Materiile prime ale materialelor compozite includ rășină, fibre și material de bază etc.Există multe opțiuni, iar fiecare material are rezistența, rigiditatea, duritatea și stabilitatea termică unică, iar costul și rezultatul său sunt, de asemenea, diferite.
Cu toate acestea, materialul compozit în ansamblu, performanța sa finală nu este legată numai de matricea și fibrele de rășină (și de materialul de bază din structura sandwich), ci și de metoda de proiectare și procesul de fabricație al materialelor din structură. .
Acest articol va prezenta metodele de fabricație a compozitelor utilizate în mod obișnuit, principalii factori de influență ai fiecărei metode și modul de alegere a materiilor prime pentru diferite procese.
Descrierea metodei:Un proces de turnare în care materialul ranforsat cu fibre tăiate și sistemul de rășină sunt pulverizate în matriță în același timp și apoi întărite la presiune normală pentru a forma un produs compozit termorigid.
selecția materialului:
Rășină: în principal poliester
Fibră: fire grosiere din fibră de sticlă
Material de bază: Nici unul, trebuie combinat cu laminate separat
Principalul avantaj:
1) Meșteșugul are o istorie lungă
2) Cost redus, așezarea rapidă a fibrelor și a rășinii
3) Cost redus al mucegaiului
Principalele dezavantaje:
1) Placa laminată este ușor de format o zonă îmbogățită cu rășină, iar greutatea este relativ mare
2) Pot fi folosite numai fibre tocate, ceea ce limitează sever proprietățile mecanice ale laminatelor
3) Pentru a facilita pulverizarea, vâscozitatea rășinii trebuie să fie suficient de scăzută pentru a pierde proprietățile mecanice și termice ale materialului compozit
4) Conținutul ridicat de stiren în rășina pulverizată înseamnă riscuri potențiale mai mari pentru operatori, iar vâscozitatea scăzută înseamnă că rășina este ușor să pătrundă în hainele de lucru ale angajaților și să intre direct în contact cu pielea
5) Concentrația de stiren volatilizat în aer este dificil de îndeplinit cerințele legale
aplicație tipică:
Garduri simple, panouri structurale cu sarcină redusă, cum ar fi caroserii auto decapotabile, carene pentru camioane, căzi de baie și bărci mici
Descrierea metodei:Impregnați manual fibrele cu rășină.Fibrele pot fi întărite prin țesere, împletire, coasere sau lipire.Întinderea manuală se face de obicei cu role sau perii, iar apoi rășina este stoarsă cu o rolă de cauciuc pentru a pătrunde în fibre.Laminatele au fost întărite la presiune normală.
selecția materialului:
Rășină: fără cerințe, epoxidice, poliester, ester polivinilic, rășină fenolică sunt acceptabile
Fibră: Nu este necesară, dar fibra de aramidă cu greutate de bază mai mare este dificil de infiltrat prin întindere manuală
Material de bază: nu este necesară
Principalul avantaj:
1) Meșteșugul are o istorie lungă
2) Ușor de învățat
3) Dacă se utilizează rășină de întărire la temperatura camerei, costul matriței este scăzut
4) O gamă largă de materiale și furnizori
5) Conținut ridicat de fibre, fibrele utilizate sunt mai lungi decât procesul de pulverizare
Principalele dezavantaje:
1) Amestecarea rășinilor, conținutul de rășină și calitatea laminatelor sunt strâns legate de competența operatorilor, este dificil să se obțină laminate cu conținut scăzut de rășină și porozitate scăzută
2) Pericolele pentru sănătate și siguranță ale rășinii.Cu cât greutatea moleculară este mai mică a rășinii pentru întindere manuală, cu atât este mai mare potențiala amenințare pentru sănătate.Cu cât vâscozitatea este mai mică, cu atât este mai ușor ca rășina să pătrundă în hainele de lucru ale angajaților și să contacteze direct pielea
3) Dacă nu este instalat un echipament de ventilație bun, concentrația de stiren volatilizat din poliester și ester polivinilic în aer este dificil de îndeplinit cerințele legale
4) Vâscozitatea rășinii pentru întindere manuală trebuie să fie foarte scăzută, astfel încât conținutul de stiren sau alți solvenți trebuie să fie mare, pierzând astfel proprietățile mecanice/termice ale materialului compozit
Aplicații tipice:palete de turbine eoliene standard, bărci produse în serie, modele arhitecturale
Descrierea metodei:Procesul sacului de vid este o extensie a procesului de întindere manuală menționat mai sus, adică un strat de film de plastic este sigilat pe matriță pentru a aspira laminatul așezat manual și se aplică o presiune atmosferică pe laminat pentru a obține efectul de evacuare și compactare.Pentru a îmbunătăți calitatea materialelor compozite.
selecția materialului:
Rășină: în principal rășinile epoxidice și fenolice, poliesterul și esterul polivinilic nu sunt potrivite deoarece conțin stiren, care se volatilizează în pompa de vid
Fibre: Nicio cerință, chiar și fibrele cu o greutate mare de bază pot fi umezite sub presiune
Material de bază: nu este necesară
Principalul avantaj:
1) Poate obține un conținut de fibre mai mare decât procesul standard de întindere manuală
2) Porozitatea este mai mică decât procesul standard de întindere manuală
3) În condiția presiunii negative, fluxul complet al rășinii îmbunătățește gradul de umezire al fibrelor.Desigur, o parte din rășină va fi absorbită de consumabilele de vid
4) Sănătate și siguranță: Procesul sacului de vid poate reduce eliberarea de substanțe volatile în timpul întăririi
Principalele dezavantaje:
1) Procesele suplimentare cresc costul forței de muncă și al materialelor de unică folosință pentru pungi de vid
2) Cerințe tehnice mai înalte pentru operatori
3) Controlul amestecării rășinii și al conținutului de rășini depinde în mare măsură de competența operatorului
4) Deși punga de vid reduce eliberarea de substanțe volatile, amenințarea sănătății pentru operator este totuși mai mare decât cea a procesului de perfuzie sau preimpregnare
Aplicații tipice:iahturi la scară mare, o singură dată, în ediție limitată, piese de mașini de curse, lipirea materialelor de bază în construcțiile navale
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.este o companie profesionistă care produce diverse produse din fibră de sticlă.Compania produce în principal fibră de sticlă, covoraș din fibră de sticlă tocată, pânză din fibră de sticlă/țesătură roving/pânză marine etc. Vă rugăm să nu ezitați să ne contactați.
Tel: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Descrierea metodei:Procesul de înfășurare este utilizat în principal pentru fabricarea de piese structurale goale, rotunde sau ovale, cum ar fi țevi și rezervoare.După ce fasciculul de fibre este impregnat cu rășină, acesta este înfășurat pe dorn în diferite direcții, iar procesul este controlat de mașina de bobinat și de viteza dornului.
selecția materialului:
Rășină: fără cerințe, cum ar fi epoxidice, poliester, ester polivinilic și rășină fenolică etc.
Fibră: nu este necesară, utilizați direct pachetul de fibre al șanțului, nu este nevoie să țeseți sau să coaseți în cârpă de fibre
Material de bază: nu este necesară, dar pielea este de obicei un material compozit cu un singur strat
Principalul avantaj:
1) Viteza de producție este rapidă și este o metodă de stratificare economică și rezonabilă
2) Conținutul de rășină poate fi controlat prin măsurarea cantității de rășină transportată de mănunchiul de fibre care trece prin rezervorul de rășină
3) Minimizați costul fibrelor, fără proces intermediar de țesut
4) Performanța structurală este excelentă, deoarece fasciculele liniare de fibre pot fi așezate în diferite direcții portante
Principalele dezavantaje:
1) Acest proces este limitat la structuri circulare goale
2) Fibrele nu sunt ușor de aranjat cu precizie de-a lungul direcției axiale a componentei
3) Costul matriței tată cu dorn pentru piesele structurale mari este relativ ridicat
4) Suprafața exterioară a structurii nu este suprafața mucegaiului, deci estetica este slabă
5) Când utilizați rășină cu vâscozitate scăzută, trebuie acordată atenție performanței chimice și performanței de sănătate și siguranță
Aplicații tipice:rezervoare de depozitare chimică și conducte de livrare, butelii, rezervoare de respirație pentru pompieri
Descrierea metodei:Mănunchiul de fibre extras din creel este scufundat și trecut prin placa de încălzire, iar rășina este infiltrată în fibra de pe placa de încălzire, iar conținutul de rășină este controlat și, în final, materialul este întărit în forma necesară;acest produs întărit cu formă fixată este tăiat mecanic la diferite lungimi.Fibrele pot pătrunde în plită și în alte direcții decât 0 grade.
Pultruzia este un proces de producție continuu, iar secțiunea transversală a produsului are de obicei o formă fixă, permițând modificări ușoare.Fixați materialul pre-umed care trece prin placa fierbinte și împrăștiați-l în matriță pentru întărire imediată.Deși acest proces are o continuitate slabă, poate schimba forma secțiunii transversale.
selecția materialului:
Rășină: de obicei epoxidice, poliester, ester polivinilic și rășină fenolică etc.
Fibră: nu este necesară
Material de bază: nu este utilizat în mod obișnuit
Principalul avantaj:
1) Viteza de producție este rapidă și este o modalitate economică și rezonabilă de a pre-umeda și a întări materialele
2) Controlul precis al conținutului de rășină
3) Minimizați costul fibrelor, fără proces intermediar de țesut
4) Performanță structurală excelentă, deoarece fasciculele de fibre sunt aranjate în linie dreaptă și fracțiunea de volum a fibrei este mare
5) Zona de infiltrare a fibrelor poate fi complet etanșată pentru a reduce eliberarea de substanțe volatile
Principalele dezavantaje:
1) Acest proces limitează forma secțiunii transversale
2) Costul plăcii de încălzire este relativ mare
Aplicații tipice:Grinzi și ferme pentru structuri de case, poduri, scări și garduri
6. Turnare prin transfer de rășină (RTM)
Descrierea metodei:Așezați fibrele uscate în matrița inferioară, aplicați presiune în avans pentru a face fibrele să se potrivească cât mai mult cu forma formei și lipiți-le;apoi, fixați matrița superioară pe matrița inferioară pentru a forma o cavitate și apoi injectați rășina în cavitatea matriței.
De obicei se folosesc injecția de rășină asistată cu vid și infiltrarea fibrelor, și anume procesul de infuzie de rășină asistată în vid (VARI).Odată ce infiltrarea fibrelor este completă, supapa de introducere a rășinii este închisă și compozitul este întărit.Injectarea și întărirea rășinii se pot face la temperatura camerei sau în condiții de încălzire.
selecția materialului:
Rășină: de obicei epoxidice, poliester, ester polivinilic și rășină fenolică, rășina bismaleimidă poate fi utilizată la temperatură ridicată
Fibră: nu este necesară.Fibrele cusute sunt mai potrivite pentru acest proces deoarece golurile mănunchiului de fibre facilitează transferul rășinii;există fibre special dezvoltate pentru a facilita curgerea rășinii
Material de bază: spuma de fagure nu este potrivită, deoarece celulele de fagure vor fi umplute cu rășină, iar presiunea va provoca prăbușirea spumei
Principalul avantaj:
1) Fracție de volum mare de fibre și porozitate scăzută
2) Deoarece rășina este complet sigilată, este sănătoasă și sigură, iar mediul de operare este curat și ordonat
3) Reduceți utilizarea forței de muncă
4) Laturile superioare și inferioare ale părții structurale sunt suprafețe de matriță, ceea ce este ușor pentru tratarea ulterioară a suprafeței
Principalele dezavantaje:
1) Matrița folosită împreună este scumpă și, pentru a rezista la o presiune mai mare, este grea și relativ greoaie
2) Limitat la fabricarea de piese mici
3) Zonele neumede sunt predispuse să apară, rezultând o cantitate mare de resturi
Aplicații tipice:naveta spatiala mica si complexa si piese auto, scaune de tren
7. Alte procese de perfuzie – SCRIMP, RIFT, VARTM etc.
Descrierea metodei:Așezați fibrele uscate într-un mod similar cu procesul RTM, apoi așezați cârpa de degajare și plasa de drenaj.După finalizarea stratului, acesta este complet etanșat cu un sac de vid, iar când vidul atinge o anumită cerință, rășina este introdusă în întreaga structură de strat.Distribuția rășinii în laminat se realizează prin ghidarea fluxului de rășină prin plasa de ghidare, iar în final fibrele uscate sunt complet infiltrate de sus în jos.
selecția materialului:
Rășină: de obicei rășină epoxidică, poliester, polivinil ester
Fibră: orice fibră comună.Fibrele cusute sunt mai potrivite pentru acest proces, deoarece golurile mănunchiului de fibre accelerează transferul rășinii
Material de bază: spumă tip fagure nu este cazul
Principalul avantaj:
1) La fel ca procesul RTM, dar doar o parte este suprafața mucegaiului
2) O parte a matriței este un sac de vid, care economisește foarte mult costul matriței și reduce nevoia ca matrița să reziste la presiune
3) Piesele structurale mari pot avea, de asemenea, o fracțiune mare de volum de fibre și o porozitate scăzută
4) matrița standard pentru proces de întindere manuală poate fi utilizată pentru acest proces după modificare
5) Structura sandwich poate fi turnată odată
Principalele dezavantaje:
1) Pentru structurile mari, procesul este relativ complicat, iar reparațiile nu pot fi evitate
2) Vâscozitatea rășinii trebuie să fie foarte scăzută, ceea ce reduce și proprietățile mecanice
3) Zonele neumede sunt predispuse să apară, rezultând o cantitate mare de resturi
Aplicații tipice:Producție de probă de bărci mici, panouri de caroserie pentru trenuri și camioane, pale de turbine eoliene
8. Proces de preimpregnare – autoclavare
Descrierea metodei:Fibra sau pânza din fibre este pre-impregnată de către producătorul materialului cu o rășină care conține un catalizator, iar metoda de fabricație este o metodă de temperatură înaltă și presiune înaltă sau o metodă de dizolvare a solventului.Catalizatorul este latent la temperatura camerei, dând materialului o perioadă de valabilitate de săptămâni sau luni la temperatura camerei;refrigerarea își poate prelungi durata de valabilitate.
Preimpregnatul poate fi așezat manual sau cu mașina pe suprafața matriței, apoi acoperit într-un sac de vid și încălzit la 120-180°C.După încălzire, rășina poate curge din nou și în cele din urmă se poate vindeca.O autoclavă poate fi utilizată pentru a aplica o presiune suplimentară materialului, de obicei până la 5 atmosfere.
selecția materialului:
Rășină: de obicei pot fi utilizate rășini epoxidice, poliester, fenolice, rășini rezistente la temperaturi înalte, cum ar fi poliimida, esterul cianat și bismaleimida.
Fibră: nu este necesară.Se poate folosi mănunchi de fibre sau cârpă de fibre
Material de bază: nu este necesară, dar spuma trebuie să fie rezistentă la temperaturi ridicate și presiune înaltă
Principalul avantaj:
1) Raportul dintre rășină și agent de întărire și conținutul de rășină sunt stabilite cu precizie de către furnizor, este foarte ușor să obțineți laminate cu conținut ridicat de fibre și porozitate scăzută
2) Materialul are caracteristici excelente de sănătate și siguranță, iar mediul de lucru este curat, ceea ce poate economisi automatizarea și costurile forței de muncă
3) Costul fibrelor materiale unidirecționale este minimizat și nu este necesar niciun proces intermediar pentru a țese fibrele în pânză
4) Procesul de fabricație necesită rășină cu vâscozitate ridicată și umectabilitate bună, precum și proprietăți mecanice și termice optimizate
5) Prelungirea timpului de lucru la temperatura camerei înseamnă că optimizarea structurală și aranjarea formelor complexe sunt, de asemenea, ușor de realizat
6) Economii potențiale în automatizare și costuri cu forța de muncă
Principalele dezavantaje:
1) Costul materialelor crește, dar este inevitabil pentru a îndeplini cerințele aplicației
2) Este necesară o autoclavă pentru a finaliza întărirea, care are costuri ridicate, timp lung de funcționare și restricții de dimensiune
3) matrița trebuie să reziste la temperaturi ridicate de proces, iar materialul de bază are aceleași cerințe
4) Pentru piesele mai groase, pre-vacuum este necesar atunci când așezați preimpregnate pentru a elimina bulele de aer interstrat
Aplicații tipice:părți structurale ale navetei spațiale (cum ar fi aripi și cozi), mașini de curse F1
9. Prepreg – proces non-autoclav
Descrierea metodei:Procesul de fabricare a preimpregnatului cu întărire la temperatură joasă este exact același cu preimpregnatul în autoclav, diferența este că proprietățile chimice ale rășinii permit întărirea acesteia la 60-120°C.
Pentru întărirea la temperatură joasă de 60°C, timpul de lucru al materialului este de doar o săptămână;pentru catalizatorii de temperatură înaltă (>80°C), timpul de lucru poate ajunge la câteva luni.Fluiditatea sistemului de rășini permite întărirea folosind doar pungi de vid, evitând utilizarea autoclavelor.
selecția materialului:
Rășină: De obicei numai rășină epoxidice
Fibre: nu este necesară, la fel ca preimpregnatul tradițional
Material de bază: nu este necesară, dar trebuie acordată o atenție deosebită atunci când se utilizează spumă PVC standard
Principalul avantaj:
1) Are toate avantajele preimpregnatului tradițional în autoclav ((i.))-((vi.))
2) Materialul matriței este ieftin, cum ar fi lemnul, deoarece temperatura de întărire este scăzută
3) Procesul de fabricație al pieselor structurale mari este simplificat, trebuie doar să presurizați punga de vid, să circulați aerul cald al cuptorului sau sistemul de încălzire cu aer cald al matriței în sine pentru a îndeplini cerințele de întărire
4) Pot fi utilizate și materiale spumante comune, iar procesul este mai matur
5) În comparație cu autoclavă, consumul de energie este mai mic
6) Tehnologia avansată asigură o bună acuratețe dimensională și repetabilitate
Principalele dezavantaje:
1) Costul materialului este încă mai mare decât fibra uscată, deși costul rășinii este mai mic decât preimpregnatul aerospațial
2) Forma trebuie să reziste la o temperatură mai mare decât procesul de perfuzie (80-140°C)
Aplicații tipice:pale de turbine eoliene de înaltă performanță, bărci și iahturi mari de curse, avioane de salvare, componente pentru trenuri
10. Proces non-autoclav al semi-impregnat SPRINT/preimpregnat cu fascicul SparPreg
Descrierea metodei:Este dificil să descărcați bulele de aer între straturi sau straturi suprapuse în timpul procesului de întărire când se utilizează preimpregnat în structuri mai groase (>3 mm).Pentru a depăși această dificultate, în procesul de stratificare a fost introdusă pre-vacuumizarea, dar timpul de proces a crescut semnificativ.
În ultimii ani, Gurit a introdus o serie de produse preimpregnate îmbunătățite cu tehnologie patentată, permițând fabricarea de laminate mai groase de înaltă calitate (porozitate scăzută) să fie finalizată într-un singur proces.SPRINT semi-preg este compus din două straturi de fibră uscată care strâng un strat de structură tip sandwich cu film de rășină.După ce materialul este așezat în matriță, pompa de vid poate drena complet aerul din el înainte ca rășina să se încălzească și să se înmoaie și să înmoaie fibra.solidificat.
Preimpregnat cu grinzi SparPreg este un preimpregnat îmbunătățit care, atunci când este întărit sub vid, poate îndepărta cu ușurință bulele de aer din materialul lipit cu două straturi.
selecția materialului:
Rășină: în cea mai mare parte rășină epoxidică, sunt disponibile și alte rășini
Fibră: nu este necesară
Material de bază: majoritatea, dar o atenție deosebită trebuie acordată temperaturii ridicate atunci când se utilizează spumă PVC standard
Principalul avantaj:
1) Pentru piese mai groase (100 mm), fracțiunea de volum mare de fibre și porozitatea scăzută pot fi încă obținute cu precizie
2) Starea inițială a sistemului de rășină este solidă, iar performanța este excelentă după întărirea la temperatură ridicată
3) Permiteți utilizarea cârpei din fibre cu greutate mare la preț redus (cum ar fi 1600 g/m2), creșteți viteza de întindere și economisiți costurile de producție
4) Procesul este foarte avansat, operarea este simplă și conținutul de rășină este controlat cu precizie
Principalele dezavantaje:
1) Costul materialului este încă mai mare decât fibra uscată, deși costul rășinii este mai mic decât preimpregnatul aerospațial
2) Forma trebuie să reziste la o temperatură mai mare decât procesul de perfuzie (80-140°C)
Aplicații tipice:pale de turbine eoliene de înaltă performanță, bărci și iahturi mari de curse, avioane de salvare
Ora postării: 13-12-2022
