Det finns ett brett utbud av råmaterial för kompositer, inklusive hartser, fibrer och kärnmaterial, och varje material har sina egna unika egenskaper vad gäller styrka, styvhet, seghet och termisk stabilitet, med varierande kostnader och utbyten. Den slutliga prestandan för ett kompositmaterial som helhet är dock inte bara relaterad till hartsmatrisen och fibrerna (såväl som kärnmaterialet i en sandwichmaterialstruktur), utan också nära relaterad till designmetoden och tillverkningsprocessen för materialen i strukturen. I den här artikeln kommer vi att introducera de vanligt förekommande tillverkningsmetoderna för kompositer, de viktigaste påverkande faktorerna för varje metod och hur råmaterial väljs för olika processer.
Sprutgjutning
1, metodbeskrivning: Det kortskurna fiberförstärkande materialet och hartssystemet sprutas samtidigt in i formen och härdas sedan under atmosfärstryck till värmehärdande kompositprodukter genom en gjutningsprocess.
2. Materialval:
Harts: huvudsakligen polyester
Fiber: grovt glasfibergarn
Kärnmaterial: inget, behöver kombineras med enbart plywood
3. Huvudfördelar:
1) Lång hantverkshistoria
2) Låg kostnad, snabb uppläggning av fiber och harts
3) Låg formkostnad
4, de största nackdelarna:
1) Plywooden är lätt att forma, hartsrik yta, hög vikt
2) Endast kortskurna fibrer kan användas, vilket allvarligt begränsar plywoodens mekaniska egenskaper.
3) För att underlätta sprutning måste hartsets viskositet vara tillräckligt låg, så att kompositmaterialets mekaniska och termiska egenskaper förloras.
4) Den höga styrenhalten i sprayhartset innebär en hög potentiell risk för operatören, och den låga viskositeten gör att hartset lätt kan tränga in i den anställdes arbetskläder och komma i direkt kontakt med huden.
5) Koncentrationen av flyktig styren i luften gör det svårt att uppfylla lagkrav.
5. Typiska tillämpningar:
Enkla stängsel, bärpaneler med låg belastning, såsom karosser för cabrioleter, lastbilskåpor, badkar och små båtar.
Handuppläggningsgjutning
1, metodbeskrivning: manuell infiltrering av hartset i fibrerna, fibrerna kan vävas, flätas, sys eller limmas och andra förstärkningsmetoder, manuell uppläggning görs vanligtvis med valsar eller penslar, och sedan pressas hartset med en limrulle för att få det att tränga in i fibrerna. Plywooden placeras under normalt tryck för att härda.
2. Materialval:
Harts: inget krav, epoxi, polyester, polyetenbaserad ester, fenolhartser finns tillgängliga
Fiber: inga krav, men basvikten hos den större aramidfibern gör det svårt att infiltrera den handlagda
Kärnmaterial: inget krav
3, de viktigaste fördelarna:
1) Lång teknikhistoria
2) Lätt att lära sig
3) låg formkostnad om man använder rumstemperaturhärdande harts
4) Brett utbud av material och leverantörer
5) Högt fiberinnehåll, längre fibrer används än vid sprutning
4, Huvudsakliga nackdelar:
1) Hartsblandning, laminathartsinnehåll och kvalitet är nära relaterade till operatörens skicklighet, det är svårt att uppnå låg hartshalt och låg porositet i laminatet.
2) Hälso- och säkerhetsrisker för harts. Ju lägre molekylvikten hos handuppläggningshartset har, desto större är det potentiella hälsohotet. Ju lägre viskositet det har, desto mer sannolikt tränger hartset in i de anställdas arbetskläder och därmed kommer i direkt kontakt med huden.
3) Om god ventilation inte installeras är det svårt att uppfylla lagkraven på grund av koncentrationen av styren som avdunstats från polyester- och polyetenbaserade estrar i luften.
4) Viskositeten hos det handpastade hartset måste vara mycket låg, så innehållet av styren eller andra lösningsmedel måste vara högt, vilket leder till att kompositmaterialets mekaniska/termiska egenskaper förloras.
5) Typiska tillämpningar: vanliga vindturbinblad, massproducerade båtar, arkitekturmodeller.
Vakuumpåsningsprocess
1. Metodbeskrivning: Vakuumpåsningsprocessen är en förlängning av ovanstående manuella uppläggningsprocessen, dvs. att försegla ett lager plastfilm på formen med manuell uppläggning av plywood, genom att vakuumförsegla plywooden med ett atmosfärstryck för att uppnå en uttöjnings- och åtdragningseffekt och förbättra kompositmaterialets kvalitet.
2. materialval:
Harts: främst epoxi- och fenolhartser, polyester- och polyetenbaserade estrar är inte tillämpliga eftersom de innehåller styren, vilket förångar in i vakuumpumpen.
Fiber: inget krav, även om basvikten på de större fibrerna kan infiltreras under tryck
Kärnmaterial: inget krav
3. Huvudfördelar:
1) Högre fiberinnehåll än standard manuell uppläggningsprocess kan uppnås
2) Porförhållandet är lägre än vid standardprocessen för manuell uppläggning.
3) Under negativt tryck flyter hartset tillräckligt för att förbättra graden av fiberinfiltration, naturligtvis kommer en del av hartset att absorberas av vakuumförbrukningsmaterialen.
4) Hälsa och säkerhet: vakuumpåsningsprocessen kan minska utsläppet av flyktiga ämnen under härdningsprocessen.
4, Huvudsakliga nackdelar:
1) Ytterligare process ökar kostnaden för arbetskraft och material till engångsvakuumpåsar
2) Högre kompetenskrav för operatörer
3) Hartsblandning och kontroll av hartsinnehåll beror till stor del på operatörens skicklighet
4) Även om vakuumpåsar minskar utsläppet av flyktiga ämnen är hälsorisken för operatören fortfarande högre än vid infusions- eller prepregprocessen.
5, Typiska tillämpningar: stora, enstaka yachter i begränsad upplaga, reservdelar till racerbilar, varvsprocess för bindning av kärnmaterialet.
Lindningsgjutning
1. Beskrivning av metoden: Lindningsprocessen används i huvudsak för att tillverka ihåliga, runda eller ovala konstruktionsdelar såsom rör och rännor. Fiberbuntar impregneras med harts och lindas sedan på en dorn i olika riktningar. Processen styrs av lindningsmaskinen och dornhastigheten.
2. Materialval:
Harts: inget krav, såsom epoxi, polyester, polyetenbaserad ester och fenolharts, etc.
Fiber: inga krav, direkt användning av fiberbuntar i spolramen, behöver inte vävas eller sys in i fiberduken
Kärnmaterial: inget krav, men ytan är vanligtvis ett kompositmaterial i ett enda lager
3. de viktigaste fördelarna:
(1) snabb produktionshastighet, är ett ekonomiskt och rimligt sätt att lägga upp
(2) Hartshalten kan kontrolleras genom att mäta mängden harts som transporteras av fiberbuntar som passerar genom hartsspåret.
(3) Minimerad fiberkostnad, ingen mellanliggande vävprocess
(4) utmärkt strukturell prestanda, eftersom de linjära fiberbuntarna kan läggas längs olika lastbärande riktningar
4. Huvudsakliga nackdelar:
(1) Processen är begränsad till runda ihåliga strukturer.
(2) Fibrerna är inte lätt och noggrant arrangerade längs komponentens axiella riktning
(3) Högre kostnad för dornformning av stora konstruktionsdelar
(4) Strukturens yttre yta är inte en formbar yta, så estetiken är sämre
(5) Vid användning av lågviskösa hartser måste man vara uppmärksam på mekaniska egenskaper och hälso- och säkerhetsprestanda.
Typiska tillämpningar: kemikalietankar och rör, cylindrar, andningstankar för brandmän.
Pultruderingsgjutning
1. Metodbeskrivning: Från spolhållaren dras en fiberbunt impregnerad med lim genom värmeplattan. Fibern infiltreras i värmeplattan för att slutligen tränga in i hartset och kontrollera hartshalten. Slutligen härdas materialet till önskad form. Denna form på den härdade produkten skärs mekaniskt i olika längder. Fibrerna kan också föras in i värmeplattan i andra riktningar än 0 grader. Extrudering och sträckgjutning är en kontinuerlig produktionsprocess och produktens tvärsnitt har vanligtvis en fast form, vilket möjliggör små variationer. Det förfuktade materialet passerar genom värmeplattan och sprids omedelbart in i formen för att härda. Även om en sådan process är mindre kontinuerlig, kan den uppnå en förändring av tvärsnittsformen.
2. Materialval:
Harts: vanligtvis epoxi, polyester, polyetenbaserad ester och fenolharts, etc.
Fiber: inget krav
Kärnmaterial: används inte ofta
3. Huvudfördelar:
(1) snabb produktionshastighet, är ett ekonomiskt och rimligt sätt att förväta och härda material
(2) exakt kontroll av hartsinnehållet
(3) minimerad fiberkostnad, ingen mellanliggande vävprocess
(4) utmärkta strukturella egenskaper, eftersom fiberbuntarna är arrangerade i raka linjer, är fibervolymfraktionen hög
(5) Fiberinfiltrationsområdet kan förseglas helt för att minska utsläppet av flyktiga ämnen.
4. de största nackdelarna:
(1) processen begränsar tvärsnittets form
(2) Högre kostnad för värmeplatta
5. Typiska tillämpningar: balkar och fackverk i bostadskonstruktioner, broar, stegar och staket.
Resinöverföringsgjutningsprocess (RTM)
1. Beskrivning av metoden: Torra fibrer läggs i den nedre formen, som kan förtryckas för att fibrerna ska passa formens form så mycket som möjligt och bindas med självhäftande medel. Därefter fixeras den övre formen på den nedre formen för att bilda en kavitet, och hartset injiceras sedan i kaviteten. Vakuumassisterad hartsinjektion och infiltration av fibrerna, känd som vakuumassisterad hartsinjektion (VARI), används vanligtvis. När fiberinfiltrationen är klar stängs hartsinföringsventilen och kompositen härdas. Hartinjektion och härdning kan göras antingen vid rumstemperatur eller under uppvärmda förhållanden.
2. Materialval:
Harts: vanligtvis epoxi, polyester, polyvinylester och fenolharts, bismaleimidharts kan användas vid hög temperatur
Fiber: inget krav. Sydd fiber är mer lämplig för denna process, eftersom mellanrummet mellan fiberknippena bidrar till hartsöverföring; det finns specialutvecklade fibrer som kan främja hartsflödet.
Kärnmaterial: cellskum är inte lämpligt, eftersom bikakecellerna kommer att fyllas med harts, och trycket kommer också att få skummet att kollapsa.
3. de viktigaste fördelarna:
(1) Högre fibervolymfraktion, låg porositet
(2) Hälsa och säkerhet, ren och snygg driftsmiljö eftersom hartset är helt förseglat.
(3) Minska användningen av arbetskraft
(4) De övre och nedre sidorna av konstruktionsdelarna är gjutna ytor, vilket är enkelt för efterföljande ytbehandling.
4. Huvudsakliga nackdelar:
(1) Formarna som används tillsammans är dyra, tunga och relativt skrymmande för att motstå högre tryck.
(2) begränsad till tillverkning av smådelar
(3) Obefukta områden kan lätt uppstå, vilket resulterar i ett stort antal skrot
5. Typiska tillämpningar: små och komplexa rymdfärje- och bildelar, tågsäten.
Publiceringstid: 8 augusti 2024
