Råmaterialerne i kompositmaterialer omfatter harpiks, fiber og kernemateriale osv.Der er mange valgmuligheder, og hvert materiale har sin unikke styrke, stivhed, sejhed og termiske stabilitet, og dets omkostninger og output er også forskellige.
Imidlertid er kompositmaterialet som helhed, dets endelige ydeevne ikke kun relateret til harpiksmatricen og fibrene (og kernematerialet i sandwichstrukturen), men også tæt forbundet med designmetoden og fremstillingsprocessen for materialerne i strukturen .
Denne artikel vil introducere de almindeligt anvendte kompositfremstillingsmetoder, de vigtigste indflydelsesfaktorer for hver metode og hvordan man vælger råmaterialer til forskellige processer.
Metodebeskrivelse:En støbeproces, hvor det hakkede fiberforstærkede materiale og harpikssystemet sprøjtes ind i formen på samme tid og derefter hærdes under normalt tryk for at danne et termohærdende kompositprodukt.
materialevalg:
Harpiks: hovedsageligt polyester
Fiber: groft glasfibergarn
Kernemateriale: Ingen, skal kombineres med laminater separat
Den største fordel:
1) Håndværket har en lang historie
2) Lavpris, hurtig fiber- og harpikslægning
3) Lave formomkostninger
Vigtigste ulemper:
1) Den laminerede plade er let at danne et harpiksberiget område, og vægten er relativt høj
2) Der må kun anvendes hakkede fibre, hvilket i høj grad begrænser de mekaniske egenskaber af laminater
3) For at lette sprøjtning skal harpiksviskositeten være lav nok til at miste kompositmaterialets mekaniske og termiske egenskaber
4) Højt styrenindhold i sprayharpiks betyder højere potentielle farer for operatører, og lav viskositet betyder, at harpiksen er let at trænge ind i arbejdstøjet på medarbejderne og komme i direkte kontakt med huden
5) Koncentrationen af styren fordampet i luften er vanskelig at opfylde lovkravene
typisk anvendelse:
Enkelt hegn, konstruktionspaneler med lav belastning, såsom cabriolet karosserier, lastbilkåber, badekar og små både
Beskrivelse af metoden:Imprægner fibrene manuelt med harpiks.Fibrene kan forstærkes ved vævning, fletning, syning eller limning.Håndoplægning udføres normalt med ruller eller børster, og derefter presses harpiksen med en gummirulle for at trænge ind i fibrene.Laminaterne blev hærdet under normalt tryk.
materialevalg:
Harpiks: intet krav, epoxy, polyester, polyvinylester, phenolharpiks er acceptable
Fiber: Intet krav, men aramidfiberen med større basisvægt er svær at infiltrere ved håndoplægning
Kernemateriale: intet krav
Den største fordel:
1) Håndværket har en lang historie
2) Let at lære
3) Hvis der anvendes rumtemperaturhærdende harpiks, er formomkostningerne lave
4) Stort udvalg af materialer og leverandører
5) Højt fiberindhold, de anvendte fibre er længere end sprøjteprocessen
Vigtigste ulemper:
1) Harpiksblanding, harpiksindhold og kvalitet af laminater er tæt forbundet med operatørernes færdigheder, det er vanskeligt at opnå laminater med lavt harpiksindhold og lav porøsitet
2) Sundheds- og sikkerhedsrisici ved harpiksen.Jo lavere molekylvægten af håndoplægningsharpiksen er, jo større er den potentielle helbredstrussel.Jo lavere viskositet, jo lettere er det for harpiksen at trænge ind i medarbejdernes arbejdstøj og komme i direkte kontakt med huden
3) Hvis der ikke er installeret godt ventilationsudstyr, er koncentrationen af styren, der er fordampet fra polyester og polyvinylester til luften, vanskelig at opfylde de lovmæssige krav
4) Viskositeten af håndoplægningsharpiksen skal være meget lav, så indholdet af styren eller andre opløsningsmidler skal være højt, og dermed miste kompositmaterialets mekaniske/termiske egenskaber
Typiske anvendelser:standard vindmøllevinger, masseproducerede både, arkitektoniske modeller
Metodebeskrivelse:Vakuumposeprocessen er en forlængelse af den ovennævnte håndoplægningsproces, det vil sige, at et lag plastikfilm forsegles på formen for at støvsuge det håndlagte laminat, og et atmosfærisk tryk påføres laminatet for at opnå effekten af udstødning og komprimering.For at forbedre kvaliteten af kompositmaterialer.
materialevalg:
Harpiks: hovedsageligt epoxy- og phenolharpiks, polyester og polyvinylester er ikke egnede, fordi de indeholder styren, som fordamper ind i vakuumpumpen
Fiber: Intet krav, selv fibre med stor basisvægt kan fugtes under tryk
Kernemateriale: intet krav
Den største fordel:
1) Kan opnå højere fiberindhold end standard håndoplægningsproces
2) Porøsiteten er lavere end standard-håndoplægningsprocessen
3) Under betingelse af negativt tryk forbedrer den fulde strøm af harpiksen graden af befugtning af fibrene.Selvfølgelig vil en del af harpiksen blive absorberet af vakuum forbrugsstofferne
4) Sundhed og sikkerhed: Vakuumposeprocessen kan reducere frigivelsen af flygtige stoffer under hærdning
Vigtigste ulemper:
1) Yderligere processer øger omkostningerne til arbejdskraft og engangsmaterialer til vakuumposer
2) Højere tekniske krav til operatører
3) Kontrol af harpiksblanding og harpiksindhold afhænger i høj grad af operatørens dygtighed
4) Selvom vakuumposen reducerer frigivelsen af flygtige stoffer, er sundhedsfaren for operatøren stadig højere end ved infusions- eller prepreg-processen
Typiske anvendelser:store, engangs-yachts i begrænset oplag, racerbildele, limning af kernematerialer i skibsbygning
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.er en professionel virksomhed, der producerer forskellige glasfiberprodukter.Virksomheden producerer hovedsageligt glasfiber-roving, glasfiber-hakket strengmåtte, glasfiberdug/rovingstof/marindug osv. Du er velkommen til at kontakte os.
Tlf.: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Beskrivelse af metoden:Viklingsprocessen bruges grundlæggende til fremstilling af hule, runde eller ovale konstruktionsdele såsom rør og tanke.Efter at fiberbundtet er imprægneret med harpiks, vikles det på dornen i forskellige retninger, og processen styres af viklemaskinen og dornhastigheden.
materialevalg:
Harpiks: intet krav, såsom epoxy, polyester, polyvinylester og phenolharpiks osv.
Fiber: intet krav, brug direkte fiberbundtet af hylsteret, ingen grund til at væve eller sy i fiberdug
Kernemateriale: intet krav, men huden er normalt et enkelt-lags kompositmateriale
Den største fordel:
1) Produktionshastigheden er hurtig, og det er en økonomisk og rimelig lagdelingsmetode
2) Harpiksindholdet kan kontrolleres ved at måle mængden af harpiks, der bæres af fiberbundtet, der passerer gennem harpikstanken
3) Minimer fiberomkostninger, ingen mellemliggende væveproces
4) Den strukturelle ydeevne er fremragende, fordi de lineære fiberbundter kan lægges i forskellige bærende retninger
De vigtigste ulemper:
1) Denne proces er begrænset til cirkulære hule strukturer
2) Fibrene er ikke lette at arrangere nøjagtigt langs komponentens aksiale retning
3) Omkostningerne ved dornhanform til store konstruktionsdele er relativt høje
4) Den ydre overflade af strukturen er ikke formoverfladen, så æstetikken er dårlig
5) Når du bruger lavviskositetsharpiks, skal du være opmærksom på den kemiske ydeevne og sundheds- og sikkerhedsydelse
Typiske anvendelser:kemiske lagertanke og leveringsrør, cylindre, åndedrætstanke for brandmænd
Metodebeskrivelse:Fiberbundtet, der trækkes fra hylsteret, dyppes og føres gennem varmepladen, og harpiksen infiltreres i fiberen på varmepladen, og harpiksindholdet kontrolleres, og til sidst hærdes materialet til den nødvendige form;dette formfaste hærdede produkt skæres mekanisk i forskellige længder.Fibre kan også trænge ind i varmepladen i andre retninger end 0 grader.
Pultrusion er en kontinuerlig produktionsproces, og produktets tværsnit har normalt en fast form, hvilket tillader små ændringer.Fastgør det forvåde materiale, der passerer gennem varmepladen, og fordel det i formen for øjeblikkelig hærdning.Selvom denne proces har dårlig kontinuitet, kan den ændre tværsnitsformen.
materialevalg:
Harpiks: sædvanligvis epoxy, polyester, polyvinylester og phenolharpiks osv.
Fiber: intet krav
Kernemateriale: ikke almindeligt anvendt
Den største fordel:
1) Produktionshastigheden er høj, og det er en økonomisk og rimelig måde at forfugte og hærde materialer på
2) Præcis kontrol af harpiksindhold
3) Minimer fiberomkostninger, ingen mellemliggende væveproces
4) Fremragende strukturel ydeevne, fordi fiberbundterne er arrangeret i en lige linje, og fibervolumenfraktionen er høj
5) Fiberinfiltrationsområdet kan lukkes fuldstændigt for at reducere frigivelsen af flygtige stoffer
Vigtigste ulemper:
1) Denne proces begrænser tværsnitsformen
2) Omkostningerne til varmepladen er relativt høje
Typiske anvendelser:Bjælker og spær til huskonstruktioner, broer, stiger og hegn
6. Resin Transfer Molding (RTM)
Metodebeskrivelse:Læg tørre fibre i den nederste form, tryk på forhånd for at få fibrene til at passe så meget som muligt til formen, og bind dem;fastgør derefter den øverste form på den nederste form for at danne et hulrum, og sprøjt derefter harpiksen ind i formhulrummet.
Vakuumassisteret harpiksinjektion og infiltration af fibre anvendes sædvanligvis, nemlig vakuumassisteret harpiksinfusionsproces (VARI).Når fiberinfiltrationen er afsluttet, lukkes harpiksindføringsventilen, og kompositten hærdes.Harpiksinjektion og hærdning kan udføres ved stuetemperatur eller under opvarmede forhold.
materialevalg:
Harpiks: sædvanligvis epoxy, polyester, polyvinylester og phenolharpiks, bismaleimidharpiks kan bruges ved høj temperatur
Fiber: Intet krav.Syede fibre er mere velegnede til denne proces, fordi fiberbundtsrummene letter harpiksoverførsel;der er specialudviklede fibre for at lette harpiksflowet
Kernemateriale: Honeycomb-skum er ikke egnet, fordi honeycomb-cellerne bliver fyldt med harpiks, og trykket vil få skummet til at kollapse
Den største fordel:
1) Høj fibervolumenfraktion og lav porøsitet
2) Da harpiksen er fuldstændig forseglet, er den sund og sikker, og driftsmiljøet er rent og ryddeligt
3) Reducer arbejdskraftforbruget
4) Over- og undersiden af konstruktionsdelen er formflader, hvilket er let til efterfølgende overfladebehandling
De vigtigste ulemper:
1) Formen der bruges sammen er dyr, og for at kunne modstå større tryk er den tung og relativt besværlig
2) Begrænset til fremstilling af små dele
3) Ikke-vædede områder er tilbøjelige til at dukke op, hvilket resulterer i en stor mængde skrot
Typiske anvendelser:lille og kompleks rumfærge og bildele, togsæder
7. Andre perfusionsprocesser – SCRIMP, RIFT, VARTM osv.
Metodebeskrivelse:Læg de tørre fibre på samme måde som RTM-processen, og læg derefter frigørelseskluden og drænnettet.Efter at oplægningen er afsluttet, er den fuldstændig forseglet med en vakuumpose, og når vakuumet når et bestemt krav, indføres harpiksen i hele oplægningsstrukturen.Fordelingen af harpiks i laminatet opnås ved at lede harpiksstrømmen gennem ledenettet, og til sidst infiltreres de tørre fibre fuldstændigt fra top til bund.
materialevalg:
Harpiks: sædvanligvis epoxy, polyester, polyvinylesterharpiks
Fiber: Enhver almindelig fiber.Syede fibre er bedre egnede til denne proces, da fiberbundtsgab fremskynder harpiksoverførsel
Kernemateriale: honeycomb skum ikke anvendelig
Den største fordel:
1) Samme som RTM-proces, men kun den ene side er formoverfladen
2) Den ene side af formen er en vakuumpose, som i høj grad sparer omkostningerne til formen og reducerer kravet om, at formen skal modstå tryk
3) Store strukturelle dele kan også have høj fibervolumenfraktion og lav porøsitet
4) Standard hånd-lay-up processtøbeformen kan bruges til denne proces efter modifikation
5) Sandwichstrukturen kan støbes på én gang
Vigtigste ulemper:
1) For store konstruktioner er processen relativt kompliceret, og reparationer kan ikke undgås
2) Harpiksens viskositet skal være meget lav, hvilket også reducerer de mekaniske egenskaber
3) Ikke-vædede områder er tilbøjelige til at dukke op, hvilket resulterer i en stor mængde skrot
Typiske anvendelser:Prøveproduktion af små både, karosseripaneler til tog og lastbiler, vindmøllevinger
Metodebeskrivelse:Fiberen eller fiberkluden er præimprægneret af materialeproducenten med en harpiks indeholdende en katalysator, og fremstillingsmetoden er en højtemperatur- og højtryksmetode eller en opløsningsmiddelopløsningsmetode.Katalysatoren er latent ved stuetemperatur, hvilket giver materialet en holdbarhed på uger eller måneder ved stuetemperatur;køling kan forlænge holdbarheden.
Prepreg'en kan lægges i hånden eller maskine på overfladen af formen, derefter dækkes i en vakuumpose og opvarmes til 120-180°C.Efter opvarmning kan harpiksen flyde igen og til sidst hærde.En autoklave kan bruges til at påføre yderligere tryk på materialet, typisk op til 5 atmosfærer.
materialevalg:
Harpiks: sædvanligvis epoxy, polyester, phenolharpiks, højtemperaturbestandig harpiks såsom polyimid, cyanatester og bismaleimid kan også bruges
Fiber: Intet krav.Fiberbundt eller fiberdug kan bruges
Kernemateriale: intet krav, men skummet skal være modstandsdygtigt over for høj temperatur og højt tryk
Den største fordel:
1) Forholdet mellem harpiks og hærder og harpiksindhold indstilles nøjagtigt af leverandøren, det er meget nemt at få laminater med højt fiberindhold og lav porøsitet
2) Materialet har fremragende sundheds- og sikkerhedsegenskaber, og arbejdsmiljøet er rent, hvilket potentielt sparer automatisering og arbejdsomkostninger
3) Omkostningerne ved ensrettede materialefibre er minimeret, og der kræves ingen mellemliggende proces for at væve fibre ind i tøj
4) Fremstillingsprocessen kræver harpiks med høj viskositet og god fugtbarhed samt optimerede mekaniske og termiske egenskaber
5) Forlængelsen af arbejdstiden ved stuetemperatur betyder, at strukturel optimering og oplægning af komplekse former også er let at opnå
6) Potentielle besparelser i automatisering og lønomkostninger
Vigtigste ulemper:
1) Materialeomkostningerne stiger, men det er uundgåeligt for at opfylde anvendelseskravene
2) En autoklave er påkrævet for at fuldføre hærdningen, hvilket har høje omkostninger, lang driftstid og størrelsesbegrænsninger
3) Formen skal modstå høj procestemperatur, og kernematerialet har de samme krav
4) For tykkere dele er præ-vakuum påkrævet ved oplægning af prepregs for at eliminere mellemlags luftbobler
Typiske anvendelser:rumfærge strukturelle dele (såsom vinger og haler), F1 racerbiler
9. Prepreg – ikke-autoklaveproces
Metodebeskrivelse:Fremstillingsprocessen for lavtemperaturhærdende prepreg er nøjagtig den samme som autoklave prepreg, forskellen er, at harpiksens kemiske egenskaber gør det muligt at hærde den ved 60-120°C.
Til hærdning ved lav temperatur 60°C er materialets arbejdstid kun en uge;for højtemperaturkatalysatorer (>80°C) kan arbejdstiden nå flere måneder.Harpikssystemets fluiditet tillader hærdning ved kun at bruge vakuumposer, hvilket undgår brug af autoklaver.
materialevalg:
Resin: Normalt kun epoxyharpiks
Fiber: intet krav, samme som traditionel prepreg
Kernemateriale: intet krav, men man skal være særlig opmærksom ved brug af standard PVC-skum
Den største fordel:
1) Det har alle fordelene ved traditionel autoklave prepreg ((i.))-((vi.))
2) Formmaterialet er billigt, såsom træ, fordi hærdetemperaturen er lav
3) Fremstillingsprocessen af store strukturelle dele er forenklet, behøver kun at sætte vakuumposen under tryk, cirkulere den varme luft i ovnen eller varmeluftvarmesystemet i selve formen for at opfylde hærdningskravene
4) Almindelige skummaterialer kan også bruges, og processen er mere moden
5) Sammenlignet med autoklaven er energiforbruget lavere
6) Avanceret teknologi sikrer god dimensionsnøjagtighed og repeterbarhed
Vigtigste ulemper:
1) Materialeomkostningerne er stadig højere end tør fiber, selvom harpiksomkostningerne er lavere end prepreg til luftfart
2) Formen skal modstå en højere temperatur end infusionsprocessen (80-140°C)
Typiske anvendelser:højtydende vindmøllevinger, store racerbåde og yachter, redningsfly, togkomponenter
10. Ikke-autoklave proces af semi-preg SPRINT/beam prepreg SparPreg
Metodebeskrivelse:Det er vanskeligt at udlede luftboblerne mellem lag eller overlappende lag under hærdningsprocessen, når der anvendes prepreg i tykkere strukturer (>3 mm).For at overvinde denne vanskelighed blev præ-vakuumisering indført i lagdelingsprocessen, men betydeligt øget procestid.
I de senere år har Gurit introduceret en række forbedrede prepreg-produkter med patenteret teknologi, der gør det muligt at færdiggøre fremstillingen af tykkere laminater af høj kvalitet (lav porøsitet) i en enkelt trins proces.Den semi-preg SPRINT er sammensat af to lag tør fiber, der ligger et lag af harpiksfilmssandwichstruktur.Efter at materialet er lagt i formen, kan vakuumpumpen helt dræne luften i den, før harpiksen opvarmes og blødgør og gennembløder fiberen.størknet.
Beam prepreg SparPreg er en forbedret prepreg, der, når hærdet under vakuum, nemt kan fjerne luftbobler fra det bundne to-lags materiale.
materialevalg:
Harpiks: for det meste epoxyharpiks, andre harpikser er også tilgængelige
Fiber: intet krav
Kernemateriale: de fleste, men der skal lægges særlig vægt på høj temperatur ved brug af standard PVC-skum
Den største fordel:
1) For tykkere dele (100 mm) kan høj fibervolumenfraktion og lav porøsitet stadig opnås nøjagtigt
2) Harpikssystemets begyndelsestilstand er solid, og ydeevnen er fremragende efter hærdning ved høj temperatur
3) Tillad brug af billig fiberdug med høj basisvægt (såsom 1600 g/m2), øg oplægningshastigheden og spar fremstillingsomkostninger
4) Processen er meget avanceret, betjeningen er enkel og harpiksindholdet er præcist styret
Vigtigste ulemper:
1) Materialeomkostningerne er stadig højere end tør fiber, selvom harpiksomkostningerne er lavere end prepreg til luftfart
2) Formen skal modstå en højere temperatur end infusionsprocessen (80-140°C)
Typiske anvendelser:højtydende vindmøllevinger, store racerbåde og yachter, redningsfly
Indlægstid: 13. december 2022
