Komposiitmaterjalide toorainete valik on lai, sealhulgas vaigud, kiud ja südamikmaterjalid, ning igal materjalil on oma ainulaadsed omadused, nagu tugevus, jäikus, sitkus ja termiline stabiilsus, erinevate kulude ja saagistega. Komposiitmaterjali lõplik jõudlus tervikuna ei ole aga seotud ainult vaigu maatriksi ja kiududega (samuti südamikmaterjaliga võileivamaterjali struktuuris), vaid on tihedalt seotud ka struktuuri materjalide projekteerimismeetodi ja tootmisprotsessiga. Selles artiklis tutvustame komposiitide jaoks tavaliselt kasutatavaid tootmismeetodeid, iga meetodi peamisi mõjutegureid ja seda, kuidas tooraineid erinevate protsesside jaoks valitakse.
Pihustusvormimine
1, meetodi kirjeldus: lühikeseks lõigatud kiudtugevdusmaterjal ja vaigusüsteem pihustatakse samaaegselt vormi ja seejärel kõvendatakse atmosfäärirõhu all vormimisprotsessi käigus termoreaktiivseteks komposiittoodeteks.
2. Materjali valik:
Vaik: peamiselt polüester
Kiud: jäme klaaskiust lõng
Põhimaterjal: puudub, tuleb kombineerida ainult vineeriga
3. Peamised eelised:
1) Pikk käsitöö ajalugu
2) Kiudainete ja vaigu odav ja kiire paigaldamine
3) Madal hallituse hind
4, peamised puudused:
1) Vineerist on lihtne moodustada vaigurikast ala, see on suure kaaluga
2) Kasutada saab ainult lühikeseks lõigatud kiude, mis piirab oluliselt vineeri mehaanilisi omadusi.
3) Pihustamise hõlbustamiseks peab vaigu viskoossus olema piisavalt madal, kaotades komposiitmaterjali mehaanilised ja termilised omadused.
4) Pihustusvaigu kõrge stüreenisisaldus tähendab, et operaatorile on suur potentsiaalne oht ning madal viskoossus tähendab, et vaik võib kergesti tungida töötaja tööriietesse ja puutuda otse kokku nahaga.
5) Lenduva stüreeni kontsentratsiooni õhus on raske täita õigusaktides sätestatud nõudeid.
5. Tüüpilised rakendused:
Lihtsad piirded, väikese koormusega konstruktsioonipaneelid, näiteks kabriolettkered, veoautode voolukatted, vannid ja väikepaadid.
Käsitsi vormimine
1, meetodi kirjeldus: vaik imbub käsitsi kiududesse. Kiude saab kootud, punutud, õmmeldud või liimida ning kasutada muid tugevdavaid meetodeid. Käsitsi vormimine toimub tavaliselt rullide või pintslitega ja seejärel pigistatakse vaiku liimirulliga, et see kiududesse imbuks. Vineer asetatakse kõvenemiseks normaalrõhu alla.
2. Materjali valik:
Vaik: pole nõuet, saadaval on epoksü-, polüester-, polüetüleenil põhinev ester- ja fenoolvaigud
Kiud: nõudeid pole, kuid suurema aramiidkiu baaskaalu tõttu on käsitsi paigaldatud kiudmaterjalile raske imbuda.
Põhimaterjal: pole nõuet
3, peamised eelised:
1) Tehnoloogia pikk ajalugu
2) Lihtne õppida
3) madal vormimiskulu toatemperatuuril kõveneva vaigu kasutamisel
4) Lai materjalide ja tarnijate valik
5) Kõrge kiudainesisaldus, pikemate kiudainete kasutamine kui pihustamise käigus
4, Peamised puudused:
1) Vaigu segamine, laminaatvaigu sisaldus ja kvaliteet on tihedalt seotud operaatori oskustega, mistõttu on keeruline saavutada madalat vaigusisaldust ja laminaatvaigu madalat poorsust.
2) Vaigu tervise- ja ohutusriskid: mida madalam on käsitsi paigaldatava vaigu molekulmass, seda suurem on potentsiaalne terviserisk; mida madalam on viskoossus, seda tõenäolisemalt tungib vaik töötajate tööriietesse ja puutub seeläbi otseselt kokku nahaga.
3) Kui head ventilatsiooni ei ole paigaldatud, on polüestrist ja polüetüleenil põhinevatest estritest õhku aurustunud stüreeni kontsentratsiooni raske täita seadusjärgseid nõudeid.
4) Käsitsi liimitava vaigu viskoossus peab olema väga madal, seega peab stüreeni või muude lahustite sisaldus olema kõrge, mis kaotab komposiitmaterjali mehaanilised/termilised omadused.
5) Tüüpilised rakendused: standardsed tuuleturbiinilabad, masstoodanguna toodetud paadid, arhitektuurimudelid.
Vaakumkottidesse pakkimise protsess
1. Meetodi kirjeldus: Vaakumkottidesse pakkimise protsess on ülaltoodud käsitsi paigaldamise protsessi laiendus, st plastkile kihi vormile tihendamine toimub käsitsi vineeri vaakumpaigutamisega, rakendades vineerile atmosfäärirõhku, et saavutada ammendumise ja pingutamise efekt ja parandada komposiitmaterjali kvaliteeti.
2. materjali valik:
Vaik: peamiselt epoksü- ja fenoolvaigud, polüester ja polüetüleenil põhinev ester ei ole kohaldatavad, kuna need sisaldavad stüreeni ja lenduvad vaakumpumbas.
Kiud: pole nõuet, isegi kui suuremate kiudude baaskaalu saab rõhu all imbuda
Põhimaterjal: pole nõuet
3. Peamised eelised:
1) Saavutada on suurem kiudainesisaldus kui tavalisel käsitsi laotamisel
2) Tühimikusuhe on madalam kui tavalisel käsitsi asetamisel.
3) Negatiivse rõhu all voolab vaik piisavalt, et parandada kiudude infiltratsiooni astet, loomulikult imab osa vaigust vaakumtarvikud endasse.
4) Tervis ja ohutus: vaakumkottidesse pakkimine võib vähendada lenduvate ainete eraldumist kõvenemisprotsessi ajal
4, Peamised puudused:
1) Lisaprotsess suurendab tööjõukulusid ja ühekordselt kasutatava vaakumkoti materjali kulusid
2) Operaatoritele esitatavad kõrgemad oskusnõuded
3) Vaigu segamine ja vaigusisalduse kontroll sõltub suuresti operaatori oskustest
4) Kuigi vaakumkotid vähendavad lenduvate ainete eraldumist, on operaatori terviserisk siiski suurem kui infusiooni- või prepreg-protsessi puhul.
5, Tüüpilised rakendused: suured, üksikud piiratud tiraažiga jahid, võidusõiduautode osad, südamiku materjali liimimise laevaehitusprotsess.
Mähise vormimine
1. Meetodi kirjeldus: Kerimisprotsessi kasutatakse põhiliselt õõnsate, ümmarguste või ovaalse kujuga konstruktsiooniosade, näiteks torude ja rennide valmistamiseks. Kiudkimbud immutatakse vaiguga ja seejärel keritakse need mandrelile eri suundades. Protsessi juhitakse kerimismasina ja mandreli kiiruse abil.
2. Materjali valik:
Vaik: pole nõuet, näiteks epoksü, polüester, polüetüleenil põhinev ester ja fenoolvaik jne.
Kiud: pole nõudeid, pooliraami kiudkimpude otsene kasutamine, pole vaja kiudkangasse kududa ega õmmelda
Südamiku materjal: pole nõuet, aga pind on tavaliselt ühekihiline komposiitmaterjal
3. peamised eelised:
(1) kiire tootmiskiirus, mis on ökonoomne ja mõistlik viis ladumisteks
(2) Vaigusisaldust saab kontrollida vaigusoonest läbivate kiudkimpude poolt kantava vaigu hulga mõõtmise teel.
(3) Minimeeritud kiukulu, vahepealset kudumisprotsessi pole vaja
(4) suurepärane konstruktsiooniline jõudlus, kuna lineaarseid kiudkimpe saab paigutada erinevatele koormust kandvatele suundadele
4. Peamised puudused:
(1) Protsess piirdub ümarate õõnesstruktuuridega.
(2) Kiud ei ole komponendi aksiaalsuunas kergesti ja täpselt paigutatavad
(3) Suurte konstruktsiooniosade puhul mandrelpositiivse vormimise kõrgem hind
(4) Konstruktsiooni välispind ei ole vormipind, seega on esteetika halvem
(5) Madala viskoossusega vaigu kasutamisel tuleb pöörata tähelepanu mehaanilistele omadustele ning tervise- ja ohutusnõuetele.
Tüüpilised kasutusalad: kemikaalide mahutid ja torud, balloonid, tuletõrjujate hingamisballoonid.
Pultrusioonvormimine
1. Meetodi kirjeldus: poolihoidikust tõmmatakse liimiga immutatud kiukimp läbi kuumutusplaadi, et viia vaigu imbumine kuumutusplaadile lõpule ja kontrollida vaigusisaldust, mille tulemusel kõveneb materjal soovitud kujuni; selle kujuga fikseeritud kõvenenud toode lõigatakse mehaaniliselt erineva pikkusega tükkideks. Kiud võivad kuumutusplaadile siseneda ka muus suunas kui 0 kraadi. Ekstrusioon ja venitusvormimine on pidev tootmisprotsess ning toote ristlõikel on tavaliselt fikseeritud kuju, mis lubab väikeseid kõikumisi. Eelnevalt niisutatud ja fikseeritud materjal läbib kuumutusplaadi ja levib vormi kohe pärast kõvenemist. Kuigi see protsess on vähem pidev, saab saavutada ristlõike kuju muutuse.
2. Materjali valik:
Vaik: tavaliselt epoksüvaik, polüester, polüetüleenil põhinev estervaik ja fenoolvaik jne.
Kiudained: pole nõuet
Põhimaterjal: ei ole tavaliselt kasutatav
3. Peamised eelised:
(1) kiire tootmiskiirus, mis on ökonoomne ja mõistlik viis materjalide eelnevaks niisutamiseks ja kõvendamiseks
(2) vaigusisalduse täpne kontroll
(3) kiukulude minimeerimine, vahepealset kudumisprotsessi pole
(4) suurepärased struktuurilised omadused, kuna kiudkimbud on paigutatud sirgjooneliselt, on kiudude mahuosa suur
(5) kiudude infiltratsiooniala saab täielikult sulgeda, et vähendada lenduvate ainete eraldumist
4. peamised puudused:
(1) protsess piirab ristlõike kuju
(2) Kütteplaadi kõrgem hind
5. Tüüpilised kasutusalad: elumajade, sildade, redelite ja aedade talad ja sõrestikud.
Vaiguülekande vormimise protsess (RTM)
1. Meetodi kirjeldus: Kuivad kiud asetatakse alumisse vormi, mida saab eelnevalt survestada, et kiud sobiksid võimalikult hästi vormi kujuga ja liimitaks; seejärel kinnitatakse ülemine vorm alumise vormi külge, et moodustada õõnsus, ja seejärel süstitakse vaik õõnsusse. Tavaliselt kasutatakse vaakumiga abistatavat vaigu sissepritsimist ja kiudude infiltreerimist, mida tuntakse vaakumiga abistatava vaigu sissepritsena (VARI). Kui kiudude infiltratsioon on lõppenud, suletakse vaigu sisselaskeventiil ja komposiit kõvendatakse. Vaigu sissepritsimist ja kõvendamist saab teha kas toatemperatuuril või kuumutatud tingimustes.
2. Materjali valik:
Vaik: tavaliselt epoksü-, polüester-, polüvinüülester- ja fenoolvaik, bismaleimiidvaiku saab kasutada kõrgel temperatuuril
Kiud: pole nõuet. Õmmeldud kiud sobib selleks protsessiks paremini, kuna kiudude kimpude vaheline pilu soodustab vaigu ülekandumist; spetsiaalselt väljatöötatud kiud võivad soodustada vaigu voolavust.
Südamikumaterjal: kärgstruktuuriga vaht ei sobi, sest kärgstruktuuri poorid täidetakse vaiguga ja rõhk põhjustab ka vahu kokkuvarisemise.
3. peamised eelised:
(1) Suurem kiudmahu osakaal, madal poorsus
(2) Tervis ja ohutus, puhas ja korras töökeskkond, kuna vaik on täielikult suletud.
(3) Vähendada tööjõu kasutamist
(4) Konstruktsiooniosade ülemine ja alumine külg on vormitud pinnad, mida on lihtne järgnevaks pinnatöötluseks.
4. Peamised puudused:
(1) Koos kasutatavad vormid on kallid, rasked ja suhteliselt mahukad, et taluda suuremat rõhku.
(2) piirdub väikeste osade tootmisega
(3) Kergesti võivad tekkida märgad alad, mille tulemuseks on suur hulk jäätmeid
5. Tüüpilised rakendused: väikesed ja keerulised kosmosesüstiku ja autoosad, rongiistmed.
Postituse aeg: 08.08.2024
