaken položiti vzdolž različnih smeri prenašanja obremenitve
4. Glavne pomanjkljivosti:
(1) Postopek je omejen na okrogle votle strukture.
(2) Vlakna niso enostavno in natančno razporejena vzdolž aksialne smeri komponente
(3) Višji stroški pozitivnega brizganja trna za velike konstrukcijske dele
(4) Zunanja površina konstrukcije ni površina kalupa, zato je estetika slabša.
(5) Pri uporabi smole z nizko viskoznostjo je treba biti pozoren na mehanske lastnosti ter zdravje in varnost.
Tipične uporabe: rezervoarji in cevi za shranjevanje kemikalij, jeklenke, dihalni rezervoarji za gasilce.
Pultruzijsko brizganje
1. opis metode: iz držala vretenca se snop vlaken, impregniran z lepilom, vleče skozi grelno ploščo, kjer se smola infiltrira v grelno ploščo in nadzoruje vsebnost smole, na koncu pa se material strdi v želeno obliko; ta oblika fiksnega strjenega izdelka se mehansko razreže na različne dolžine. Vlakna lahko vstopajo v vročo ploščo tudi v smereh, ki niso 0 stopinj. Ekstrudiranje in raztezanje sta neprekinjenega proizvodnega procesa, prečni prerez izdelka pa ima običajno fiksno obliko, kar omogoča manjše spremembe. Predhodno navlažen material, ki gre skozi vročo ploščo, se fiksira in takoj razprostre v kalupu, kjer se strdi, čeprav je tak postopek manj neprekinjen, vendar lahko doseže spremembo oblike prečnega prereza.
2. Izbira materiala:
Smola: običajno epoksi, poliester, estrska in fenolna smola na osnovi polietilena itd.
Vlaknine: ni zahteve
Jedrni material: se ne uporablja pogosto
3. Glavne prednosti:
(1) hitra proizvodna hitrost je ekonomičen in razumen način predhodnega vlaženja in utrjevanja materialov
(2) natančen nadzor vsebnosti smole
(3) zmanjšanje stroškov vlaken, brez vmesnega postopka tkanja
(4) odlične strukturne lastnosti, ker so snopi vlaken razporejeni v ravnih linijah, je volumski delež vlaken visok
(5) območje infiltracije vlaken je mogoče popolnoma zatesniti, da se zmanjša sproščanje hlapnih snovi
4. glavne pomanjkljivosti:
(1) postopek omejuje obliko prečnega prereza
(2) Višji stroški grelne plošče
5. Tipična uporaba: nosilci in rešetke stanovanjskih konstrukcij, mostovi, lestve in ograje.
Postopek brizganja s prenosom smole (RTM)
1. Opis metode: Suha vlakna se položijo v spodnji kalup, ki ga je mogoče predhodno stisniti, da se vlakna čim bolj prilegajo obliki kalupa in so lepljeno povezana; nato se zgornji kalup pritrdi na spodnji kalup, da se tvori votlina, nato pa se smola vbrizga v votlino. Običajno se uporablja vakuumsko podprto vbrizgavanje smole in infiltracija vlaken, znano kot vakuumsko podprto vbrizgavanje smole (VARI). Ko je infiltracija vlaken končana, se ventil za dovajanje smole zapre in kompozit se strdi. Vbrizgavanje in strjevanje smole se lahko izvede pri sobni temperaturi ali v ogrevanih pogojih.
2. Izbira materiala:
Smola: običajno epoksi, poliester, polivinil ester in fenolna smola, bismaleimidna smola se lahko uporablja pri visoki temperaturi
Vlakna: ni zahteve. Šivana vlakna so bolj primerna za ta postopek, ker je reža med snopom vlaken ugodna za prenos smole; obstajajo posebej razvita vlakna, ki lahko spodbujajo pretok smole.
Jedrni material: celična pena ni primerna, ker bodo celice satja napolnjene s smolo, tlak pa bo povzročil tudi sesedanje pene.
3. glavne prednosti:
(1) Večji volumski delež vlaken, nizka poroznost
(2) Zdravje in varnost, čisto in urejeno delovno okolje, saj je smola popolnoma zatesnjena.
(3) Zmanjšajte uporabo delovne sile
(4) Zgornja in spodnja stran konstrukcijskih delov sta oblikovani površini, kar omogoča enostavno naknadno površinsko obdelavo.
4. Glavne pomanjkljivosti:
(1) Kalupi, ki se uporabljajo skupaj, so dragi, težki in relativno zajetni, da bi lahko prenesli večji pritisk.
(2) omejeno na izdelavo majhnih delov
(3) Zlahka se pojavijo neovlažena območja, kar povzroči veliko količino odpadkov
5. Tipične uporabe: majhni in kompleksni deli za vesoljska plovila in avtomobile, sedeži vlakov.
Čas objave: 8. avg. 2024
