Komposiittien raaka-aineita on laaja valikoima, kuten hartseja, kuituja ja ydinmateriaaleja, ja jokaisella materiaalilla on omat ainutlaatuiset ominaisuutensa, kuten lujuus, jäykkyys, sitkeys ja lämmönkestävyys, ja niiden kustannukset ja saanto vaihtelevat. Komposiittimateriaalin lopullinen suorituskyky kokonaisuutena ei kuitenkaan liity pelkästään hartsimatriisiin ja kuituihin (sekä sandwich-materiaalirakenteen ydinmateriaaliin), vaan myös läheisesti rakenteen materiaalien suunnittelumenetelmään ja valmistusprosessiin. Tässä artikkelissa esittelemme komposiittien yleisesti käytetyt valmistusmenetelmät, kunkin menetelmän tärkeimmät vaikuttavat tekijät ja sen, miten raaka-aineet valitaan eri prosesseihin.
Ruiskuvalu
1, menetelmän kuvaus: Lyhyeksi leikattu kuitulujitemateriaali ja hartsijärjestelmä ruiskutetaan samanaikaisesti muottiin ja kovetetaan sitten ilmakehän paineessa muovausprosessin lämpökovettuviksi komposiittituotteiksi.
2. Materiaalin valinta:
Hartsi: pääasiassa polyesteri
Kuitu: karkea lasikuitulanka
Ydinmateriaali: ei mitään, tarvitsee yhdistää pelkkään vaneriin
3. Tärkeimmät edut:
1) Pitkä käsityötaidon historia
2) Edullinen ja nopea kuidun ja hartsin kerrostaminen
3) Alhainen muottihinta
4, tärkeimmät haitat:
1) Vaneri on helppo muodostaa hartsipitoinen alue, suuri paino
2) Vain lyhyitä kuituja voidaan käyttää, mikä rajoittaa vakavasti vanerin mekaanisia ominaisuuksia.
3) Ruiskutuksen helpottamiseksi hartsin viskositeetin on oltava riittävän alhainen, jotta komposiittimateriaalin mekaaniset ja lämpöominaisuudet menetetään.
4) Ruiskutettavan hartsin korkea styreenipitoisuus tarkoittaa, että käyttäjälle on olemassa suuri vaaratekijä, ja alhainen viskositeetti tarkoittaa, että hartsi voi helposti tunkeutua työntekijän työvaatteisiin ja joutua suoraan kosketuksiin ihon kanssa.
5) Haihtuvan styreenin pitoisuutta ilmassa on vaikea täyttää lakisääteisiä vaatimuksia.
5. Tyypilliset sovellukset:
Yksinkertaiset aidat, kevyiden kuormien rakennepaneelit, kuten avoautojen korit, kuorma-autojen katteet, kylpyammeet ja pienet veneet.
Käsintehty muovaus
1, menetelmän kuvaus: hartsi imeytetään manuaalisesti kuituihin. Kuidut voidaan kutoa, punota, ommella tai liittää yhteen tai käyttää muita vahvistusmenetelmiä. Käsin tehtävä lay-up-muovaus tehdään yleensä teloilla tai siveltimillä, ja sitten hartsi puristetaan liimatelalla, jotta se tunkeutuu kuituihin. Vaneri kovetetaan normaalipaineessa.
2. Materiaalin valinta:
Hartsi: ei vaatimusta, saatavilla on epoksi-, polyesteri-, polyeteenipohjaisia esteri- ja fenolihartseja
Kuitu: ei vaatimuksia, mutta suuremman aramidikuidun peruspaino on vaikea tunkeutua käsin levitettyyn kuituun
Ydinmateriaali: ei vaatimusta
3, tärkeimmät edut:
1) Teknologian pitkä historia
2) Helppo oppia
3) alhaiset muottikustannukset, jos käytetään huoneenlämmössä kovettuvaa hartsia
4) Laaja valikoima materiaaleja ja toimittajia
5) Korkea kuitupitoisuus, pidempiä kuituja käytetään kuin ruiskutusprosessissa
4, Tärkeimmät haitat:
1) Hartsin sekoitus, laminaatin hartsipitoisuus ja laatu liittyvät läheisesti käyttäjän taitoihin, joten on vaikea saavuttaa alhainen hartsipitoisuus ja laminaatin alhainen huokoisuus.
2) Hartsin terveys- ja turvallisuusriskit: mitä pienempi käsin liimattavan hartsin molekyylipaino on, sitä suurempi on mahdollinen terveysuhka. Mitä alhaisempi viskositeetti, sitä todennäköisemmin hartsi tunkeutuu työntekijöiden työvaatteisiin ja joutuu siten suoraan kosketuksiin ihon kanssa.
3) Jos hyvää ilmanvaihtoa ei ole asennettu, polyesteristä ja polyeteenipohjaisista estereistä ilmaan haihtuvan styreenin pitoisuutta on vaikea täyttää lakisääteisiä vaatimuksia.
4) Käsinliimattavan hartsin viskositeetin on oltava hyvin alhainen, joten styreenin tai muiden liuottimien pitoisuuden on oltava korkea, jolloin komposiittimateriaalin mekaaniset/lämpöominaisuudet menetetään.
5) Tyypillisiä käyttökohteita: standardituuliturbiinin lavat, massatuotetut veneet, arkkitehtoniset pienoismallit.
Tyhjiöpakkausprosessi
1. Menetelmän kuvaus: Tyhjiöpakkausprosessi on edellä mainitun käsin tapahtuvan ladontaprosessin jatkoa, eli muovikalvon tiivistäminen muottiin tapahtuu käsin tapahtuvalla vanerin alipaineella, jossa vaneriin kohdistetaan ilmakehän paine, jotta saavutetaan tyhjennys- ja puristusvaikutus komposiittimateriaalin laadun parantamiseksi.
2. materiaalin valinta:
Hartsi: pääasiassa epoksi- ja fenolihartsit, polyesteri- ja polyeteenipohjaiset esterit eivät sovellu, koska ne sisältävät styreeniä ja haihtuvat tyhjiöpumppuun.
Kuitu: ei vaatimusta, vaikka suurempien kuitujen peruspaino voitaisiin tunkeutua paineen alaisena
Ydinmateriaali: ei vaatimusta
3. Tärkeimmät edut:
1) Voidaan saavuttaa suurempi kuitupitoisuus kuin tavallisessa käsin asetteluprosessissa
2) Tyhjiösuhde on pienempi kuin tavanomaisessa käsin tehtävässä lay-up-asennuksessa.
3) Alipaineen alaisena hartsi virtaa riittävästi parantaakseen kuitujen tunkeutumisastetta, ja osa hartsista imeytyy luonnollisesti tyhjiötarvikkeisiin.
4) Terveys ja turvallisuus: tyhjiöpussitusprosessi voi vähentää haihtuvien aineiden vapautumista kovettumisprosessin aikana
4, Tärkeimmät haitat:
1) Lisäprosessi lisää työvoimakustannuksia ja kertakäyttöisten tyhjiöpussien materiaalikustannuksia
2) Operaattoreille asetetaan korkeammat taitovaatimukset
3) Hartsin sekoittaminen ja hartsipitoisuuden hallinta riippuvat pitkälti käyttäjän taidosta
4) Vaikka tyhjiöpussit vähentävät haihtuvien aineiden vapautumista, käyttäjän terveysriski on silti suurempi kuin infuusio- tai esivalmisteprosessin.
5, Tyypilliset käyttökohteet: suuret koot, yksittäiset rajoitetun erän jahdit, kilpa-autojen osat, ydinmateriaalin liimausprosessi laivanrakennusprosessissa.
Käämitysmuovaus
1. Menetelmän kuvaus: Kelausprosessia käytetään pääasiassa onttojen, pyöreiden tai soikeiden rakenneosien, kuten putkien ja kourujen, valmistukseen. Kuitukimppuja kyllästetään hartsilla ja kelataan sitten tuurnalle eri suuntiin. Prosessia ohjataan kelauskoneella ja tuurnan nopeudella.
2. Materiaalin valinta:
Hartsi: ei vaatimusta, kuten epoksi, polyesteri, polyeteenipohjainen esteri ja fenolihartsi jne.
Kuitu: ei vaatimuksia, kelakehyksen kuitukimpujen suora käyttö, ei tarvitse kutoa tai ommella kuitukankaaseen
Ydinmateriaali: ei vaatimusta, mutta pintakerros on yleensä yksikerroksinen komposiittimateriaali
3. tärkeimmät edut:
(1) nopea tuotantonopeus, on taloudellinen ja järkevä tapa layups
(2) Hartsipitoisuutta voidaan säätää mittaamalla hartsiuran läpi kulkevien kuitukimpujen kuljettaman hartsin määrä.
(3) Minimoidut kuitukustannukset, ei välivaiheen kudontaprosessia
(4) erinomainen rakenteellinen suorituskyky, koska lineaariset kuitukimppuja voidaan sijoittaa eri kuormankantosuuntiin
4. Tärkeimmät haitat:
(1) Prosessi rajoittuu pyöreihin onttoihin rakenteisiin.
(2) Kuidut eivät ole helposti ja tarkasti järjestettävissä komponentin aksiaalisuunnassa
(3) Suurten rakenneosien positiivisen muovauksen korkeammat kustannukset
(4) Rakenteen ulkopinta ei ole muottipinta, joten estetiikka on huonompi
(5) Käytettäessä matalaviskositeettista hartsia on kiinnitettävä huomiota mekaanisiin ominaisuuksiin ja terveys- ja turvallisuussuorituskykyyn
Tyypillisiä käyttökohteita: kemikaalien varastosäiliöt ja -putket, sylinterit, palomiesten hengityssäiliöt.
Pultruusiomuovaus
1. Menetelmän kuvaus: Liimalla kyllästetty kuitukimppu vedetään puolapitimestä lämmityslevyn läpi lämmityslevyyn hartsin imeytymisen viimeistelemiseksi kuidun pinnalle ja hartsipitoisuuden säätelemiseksi, jolloin materiaali lopulta kovetetaan haluttuun muotoon. Tässä kiinteässä kovettuneen tuotteen muodossa se leikataan mekaanisesti eri pituisiksi paloiksi. Kuidut voivat syöttää lämmityslevyyn myös muissa kuin 0 asteen suunnissa. Ekstruusio ja venytysmuovaus ovat jatkuva tuotantoprosessi, ja tuotteen poikkileikkauksella on yleensä kiinteä muoto, mikä sallii pieniä vaihteluita. Esikostutettu materiaali kulkee lämmityslevyn läpi ja leviää muottiin välittömästi kovettumisen jälkeen. Tämä prosessi on kuitenkin vähemmän jatkuva, mutta poikkileikkauksen muodonmuutos on mahdollinen.
2. Materiaalin valinta:
Hartsi: yleensä epoksi, polyesteri, polyeteenipohjainen esteri ja fenolihartsi jne.
Kuitu: ei vaadita
Ydinmateriaali: ei yleisesti käytetty
3. Tärkeimmät edut:
(1) nopea tuotantonopeus, on taloudellinen ja järkevä tapa materiaalien esikostutukseen ja kovettamiseen
(2) hartsipitoisuuden tarkka hallinta
(3) kuitukustannusten minimointi, ei välivaiheen kudontaprosessia
(4) erinomaiset rakenteelliset ominaisuudet, koska kuitukimppujen suoraviivainen järjestys antaa kuitujen tilavuusosuudelle korkean arvon
(5) kuitujen tunkeutumisalue voidaan sulkea kokonaan haihtuvien aineiden vapautumisen vähentämiseksi
4. tärkeimmät haitat:
(1) prosessi rajoittaa poikkileikkauksen muotoa
(2) Lämmityslevyn korkeammat kustannukset
5. Tyypillisiä käyttökohteita: asuntorakenteiden palkit ja ristikot, sillat, tikkaat ja aidat.
Hartsinsiirtomuovausprosessi (RTM)
1. Menetelmän kuvaus: Kuivat kuidut asetetaan alempaan muottiin, joka voidaan esipaineistaa, jotta kuidut sopivat mahdollisimman hyvin muotin muotoon ja liimaamalla ne yhteen. Tämän jälkeen ylempi muotti kiinnitetään alempaan muottiin ontelon muodostamiseksi, ja hartsi ruiskutetaan onteloon. Yleisesti käytetään tyhjiöavusteista hartsin ruiskutusta ja kuitujen imeytymistä, joka tunnetaan nimellä tyhjiöavusteinen hartsin ruiskutus (VARI). Kun kuidun imeytyminen on valmis, hartsin syöttöventtiili suljetaan ja komposiitti kovetetaan. Hartsin ruiskutus ja kovetus voidaan tehdä joko huoneenlämmössä tai lämmitetyissä olosuhteissa.
2. Materiaalivalinta:
Hartsi: yleensä epoksi-, polyesteri-, polyvinyyliesteri- ja fenolihartsi, bismaleimidihartsia voidaan käyttää korkeissa lämpötiloissa
Kuitu: ei vaatimusta. Ommeltu kuitu sopii paremmin tähän prosessiin, koska kuitukimppujen välinen rako edistää hartsin siirtymistä; on olemassa erityisesti kehitetyt kuidut, jotka voivat edistää hartsin virtausta.
Ydinmateriaali: solumuovia ei suositella, koska kennomaisen materiaalin solut täyttyvät hartsilla ja paine aiheuttaa myös vaahdon romahtamisen.
3. tärkeimmät edut:
(1) Suurempi kuitutilavuusosuus, alhainen huokoisuus
(2) Terveys ja turvallisuus, puhdas ja siisti käyttöympäristö, koska hartsi on täysin suljettu.
(3) Vähennä työvoiman käyttöä
(4) Rakenneosien ylä- ja alapinnat ovat muovattuja pintoja, mikä on helppoa myöhempää pintakäsittelyä varten.
4. Tärkeimmät haitat:
(1) Yhdessä käytetyt muotit ovat kalliita, painavia ja suhteellisen tilaa vieviä kestämään suurempaa painetta.
(2) rajoitettu pienten osien valmistukseen
(3) Kosteita alueita voi helposti syntyä, mikä johtaa suureen määrään romua
5. Tyypillisiä käyttökohteita: pienet ja monimutkaiset avaruussukkulan ja auton osat, junan istuimet.
Julkaisun aika: 08.08.2024
