Råvarorna i kompositmaterial inkluderar harts, fiber och kärnmaterial, etc.Det finns många val, och varje material har sin unika styrka, styvhet, seghet och termiska stabilitet, och dess kostnad och effekt är också olika.
Men kompositmaterialet som helhet, dess slutliga prestanda är inte bara relaterat till hartsmatrisen och fibrerna (och kärnmaterialet i sandwichstrukturen), utan också nära relaterat till designmetoden och tillverkningsprocessen för materialen i strukturen .
Den här artikeln kommer att introducera de vanligaste tillverkningsmetoderna för komposit, de viktigaste påverkande faktorerna för varje metod och hur man väljer råmaterial för olika processer.
Metodbeskrivning:En formningsprocess där det hackade fiberförstärkta materialet och hartssystemet sprutas in i formen samtidigt och sedan härdas under normalt tryck för att bilda en värmehärdande kompositprodukt.
materialval:
Harts: huvudsakligen polyester
Fiber: grovt glasfibergarn
Kärnmaterial: Inget, måste kombineras med laminat separat
Den främsta fördelen:
1) Hantverket har en lång historia
2) Låg kostnad, snabb fiber- och hartsläggning
3) Låg mögelkostnad
Huvudsakliga nackdelar:
1) Den laminerade skivan är lätt att bilda ett hartsanrikat område och vikten är relativt hög
2) Endast hackade fibrer kan användas, vilket kraftigt begränsar de mekaniska egenskaperna hos laminat
3) För att underlätta sprutning måste hartsviskositeten vara tillräckligt låg för att förlora kompositmaterialets mekaniska och termiska egenskaper
4) Hög styrenhalt i sprayharts innebär högre potentiella faror för operatörer, och låg viskositet gör att hartset är lätt att tränga in i arbetskläderna på anställda och komma i direkt kontakt med huden
5) Koncentrationen av styren som förångas i luften är svår att uppfylla lagkraven
typisk applikation:
Enkla stängsel, konstruktionspaneler med låg belastning som konverterbara bilkarosser, lastbilsskydd, badkar och små båtar
Beskrivning av metoden:Impregnera fibrerna manuellt med harts.Fibrerna kan förstärkas genom vävning, flätning, sömnad eller limning.Handuppläggning görs vanligtvis med rullar eller borstar, och sedan pressas hartset med en gummirulle för att penetrera fibrerna.Laminaten härdades under normalt tryck.
materialval:
Harts: inget krav, epoxi, polyester, polyvinylester, fenolharts är acceptabla
Fiber: Inget krav, men aramidfibern med större ytvikt är svår att infiltrera för hand.
Kärnmaterial: inget krav
Den främsta fördelen:
1) Hantverket har en lång historia
2) Lätt att lära sig
3) Om rumstemperaturhärdande harts används är formkostnaden låg
4) Stort urval av material och leverantörer
5) Högt fiberinnehåll, fibrerna som används är längre än sprutprocessen
Huvudsakliga nackdelar:
1) Hartsblandning, hartsinnehåll och kvalitet hos laminat är nära relaterade till operatörernas skicklighet, det är svårt att få laminat med låg hartshalt och låg porositet
2) Hälso- och säkerhetsriskerna med hartset.Ju lägre molekylvikt för handuppläggningshartsen är, desto större är det potentiella hälsohotet.Ju lägre viskositet, desto lättare är det för hartset att tränga in i de anställdas arbetskläder och komma i direkt kontakt med huden
3) Om bra ventilationsutrustning inte är installerad är koncentrationen av styren som förångas från polyester och polyvinylester till luften svår att uppfylla lagkraven
4) Viskositeten för handuppläggningshartsen måste vara mycket låg, så innehållet av styren eller andra lösningsmedel måste vara högt, vilket förlorar de mekaniska/termiska egenskaperna hos kompositmaterialet
Typiska Användningsområden:vanliga vindkraftsblad, masstillverkade båtar, arkitektoniska modeller
Metodbeskrivning:Vakuumpåsprocessen är en förlängning av den ovan nämnda handuppläggningsprocessen, det vill säga ett lager av plastfilm förseglas på formen för att dammsuga det handlagda laminatet, och ett atmosfärstryck appliceras på laminatet för att uppnå effekten av avgaser och packning.För att förbättra kvaliteten på kompositmaterial.
materialval:
Harts: främst epoxi- och fenolharts, polyester och polyvinylester är inte lämpliga eftersom de innehåller styren, som förångas in i vakuumpumpen
Fiber: Inget krav, även fibrer med hög ytvikt kan vätas under tryck
Kärnmaterial: inget krav
Den främsta fördelen:
1) Kan uppnå högre fiberinnehåll än standard handuppläggningsprocess
2) Porositeten är lägre än standardprocessen för handuppläggning
3) Under tillståndet av negativt tryck förbättrar det fulla flödet av hartset graden av vätning av fibrerna.Naturligtvis kommer en del av hartset att absorberas av vakuumtillsatserna
4) Hälsa och säkerhet: Vakuumpåseprocessen kan minska utsläppet av flyktiga ämnen under härdning
Huvudsakliga nackdelar:
1) Ytterligare processer ökar kostnaderna för arbetskraft och engångsmaterial för vakuumpåsar
2) Högre tekniska krav på operatörer
3) Kontrollen av hartsblandning och hartsinnehåll beror till stor del på operatörens skicklighet
4) Även om vakuumpåsen minskar utsläppet av flyktiga ämnen, är hälsohotet för operatören fortfarande högre än för infusions- eller prepreg-processen
Typiska Användningsområden:storskaliga engångsyachter i begränsad upplaga, racingbilsdelar, limning av kärnmaterial i skeppsbyggnad
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.är ett professionellt företag som tillverkar olika glasfiberprodukter.Företaget tillverkar huvudsakligen glasfiber-roving, glasfiberhackad trådmatta, glasfiberduk/rovingtyg/marinduk, etc. Kontakta oss gärna.
Tel: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Beskrivning av metoden:Lindningsprocessen används i princip för att tillverka ihåliga, runda eller ovala konstruktionsdelar som rör och tankar.Efter att fiberknippet har impregnerats med harts, lindas det på dornen i olika riktningar, och processen styrs av lindningsmaskinen och dornhastigheten.
materialval:
Harts: inget krav, såsom epoxi, polyester, polyvinylester och fenolharts, etc.
Fiber: inget krav, använd direkt fiberknippet på rullen, inget behov av att väva eller sy i fiberduk
Kärnmaterial: inget krav, men huden är vanligtvis ett enskiktigt kompositmaterial
Den främsta fördelen:
1) Produktionshastigheten är snabb och det är en ekonomisk och rimlig skiktningsmetod
2) Hartsinnehållet kan kontrolleras genom att mäta mängden harts som bärs av fiberknippet som passerar genom hartstanken
3) Minimera fiberkostnaden, ingen mellanliggande vävprocess
4) Den strukturella prestandan är utmärkt, eftersom de linjära fiberknippena kan läggas i olika bärande riktningar
De största nackdelarna:
1) Denna process är begränsad till cirkulära ihåliga strukturer
2) Fibrerna är inte lätta att noggrant anordnas längs komponentens axiella riktning
3) Kostnaden för dornhanform för stora konstruktionsdelar är relativt hög
4) Den yttre ytan av strukturen är inte formytan, så estetiken är dålig
5) När du använder harts med låg viskositet måste uppmärksamhet ägnas åt den kemiska prestanda och hälso- och säkerhetsprestanda
Typiska Användningsområden:kemikalielagringstankar och leveransrör, cylindrar, andningstankar för brandmän
Metodbeskrivning:Fiberknippet som dras från spolen doppas och passeras genom värmeplattan, och hartset infiltreras i fibern på värmeplattan, och hartsinnehållet kontrolleras, och slutligen härdas materialet till den önskade formen;denna formfasta härdade produkt skärs mekaniskt i olika längder.Fibrer kan även komma in i värmeplattan i andra riktningar än 0 grader.
Pultrusion är en kontinuerlig produktionsprocess, och produktens tvärsnitt har vanligtvis en fast form, vilket tillåter små förändringar.Fixa det förvåta materialet som passerar genom värmeplattan och sprid ut det i formen för omedelbar härdning.Även om denna process har dålig kontinuitet, kan den ändra tvärsnittsformen.
materialval:
Harts: vanligtvis epoxi, polyester, polyvinylester och fenolharts, etc.
Fiber: inget krav
Kärnmaterial: används inte ofta
Den främsta fördelen:
1) Produktionshastigheten är snabb och det är ett ekonomiskt och rimligt sätt att förväta och härda material
2) Exakt kontroll av hartsinnehållet
3) Minimera fiberkostnaden, ingen mellanliggande vävprocess
4) Utmärkt strukturell prestanda, eftersom fiberknippena är arrangerade i en rak linje och fibervolymfraktionen är hög
5) Fiberinfiltrationsområdet kan förslutas helt för att minska utsläppet av flyktiga ämnen
Huvudsakliga nackdelar:
1) Denna process begränsar tvärsnittsformen
2) Kostnaden för värmeplattan är relativt hög
Typiska Användningsområden:Balkar och takstolar för huskonstruktioner, broar, stegar och staket
6. Resin Transfer Molding (RTM)
Metodbeskrivning:Lägg torra fibrer i den nedre formen, tryck på i förväg för att få fibrerna att passa formen på formen så mycket som möjligt, och bind dem;Fixera sedan den övre formen på den nedre formen för att bilda ett hålrum och injicera sedan hartset i formrummet.
Vakuumassisterad hartsinjektion och infiltration av fibrer används vanligtvis, nämligen vakuumassisterad hartsinfusionsprocess (VARI).När fiberinfiltrationen är klar stängs hartsinföringsventilen och kompositen härdas.Hartsinjektion och härdning kan göras vid rumstemperatur eller under uppvärmda förhållanden.
materialval:
Harts: vanligtvis epoxi, polyester, polyvinylester och fenolharts, bismaleimidharts kan användas vid hög temperatur
Fiber: Inget krav.Häftade fibrer är mer lämpliga för denna process eftersom fiberknippena underlättar hartsöverföring;det finns specialutvecklade fibrer för att underlätta hartsflödet
Kärnmaterial: Honeycomb-skum är inte lämpligt, eftersom bikakecellerna kommer att fyllas med harts, och trycket kommer att få skummet att kollapsa
Den främsta fördelen:
1) Hög fibervolymfraktion och låg porositet
2) Eftersom hartset är helt förseglat är det hälsosamt och säkert, och driftsmiljön är ren och snygg
3) Minska arbetskraftsanvändningen
4) Strukturdelens övre och nedre sidor är formytor, vilket är lätt för efterföljande ytbehandling
De största nackdelarna:
1) Formen som används tillsammans är dyr och för att klara större tryck är den tung och relativt besvärlig
2) Begränsat till tillverkning av smådelar
3) Icke blöta områden är benägna att dyka upp, vilket resulterar i en stor mängd skrot
Typiska Användningsområden:liten och komplex rymdfärja och bildelar, tågstolar
7. Andra perfusionsprocesser – SCRIMP, RIFT, VARTM, etc.
Metodbeskrivning:Lägg de torra fibrerna på liknande sätt som RTM-processen, lägg sedan släppduken och dräneringsnätet.Efter att uppläggningen är klar försluts den helt med en vakuumpåse, och när vakuumet når ett visst krav införs hartset i hela uppläggningsstrukturen.Fördelningen av harts i laminatet uppnås genom att leda hartsflödet genom styrnätet, och slutligen infiltreras de torra fibrerna helt uppifrån och ner.
materialval:
Harts: vanligtvis epoxi, polyester, polyvinylesterharts
Fiber: Vilken vanlig fiber som helst.Sydda fibrer är bättre lämpade för denna process eftersom fiberknippen påskyndar hartsöverföringen
Kärnmaterial: bikakeskum ej tillämpligt
Den främsta fördelen:
1) Samma som RTM-processen, men endast en sida är formytan
2) Ena sidan av formen är en vakuumpåse, vilket avsevärt sparar kostnaden för formen och minskar kravet på att formen ska stå emot tryck
3) Stora strukturella delar kan också ha hög fibervolymfraktion och låg porositet
4) Standardprocessformen för handuppläggning kan användas för denna process efter modifiering
5) Sandwichstrukturen kan formas på en gång
Huvudsakliga nackdelar:
1) För stora strukturer är processen relativt komplicerad och reparationer kan inte undvikas
2) Hartsets viskositet måste vara mycket låg, vilket också minskar de mekaniska egenskaperna
3) Icke blöta områden är benägna att dyka upp, vilket resulterar i en stor mängd skrot
Typiska Användningsområden:Provtillverkning av småbåtar, karosseripaneler för tåg och lastbilar, vindkraftverk
Metodbeskrivning:Fibern eller fiberduken är förimpregnerad av materialtillverkaren med ett harts som innehåller en katalysator, och tillverkningsmetoden är en högtemperatur- och högtrycksmetod eller en lösningsmedelsupplösningsmetod.Katalysatorn är latent vid rumstemperatur, vilket ger materialet en hållbarhet på veckor eller månader vid rumstemperatur;kylning kan förlänga dess hållbarhet.
Prepreg kan läggas för hand eller maskin på ytan av formen, täcks sedan i en vakuumpåse och värmas till 120-180°C.Efter uppvärmning kan hartset flyta igen och så småningom härda.En autoklav kan användas för att applicera ytterligare tryck på materialet, vanligtvis upp till 5 atmosfärer.
materialval:
Harts: vanligtvis epoxi, polyester, fenolharts, högtemperaturbeständigt harts som polyimid, cyanatester och bismaleimid kan också användas
Fiber: Inget krav.Fiberbunt eller fiberduk kan användas
Kärnmaterial: inget krav, men skummet måste vara beständigt mot hög temperatur och högt tryck
Den främsta fördelen:
1) Förhållandet mellan harts och härdare och hartsinnehåll ställs in exakt av leverantören, det är mycket lätt att få laminat med hög fiberhalt och låg porositet
2) Materialet har utmärkta hälso- och säkerhetsegenskaper, och arbetsmiljön är ren, vilket potentiellt sparar automations- och arbetskostnader
3) Kostnaden för enkelriktade materialfibrer minimeras och ingen mellanliggande process krävs för att väva fibrer till tyg
4) Tillverkningsprocessen kräver harts med hög viskositet och god vätbarhet, samt optimerade mekaniska och termiska egenskaper
5) Förlängningen av arbetstiden vid rumstemperatur gör att strukturell optimering och uppläggning av komplexa former också är lätta att uppnå
6) Potentiella besparingar i automation och arbetskostnader
Huvudsakliga nackdelar:
1) Kostnaden för material ökar, men det är oundvikligt för att uppfylla applikationskraven
2) En autoklav krävs för att slutföra härdningen, vilket har höga kostnader, lång drifttid och storleksbegränsningar
3) Formen måste tåla hög processtemperatur, och kärnmaterialet har samma krav
4) För tjockare delar krävs förvakuum vid uppläggning av prepregs för att eliminera luftbubblor mellan lagren
Typiska Användningsområden:rymdfärjans strukturella delar (som vingar och svansar), F1-racingbilar
9. Prepreg – icke-autoklavprocess
Metodbeskrivning:Tillverkningsprocessen för lågtemperaturhärdande prepreg är exakt densamma som autoklavprepreg, skillnaden är att hartsens kemiska egenskaper gör att det kan härdas vid 60-120°C.
För härdning vid låg temperatur 60°C är arbetstiden för materialet endast en vecka;för högtemperaturkatalysatorer (>80°C) kan arbetstiden uppgå till flera månader.Hartssystemets flytbarhet tillåter härdning med endast vakuumpåsar, vilket undviker användningen av autoklaver.
materialval:
Harts: Vanligtvis endast epoxiharts
Fiber: inget krav, samma som traditionell prepreg
Kärnmaterial: inget krav, men särskild uppmärksamhet bör ägnas vid användning av standard PVC-skum
Den främsta fördelen:
1) Den har alla fördelar med traditionell autoklav prepreg ((i.))-((vi.))
2) Formmaterialet är billigt, såsom trä, eftersom härdningstemperaturen är låg
3) Tillverkningsprocessen för stora strukturella delar är förenklad, behöver bara trycksätta vakuumpåsen, cirkulera den varma luften i ugnen eller varmluftsvärmesystemet i själva formen för att uppfylla härdningskraven
4) Vanliga skummaterial kan också användas, och processen är mer mogen
5) Jämfört med autoklaven är energiförbrukningen lägre
6) Avancerad teknik säkerställer god måttnoggrannhet och repeterbarhet
Huvudsakliga nackdelar:
1) Materialkostnaden är fortfarande högre än torr fiber, även om hartskostnaden är lägre än prepreg för flygindustrin
2) Formen måste tåla en högre temperatur än infusionsprocessen (80-140°C)
Typiska Användningsområden:högpresterande vindturbinblad, stora racerbåtar och yachter, räddningsflygplan, tågkomponenter
10. Icke-autoklavprocess av semi-preg SPRINT/beam prepreg SparPreg
Metodbeskrivning:Det är svårt att tömma luftbubblorna mellan lager eller överlappande lager under härdningsprocessen när man använder prepreg i tjockare strukturer (>3 mm).För att övervinna denna svårighet infördes förvakuumisering i skiktningsprocessen, men avsevärt ökade processtiden.
Under de senaste åren har Gurit introducerat en serie förbättrade prepreg-produkter med patenterad teknologi, vilket gör att tillverkningen av tjockare laminat av hög kvalitet (låg porositet) kan slutföras i en process i ett steg.Semi-preg SPRINT är sammansatt av två lager torr fiber som lägger ett lager av hartsfilm sandwichstruktur.Efter att materialet har lagts i formen kan vakuumpumpen helt tömma luften i den innan hartset värms upp och mjuknar och blötlägger fibern.stelnat.
Beam prepreg SparPreg är en förbättrad prepreg som, när den härdas under vakuum, lätt kan ta bort luftbubblor från det bundna tvåskiktsmaterialet.
materialval:
Harts: mestadels epoxiharts, andra hartser finns också tillgängliga
Fiber: inget krav
Kärnmaterial: de flesta, men särskild uppmärksamhet bör ägnas hög temperatur vid användning av standard PVC-skum
Den främsta fördelen:
1) För tjockare delar (100 mm) kan hög fibervolymfraktion och låg porositet fortfarande erhållas exakt
2) Det initiala tillståndet för hartssystemet är fast, och prestandan är utmärkt efter härdning vid hög temperatur
3) Tillåt användning av lågkostnads fiberduk med hög basvikt (som 1600 g/m2), öka uppläggningshastigheten och spara tillverkningskostnader
4) Processen är mycket avancerad, operationen är enkel och hartsinnehållet är noggrant kontrollerat
Huvudsakliga nackdelar:
1) Materialkostnaden är fortfarande högre än torr fiber, även om hartskostnaden är lägre än prepreg för flygindustrin
2) Formen måste tåla en högre temperatur än infusionsprocessen (80-140°C)
Typiska Användningsområden:högpresterande vindturbinblad, stora racerbåtar och yachter, räddningsflygplan
Posttid: 2022-13-13
