Postoji širok izbor sirovina za kompozite, uključujući smole, vlakna i jezgrene materijale, a svaki materijal ima svoja jedinstvena svojstva čvrstoće, krutosti, žilavosti i toplinske 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 sendvič strukturi materijala), već su usko povezane i s metodom projektiranja i procesom proizvodnje materijala u strukturi. U ovom radu predstavit ćemo uobičajeno korištene metode proizvodnje kompozita, glavne utjecajne čimbenike svake metode i kako se sirovine odabiru za različite procese.
Lijevanje raspršivanjem
1, opis metode: materijal za ojačanje kratkim rezom vlakana i sustav smole istovremeno se prskaju u kalup, a zatim se stvrdnjavaju pod atmosferskim tlakom u termoreaktivne kompozitne proizvode postupkom oblikovanja.
2. Odabir materijala:
Smola: uglavnom poliester
Vlakna: pređa od grubih staklenih vlakana
Materijal jezgre: nema, potrebno ga je kombinirati samo sa šperpločom
3. Glavne prednosti:
1) Duga povijest obrtništva
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) Kako bi se olakšalo prskanje, viskoznost smole mora biti dovoljno niska, čime se gube mehanička i toplinska 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 izravan kontakt s kožom.
5) Koncentracija hlapljivog stirena u zraku teško je zadovoljiti zakonske zahtjeve.
5. Tipične primjene:
Jednostavne ograde, konstrukcijske ploče niskog opterećenja kao što su karoserije kabriolet automobila, oklopi kamiona, kade i mali brodovi.
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 obično se vrši valjcima ili četkama, a zatim se smola stisne valjkom za ljepilo kako bi prodrla u vlakna. Šperploča se stavlja pod normalni tlak da se stvrdne.
2. Odabir 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 jezgre: nema zahtjeva
3, glavne prednosti:
1) Duga povijest 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 dulja vlakna nego kod postupka prskanja
4, Glavni nedostaci:
1) Miješanje smole, sadržaj i kvaliteta laminatne smole usko su povezani sa stručnošću operatera, teško je postići nizak sadržaj smole i nisku poroznost laminata
2) Opasnosti za zdravlje i sigurnost od smole, što je niža molekularna težina smole za ručno nanošenje, to je veća potencijalna prijetnja zdravlju, što je niža viskoznost znači da je vjerojatnije da će smola prodrijeti u radnu odjeću zaposlenika i tako doći u izravan kontakt s kožom.
3) Ako nije instalirana dobra ventilacija, koncentracija stirena isparavanog iz poliestera i estera na bazi polietilena u zrak teško je zadovoljiti zakonske zahtjeve.
4) Viskoznost ručno rađene smole mora biti vrlo niska, tako da sadržaj stirena ili drugih otapala mora biti visok, čime se gube mehanička/toplinska svojstva kompozitnog materijala.
5) Tipične primjene: standardne lopatice vjetroturbina, masovno proizvedeni brodovi, arhitektonski modeli.
Proces vakuumskog pakiranja
1. Opis metode: Postupak vakuumskog pakiranja je proširenje gore navedenog postupka ručnog slaganja, tj. brtvljenje sloja plastične folije na kalupu bit će ručno slaganje šperploče vakuumom, primjenom atmosferskog tlaka na šperploču kako bi se postigao učinak ispuhivanja i zatezanja, a s ciljem poboljšanja kvalitete kompozitnog materijala.
2. odabir materijala:
Smola: uglavnom epoksidne i fenolne smole, esteri na bazi poliestera i polietilena nisu primjenjivi jer sadrže stiren, isparavanje u vakuumskoj pumpi
Vlakna: nema zahtjeva, čak i ako se osnovna težina većih vlakana može infiltrirati pod tlakom
Materijal jezgre: nema zahtjeva
3. Glavne prednosti:
1) Može se postići veći sadržaj vlakana nego kod standardnog ručnog postupka slaganja
2) Omjer šupljina je niži nego kod standardnog ručnog postupka slaganja.
3) Pod negativnim tlakom, smola dovoljno teče da poboljša stupanj infiltracije vlakana, naravno, dio smole će apsorbirati potrošni materijal za vakuum
4) Zdravlje i sigurnost: proces vakuumskog pakiranja može smanjiti oslobađanje hlapljivih tvari tijekom 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 uvelike ovisi o vještini operatera
4) Iako vakuumske vrećice smanjuju oslobađanje hlapljivih tvari, zdravstveni rizik za operatera je i dalje veći nego kod infuzijskog ili prepreg postupka.
5, Tipične primjene: velike veličine, pojedinačne jahte ograničenog izdanja, dijelovi trkaćih automobila, proces lijepljenja osnovnog materijala u brodogradnji.
Namotavanje kalupa
1. Opis metode: Postupak namatanja u osnovi se koristi za proizvodnju šupljih, okruglih ili ovalnih konstrukcijskih dijelova poput cijevi i žljebova. Snopovi vlakana impregniraju se smolom, a zatim se namotavaju na trn u različitim smjerovima. Postupak kontrolira stroj za namatanje i brzina trna.
2. Odabir materijala:
Smola: nema zahtjeva, kao što su epoksidna, poliesterska, esterska i fenolna smola na bazi polietilena itd.
Vlakna: nema zahtjeva, izravna upotreba snopova vlakana okvira kalema, ne treba tkati ili šivati utkano u vlaknastu tkaninu
Materijal jezgre: nema zahtjeva, ali koža je obično jednoslojni kompozitni materijal
3. glavne prednosti:
(1) velika brzina proizvodnje, ekonomičan je i razuman način slaganja slojeva
(2) Sadržaj smole može se kontrolirati mjerenjem količine smole koju nose snopovi vlakana koji prolaze kroz utor smole.
(3) Minimizirani troškovi vlakana, bez međuprocesa tkanja
(4) izvrsne strukturne performanse, jer se linearni snopovi vlakana mogu polagati duž različitih smjerova nosivosti
4. Glavni nedostaci:
(1) Postupak je ograničen na okrugle šuplje strukture.
(2) Vlakna nisu lako i precizno raspoređena duž aksijalnog smjera komponente
(3) Viši trošak pozitivnog oblikovanja trnom za velike konstrukcijske dijelove
(4) Vanjska površina strukture nije površina kalupa, pa je estetika lošija
(5) Prilikom korištenja smole niske viskoznosti, potrebno je obratiti pozornost na mehanička svojstva i zdravstvene i sigurnosne performanse.
Tipične primjene: spremnici i cijevi za skladištenje kemikalija, cilindri, boce za disanje vatrogasaca.
Pultruzijsko oblikovanje
1. opis metode: snop vlakana impregniran ljepilom iz držača kalema prolazi kroz grijaću ploču, u grijaćoj ploči dovršava se infiltracija vlakana smolom i kontrolira se sadržaj smole, te se materijal na kraju stvrdnjava u željeni oblik; ovaj oblik fiksiranog stvrdnutog proizvoda mehanički se reže na različite duljine. Vlakna mogu ulaziti u vruću ploču i u smjerovima koji nisu od 0 stupnjeva. Ekstruzija i rastezanje su kontinuirani proizvodni procesi, a presjek proizvoda obično ima fiksni oblik, što dopušta male varijacije. Prethodno navlaženi fiksirani materijal prolazi kroz vruću ploču, fiksira se i odmah se širi u kalup te se stvrdnjava, iako je takav proces manje kontinuiran, ali može postići promjenu oblika presjeka.
2. Odabir materijala:
Smola: obično epoksidna, poliesterska, esterska i fenolna smola na bazi polietilena itd.
Vlakna: nije potrebno
Materijal jezgre: 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) izvrsna strukturna svojstva, jer su snopovi vlakana raspoređeni u ravnim linijama, volumni udio vlakana je visok
(5) područje infiltracije vlakana može se potpuno zatvoriti kako bi se smanjilo oslobađanje hlapljivih tvari
4. glavni nedostaci:
(1) postupak ograničava oblik presjeka
(2) Viša cijena grijaće ploče
5. Tipične primjene: grede i rešetke stambenih objekata, mostovi, ljestve i ograde.
Proces prešanja smole (RTM)
1. Opis metode: Suha vlakna se polažu u donji kalup, koji se može prethodno tlačiti kako bi vlakna što bolje odgovarala obliku kalupa i bila ljepljivo povezana; zatim se gornji kalup pričvršćuje 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 na sobnoj temperaturi ili u uvjetima zagrijavanja.
2. Odabir materijala:
Smola: obično epoksidna, poliesterska, polivinil esterska i fenolna smola, bismaleimidna smola može se koristiti na visokim temperaturama
Vlakna: nema zahtjeva. Šivana vlakna su prikladnija za ovaj postupak, jer razmak između snopa vlakana pogoduje prijenosu smole; postoje posebno razvijena vlakna koja mogu potaknuti protok smole.
Materijal jezgre: celularna pjena nije prikladna jer će saćaste ćelije biti ispunjene smolom, a tlak će također uzrokovati urušavanje pjene.
3. glavne prednosti:
(1) Veći volumski 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 tlak.
(2) ograničeno na proizvodnju malih dijelova
(3) Lako se mogu pojaviti nenavlažena područja, što rezultira velikom količinom otpada
5. Tipične primjene: mali i složeni dijelovi svemirskih letjelica i automobila, sjedala vlakova.
Vrijeme objave: 08.08.2024.
