Există o gamă largă de materii prime pentru compozite, inclusiv rășini, fibre și materiale de bază, iar fiecare material are propriile proprietăți unice de rezistență, rigiditate, tenacitate și stabilitate termică, cu costuri și randamente variabile. Cu toate acestea, performanța finală a unui material compozit în ansamblu nu este legată doar de matricea de rășină și fibre (precum și de materialul de bază într-o structură de material sandwich), ci este strâns legată și de metoda de proiectare și procesul de fabricație al materialelor din structură. În această lucrare, vom introduce metodele de fabricație utilizate în mod obișnuit pentru compozite, principalii factori de influență ai fiecărei metode și modul în care materiile prime sunt selectate pentru diferite procese.
Turnare prin pulverizare
1, descrierea metodei: materialul de armare cu fibre tăiate scurt și sistemul de rășină sunt pulverizate simultan în matriță și apoi întărite la presiune atmosferică în produse compozite termorezistente printr-un proces de turnare.
2. Selectarea materialelor:
Rășină: în principal poliester
Fibră: fire de fibră de sticlă grosieră
Material de bază: niciunul, trebuie combinat doar cu placaj
3. Principalele avantaje:
1) Lunga istorie a meșteșugului
2) Cost redus, așezare rapidă a fibrei și rășinii
3) Cost redus al matriței
4, principalele dezavantaje:
1) Placajul este ușor de format în zone bogate în rășină, greutate mare
2) Se pot utiliza doar fibre scurte, ceea ce limitează serios proprietățile mecanice ale placajului.
3) Pentru a facilita pulverizarea, vâscozitatea rășinii trebuie să fie suficient de scăzută, pierzându-se astfel proprietățile mecanice și termice ale materialului compozit.
4) Conținutul ridicat de stiren al rășinii pulverizate prezintă un risc potențial ridicat pentru operator, iar vâscozitatea scăzută înseamnă că rășina poate pătrunde ușor în hainele de lucru ale angajatului și poate intra în contact direct cu pielea.
5) Concentrația de stiren volatil din aer este dificil de îndeplinit cerințele legale.
5. Aplicații tipice:
Garduri simple, panouri structurale cu sarcină redusă, cum ar fi caroserii de mașini decapotabile, carenaje de camioane, căzi de baie și bărci mici.
Turnare manuală prin stratificare
1, descrierea metodei: rășina se infiltrează manual în fibre, fibrele pot fi țesute, împletite, cusute sau lipite și alte metode de armare, turnarea manuală se face de obicei cu role sau perii, iar apoi rășina este presată cu o rolă de lipit pentru a pătrunde în fibre. Placajul este plasat sub presiune normală pentru a se întări.
2. Selectarea materialelor:
Rășină: nu este necesară, sunt disponibile rășini epoxidice, poliesterice, esterice pe bază de polietilenă, fenolice
Fibră: fără cerințe, dar greutatea de bază a fibrei de aramidă mai mari este dificil de infiltrat în stratul așezat manual
Material de bază: nicio cerință
3, principalele avantaje:
1) Lunga istorie a tehnologiei
2) Ușor de învățat
3) cost redus al matriței dacă se utilizează rășină de întărire la temperatura camerei
4) O gamă largă de materiale și furnizori
5) Conținut ridicat de fibre, fibre mai lungi utilizate decât în procesul de pulverizare
4, Principalele dezavantaje:
1) Amestecarea rășinii, conținutul de rășină laminată și calitatea acesteia sunt strâns legate de competența operatorului, fiind dificil să se obțină un conținut scăzut de rășină și o porozitate redusă a laminatului.
2) Riscuri pentru sănătate și siguranță legate de rășină: cu cât greutatea moleculară a rășinii aplicate manual este mai mică, cu atât este mai mare amenințarea potențială pentru sănătate; cu cât vâscozitatea este mai mică, ceea ce înseamnă că rășina este mai predispusă la penetrarea hainelor de lucru ale angajaților și, prin urmare, la contact direct cu pielea.
3) Dacă nu este instalată o ventilație bună, concentrația de stiren evaporată din esterii pe bază de poliester și polietilenă în aer este dificil de îndeplinit cerințele legale.
4) Vâscozitatea rășinii aplicate manual trebuie să fie foarte scăzută, așadar conținutul de stiren sau alți solvenți trebuie să fie ridicat, pierzându-se astfel proprietățile mecanice/termice ale materialului compozit.
5) Aplicații tipice: pale standard de turbine eoliene, ambarcațiuni produse în serie, modele arhitecturale.
Procesul de ambalare în vid
1. Descrierea metodei: Procesul de ambalare în vid este o extensie a procesului de așezare manuală de mai sus, adică sigilarea unui strat de folie de plastic pe matriță se va face manual prin așezarea în vid a placajului, aplicând presiune atmosferică asupra placajului pentru a obține efectul de compresie și strângere, în scopul îmbunătățirii calității materialului compozit.
2. selecția materialelor:
Rășină: în principal rășini epoxidice și fenolice, poliesterul și esterul pe bază de polietilenă nu sunt aplicabile, deoarece conțin stiren, volatilizându-se în pompa de vid.
Fibră: nicio cerință, chiar dacă greutatea de bază a fibrelor mai mari poate fi infiltrată sub presiune
Material de bază: nicio cerință
3. Principalele avantaje:
1) Se poate obține un conținut de fibre mai mare decât procesul standard de așezare manuală
2) Raportul de goluri este mai mic decât în procesul standard de așezare manuală.
3) Sub presiune negativă, rășina curge suficient pentru a îmbunătăți gradul de infiltrare a fibrelor, desigur, o parte din rășină va fi absorbită de consumabilele de vid.
4) Sănătate și siguranță: procesul de ambalare în vid poate reduce eliberarea de substanțe volatile în timpul procesului de întărire
4, Principalele dezavantaje:
1) Procesul suplimentar crește costul forței de muncă și al materialului de unică folosință pentru punga vidată
2) Cerințe mai mari de competență pentru operatori
3) Amestecarea rășinii și controlul conținutului de rășină depind în mare măsură de competența operatorului
4) Deși pungile vidate reduc eliberarea de substanțe volatile, riscul pentru sănătatea operatorului este încă mai mare decât cel al procesului de infuzie sau preimpregnare.
5, Aplicații tipice: iahturi de dimensiuni mari, în ediție limitată, piese pentru mașini de curse, procesul de construcție navală pentru lipirea materialului de bază.
Turnare prin înfășurare
1. Descrierea metodei: Procesul de înfășurare este utilizat în principal pentru fabricarea de piese structurale de formă goală, rotundă sau ovală, cum ar fi țevi și jgheaburi. Fasciculele de fibre sunt impregnate cu rășină și apoi înfășurate pe un dorn în diferite direcții. Procesul este controlat de mașina de înfășurare și de viteza dornului.
2. Selectarea materialelor:
Rășină: nu este necesară, cum ar fi epoxid, poliester, ester pe bază de polietilenă și rășină fenolică etc.
Fibră: fără cerințe, utilizarea directă a fasciculelor de fibre ale cadrului bobinei, nu este nevoie să țeseți sau să coaseți țesătura în pânza de fibre
Materialul de bază: nu este obligatoriu, dar învelișul este de obicei un material compozit cu un singur strat
3. principalele avantaje:
(1) viteza mare de producție, este o modalitate economică și rezonabilă de asamblare
(2) Conținutul de rășină poate fi controlat prin măsurarea cantității de rășină transportată de fasciculele de fibre care trec prin canelura de rășină.
(3) Cost minimizat al fibrei, fără proces intermediar de țesere
(4) performanță structurală excelentă, deoarece fasciculele de fibre liniare pot fi așezate de-a lungul diferitelor direcții portante
4. Principalele dezavantaje:
(1) Procesul este limitat la structuri rotunde și goale.
(2) Fibrele nu sunt aranjate ușor și precis de-a lungul direcției axiale a componentei
(3) Cost mai mare al turnării pozitive cu mandrină pentru piese structurale mari
(4) Suprafața exterioară a structurii nu este o suprafață de matriță, deci estetica este mai proastă
(5) La utilizarea rășinii cu vâscozitate redusă, trebuie acordată atenție proprietăților mecanice și performanțelor în materie de sănătate și siguranță.
Aplicații tipice: rezervoare și conducte pentru depozitarea substanțelor chimice, butelii, butelii de respirat pentru pompieri.
Turnare prin pultruziune
1. Descrierea metodei: Din suportul bobinei, un fascicul de fibre impregnate cu adeziv este tras prin placa de încălzire. Rășina infiltrează fibrele în placa de încălzire și se controlează conținutul de rășină. În final, materialul se întărește în forma dorită. Produsul întărit fix este tăiat mecanic în lungimi diferite, conform acestei forme. Fibrele pot intra în placa fierbinte și în alte direcții decât 0 grade. Extrudarea și turnarea prin întindere reprezintă un proces de producție continuu, iar secțiunea transversală a produsului are de obicei o formă fixă, permițând mici variații. Materialul fixat, pre-umezit, trece prin placa fierbinte și se întinde în matriță, unde se întărește imediat. Deși acest proces este mai puțin continuu, se poate realiza o schimbare a formei secțiunii transversale.
2. Selectarea materialelor:
Rășină: de obicei epoxidică, poliesterică, ester pe bază de polietilenă și rășină fenolică etc.
Fibră: nu este necesară
Materialul de bază: nu este utilizat în mod obișnuit
3. Principalele avantaje:
(1) viteza mare de producție, este o modalitate economică și rezonabilă de pre-umectare și întărire a materialelor
(2) control precis al conținutului de rășină
(3) minimizarea costului fibrei, fără procese intermediare de țesere
(4) proprietăți structurale excelente, deoarece fasciculele de fibre sunt aranjate în linii drepte, fracția volumică a fibrelor este mare
(5) zona de infiltrare a fibrelor poate fi complet sigilată pentru a reduce eliberarea de substanțe volatile
4. principalele dezavantaje:
(1) procesul limitează forma secțiunii transversale
(2) Cost mai mare al plăcii de încălzire
5. Aplicații tipice: grinzi și ferme ale structurilor de locuințe, poduri, scări și garduri.
Procesul de turnare prin transfer de rășină (RTM)
1. Descrierea metodei: Fibrele uscate sunt așezate în matrița inferioară, care poate fi pre-presurizată pentru a se potrivi cât mai mult posibil formei matriței și pentru a fi legate adeziv; apoi, matrița superioară este fixată pe matrița inferioară pentru a forma o cavitate, iar apoi rășina este injectată în cavitate. Injecția de rășină asistată în vid și infiltrarea fibrelor, cunoscută sub numele de Injecție de Rășină Asistată în Vacuum (VARI), sunt utilizate în mod obișnuit. Odată ce infiltrarea fibrelor este completă, supapa de introducere a rășinii este închisă și compozitul este întărit. Injecția de rășină și întărirea se pot face fie la temperatura camerei, fie în condiții de încălzire.
2. Selectarea materialelor:
Rășină: de obicei epoxidică, poliesterică, polivinil ester și fenolică, rășina bismaleimidă poate fi utilizată la temperaturi ridicate
Fibră: nicio cerință. Fibra cusută este mai potrivită pentru acest proces, deoarece spațiul dintre fasciculul de fibre este favorabil transferului de rășină; există fibre special dezvoltate care pot promova curgerea rășinii.
Materialul miezului: spuma celulară nu este potrivită, deoarece celulele tip fagure vor fi umplute cu rășină, iar presiunea va provoca, de asemenea, colapsarea spumei.
3. principalele avantaje:
(1) Fracție volumică de fibre mai mare, porozitate redusă
(2) Sănătate și siguranță, mediu de operare curat și ordonat, deoarece rășina este complet sigilată.
(3) Reducerea utilizării forței de muncă
(4) Părțile superioare și inferioare ale pieselor structurale sunt suprafețe turnate, ceea ce facilitează tratarea ulterioară a suprafeței.
4. Principalele dezavantaje:
(1) Matrițele utilizate împreună sunt scumpe, grele și relativ voluminoase pentru a rezista la o presiune mai mare.
(2) limitat la fabricarea de piese mici
(3) Pot apărea cu ușurință zone neumeditate, rezultând un număr mare de resturi.
5. Aplicații tipice: piese mici și complexe pentru navete spațiale și automobile, scaune de tren.
Data publicării: 08 august 2024
