Kompozītmateriālu izejvielu izvēle ir plaša, tostarp sveķi, šķiedras un serdes materiāli, un katram materiālam ir savas unikālas izturības, stingrības, sīkstuma un termiskās stabilitātes īpašības ar atšķirīgām izmaksām un ražību. Tomēr kompozītmateriāla galīgā veiktspēja kopumā ir saistīta ne tikai ar sveķu matricu un šķiedrām (kā arī ar serdes materiālu sendvičmateriāla struktūrā), bet arī ar struktūras materiālu projektēšanas metodi un ražošanas procesu. Šajā rakstā mēs iepazīstināsim ar visbiežāk izmantotajām kompozītmateriālu ražošanas metodēm, katras metodes galvenajiem ietekmējošajiem faktoriem un to, kā izejvielas tiek atlasītas dažādiem procesiem.
Izsmidzināšanas formēšana
1. Metodes apraksts: īsi sagrieztu šķiedru armatūras materiālu un sveķu sistēmu vienlaikus izsmidzina veidnē un pēc tam atmosfēras spiedienā sacietē termoreaktīvos kompozītmateriālos formēšanas procesā.
2. Materiālu izvēle:
Sveķi: galvenokārt poliesters
Šķiedra: rupja stikla šķiedras dzija
Pamatmateriāls: nav, jāapvieno tikai ar saplāksni
3. Galvenās priekšrocības:
1) Ilga amatniecības vēsture
2) Zemas izmaksas, ātra šķiedru un sveķu uzklāšana
3) Zemas pelējuma izmaksas
4, galvenie trūkumi:
1) Saplāksnim ir viegli veidojama sveķiem bagāta zona, liels svars
2) Var izmantot tikai īsgrieztas šķiedras, kas nopietni ierobežo saplākšņa mehāniskās īpašības.
3) Lai atvieglotu izsmidzināšanu, sveķu viskozitātei jābūt pietiekami zemai, zaudējot kompozītmateriāla mehāniskās un termiskās īpašības.
4) Augstais stirola saturs izsmidzināmajā sveķā nozīmē, ka pastāv augsts potenciālais apdraudējums operatoram, un zemā viskozitāte nozīmē, ka sveķi var viegli iesūkties darbinieka darba apģērbā un nonākt tiešā saskarē ar ādu.
5) Gaistošā stirola koncentrāciju gaisā ir grūti izpildīt likumdošanas prasības.
5. Tipiski pielietojumi:
Vienkārši žogi, mazas slodzes konstrukcijas paneļi, piemēram, kabrioletu virsbūves, kravas automašīnu aptecētāji, vannas un mazas laivas.
Roku klājuma formēšana
1. metodes apraksts: sveķus manuāli iestrādā šķiedrās, šķiedras var aust, pīt, sašūt vai savienot, kā arī izmantot citas pastiprināšanas metodes. Manuālo formēšanu parasti veic ar rullīšiem vai otām, un pēc tam sveķus ar līmes rullīti izspiež, lai tie iesūktos šķiedrās. Saplāksni sacietē zem normāla spiediena.
2. Materiālu izvēle:
Sveķi: nav prasību, ir pieejami epoksīdsveķi, poliesters, polietilēna bāzes esteris, fenola sveķi
Šķiedra: nav prasību, bet lielākās aramīda šķiedras pamatmasa grūti iesūcas ar rokām uzklātajā tēraudā.
Galvenais materiāls: nav prasību
3, galvenās priekšrocības:
1) Ilga tehnoloģiju vēsture
2) Viegli iemācīties
3) zemas veidnes izmaksas, ja tiek izmantoti istabas temperatūrā cietējoši sveķi
4) Plaša materiālu un piegādātāju izvēle
5) Augsts šķiedru saturs, izmantotas garākas šķiedras nekā izsmidzināšanas procesā
4. Galvenie trūkumi:
1) Sveķu sajaukšana, lamināta sveķu saturs un kvalitāte ir cieši saistīta ar operatora prasmi, ir grūti iegūt zemu sveķu saturu un zemu lamināta porainību.
2) Sveķu radītie veselības un drošības apdraudējumi — jo mazāka ir ar rokām uzklāto sveķu molekulmasa, jo lielāks ir potenciālais drauds veselībai; jo zemāka ir viskozitāte, jo lielāka iespēja, ka sveķi iesūksies darbinieku darba apģērbā un tādējādi nonāks tiešā saskarē ar ādu.
3) Ja nav ierīkota laba ventilācija, no poliestera un polietilēna bāzes esteriem gaisā iztvaikojošā stirola koncentrācija ir grūti izpildāma atbilstoši likumdošanas prasībām.
4) Ar rokām līmējamās sveķu viskozitātei jābūt ļoti zemai, tāpēc stirola vai citu šķīdinātāju saturam jābūt augstam, tādējādi zūdot kompozītmateriāla mehāniskajām/termiskajām īpašībām.
5) Tipiski pielietojumi: standarta vēja turbīnu lāpstiņas, masveidā ražotas laivas, arhitektūras modeļi.
Vakuuma iepakošanas process
1. Metodes apraksts: Vakuuma iepakošanas process ir iepriekš minētā manuālās iepakošanas procesa paplašinājums, t.i., plastmasas plēves slāņa blīvēšana uz veidnes notiks ar manuālu saplākšņa ieklāšanu vakuumā, uz saplākšņa pielietojot atmosfēras spiedienu, lai panāktu izsūknēšanas un pievilkšanas efektu, tādējādi uzlabojot kompozītmateriāla kvalitāti.
2. materiāla izvēle:
Sveķi: galvenokārt epoksīdsveķi un fenola sveķi, poliesters un uz polietilēna bāzes veidots esteris nav piemērojams, jo tie satur stirolu, kas iztvaiko vakuumsūknī.
Šķiedra: nav prasības, pat ja lielāko šķiedru pamatmasu var infiltrēt zem spiediena
Galvenais materiāls: nav prasību
3. Galvenās priekšrocības:
1) Var sasniegt augstāku šķiedru saturu nekā standarta manuālās uzklāšanas procesā
2) Tukšumu attiecība ir zemāka nekā standarta manuālās uzklāšanas procesā.
3) Negatīva spiediena ietekmē sveķi plūst pietiekami, lai uzlabotu šķiedru infiltrācijas pakāpi, protams, daļu sveķu absorbēs vakuuma palīgmateriāli.
4) Veselība un drošība: vakuuma iepakošanas process var samazināt gaistošo vielu izdalīšanos sacietēšanas procesā.
4. Galvenie trūkumi:
1) Papildu process palielina darbaspēka un vienreizlietojamo vakuuma maisiņu materiāla izmaksas
2) Augstākas prasības operatoriem
3) Sveķu sajaukšana un sveķu satura kontrole lielā mērā ir atkarīga no operatora prasmes
4) Lai gan vakuuma maisiņi samazina gaistošo vielu izdalīšanos, operatora veselības risks joprojām ir lielāks nekā infūzijas vai preprega procesa risks.
5, Tipiski pielietojumi: liela izmēra, vienas ierobežotas tirāžas jahtas, sacīkšu automašīnu detaļas, kuģu būves process kodolmateriāla līmēšanai.
Tinumu formēšana
1. Metodes apraksts: Tīšanas procesu pamatā izmanto dobu, apaļu vai ovālu konstrukcijas detaļu, piemēram, cauruļu un siles, ražošanai. Šķiedru kūļi tiek piesūcināti ar sveķiem un pēc tam dažādos virzienos uztīti uz stieņa. Procesu kontrolē tīšanas mašīna un stieņa ātrums.
2. Materiālu izvēle:
Sveķi: nav prasību, piemēram, epoksīdsveķi, poliesters, uz polietilēna bāzes izgatavots esteris un fenola sveķi utt.
Šķiedra: nav prasību, spoles rāmja šķiedru saišķu tieša izmantošana, nav nepieciešams aust vai šūt šķiedru audumā
Serdes materiāls: nav prasību, bet āda parasti ir vienslāņa kompozītmateriāls
3. galvenās priekšrocības:
(1) ātrs ražošanas ātrums, ir ekonomisks un saprātīgs layups veids
(2) Sveķu saturu var kontrolēt, izmērot sveķu daudzumu, ko nes šķiedru saišķi, kas iet caur sveķu rievu.
(3) Minimizētas šķiedru izmaksas, nav nepieciešams starpposma aušanas process
(4) lieliska strukturālā veiktspēja, jo lineāro šķiedru saišķus var izvietot dažādos slodzes nesošajos virzienos
4. Galvenie trūkumi:
(1) Process ir paredzēts tikai apaļām, dobām konstrukcijām.
(2) Šķiedras nav viegli un precīzi izvietotas komponenta aksiālajā virzienā.
(3) Augstākas lielu konstrukcijas detaļu formēšanas ar stieni izmaksas
(4) Konstrukcijas ārējā virsma nav veidnes virsma, tāpēc estētika ir sliktāka
(5) Izmantojot zemas viskozitātes sveķus, jāpievērš uzmanība mehāniskajām īpašībām un veselības un drošības prasībām.
Tipiski pielietojumi: ķīmisko vielu uzglabāšanas tvertnes un caurules, cilindri, ugunsdzēsēju elpošanas baloni.
Pultrūzijas formēšana
1. Metodes apraksts: no spoles turētāja caur sildīšanas plāksni tiek izvilkts ar līmi piesūcināts šķiedru kūlis sildīšanas plāksnē, lai pabeigtu sveķu iesūkšanos šķiedrā un kontrolētu sveķu saturu, un galu galā materiāls sacietēs vajadzīgajā formā; šīs formas fiksētais sacietējušais produkts tiek mehāniski sagriezts dažādos garumos. Šķiedras var nonākt sildīšanas plāksnē arī citos virzienos, nevis 0 grādos. Ekstrūzija un stiepšanas formēšana ir nepārtraukts ražošanas process, un produkta šķērsgriezumam parasti ir fiksēta forma, kas pieļauj nelielas variācijas. Caur sildīšanas plāksni iepriekš samitrināts fiksēts materiāls nonāks veidnē, nekavējoties sacietējot. Lai gan šāds process nav tik nepārtraukts, bet var panākt šķērsgriezuma formas maiņu.
2. Materiālu izvēle:
Sveķi: parasti epoksīdsveķi, poliesters, uz polietilēna bāzes veidoti esteri un fenola sveķi utt.
Šķiedra: nav nepieciešama
Galvenais materiāls: parasti netiek izmantots
3. Galvenās priekšrocības:
(1) ātrs ražošanas ātrums, ir ekonomisks un saprātīgs materiālu iepriekšējas samitrināšanas un sacietēšanas veids
(2) precīza sveķu satura kontrole
(3) šķiedru izmaksu samazināšana līdz minimumam, nav nepieciešams starpposma aušanas process
(4) lieliskas strukturālās īpašības, jo šķiedru kūlīši ir izvietoti taisnās līnijās, šķiedru tilpuma daļa ir augsta
(5) šķiedru infiltrācijas zonu var pilnībā noslēgt, lai samazinātu gaistošo vielu izdalīšanos
4. galvenie trūkumi:
(1) process ierobežo šķērsgriezuma formu
(2) Augstākas sildīšanas plāksnes izmaksas
5. Tipiski pielietojumi: mājokļu konstrukciju, tiltu, kāpņu un žogu sijas un kopnes.
Sveķu pārneses formēšanas process (RTM)
1. Metodes apraksts: Sausās šķiedras tiek ievietotas apakšējā veidnē, kuru var iepriekš pakļaut spiedienam, lai šķiedras pēc iespējas labāk atbilstu veidnes formai un tiktu līmētas; pēc tam augšējā veidne tiek piestiprināta pie apakšējās veidnes, veidojot dobumu, un pēc tam dobumā tiek ievadīti sveķi. Parasti tiek izmantota vakuuma veicināta sveķu injekcija un šķiedru infiltrācija, kas pazīstama kā vakuuma veicināta sveķu injekcija (VARI). Kad šķiedru infiltrācija ir pabeigta, sveķu ievadīšanas vārsts tiek aizvērts un kompozīts tiek sacietēts. Sveķu injekciju un sacietēšanu var veikt gan istabas temperatūrā, gan apsildot.
2. Materiālu izvēle:
Sveķi: parasti epoksīda, poliestera, polivinilestera un fenola sveķi, bismaleimīda sveķus var izmantot augstā temperatūrā
Šķiedra: nav prasību. Šim procesam piemērotāka ir šūta šķiedra, jo atstarpe starp šķiedru saišķiem veicina sveķu pārnesi; ir speciāli izstrādātas šķiedras, kas var veicināt sveķu plūsmu.
Serdes materiāls: šūnveida putas nav piemērotas, jo šūnveida šūnas tiks piepildītas ar sveķiem, un spiediens arī izraisīs putu sabrukšanu.
3. galvenās priekšrocības:
(1) Lielāka šķiedru tilpuma daļa, zema porainība
(2) Veselība un drošība, tīra un sakopta darba vide, jo sveķi ir pilnībā noslēgti.
(3) Samazināt darbaspēka izmantošanu
(4) Konstrukcijas daļu augšējā un apakšējā puse ir formētas virsmas, kuras ir viegli apstrādāt pēc tam.
4. Galvenie trūkumi:
(1) Kopā izmantotās veidnes ir dārgas, smagas un samērā apjomīgas, lai izturētu lielāku spiedienu.
(2) ierobežota ar mazu detaļu ražošanu
(3) Viegli var rasties nesamitrinātas vietas, kā rezultātā rodas liels daudzums metāllūžņu
5. Tipiski pielietojumi: mazi un sarežģīti kosmosa kuģu un automašīnu detaļas, vilcienu sēdekļi.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 8. augusts
