Der findes et bredt udvalg af råmaterialer til kompositter, herunder harpikser, fibre og kernematerialer, og hvert materiale har sine egne unikke egenskaber inden for styrke, stivhed, sejhed og termisk stabilitet, med varierende omkostninger og udbytter. Den endelige ydeevne af et kompositmateriale som helhed er dog ikke kun relateret til harpiksmatrixen og fibrene (såvel som kernematerialet i en sandwichmaterialestruktur), men også tæt forbundet med designmetoden og fremstillingsprocessen for materialerne i strukturen. I denne artikel vil vi introducere de almindeligt anvendte fremstillingsmetoder til kompositter, de vigtigste påvirkningsfaktorer for hver metode, og hvordan råmaterialer udvælges til forskellige processer.
Sprøjtestøbning
1, metodebeskrivelse: Det kortskårne fiberforstærkningsmateriale og harpikssystem sprøjtes samtidig ind i formen og hærdes derefter under atmosfærisk tryk til termohærdende kompositprodukter i en støbeproces.
2. Materialevalg:
Harpiks: hovedsageligt polyester
Fiber: Groft glasfibergarn
Kernemateriale: intet, skal kombineres med krydsfiner alene
3. Vigtigste fordele:
1) Lang håndværksmæssig historie
2) Lavpris, hurtig oplægning af fiber og harpiks
3) Lave støbeomkostninger
4, de største ulemper:
1) Krydsfineren er let at forme, harpiksrigt område, høj vægt
2) Kun kortskårne fibre kan anvendes, hvilket i alvorlig grad begrænser krydsfinerens mekaniske egenskaber.
3) For at lette sprøjtning skal harpiksens viskositet være lav nok til at miste kompositmaterialets mekaniske og termiske egenskaber.
4) Det høje styrenindhold i sprayharpiksen betyder, at der er en høj potentiel fare for operatøren, og den lave viskositet betyder, at harpiksen let kan trænge ind i medarbejderens arbejdstøj og komme i direkte kontakt med huden.
5) Koncentrationen af flygtig styren i luften er vanskelig at opfylde lovkravene.
5. Typiske anvendelser:
Simpelt hegn, lavlastkonstruktioner såsom karosseri til cabriolet-biler, lastbilkåber, badekar og små både.
Håndopsætningsstøbning
1, metodebeskrivelse: Harpiksen infiltreres manuelt i fibrene. Fibrene kan væves, flettes, sys eller bindes og andre forstærkningsmetoder anvendes. Manuel støbning udføres normalt med ruller eller pensler, og derefter presses harpiksen med en limrulle for at få den til at trænge ind i fibrene. Krydsfineren hærdes under normalt tryk.
2. Materialevalg:
Harpiks: intet krav, epoxy, polyester, polyethylenbaseret ester, phenolharpikser er tilgængelige
Fiber: ingen krav, men basisvægten af den større aramidfiber er vanskelig at infiltrere i den håndlagte
Kernemateriale: intet krav
3, de vigtigste fordele:
1) Lang teknologisk historie
2) Let at lære
3) lave støbeomkostninger ved brug af harpiks, der hærder ved stuetemperatur
4) Bredt udvalg af materialer og leverandører
5) Højt fiberindhold, længere fibre anvendt end sprøjteprocessen
4, Vigtigste ulemper:
1) Harpiksblanding, laminatharpiksindhold og kvalitet er tæt forbundet med operatørens færdigheder. Det er vanskeligt at opnå et lavt harpiksindhold og lav porøsitet i laminatet.
2) Sundheds- og sikkerhedsrisici forbundet med harpiks: Jo lavere molekylvægten af håndoplæggende harpiks har, desto større er den potentielle sundhedstrussel. Jo lavere viskositeten betyder, at harpiksen er mere tilbøjelig til at trænge ind i medarbejdernes arbejdstøj og dermed komme i direkte kontakt med huden.
3) Hvis der ikke er installeret god ventilation, er det vanskeligt at opfylde de lovmæssige krav for koncentrationen af styren, der fordampes fra polyester- og polyethylenbaserede estere i luften.
4) Viskositeten af den håndpastaede harpiks skal være meget lav, så indholdet af styren eller andre opløsningsmidler skal være højt, hvorved kompositmaterialets mekaniske/termiske egenskaber mistes.
5) Typiske anvendelser: standard vindmøllevinger, masseproducerede både, arkitektoniske modeller.
Vakuumposeproces
1. Metodebeskrivelse: Vakuumposeprocessen er en udvidelse af ovenstående manuel lay-up-proces, dvs. at forsegle et lag plastfilm på formen ved manuel lay-up af krydsfinervakuum, hvorved der påføres et atmosfærisk tryk på krydsfineren for at opnå en udtømnings- og stramningseffekt for at forbedre kvaliteten af kompositmaterialet.
2. materialevalg:
Harpiks: primært epoxy- og phenolharpikser, polyester- og polyethylenbaserede estere er ikke anvendelige, da de indeholder styren, hvilket forårsager fordampning i vakuumpumpen.
Fiber: intet krav, selvom basisvægten af de større fibre kan infiltreres under tryk
Kernemateriale: intet krav
3. Vigtigste fordele:
1) Højere fiberindhold end standard manuel oplægningsproces kan opnås
2) Hulrumsforholdet er lavere end ved standard manuel oplægningsproces.
3) Under negativt tryk flyder harpiksen tilstrækkeligt til at forbedre graden af fiberinfiltration, og selvfølgelig vil en del af harpiksen blive absorberet af vakuumforbrugsstofferne.
4) Sundhed og sikkerhed: Vakuumposeprocessen kan reducere frigivelsen af flygtige stoffer under hærdningsprocessen.
4, Vigtigste ulemper:
1) Yderligere proces øger omkostningerne til arbejdskraft og materiale til engangsvakuumposer
2) Højere krav til operatørernes færdigheder
3) Blanding af harpiks og kontrol af harpiksindholdet afhænger i høj grad af operatørens færdigheder
4) Selvom vakuumposer reducerer frigivelsen af flygtige stoffer, er sundhedsrisikoen for operatøren stadig højere end ved infusions- eller prepreg-processen.
5, Typiske anvendelser: store, begrænsede oplags yachts, racerbildele, skibsbygningsproces af kernematerialebinding.
Viklingsstøbning
1. Beskrivelse af metoden: Viklingsprocessen bruges grundlæggende til at fremstille hule, runde eller ovale strukturelle dele såsom rør og trug. Fiberbundter imprægneres med harpiks og vikles derefter på en dorn i forskellige retninger. Processen styres af viklingsmaskinen og dornens hastighed.
2. Materialevalg:
Harpiks: intet krav, såsom epoxy, polyester, polyethylenbaseret ester og phenolharpiks osv.
Fiber: ingen krav, direkte brug af fiberbundter på spolerammen, behøver ikke at væve eller sy vævet ind i fiberstoffet
Kernemateriale: intet krav, men huden er normalt et enkeltlags kompositmateriale
3. de vigtigste fordele:
(1) hurtig produktionshastighed, er en økonomisk og rimelig måde at lave oplægninger på
(2) Harpiksindholdet kan kontrolleres ved at måle mængden af harpiks, der bæres af fiberbundter, der passerer gennem harpiksrillen.
(3) Minimerede fiberomkostninger, ingen mellemliggende vævningsproces
(4) fremragende strukturel ydeevne, fordi de lineære fiberbundter kan lægges langs forskellige lastbærende retninger
4. Vigtigste ulemper:
(1) Processen er begrænset til runde, hule strukturer.
(2) Fibrene er ikke let og præcist arrangeret langs komponentens aksiale retning
(3) Højere omkostninger ved dornformstøbning til store strukturelle dele
(4) Strukturens ydre overflade er ikke en formoverflade, så æstetikken er værre
(5) Ved brug af lavviskositetsharpiks skal der være opmærksomhed på mekaniske egenskaber og sundheds- og sikkerhedsmæssige egenskaber.
Typiske anvendelser: kemikalietanke og -rør, cylindre, brandmandsåndedrætstanke.
Pultruderingsstøbning
1. Metodebeskrivelse: Fra spoleholderen trækkes fiberbundtet imprægneret med lim gennem varmepladen. I varmepladen fuldendes harpiksindtrængningen på fiberen, og harpiksindholdet kontrolleres, og materialet hærdes i sidste ende til den ønskede form. Denne form af det fasthærdede produkt skæres mekanisk i forskellige længder. Fibrene kan også føres ind i varmepladen i andre retninger end 0 grader. Ekstrudering og strækstøbning er en kontinuerlig produktionsproces, og produktets tværsnit har normalt en fast form, hvilket tillader små variationer. Det forbefugtede materiale passerer gennem varmepladen, fikseres og spredes straks ind i formen og hærder. Selvom en sådan proces er mindre kontinuerlig, kan det opnå en ændring af tværsnittets form.
2. Materialevalg:
Harpiks: normalt epoxy, polyester, polyethylenbaseret ester og phenolharpiks osv.
Kostfibre: intet krav
Kernemateriale: ikke almindeligt anvendt
3. Vigtigste fordele:
(1) hurtig produktionshastighed, er en økonomisk og rimelig måde at forbefugte og hærde materialer på
(2) præcis kontrol af harpiksindholdet
(3) minimering af fiberomkostninger, ingen mellemliggende vævningsproces
(4) fremragende strukturelle egenskaber, fordi fiberbundterne er arrangeret i lige linjer, er fibervolumenfraktionen høj
(5) Fiberinfiltrationsområdet kan forsegles fuldstændigt for at reducere frigivelsen af flygtige stoffer
4. de væsentligste ulemper:
(1) processen begrænser tværsnittets form
(2) Højere pris på varmeplade
5. Typiske anvendelser: bjælker og spær i boligkonstruktioner, broer, stiger og hegn.
Resin Transfer Molding Process (RTM)
1. Beskrivelse af metoden: Tørre fibre lægges i den nederste form, som kan fortrykkes for at få fibrene til at passe bedst muligt til formens form og bindes klæbende. Derefter fastgøres den øverste form på den nederste form for at danne et hulrum, og derefter sprøjtes harpiksen ind i hulrummet. Vakuumassisteret harpiksinjektion og infiltration af fibrene, kendt som vakuumassisteret harpiksinjektion (VARI), anvendes almindeligvis. Når fiberinfiltrationen er fuldført, lukkes harpiksindføringsventilen, og kompositten hærdes. Harpiksinjektion og hærdning kan udføres enten ved stuetemperatur eller under opvarmede forhold.
2. Materialevalg:
Harpiks: normalt epoxy, polyester, polyvinylester og phenolharpiks, bismaleimidharpiks kan bruges ved høj temperatur
Fiber: intet krav. Syet fiber er mere egnet til denne proces, fordi mellemrummet mellem fiberbundterne er befordrende for harpiksoverførsel; der er specielt udviklede fibre, der kan fremme harpiksflowet.
Kernemateriale: Celleskum er ikke egnet, da bikagecellerne vil blive fyldt med harpiks, og trykket vil også få skummet til at kollapse.
3. de vigtigste fordele:
(1) Højere fibervolumenfraktion, lav porøsitet
(2) Sundhed og sikkerhed, rent og ryddeligt driftsmiljø, da harpiksen er fuldstændig forseglet.
(3) Reducer brugen af arbejdskraft
(4) Over- og undersiden af konstruktionsdelene er støbte overflader, hvilket gør det nemt at udføre efterfølgende overfladebehandling.
4. Vigtigste ulemper:
(1) De forme, der anvendes sammen, er dyre, tunge og relativt store for at kunne modstå større tryk.
(2) begrænset til fremstilling af små dele
(3) Ubefugtede områder kan let opstå, hvilket resulterer i et stort antal skrot
5. Typiske anvendelser: små og komplekse rumfærge- og bildele, togsæder.
Opslagstidspunkt: 8. august 2024
