Сырье для композитных материалов включает смолу, волокно и основной материал и т. Д.Есть много вариантов, и каждый материал имеет свою уникальную прочность, жесткость, ударную вязкость и термическую стабильность, а его стоимость и производительность также различны.
Тем не менее, композитный материал в целом, его конечные характеристики не только связаны с полимерной матрицей и волокнами (и материалом сердцевины в сэндвич-структуре), но также тесно связаны с методом проектирования и производственным процессом материалов в структуре. .
В этой статье будут представлены широко используемые методы производства композитов, основные факторы, влияющие на каждый метод, и способы выбора сырья для различных процессов.
Описание метода:Процесс формования, при котором материал, армированный рубленым волокном, и система смол впрыскиваются в форму одновременно, а затем отверждаются при нормальном давлении с образованием термореактивного композитного продукта.
выбор материала:
Смола: в основном полиэстер
Волокно: грубая пряжа из стекловолокна
Основной материал: нет, необходимо комбинировать с ламинатом отдельно
Основное преимущество:
1) Мастерство имеет долгую историю
2) Низкая стоимость, быстрая укладка волокна и смолы
3) Низкая стоимость пресс-формы
Основные недостатки:
1) Ламинированная плита легко образует область, обогащенную смолой, и вес относительно высок.
2) Можно использовать только рубленое волокно, что сильно ограничивает механические свойства ламината.
3) Чтобы облегчить распыление, вязкость смолы должна быть достаточно низкой, чтобы потерять механические и термические свойства композитного материала.
4) Высокое содержание стирола в распыляемой смоле означает более высокую потенциальную опасность для операторов, а низкая вязкость означает, что смола легко проникает через рабочую одежду сотрудников и напрямую контактирует с кожей.
5) Концентрация стирола, испаряющегося в воздухе, не соответствует законодательным требованиям.
типичное приложение:
Простое ограждение, конструкционные панели с низкой нагрузкой, такие как кузова автомобилей с откидным верхом, обтекатели грузовиков, ванны и небольшие лодки.
Описание метода:Вручную пропитайте волокна смолой.Волокна могут быть армированы путем плетения, плетения, сшивания или склеивания.Ручная укладка обычно выполняется валиками или кистями, а затем смола продавливается резиновым валиком, чтобы проникнуть в волокна.Ламинаты отверждали при нормальном давлении.
выбор материала:
Смола: не требуется, допустимы эпоксидная смола, полиэфир, поливиниловый эфир, фенольная смола
Волокно: не требуется, но арамидное волокно с большим удельным весом трудно инфильтрировать при ручной укладке.
Основной материал: нет требований
Основное преимущество:
1) Мастерство имеет долгую историю
2) Легко учиться
3) Если используется смола, отверждаемая при комнатной температуре, стоимость пресс-формы низкая.
4) Большой выбор материалов и поставщиков
5) Высокое содержание волокон, используемые волокна длиннее, чем процесс распыления
Основные недостатки:
1) Смешивание смолы, содержание смолы и качество ламината тесно связаны с квалификацией операторов, трудно получить ламинат с низким содержанием смолы и низкой пористостью.
2) Опасность для здоровья и безопасности смолы.Чем ниже молекулярная масса смолы для ручной укладки, тем больше потенциальная угроза здоровью.Чем ниже вязкость, тем легче смоле проникать в спецодежду сотрудников и напрямую контактировать с кожей.
3) Если хорошее вентиляционное оборудование не установлено, концентрация стирола, испаряющегося из полиэстера и поливинилового эфира в воздухе, не соответствует законодательным требованиям.
4) Вязкость смолы для ручной укладки должна быть очень низкой, поэтому содержание стирола или других растворителей должно быть высоким, что приводит к потере механических/термических свойств композитного материала.
Типичные области применения:стандартные лопасти ветряных турбин, серийные лодки, архитектурные модели
Описание метода:Процесс вакуумного мешка является расширением вышеупомянутого процесса ручной укладки, то есть слой пластиковой пленки запечатывается на форме для вакуумирования уложенного вручную ламината, и к ламинату прикладывается атмосферное давление для достижения Эффект выхлопа и уплотнения.Улучшить качество композиционных материалов.
выбор материала:
Смола: в основном эпоксидная и фенольная смола, полиэстер и поливинилэфир не подходят, поскольку они содержат стирол, который испаряется в вакуумном насосе.
Волокно: не требуется, даже волокна с большим удельным весом можно смачивать под давлением.
Основной материал: нет требований
Основное преимущество:
1) Может достигать более высокого содержания волокна, чем стандартный процесс ручной укладки.
2) Пористость ниже, чем при стандартном процессе ручной укладки.
3) В условиях отрицательного давления полный поток смолы улучшает степень смачивания волокон.Конечно, часть смолы будет поглощена вакуумными расходными материалами.
4) Здоровье и безопасность: процесс вакуумного мешка может уменьшить выделение летучих веществ во время отверждения.
Основные недостатки:
1) Дополнительные процессы увеличивают стоимость рабочей силы и одноразовых материалов для вакуумных мешков.
2) Более высокие технические требования к операторам
3) Контроль смешивания смолы и содержания смолы в значительной степени зависит от квалификации оператора.
4) Хотя вакуумный пакет снижает выброс летучих веществ, угроза здоровью оператора все же выше, чем при инфузии или препреге.
Типичные области применения:крупносерийные, одноразовые яхты ограниченного выпуска, детали гоночных автомобилей, склеивание основных материалов в судостроении
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.является профессиональной компанией, производящей различные изделия из стекловолокна.Компания в основном производит ровинг из стекловолокна, маты из рубленого стекловолокна, ткани из стекловолокна/ровницы/морские ткани и т.д. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.
Тел: +86 15283895376
WhatsApp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Описание метода:Процесс намотки в основном используется для изготовления полых, круглых или овальных конструкционных деталей, таких как трубы и резервуары.После пропитки смолой пучка волокон он наматывается на оправку в различных направлениях, а процесс контролируется намоточной машиной и скоростью оправки.
выбор материала:
Смола: не требуется, например, эпоксидная смола, полиэстер, поливиниловый эфир, фенольная смола и т. д.
Волокно: не требуется, непосредственно используйте пучок волокон шпулярника, нет необходимости ткать или вшивать в волокнистую ткань.
Материал сердцевины: не требуется, но оболочка обычно представляет собой однослойный композитный материал.
Основное преимущество:
1) Скорость производства высокая, и это экономичный и разумный метод наслоения.
2) Содержание смолы можно контролировать, измеряя количество смолы, переносимой пучком волокон, проходящим через резервуар для смолы.
3) Минимизация затрат на волокно, отсутствие промежуточного процесса ткачества.
4) Отличные структурные характеристики, поскольку пучки линейных волокон можно укладывать в различных направлениях несущей способности.
Основные недостатки:
1) Этот процесс ограничен круглыми полыми конструкциями.
2) Волокна нелегко точно расположить вдоль осевого направления компонента.
3) Стоимость пресс-формы с оправкой для крупных конструкционных деталей относительно высока.
4) Внешняя поверхность конструкции не является поверхностью формы, поэтому эстетика плохая.
5) При использовании смолы с низкой вязкостью необходимо обращать внимание на химические характеристики, а также на показатели здоровья и безопасности.
Типичные области применения:резервуары для хранения и подачи химикатов, баллоны, дыхательные баки для пожарных
Описание метода:Пучок волокон, вытянутый из шпулярника, погружается и проходит через нагревательную пластину, а смола проникает в волокно на нагревательной пластине, содержание смолы контролируется, и, наконец, материал отверждается до требуемой формы;этот отвержденный продукт фиксированной формы механически разрезается на различную длину.Волокна также могут входить в горячую пластину в направлениях, отличных от 0 градусов.
Пултрузия — это непрерывный производственный процесс, и поперечное сечение изделия обычно имеет фиксированную форму, допускающую небольшие изменения.Зафиксируйте предварительно смоченный материал, проходящий через горячую плиту, и распределите его по форме для немедленного отверждения.Хотя этот процесс имеет плохую непрерывность, он может изменить форму поперечного сечения.
выбор материала:
Смола: обычно эпоксидная, полиэфирная, поливинилэфирная, фенольная смола и т. д.
Волокно: нет требований
Основной материал: обычно не используется
Основное преимущество:
1) Скорость производства высокая, и это экономичный и разумный способ предварительного смачивания и отверждения материалов.
2) Точный контроль содержания смолы
3) Минимизация затрат на волокно, отсутствие промежуточного процесса ткачества.
4) Отличные структурные характеристики, поскольку пучки волокон расположены по прямой линии, а объемная доля волокон высока.
5) Зона инфильтрации волокна может быть полностью герметизирована, чтобы уменьшить выброс летучих веществ.
Основные недостатки:
1) Этот процесс ограничивает форму поперечного сечения
2) Стоимость нагревательной пластины относительно высока
Типичные области применения:Балки и фермы для конструкций домов, мостов, лестниц и заборов
6. Трансферное формование смолы (RTM)
Описание метода:Уложите сухие волокна в нижнюю форму, заранее прижмите их, чтобы волокна максимально соответствовали форме формы, и склейте их;затем закрепите верхнюю форму на нижней форме, чтобы сформировать полость, а затем введите смолу в полость формы.
Обычно используются вакуумная инжекция смолы и инфильтрация волокон, а именно процесс вакуумной инфузии смолы (VARI).После завершения инфильтрации волокна клапан ввода смолы закрывается, и композит затвердевает.Инжекция смолы и отверждение могут производиться при комнатной температуре или в условиях нагрева.
выбор материала:
Смола: обычно эпоксидная, полиэфирная, поливинилэфирная и фенольная смола, бисмалеимидная смола может использоваться при высокой температуре.
Волокно: Нет требований.Сшитые волокна больше подходят для этого процесса, потому что зазоры пучков волокон облегчают перенос смолы;специально разработанные волокна для облегчения потока смолы
Материал сердцевины: сотовая пена не подходит, потому что сотовые ячейки будут заполнены смолой, а давление приведет к разрушению пены.
Основное преимущество:
1) Высокая объемная доля волокна и низкая пористость
2) Поскольку смола полностью герметична, она здорова и безопасна, а рабочая среда чистая и аккуратная.
3) Сокращение использования рабочей силы
4) Верхняя и нижняя стороны конструктивной части представляют собой поверхности пресс-формы, что облегчает последующую обработку поверхности.
Основные недостатки:
1) Пресс-форма, используемая вместе, дорогая, и, чтобы выдерживать большее давление, она тяжелая и относительно громоздкая.
2) Ограничено изготовлением мелких деталей
3) Склонны к появлению несмачиваемых участков, что приводит к большому количеству брака
Типичные области применения:небольшие и сложные космические челноки и автозапчасти, сиденья поездов
7. Другие процессы перфузии – SCRIMP, RIFT, VARTM и др.
Описание метода:Уложите сухие волокна аналогично процессу RTM, затем уложите разделительную ткань и дренажную сетку.После того, как укладка завершена, она полностью запечатывается вакуумным мешком, и когда вакуум достигает определенного уровня, смола вводится во всю структуру укладки.Распределение смолы в ламинате достигается путем направления потока смолы через направляющую сетку, и, наконец, сухие волокна полностью пропитываются сверху вниз.
выбор материала:
Смола: обычно эпоксидная смола, полиэфирная смола, поливинилэфирная смола
Волокно: Любое обычное волокно.Сшитые волокна лучше подходят для этого процесса, так как зазоры пучков волокон ускоряют перенос смолы.
Основной материал: сотовый пенопласт не применяется
Основное преимущество:
1) То же, что и процесс RTM, но только одна сторона представляет собой поверхность пресс-формы.
2) Одна сторона пресс-формы представляет собой вакуумный мешок, что значительно снижает стоимость пресс-формы и снижает требования к пресс-форме, чтобы выдерживать давление
3) Крупные структурные детали также могут иметь высокую объемную долю волокон и низкую пористость.
4) Для этого процесса можно использовать стандартную форму для ручной укладки после модификации.
5) Сэндвич-структура может быть отлита за один раз.
Основные недостатки:
1) Для крупных конструкций процесс относительно сложен, и ремонта не избежать
2) Вязкость смолы должна быть очень низкой, что также снижает механические свойства
3) Склонны к появлению несмачиваемых участков, что приводит к большому количеству брака
Типичные области применения:Опытное производство малых лодок, кузовных панелей поездов и грузовиков, лопастей ветряных турбин.
8. Препрег – автоклавный процесс
Описание метода:Волокно или волокнистая ткань предварительно пропитываются производителем материала смолой, содержащей катализатор, а метод изготовления представляет собой метод при высокой температуре и высоком давлении или метод растворения в растворителе.Катализатор находится в латентном состоянии при комнатной температуре, что дает материалу срок хранения в течение нескольких недель или месяцев при комнатной температуре;охлаждение может продлить срок его хранения.
Препрег можно вручную или машинным способом уложить на поверхность формы, затем упаковать в вакуумный пакет и нагреть до 120-180°С.После нагревания смола может снова течь и со временем затвердевать.Автоклав можно использовать для приложения к материалу дополнительного давления, обычно до 5 атмосфер.
выбор материала:
Смола: обычно можно использовать эпоксидную, полиэфирную, фенольную смолу, стойкую к высоким температурам смолу, такую как полиимид, цианатный эфир и бисмалеимид.
Волокно: Нет требований.Можно использовать пучок волокон или ткань из волокна.
Материал сердцевины: нет требований, но пена должна быть устойчива к высокой температуре и высокому давлению.
Основное преимущество:
1) Соотношение смолы к отвердителю и содержание смолы точно устанавливаются поставщиком, очень легко получить ламинаты с высоким содержанием волокон и низкой пористостью.
2) Материал имеет отличные характеристики для здоровья и безопасности, а рабочая среда чистая, что потенциально снижает затраты на автоматизацию и рабочую силу.
3) Стоимость однонаправленных волокон материала сведена к минимуму, и не требуется промежуточный процесс для переплетения волокон в ткань.
4) Для производственного процесса требуется смола с высокой вязкостью и хорошей смачиваемостью, а также с оптимизированными механическими и термическими свойствами.
5) Увеличение рабочего времени при комнатной температуре означает, что оптимизация конструкции и укладка сложных форм также легко достигаются.
6) Потенциальная экономия на автоматизации и трудозатратах
Основные недостатки:
1) Стоимость материалов увеличивается, но это неизбежно для удовлетворения требований приложения
2) Для завершения отверждения требуется автоклав, который имеет высокую стоимость, длительное время работы и ограничения по размеру.
3) Форма должна выдерживать высокую температуру процесса, и материал сердцевины имеет те же требования.
4) Для более толстых деталей требуется предварительное вакуумирование при укладке препрегов для устранения пузырьков воздуха между слоями.
Типичные области применения:конструкционные детали космического челнока (такие как крылья и хвосты), гоночные автомобили F1
9. Препрег – неавтоклавный процесс
Описание метода:Процесс производства низкотемпературного отверждения препрега точно такой же, как и у автоклавного препрега, разница в том, что химические свойства смолы позволяют ему отверждаться при температуре 60-120°C.
При низкотемпературном отверждении 60°C рабочее время материала составляет всего одну неделю;для высокотемпературных катализаторов (>80°С) время работы может достигать нескольких месяцев.Текучесть смоляной системы позволяет отверждать только в вакуумных мешках, избегая использования автоклавов.
выбор материала:
Смола: обычно только эпоксидная смола
Волокно: не требуется, как и традиционный препрег
Материал сердцевины: не требуется, но особое внимание следует уделить использованию стандартной пены ПВХ.
Основное преимущество:
1) Обладает всеми преимуществами традиционного автоклавного препрега ((i.))-((vi.))
2) Материал формы дешевый, например дерево, потому что температура отверждения низкая.
3) Процесс производства крупных конструкционных деталей упрощен, нужно только создать давление в вакуумном мешке, циркулировать горячий воздух печи или систему нагрева горячего воздуха самой формы, чтобы удовлетворить требования отверждения.
4) Также можно использовать обычные пенопластовые материалы, и процесс является более зрелым.
5) По сравнению с автоклавом потребление энергии ниже
6) Передовая технология обеспечивает хорошую точность размеров и повторяемость.
Основные недостатки:
1) Стоимость материала по-прежнему выше, чем у сухого волокна, хотя стоимость смолы ниже, чем у аэрокосмического препрега.
2) Форма должна выдерживать более высокую температуру, чем процесс инфузии (80-140°C).
Типичные области применения:высокопроизводительные лопасти ветряных турбин, большие гоночные катера и яхты, спасательные самолеты, компоненты поездов
10. Неавтоклавный процесс производства полупрега SPRINT/препрега Beam SparPreg
Описание метода:Пузырьки воздуха между слоями или перекрывающимися слоями в процессе отверждения трудно удалить при использовании препрега в более толстых структурах (>3 мм).Чтобы преодолеть эту трудность, в процесс наслоения было введено предварительное вакуумирование, но Значительно увеличилось время процесса.
В последние годы Gurit представила серию усовершенствованных продуктов препрега с запатентованной технологией, позволяющей производить высококачественные (с низкой пористостью) более толстые ламинаты в одноэтапном процессе.Полупрег SPRINT состоит из двух слоев сухого волокна, между которыми находится слой сэндвич-пленки из смоляной пленки.После того, как материал уложен в форму, вакуумный насос может полностью стравить из нее воздух до того, как смола нагреется и размякнет и пропитает волокно.затвердевший.
Препрег балки SparPreg — это усовершенствованный препрег, который при отверждении в вакууме может легко удалить пузырьки воздуха из склеенного двухслойного материала.
выбор материала:
Смола: в основном эпоксидная смола, также доступны другие смолы
Волокно: нет требований
Материал сердцевины: большинство, но особое внимание следует уделять высокой температуре при использовании стандартной пены ПВХ.
Основное преимущество:
1) Для более толстых деталей (100 мм) по-прежнему можно точно получить высокую объемную долю волокна и низкую пористость.
2) Начальное состояние смоляной системы твердое, и после отверждения при высокой температуре характеристики превосходны.
3) Позволяет использовать недорогую волокнистую ткань с высокой плотностью (например, 1600 г / м2), увеличивает скорость укладки и снижает производственные затраты.
4) Процесс очень продвинутый, операция проста, а содержание смолы точно контролируется.
Основные недостатки:
1) Стоимость материала по-прежнему выше, чем у сухого волокна, хотя стоимость смолы ниже, чем у аэрокосмического препрега.
2) Форма должна выдерживать более высокую температуру, чем процесс инфузии (80-140°C).
Типичные области применения:высокопроизводительные лопасти ветряных турбин, большие гоночные катера и яхты, спасательные самолеты
Время публикации: 13 декабря 2022 г.
