De grondstoffen van composietmaterialen omvatten hars, vezels en kernmateriaal, enz.Er zijn veel keuzes en elk materiaal heeft zijn unieke sterkte, stijfheid, taaiheid en thermische stabiliteit, en de kosten en output zijn ook verschillend.
Het composietmateriaal als geheel, de uiteindelijke prestaties ervan, zijn echter niet alleen gerelateerd aan de harsmatrix en vezels (en het kernmateriaal in de sandwichstructuur), maar ook nauw verwant aan de ontwerpmethode en het fabricageproces van de materialen in de structuur .
Dit artikel introduceert de veelgebruikte fabricagemethoden voor composieten, de belangrijkste beïnvloedende factoren van elke methode en het kiezen van grondstoffen voor verschillende processen.
Methode beschrijving:Een vormproces waarbij het met gehakte vezels versterkte materiaal en het harssysteem tegelijkertijd in de vorm worden gespoten en vervolgens onder normale druk worden uitgehard om een thermohardend composietproduct te vormen.
materiaal selectie:
Hars: voornamelijk polyester
Vezel: grof glasvezelgaren
Kernmateriaal: Geen, moet apart gecombineerd worden met laminaten
Het belangrijkste voordeel:
1) Het vakmanschap heeft een lange geschiedenis
2) Lage kosten, snelle vezel- en harslegging
3) Lage vormkosten
Belangrijkste nadelen:
1) Het gelamineerde bord vormt gemakkelijk een met hars verrijkt gebied en het gewicht is relatief hoog
2) Er mogen alleen gehakte vezels worden gebruikt, wat de mechanische eigenschappen van laminaten ernstig beperkt
3) Om het spuiten te vergemakkelijken, moet de harsviscositeit laag genoeg zijn om de mechanische en thermische eigenschappen van het composietmateriaal te verliezen
4) Een hoog styreengehalte in spuithars betekent grotere potentiële gevaren voor operators, en een lage viscositeit betekent dat de hars gemakkelijk door de werkkleding van werknemers dringt en direct in contact komt met de huid
5) De concentratie van styreen vervluchtigd in de lucht is moeilijk om aan de wettelijke eisen te voldoen
typische applicatie:
Eenvoudig hekwerk, structurele panelen met een lage belasting, zoals carrosserieën van cabrio's, stroomlijnkappen voor vrachtwagens, badkuipen en kleine boten
Beschrijving van de methode:Impregneer de vezels handmatig met hars.De vezels kunnen worden versterkt door weven, vlechten, naaien of lijmen.Handlay-up wordt meestal gedaan met rollen of borstels, en vervolgens wordt de hars geperst met een rubberen rol om de vezels te penetreren.De laminaten werden uitgehard onder normale druk.
materiaal selectie:
Hars: geen vereiste, epoxy, polyester, polyvinylester, fenolhars zijn acceptabel
Vezel: Geen vereiste, maar de aramidevezel met een groter basisgewicht is moeilijk te infiltreren door handlay-up
Kernmateriaal: geen vereiste
Het belangrijkste voordeel:
1) Het vakmanschap heeft een lange geschiedenis
2) Makkelijk te leren
3) Als bij kamertemperatuur uithardende hars wordt gebruikt, zijn de vormkosten laag
4) Grote keuze aan materialen en leveranciers
5) Hoog vezelgehalte, de gebruikte vezels zijn langer dan het spuitproces
Belangrijkste nadelen:
1) Harsmenging, harsgehalte en kwaliteit van laminaten hangen nauw samen met de vaardigheid van operators, het is moeilijk om laminaten te verkrijgen met een laag harsgehalte en een lage porositeit
2) De gezondheids- en veiligheidsrisico's van de hars.Hoe lager het molecuulgewicht van de handopleghars, hoe groter de potentiële bedreiging voor de gezondheid.Hoe lager de viscositeit, hoe gemakkelijker de hars in de werkkleding van werknemers kan doordringen en direct in contact kan komen met de huid
3) Als er geen goede ventilatieapparatuur is geïnstalleerd, is de concentratie van styreen vervluchtigd uit polyester en polyvinylester in de lucht moeilijk om aan de wettelijke vereisten te voldoen
4) De viscositeit van de handopleghars moet erg laag zijn, dus het gehalte aan styreen of andere oplosmiddelen moet hoog zijn, waardoor de mechanische/thermische eigenschappen van het composietmateriaal verloren gaan
Typische applicaties:standaard windturbinebladen, in massa geproduceerde boten, architectonische modellen
Methode beschrijving:Het vacuümzakproces is een uitbreiding van het bovengenoemde handlay-upproces, dat wil zeggen, een laag plastic folie wordt op de mal geseald om het met de hand gelegde laminaat te vacumeren, en er wordt atmosferische druk op het laminaat uitgeoefend om te bereiken het effect van uitlaat en verdichting.Om de kwaliteit van composietmaterialen te verbeteren.
materiaal selectie:
Hars: voornamelijk epoxy- en fenolhars, polyester en polyvinylester zijn niet geschikt omdat ze styreen bevatten, dat vervluchtigt in de vacuümpomp
Vezel: geen vereiste, zelfs vezels met een groot basisgewicht kunnen onder druk worden bevochtigd
Kernmateriaal: geen vereiste
Het belangrijkste voordeel:
1) Kan een hoger vezelgehalte bereiken dan het standaard handlay-upproces
2) De porositeit is lager dan bij het standaard handlay-up proces
3) Onder de voorwaarde van negatieve druk verbetert de volledige stroom van de hars de mate van bevochtiging van de vezels.Natuurlijk zal een deel van de hars worden geabsorbeerd door de vacuümverbruiksartikelen
4) Gezondheid en veiligheid: het vacuümzakproces kan het vrijkomen van vluchtige stoffen tijdens het uitharden verminderen
Belangrijkste nadelen:
1) Aanvullende processen verhogen de arbeidskosten en de wegwerpbare vacuümzakmaterialen
2) Hogere technische eisen voor operators
3) De regeling van harsmenging en harsgehalte hangt grotendeels af van de vaardigheid van de operator
4) Hoewel de vacuümzak het vrijkomen van vluchtige stoffen vermindert, is de bedreiging voor de gezondheid van de operator nog steeds groter dan die van het infusie- of prepreg-proces
Typische applicaties:grootschalige, eenmalige jachten in beperkte oplage, onderdelen voor raceauto's, verlijmen van kernmaterialen in de scheepsbouw
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.is een professioneel bedrijf dat verschillende glasvezelproducten produceert.Het bedrijf produceert voornamelijk glasvezel roving, glasvezel gehakte strandmat, glasvezeldoek / zwervende stof / mariene doek, enz. Neem gerust contact met ons op.
Tel: +86 15283895376
Whatsapp: +86 15283895376
Email: yaoshengfiberglass@gmail.com
Beschrijving van de methode:Het wikkelproces wordt voornamelijk gebruikt om holle, ronde of ovale structurele onderdelen zoals buizen en tanks te vervaardigen.Nadat de vezelbundel is geïmpregneerd met hars, wordt deze in verschillende richtingen op de doorn gewikkeld en wordt het proces gecontroleerd door de wikkelmachine en de doornsnelheid.
materiaal selectie:
Hars: geen vereiste, zoals epoxy, polyester, polyvinylester en fenolhars, enz.
Vezel: geen vereiste, gebruik direct de vezelbundel van de creel, het is niet nodig om in vezeldoek te weven of naaien
Kernmateriaal: geen vereiste, maar de huid is meestal een enkellaags composietmateriaal
Het belangrijkste voordeel:
1) De productiesnelheid is snel en het is een economische en redelijke methode om laagjes aan te brengen
2) Het harsgehalte kan worden gecontroleerd door de hoeveelheid hars te meten die wordt meegevoerd door de vezelbundel die door de harstank gaat
3) Minimaliseer vezelkosten, geen tussentijds weefproces
4) De structurele prestaties zijn uitstekend, omdat de lineaire vezelbundels in verschillende dragende richtingen kunnen worden gelegd
De belangrijkste nadelen:
1) Dit proces is beperkt tot ronde holle structuren
2) De vezels zijn niet gemakkelijk nauwkeurig te rangschikken langs de axiale richting van het onderdeel
3) De kosten van een mannelijke mal voor grote structurele onderdelen zijn relatief hoog
4) Het buitenoppervlak van de structuur is niet het vormoppervlak, dus de esthetiek is slecht
5) Bij gebruik van hars met een lage viscositeit moet aandacht worden besteed aan de chemische prestaties en gezondheids- en veiligheidsprestaties
Typische applicaties:chemische opslagtanks en persleidingen, cilinders, ademhalingstanks voor brandweerlieden
Methode beschrijving:De vezelbundel die uit het rek wordt getrokken, wordt ondergedompeld en door de verwarmingsplaat geleid, en de hars wordt geïnfiltreerd in de vezel op de verwarmingsplaat, en het harsgehalte wordt gecontroleerd en uiteindelijk wordt het materiaal uitgehard in de vereiste vorm;dit vormvast uitgeharde product wordt mechanisch op verschillende lengtes gesneden.Vezels kunnen de kookplaat ook in andere richtingen dan 0 graden binnendringen.
Pultrusie is een continu productieproces en de dwarsdoorsnede van het product heeft meestal een vaste vorm, waardoor kleine veranderingen mogelijk zijn.Fixeer het voorbevochtigde materiaal dat door de hete plaat gaat en verdeel het in de mal voor onmiddellijke uitharding.Hoewel dit proces een slechte continuïteit heeft, kan het de vorm van de dwarsdoorsnede veranderen.
materiaal selectie:
Hars: meestal epoxy, polyester, polyvinylester en fenolhars, enz.
Vezel: geen vereiste
Kernmateriaal: niet vaak gebruikt
Het belangrijkste voordeel:
1) De productiesnelheid is snel en het is een economische en redelijke manier om materialen voor te bevochtigen en uit te harden
2) Nauwkeurige regeling van het harsgehalte
3) Minimaliseer vezelkosten, geen tussentijds weefproces
4) Uitstekende structurele prestaties, omdat de vezelbundels in een rechte lijn zijn gerangschikt en de vezelvolumefractie hoog is
5) Het vezelinfiltratiegebied kan volledig worden afgesloten om het vrijkomen van vluchtige stoffen te verminderen
Belangrijkste nadelen:
1) Dit proces beperkt de vorm van de dwarsdoorsnede
2) De kosten van de verwarmingsplaat zijn relatief hoog
Typische applicaties:Balken en spanten voor huisconstructies, bruggen, ladders en hekken
6. Harsoverdrachtsgieten (RTM)
Methode beschrijving:Leg droge vezels in de onderste vorm, oefen van tevoren druk uit om de vezels zoveel mogelijk in de vorm van de vorm te laten passen en hecht ze;bevestig vervolgens de bovenste vorm op de onderste vorm om een holte te vormen en injecteer vervolgens de hars in de vormholte.
Vacuümondersteunde harsinjectie en infiltratie van vezels worden meestal gebruikt, namelijk vacuümondersteunde harsinfusieproces (VARI).Zodra de vezelinfiltratie voltooid is, wordt de harsinvoerklep gesloten en wordt de composiet uitgehard.Harsinjectie en uitharding kan bij kamertemperatuur of onder verwarmde omstandigheden worden uitgevoerd.
materiaal selectie:
Hars: meestal kunnen epoxy-, polyester-, polyvinylester- en fenolhars, bismaleimidehars bij hoge temperaturen worden gebruikt
Vezel: geen vereiste.Gestikte vezels zijn geschikter voor dit proces omdat de openingen in de vezelbundels de overdracht van hars vergemakkelijken;er zijn speciaal ontwikkelde vezels om de harsstroom te vergemakkelijken
Kernmateriaal: Honingraatschuim is niet geschikt, omdat de honingraatcellen worden gevuld met hars en door de druk het schuim instort
Het belangrijkste voordeel:
1) Hoge vezelvolumefractie en lage porositeit
2) Omdat de hars volledig is afgedicht, is deze gezond en veilig en is de werkomgeving schoon en netjes
3) Verminder het arbeidsverbruik
4) De boven- en onderkant van het structurele deel zijn vormoppervlakken, wat gemakkelijk is voor latere oppervlaktebehandeling
De belangrijkste nadelen:
1) De samen gebruikte mal is duur en om grotere druk te weerstaan, is hij zwaar en relatief omslachtig
2) Beperkt tot de fabricage van kleine onderdelen
3) Niet-bevochtigde gebieden kunnen verschijnen, wat resulteert in een grote hoeveelheid schroot
Typische applicaties:kleine en complexe spaceshuttle en auto-onderdelen, treinstoelen
7. Andere perfusieprocessen – SCRIMP, RIFT, VARTM, etc.
Methode Beschrijving:Leg de droge vezels op dezelfde manier als bij het RTM-proces, leg vervolgens het lossingsdoek en het drainagenet.Nadat de lay-up is voltooid, wordt deze volledig afgesloten met een vacuümzak en wanneer het vacuüm een bepaalde vereiste bereikt, wordt de hars in de gehele lay-upstructuur ingebracht.De verdeling van hars in het laminaat wordt bereikt door de harsstroom door het geleidenet te leiden, en uiteindelijk worden de droge vezels volledig van boven naar beneden geïnfiltreerd.
materiaal selectie:
Hars: meestal epoxy-, polyester-, polyvinylesterhars
Vezel: elke gewone vezel.Gestikte vezels zijn beter geschikt voor dit proces omdat openingen in de vezelbundels de harsoverdracht versnellen
Kernmateriaal: honingraatschuim niet van toepassing
Het belangrijkste voordeel:
1) Hetzelfde als het RTM-proces, maar slechts één zijde is het vormoppervlak
2) Een kant van de mal is een vacuümzak, wat de kosten van de mal aanzienlijk bespaart en de vereiste dat de mal druk kan weerstaan vermindert
3) Grote structurele onderdelen kunnen ook een hoge vezelvolumefractie en lage porositeit hebben
4) De standaard handlay-up procesmal kan na aanpassing voor dit proces worden gebruikt
5) De sandwichstructuur kan in één keer worden gevormd
Belangrijkste nadelen:
1) Voor grote constructies is het proces relatief gecompliceerd en kunnen reparaties niet worden vermeden
2) De viscositeit van de hars moet zeer laag zijn, wat ook de mechanische eigenschappen vermindert
3) Niet-bevochtigde gebieden kunnen verschijnen, wat resulteert in een grote hoeveelheid schroot
Typische applicaties:Proefproductie van kleine boten, carrosseriepanelen voor treinen en vrachtwagens, windturbinebladen
Methode beschrijving:De vezel of vezeldoek is vooraf geïmpregneerd door de materiaalfabrikant met een hars die een katalysator bevat, en de productiemethode is een hoge temperatuur- en hogedrukmethode of een oplosmiddeloplossingsmethode.De katalysator is latent bij kamertemperatuur, waardoor het materiaal weken of maanden houdbaar is bij kamertemperatuur;koeling kan de houdbaarheid verlengen.
De prepreg kan met de hand of machinaal op het oppervlak van de mal worden gelegd, vervolgens in een vacuümzak worden gedaan en worden verwarmd tot 120-180°C.Na verhitting kan de hars weer vloeien en uiteindelijk uitharden.Een autoclaaf kan worden gebruikt om extra druk op het materiaal uit te oefenen, doorgaans tot 5 atmosfeer.
materiaal selectie:
Hars: meestal kunnen ook epoxy, polyester, fenolhars, hittebestendige hars zoals polyimide, cyanaatester en bismaleïmide worden gebruikt
Vezel: geen vereiste.Vezelbundel of vezeldoek kan worden gebruikt
Kernmateriaal: geen vereiste, maar het schuim moet bestand zijn tegen hoge temperaturen en hoge druk
Het belangrijkste voordeel:
1) De verhouding tussen hars en verharder en harsgehalte wordt nauwkeurig ingesteld door de leverancier, het is heel eenvoudig om laminaten te verkrijgen met een hoog vezelgehalte en een lage porositeit
2) Het materiaal heeft uitstekende gezondheids- en veiligheidskenmerken en de werkomgeving is schoon, waardoor automatisering en arbeidskosten kunnen worden bespaard
3) De kosten van unidirectionele materiaalvezels worden geminimaliseerd en er is geen tussenproces vereist om vezels tot stof te weven
4) Het fabricageproces vereist hars met een hoge viscositeit en goede bevochtigbaarheid, evenals geoptimaliseerde mechanische en thermische eigenschappen
5) De verlenging van de werktijd bij kamertemperatuur betekent dat structurele optimalisatie en lay-out van complexe vormen ook eenvoudig te realiseren zijn
6) Potentiële besparingen in automatisering en arbeidskosten
Belangrijkste nadelen:
1) De materiaalkosten stijgen, maar dit is onvermijdelijk om aan de toepassingsvereisten te voldoen
2) Er is een autoclaaf nodig om de uitharding te voltooien, wat hoge kosten, lange gebruiksduur en beperkte afmetingen met zich meebrengt
3) De mal moet bestand zijn tegen hoge procestemperaturen en het kernmateriaal heeft dezelfde vereisten
4) Voor dikkere onderdelen is voorvacuüm vereist bij het leggen van prepregs om luchtbellen tussen de lagen te verwijderen
Typische applicaties:structurele onderdelen van de spaceshuttle (zoals vleugels en staarten), F1-raceauto's
9. Prepreg - niet-autoclaafproces
Methode beschrijving:Het fabricageproces van prepreg bij lage temperatuur is precies hetzelfde als prepreg in de autoclaaf, het verschil is dat de chemische eigenschappen van de hars het mogelijk maken om uit te harden bij 60-120°C.
Voor uitharding bij lage temperatuur van 60°C is de verwerkingstijd van het materiaal slechts één week;voor katalysatoren op hoge temperatuur (>80°C) kan de werktijd enkele maanden bedragen.De vloeibaarheid van het harssysteem maakt uitharding mogelijk met alleen vacuümzakken, waardoor het gebruik van autoclaven wordt vermeden.
materiaal selectie:
Hars: Meestal alleen epoxyhars
Vezel: geen vereiste, hetzelfde als traditionele prepreg
Kernmateriaal: geen vereiste, maar speciale aandacht is vereist bij gebruik van standaard PVC-schuim
Het belangrijkste voordeel:
1) Het heeft alle voordelen van traditionele autoclaaf prepreg ((i.))-((vi.))
2) Het vormmateriaal is goedkoop, zoals hout, omdat de uithardingstemperatuur laag is
3) Het fabricageproces van grote structurele onderdelen is vereenvoudigd, u hoeft alleen de vacuümzak onder druk te zetten, de hete lucht van de oven of het heteluchtverwarmingssysteem van de mal zelf te laten circuleren om aan de uithardingsvereisten te voldoen
4) Er kunnen ook gewone schuimmaterialen worden gebruikt en het proces is volwassener
5) In vergelijking met de autoclaaf is het energieverbruik lager
6) Geavanceerde technologie zorgt voor een goede maatnauwkeurigheid en herhaalbaarheid
Belangrijkste nadelen:
1) De materiaalkosten zijn nog steeds hoger dan die van droge vezels, hoewel de harskosten lager zijn dan die van prepreg voor de ruimtevaart
2) De mal moet bestand zijn tegen een hogere temperatuur dan het infusieproces (80-140°C)
Typische applicaties:krachtige windturbinebladen, grote raceboten en jachten, reddingsvliegtuigen, treincomponenten
10. Niet-autoclaafproces van semi-preg SPRINT/beam prepreg SparPreg
Methode beschrijving:Het is moeilijk om de luchtbellen tussen lagen of overlappende lagen tijdens het uithardingsproces te ontladen bij gebruik van prepreg in dikkere structuren (>3mm).Om deze moeilijkheid te overwinnen, werd voorvacuümisatie geïntroduceerd in het lagenproces, maar de procestijd werd aanzienlijk verlengd.
In de afgelopen jaren heeft Gurit een reeks verbeterde prepreg-producten geïntroduceerd met gepatenteerde technologie, waardoor de vervaardiging van dikkere laminaten van hoge kwaliteit (lage porositeit) in één stap kan worden voltooid.De semi-preg SPRINT is samengesteld uit twee lagen droge vezels met daartussen een laag harsfilm sandwichstructuur.Nadat het materiaal in de mal is gelegd, kan de vacuümpomp de lucht erin volledig afvoeren voordat de hars opwarmt en zacht wordt en de vezel doorweekt.gestold.
Beam prepreg SparPreg is een verbeterde prepreg die, wanneer uitgehard onder vacuüm, gemakkelijk luchtbellen uit het gebonden tweelaagse materiaal kan verwijderen.
materiaal selectie:
Hars: meestal epoxyhars, andere harsen zijn ook beschikbaar
Vezel: geen vereiste
Kernmateriaal: de meeste, maar speciale aandacht moet worden besteed aan hoge temperaturen bij gebruik van standaard PVC-schuim
Het belangrijkste voordeel:
1) Voor dikkere onderdelen (100 mm) kan nog steeds een hoge vezelvolumefractie en lage porositeit worden verkregen
2) De begintoestand van het harssysteem is solide en de prestaties zijn uitstekend na uitharding bij hoge temperatuur
3) Sta het gebruik toe van goedkope vezeldoek met een hoog basisgewicht (zoals 1600 g/m2), verhoog de oplegsnelheid en bespaar productiekosten
4) Het proces is zeer geavanceerd, de bediening is eenvoudig en het harsgehalte wordt nauwkeurig gecontroleerd
Belangrijkste nadelen:
1) De materiaalkosten zijn nog steeds hoger dan die van droge vezels, hoewel de harskosten lager zijn dan die van prepreg voor de ruimtevaart
2) De mal moet bestand zijn tegen een hogere temperatuur dan het infusieproces (80-140°C)
Typische applicaties:krachtige windturbinebladen, grote raceboten en jachten, reddingsvliegtuigen
Posttijd: 13 december 2022
