Råvarene til komposittmaterialer inkluderer harpiks, fiber og kjernemateriale, etc.Det er mange valg, og hvert materiale har sin unike styrke, stivhet, seighet og termisk stabilitet, og kostnadene og ytelsen er også forskjellige.
Imidlertid er komposittmaterialet som helhet, dets endelige ytelse ikke bare relatert til harpiksmatrisen og fibrene (og kjernematerialet i sandwichstrukturen), men også nært knyttet til designmetoden og produksjonsprosessen til materialene i strukturen .
Denne artikkelen vil introdusere de mest brukte komposittproduksjonsmetodene, de viktigste påvirkningsfaktorene for hver metode og hvordan man velger råmaterialer for ulike prosesser.
Metodebeskrivelse:En støpeprosess der det oppkuttede fiberforsterkede materialet og harpikssystemet sprayes inn i formen samtidig, og deretter herdes under normalt trykk for å danne et termoherdende komposittprodukt.
materialvalg:
Harpiks: hovedsakelig polyester
Fiber: grovt glassfibergarn
Kjernemateriale: Ingen, må kombineres med laminater separat
Hovedfordelen:
1) Håndverket har en lang historie
2) Lavpris, rask fiber- og harpikslegging
3) Lav muggkostnad
De viktigste ulempene:
1) Den laminerte platen er lett å danne et harpiksanriket område, og vekten er relativt høy
2) Kun oppkuttede fibre kan brukes, noe som sterkt begrenser de mekaniske egenskapene til laminater
3) For å lette sprøyting, må harpiksviskositeten være lav nok til å miste de mekaniske og termiske egenskapene til komposittmaterialet
4) Høyt styreninnhold i sprayharpiks betyr høyere potensielle farer for operatører, og lav viskositet betyr at harpiksen er lett å trenge inn i arbeidsklærne til ansatte og komme i direkte kontakt med huden
5) Konsentrasjonen av styren fordampet i luften er vanskelig å oppfylle lovkravene
typisk bruk:
Enkelt gjerde, konstruksjonspaneler med lav belastning som konvertible karosserier, lastebilkåper, badekar og småbåter
Beskrivelse av metoden:Impregner fibrene manuelt med harpiks.Fibrene kan forsterkes ved å veve, flette, sy eller lime.Håndopplegging gjøres vanligvis med ruller eller børster, og deretter presses harpiksen med en gummirulle for å trenge inn i fibrene.Laminatene ble herdet under normalt trykk.
materialvalg:
Harpiks: ingen krav, epoksy, polyester, polyvinylester, fenolharpiks er akseptabelt
Fiber: Ingen krav, men aramidfiberen med større basisvekt er vanskelig å infiltrere for hånd.
Kjernemateriale: ingen krav
Hovedfordelen:
1) Håndverket har en lang historie
2) Lett å lære
3) Hvis romtemperaturherdende harpiks brukes, er formkostnaden lav
4) Stort utvalg av materialer og leverandører
5) Høyt fiberinnhold, fibrene som brukes er lengre enn sprøyteprosessen
De viktigste ulempene:
1) Harpiksblanding, harpiksinnhold og kvalitet på laminater er nært knyttet til operatørenes ferdigheter, det er vanskelig å få tak i laminater med lavt harpiksinnhold og lav porøsitet
2) Helse- og sikkerhetsfarene til harpiksen.Jo lavere molekylvekten til håndoppleggingsharpiksen er, desto større er den potensielle helsetrusselen.Jo lavere viskositet, jo lettere er det for harpiksen å trenge inn i arbeidsklærne til ansatte og komme i direkte kontakt med huden
3) Hvis godt ventilasjonsutstyr ikke er installert, er konsentrasjonen av styren flyktig fra polyester og polyvinylester til luften vanskelig å oppfylle lovkravene
4) Viskositeten til håndoppleggingsharpiksen må være svært lav, så innholdet av styren eller andre løsemidler må være høyt, og dermed miste de mekaniske/termiske egenskapene til komposittmaterialet
Typiske bruksområder:standard vindturbinblader, masseproduserte båter, arkitektoniske modeller
Metodebeskrivelse:Vakuumposeprosessen er en forlengelse av den ovennevnte håndoppleggingsprosessen, det vil si at et lag med plastfilm forsegles på formen for å støvsuge det håndlagde laminatet, og et atmosfærisk trykk påføres laminatet for å oppnå effekten av eksos og komprimering.For å forbedre kvaliteten på komposittmaterialer.
materialvalg:
Harpiks: hovedsakelig epoksy og fenolharpiks, polyester og polyvinylester er ikke egnet fordi de inneholder styren, som fordamper inn i vakuumpumpen
Fiber: Ingen krav, selv fibre med stor grunnvekt kan fuktes under trykk
Kjernemateriale: ingen krav
Hovedfordelen:
1) Kan oppnå høyere fiberinnhold enn standard håndoppleggingsprosess
2) Porøsiteten er lavere enn standard håndoppleggingsprosess
3) Under tilstanden med negativt trykk forbedrer den fulle strømmen av harpiksen graden av fukting av fibrene.Selvfølgelig vil en del av harpiksen bli absorbert av vakuum forbruksvarer
4) Helse og sikkerhet: Vakuumposeprosessen kan redusere frigjøringen av flyktige stoffer under herding
De viktigste ulempene:
1) Ytterligere prosesser øker kostnadene for arbeidskraft og engangsmaterialer til vakuumpose
2) Høyere tekniske krav til operatører
3) Kontrollen av harpiksblanding og harpiksinnhold avhenger i stor grad av operatørens dyktighet
4) Selv om vakuumposen reduserer frigjøringen av flyktige stoffer, er helsetrusselen for operatøren fortsatt høyere enn for infusjons- eller prepreg-prosessen
Typiske bruksområder:storskala engangsyachter i begrenset opplag, racerbildeler, liming av kjernematerialer i skipsbygging
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.er et profesjonelt selskap som produserer ulike glassfiberprodukter.Selskapet produserer i hovedsak fiberglass, glassfiberkuttet trådmatte, glassfiberduk/rovingstoff/marinduk osv. Ta gjerne kontakt med oss.
Tlf: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Beskrivelse av metoden:Vikleprosessen brukes i utgangspunktet til å produsere hule, runde eller ovale konstruksjonsdeler som rør og tanker.Etter at fiberbunten er impregnert med harpiks, vikles den på doren i forskjellige retninger, og prosessen styres av viklingsmaskinen og spindelhastigheten.
materialvalg:
Harpiks: ingen krav, for eksempel epoksy, polyester, polyvinylester og fenolharpiks, etc.
Fiber: intet krav, bruk fiberbunten til creel direkte, ingen grunn til å veve eller sy inn i fiberduk
Kjernemateriale: ingen krav, men huden er vanligvis et enkeltlags komposittmateriale
Hovedfordelen:
1) Produksjonshastigheten er rask, og det er en økonomisk og rimelig lagdelingsmetode
2) Harpiksinnholdet kan kontrolleres ved å måle mengden harpiks som bæres av fiberbunten som passerer gjennom harpikstanken
3) Minimer fiberkostnadene, ingen mellomliggende veveprosess
4) Den strukturelle ytelsen er utmerket, fordi de lineære fiberbuntene kan legges i forskjellige bærende retninger
De viktigste ulempene:
1) Denne prosessen er begrenset til sirkulære hule strukturer
2) Fibrene er ikke lett å anordne nøyaktig langs komponentens aksiale retning
3) Kostnadene for hannform for store konstruksjonsdeler er relativt høye
4) Den ytre overflaten av strukturen er ikke formoverflaten, så estetikken er dårlig
5) Når du bruker lavviskøs harpiks, må du være oppmerksom på den kjemiske ytelsen og helse- og sikkerhetsytelsen
Typiske bruksområder:kjemikalielagringstanker og leveringsrør, sylindre, pustetanker for brannmenn
Metodebeskrivelse:Fiberbunten som trekkes fra krøllet dyppes og føres gjennom varmeplaten, og harpiksen infiltreres inn i fiberen på varmeplaten, og harpiksinnholdet kontrolleres, og til slutt herdes materialet til den nødvendige formen;dette formfaste herdede produktet er mekanisk kuttet i forskjellige lengder.Fibre kan også komme inn i varmeplaten i andre retninger enn 0 grader.
Pultrusion er en kontinuerlig produksjonsprosess, og tverrsnittet av produktet har vanligvis en fast form som tillater små endringer.Fest det forvåte materialet som passerer gjennom varmeplaten og fordel det i formen for umiddelbar herding.Selv om denne prosessen har dårlig kontinuitet, kan den endre tverrsnittsformen.
materialvalg:
Harpiks: vanligvis epoksy, polyester, polyvinylester og fenolharpiks, etc.
Fiber: ingen krav
Kjernemateriale: ikke vanlig brukt
Hovedfordelen:
1) Produksjonshastigheten er høy, og det er en økonomisk og rimelig måte å forhåndsfukte og herde materialer
2) Nøyaktig kontroll av harpiksinnholdet
3) Minimer fiberkostnadene, ingen mellomliggende veveprosess
4) Utmerket strukturell ytelse, fordi fiberbuntene er anordnet i en rett linje og fibervolumfraksjonen er høy
5) Fiberinfiltrasjonsområdet kan forsegles fullstendig for å redusere frigjøringen av flyktige stoffer
De viktigste ulempene:
1) Denne prosessen begrenser tverrsnittsformen
2) Kostnaden for varmeplaten er relativt høy
Typiske bruksområder:Bjelker og takstoler for huskonstruksjoner, broer, stiger og gjerder
6. Resin Transfer Molding (RTM)
Metodebeskrivelse:Legg tørre fibre i den nedre formen, trykk på forhånd for å få fibrene til å passe til formen på formen så mye som mulig, og lim dem;Fest deretter den øvre formen på den nedre formen for å danne et hulrom, og injiser deretter harpiksen inn i formhulen.
Vakuumassistert harpiksinjeksjon og infiltrasjon av fibre brukes vanligvis, nemlig vakuumassistert harpiksinfusjonsprosess (VARI).Når fiberinfiltrasjonen er fullført, lukkes harpiksinnføringsventilen og kompositten herdes.Harpiksinjeksjon og herding kan gjøres ved romtemperatur eller under varme forhold.
materialvalg:
Harpiks: vanligvis epoksy, polyester, polyvinylester og fenolharpiks, bismaleimidharpiks kan brukes ved høy temperatur
Fiber: Ingen krav.Sammensydde fibre er mer egnet for denne prosessen fordi fiberbuntgapene letter harpiksoverføring;det er spesialutviklede fibre for å lette harpiksflyten
Kjernemateriale: Honeycomb-skum er ikke egnet, fordi honeycomb-cellene vil bli fylt med harpiks, og trykket vil få skummet til å kollapse
Hovedfordelen:
1) Høy fibervolumfraksjon og lav porøsitet
2) Siden harpiksen er fullstendig forseglet, er den sunn og trygg, og driftsmiljøet er rent og ryddig
3) Reduser arbeidsforbruket
4) Over- og undersiden av konstruksjonsdelen er formflater, noe som er enkelt for etterfølgende overflatebehandling
De viktigste ulempene:
1) Formen som brukes sammen er dyr, og for å tåle større trykk er den tung og relativt tungvint
2) Begrenset til produksjon av små deler
3) Ikke-våte områder er tilbøyelige til å dukke opp, noe som resulterer i store mengder skrap
Typiske bruksområder:liten og kompleks romferge og bildeler, togseter
7. Andre perfusjonsprosesser – SCRIMP, RIFT, VARTM, etc.
Metodebeskrivelse:Legg de tørre fibrene på samme måte som RTM-prosessen, og legg deretter slippduken og dreneringsnettet.Etter at opplegget er fullført, er det fullstendig forseglet med en vakuumpose, og når vakuumet når et visst krav, introduseres harpiksen i hele oppleggsstrukturen.Fordelingen av harpiks i laminatet oppnås ved å lede harpiksstrømmen gjennom ledenettet, og til slutt infiltreres de tørre fibrene fullstendig fra topp til bunn.
materialvalg:
Harpiks: vanligvis epoksy, polyester, polyvinylesterharpiks
Fiber: Enhver vanlig fiber.Sammensydde fibre er bedre egnet for denne prosessen ettersom fiberbuntgap øker harpiksoverføringen
Kjernemateriale: bikakeskum ikke aktuelt
Hovedfordelen:
1) Samme som RTM-prosessen, men bare den ene siden er formoverflaten
2) Den ene siden av formen er en vakuumpose, som i stor grad sparer kostnadene for formen og reduserer kravet til at formen skal tåle trykk
3) Store strukturelle deler kan også ha høy fibervolumfraksjon og lav porøsitet
4) Standard håndoppleggingsprosessform kan brukes til denne prosessen etter modifikasjon
5) Sandwichstrukturen kan støpes på en gang
De viktigste ulempene:
1) For store konstruksjoner er prosessen relativt komplisert, og reparasjoner kan ikke unngås
2) Viskositeten til harpiksen må være svært lav, noe som også reduserer de mekaniske egenskapene
3) Ikke-våte områder er tilbøyelige til å dukke opp, noe som resulterer i store mengder skrap
Typiske bruksområder:Prøveproduksjon av småbåter, karosseripaneler for tog og lastebiler, vindturbinblader
Metodebeskrivelse:Fiberen eller fiberduken er forhåndsimpregnert av materialprodusenten med en harpiks som inneholder en katalysator, og fremstillingsmetoden er en høytemperatur- og høytrykksmetode eller en løsningsmiddeloppløsningsmetode.Katalysatoren er latent ved romtemperatur, noe som gir materialet en holdbarhet på uker eller måneder ved romtemperatur;kjøling kan forlenge holdbarheten.
Prepreg kan legges for hånd eller maskin på overflaten av formen, deretter dekkes i en vakuumpose og varmes opp til 120-180°C.Etter oppvarming kan harpiksen flyte igjen og til slutt herde.En autoklav kan brukes til å påføre ytterligere trykk på materialet, vanligvis opptil 5 atmosfærer.
materialvalg:
Harpiks: vanligvis epoksy, polyester, fenolharpiks, høytemperaturbestandig harpiks som polyimid, cyanatester og bismaleimid kan også brukes
Fiber: Ingen krav.Fiberbunt eller fiberduk kan brukes
Kjernemateriale: ingen krav, men skummet må være motstandsdyktig mot høy temperatur og høyt trykk
Hovedfordelen:
1) Forholdet mellom harpiks og herdemiddel og harpiksinnhold er innstilt nøyaktig av leverandøren, det er veldig enkelt å få tak i laminater med høyt fiberinnhold og lav porøsitet
2) Materialet har utmerkede helse- og sikkerhetsegenskaper, og arbeidsmiljøet er rent, noe som potensielt sparer automatisering og arbeidskostnader
3) Kostnaden for ensrettede materialfibre er minimert, og ingen mellomliggende prosess er nødvendig for å veve fibre til tøy
4) Produksjonsprosessen krever harpiks med høy viskositet og god fuktbarhet, samt optimerte mekaniske og termiske egenskaper
5) Utvidelsen av arbeidstiden ved romtemperatur gjør at strukturell optimalisering og oppsett av komplekse former også er enkle å oppnå
6) Potensielle besparelser i automatisering og lønnskostnader
De viktigste ulempene:
1) Materialkostnadene øker, men det er uunngåelig for å oppfylle søknadskravene
2) En autoklav er nødvendig for å fullføre herdingen, som har høye kostnader, lang driftstid og størrelsesbegrensninger
3) Formen må tåle høy prosesstemperatur, og kjernematerialet har de samme kravene
4) For tykkere deler kreves det forhåndsvakuum når du legger opp prepregs for å eliminere luftbobler mellom lag
Typiske bruksområder:romferge strukturelle deler (som vinger og haler), F1 racerbiler
9. Prepreg – ikke-autoklav prosess
Metodebeskrivelse:Fremstillingsprosessen for lavtemperaturherdende prepreg er nøyaktig den samme som autoklavprepreg, forskjellen er at de kjemiske egenskapene til harpiksen gjør at den kan herdes ved 60-120°C.
For lavtemperatur 60°C herding er arbeidstiden for materialet kun en uke;for høytemperaturkatalysatorer (>80°C) kan arbeidstiden nå flere måneder.Fluiditeten til harpikssystemet tillater herding ved bruk av kun vakuumposer, og unngår bruk av autoklaver.
materialvalg:
Harpiks: Vanligvis kun epoksyharpiks
Fiber: ingen krav, samme som tradisjonell prepreg
Kjernemateriale: ingen krav, men spesiell oppmerksomhet bør utvises ved bruk av standard PVC-skum
Hovedfordelen:
1) Den har alle fordelene med tradisjonell autoklav prepreg ((i.))-((vi.))
2) Formmaterialet er billig, for eksempel tre, fordi herdetemperaturen er lav
3) Produksjonsprosessen av store strukturelle deler er forenklet, trenger bare å sette vakuumposen under trykk, sirkulere den varme luften i ovnen eller varmluftsvarmesystemet til selve formen for å møte herdekravene
4) Vanlige skummaterialer kan også brukes, og prosessen er mer moden
5) Sammenlignet med autoklaven er energiforbruket lavere
6) Avansert teknologi sikrer god dimensjonsnøyaktighet og repeterbarhet
De viktigste ulempene:
1) Materialkostnaden er fortsatt høyere enn tørr fiber, selv om harpikskostnaden er lavere enn prepreg for romfart
2) Formen må tåle en høyere temperatur enn infusjonsprosessen (80-140°C)
Typiske bruksområder:høyytelses vindturbinblader, store racerbåter og yachter, redningsfly, togkomponenter
10. Ikke-autoklav prosess av semi-preg SPRINT/beam prepreg SparPreg
Metodebeskrivelse:Det er vanskelig å slippe ut luftboblene mellom lag eller overlappende lag under herdeprosessen ved bruk av prepreg i tykkere strukturer (>3 mm).For å overvinne denne vanskeligheten ble forvakuumisering introdusert i lagdelingsprosessen, men betydelig økt prosesstiden.
De siste årene har Gurit introdusert en serie forbedrede prepreg-produkter med patentert teknologi, som muliggjør fremstilling av høykvalitets (lav porøsitet) tykkere laminater som kan fullføres i en enkelttrinnsprosess.Semi-preg SPRINT er sammensatt av to lag med tørr fiber som legger et lag med harpiksfilmsandwichstruktur.Etter at materialet er lagt i formen, kan vakuumpumpen drenere luften i den fullstendig før harpiksen varmes opp og mykner og bløter fiberen.størknet.
Beam prepreg SparPreg er en forbedret prepreg som, når den er herdet under vakuum, lett kan fjerne luftbobler fra det bundne to-lags materialet.
materialvalg:
Harpiks: for det meste epoksyharpiks, andre harpikser er også tilgjengelige
Fiber: ingen krav
Kjernemateriale: de fleste, men spesiell oppmerksomhet bør tas til høy temperatur ved bruk av standard PVC-skum
Hovedfordelen:
1) For tykkere deler (100 mm), kan høy fibervolumfraksjon og lav porøsitet fortsatt oppnås nøyaktig
2) Starttilstanden til harpikssystemet er solid, og ytelsen er utmerket etter høytemperaturherding
3) Tillat bruk av rimelig fiberduk med høy basisvekt (som 1600 g/m2), øk oppleggshastigheten og spar produksjonskostnader
4) Prosessen er svært avansert, operasjonen er enkel og harpiksinnholdet er nøyaktig kontrollert
De viktigste ulempene:
1) Materialkostnaden er fortsatt høyere enn tørr fiber, selv om harpikskostnaden er lavere enn prepreg for romfart
2) Formen må tåle en høyere temperatur enn infusjonsprosessen (80-140°C)
Typiske bruksområder:høyytelses vindturbinblader, store racerbåter og yachter, redningsfly
Innleggstid: 13. desember 2022
