EN
Көміртегі талшығының рулонды дайындауы мен қабаттау процедураларын жетілдіру
Дәл қабаттау үшін көміртегі талшығы рулонды ашу, кесу және орналастыру
Орамды ашу процесін дұрыс орнату барлық жүйенің сәтті жұмыс істеуі үшін өте маңызды. Керілуі бақыланатын жүйелер талшықтардың машина арқылы өту кезіндегі деформациясы мен зақымдануын болдырмауға көмектеседі. Қиылу тұрғысынан алғанда, қайшымен қиюға қарағанда ультрадыбысты қию талшықтардың таза, шеті түйірленбейтін және жылу әсерінен зақымданбаған шеттерін алуға мүмкіндік береді. Лазерлік бағдарлаушылар жеке талшықтардың дәл орналасуын қамтамасыз етеді, олардың ауытқуы 0,5 градустан аспайды. Бұл неге маңызды? «Composites Journal» журналының соңғы нұсқасында зерттеушілер өз талдауларынан бір градусқа ауытқу тартылу беріктігін 7% азайтатынын атап өтті. Орам күрделі геометриялық пішінде, мысалы, 3D контурда болса, арнайы роботтар клейді қолданады, сондықтан қабаттардың орналасуы келесі жұмыс бетіне ауысқан кезде сақталады. Сондай-ақ, талшықтардың ауада ұшуын болдырмау үшін жүйелердің статикалық электрлік зарядын бақылау және смолалардың уақытынан бұрын ылғал сіңіруін болдырмау үшін салыстырмалы ылғалдылықты 40%-дан төмен ұстау сияқты басқа да факторларды басқару қажет.
Жұмысшылар көрсетілген материалдарды калыптарға құюға дейін сәуле шығаратын тоқыма үлгісінің біркелкілігін тексереді.
Ылғалды (WET) қабаттасу, алдын ала ылғалданған (Prepreg) және RTM әдістерін бағалау: Көміртекті талшықты рулонды формалау мен өндіріс деңгейіне әдістің сәйкестігі
Компакттаудың ең жақсы әдісі өнімділік, көлем және құн критерийлеріне байланысты өзгереді.
Автоклавта қайнату қажет
Дымқыл қабаттау әдісінде құрғақ көміртекті талшықтың орамдарына қолмен смола қолданылады, сондықтан бұл әдіс күрделі конструкцияларды талап ететін пішіндер үшін ең жақсы болып табылады. Алайда, көлемі әдетте төмен болады. Мұндай процестер үшін орташа құрал-сайман шығыны RTM әдістерінің құнына қарағанда әдетте 80% төмен болады. Препрегтер екі нұсқаның ішінде артықшылықты қамтамасыз етеді, себебі соңғы бұйымдарда жоғары дәрежеде тұрақтылық байқалады және бұйымдардың жалпы механикалық қасиеттері күштірек болады. Бұл тұрақтылық препрег дайындау процесі кезінде талшыққа алдын ала импрегнацияланған смола арқасында қамтамасыз етіледі. Алайда, препрег дайындау процесі арнайы суық сақтау қажет етеді, сонымен қатар барлық дайындау процесі бойынша арнайы және біраз күрделі өңдеуді талап етеді. Теменің өзіне қарамастан, RTM әдісін қолданған кезде өндірушілер де күрделілікке тап болады: полимерлер құрғақ талшықтар арқылы (импрегнацияланған смолалы талшықтар) қысым арқылы жабық формалардың геометриялық шектерінде ағызылады; бұл импрегнацияланған смолалы талшықтарда ауа қуыстарының молдығына әкеледі, сонымен қатар импрегнацияланған смолалы талшықтардың бірнеше партиялар бойынша тұрақтылығы өте төмен болады. Бұл — формалардан кейінгі ең шектеуші факторлардың бірі — формалар жасауға жарты миллион доллардан астам инвестиция жұмсау қажеттілігін білдіреді. Осындай жоғары инвестициялық порог RTM әдісін қолданудан бас тартуға көптеген кіші кәсіпорындарды итермелейді және олар орнына күрделілігі төмен процестерді қолданады.
Көміртегі талшықты рулондарды интеграциялау үшін полимерлік жүйелерді таңдау және күртіру процесін оптимизациялау
Неге эпоксидті смолалар көміртегі талшықты рулондарды өңдеуде құрылымдық қолданыстағы алтын стандарт болып табылады?
Тамаша адгезия, жылулық тұрақтылық және өңдеу процесін бақылау мүмкіндігі көміртегі талшықты рулондарды қолданатын құрылымдық қолданыстар үшін эпоксидті смолаларды алтын стандартқа айналдырады.
Аралық қабаттық жанасу беріктігі:
- күштік әсер ететін қабаттар үшін маңызды, 65 МПа-дан асады.
- пайдалану температурасы аэроғарыштық және жоғары өнімділікті автомобильдік қолданысқа сәйкес, 180°C (356°F)-қа дейін.
- кезеңді күртіру циклдары қалдық керілу мен микросаңылауларды азайтады.
Гравиметриялық талдау арқылы смола-талшық қатынасын массасы бойынша 35–40% деңгейінде ұстау көптеген кемшіліктердің 2%-дан төмен болуын қамтамасыз етеді және ASTM D3039 созылу сынағының стандарттарына сай келеді. Көміртегі талшықты рулондар үшін полиэфирлік және винил эфирлік альтернативалардың құны, күртілу уақыты мен үйлесімділігіне қатысты ескертулер
Эпоксидтік смола ең жоғары стандартты ұсынса да, бәсекелестер құны немесе өндіріс жылдамдығы бойынша ең үлкен пайданы ұсынады:
Шайыт түрі | Эпоксидке қатысты құны | Ең жоғары жұмыс температурасы | Көміртекті талшықты орамдармен үйлесімділігі
Полиэфир | 60–70% төмен | ¥80 (176°F) | Орташа – осмостық көпіршіктерге бейім
Винил эфир | 40–50% төмен | ¥100 (212°F) | Жоғары – өте жақсы химиялық төзімділік
Винил эфирдің батырмалы температурада қатуы 2–4 сағат ішінде жүзеге асады, бұл эпоксидтің қату уақытынан (12–15 сағат) әлдеқайда тез. Бұл тез прототиптау мен конструкциялық емес панельдерді шығаруды қамтамасыз етеді. Қысу беріктігінің 15–20%-дық төмендеуі көбінесе оған қарағанда көп пайда әкеледі. Көптеген жағдайларда теңіз кемелерінің декалары немесе автомобиль кузовтары үшін панельдерді дайындаған кезде қысу беріктігінің төмендеуін болдырмау материалдық үнемділікке әкеледі — бұл $25/м²-ден асады, бірақ қажетті функциялар сақталады.
Көміртекті талшықты орамдарды сенімді түрде шығару үшін калыптардың жобасы мен құрал-саймандар
Көміртегі талшықтарын ілгерілетіп прессілеудегі материал, беттің жабылуы және жылулық тұрақтылығы талаптары
Форманың жұмыс істеу сапасы үш фактордың ынтымақтастығына байланысты — материалдың беріктігі, беттің тұрақтылығы және температураның тұрақтылығы. Осы үш фактор бірігіп, прототиптік форманың жұмыс сапасын анықтайды. Осы жағдайда прототипті құрған кезде құны мен жұмыс сапасының қатынасы жақсы болғандықтан, құралдық болат қолданылады. Ұзақ мерзімді өндіріс циклдары үшін форманың құрылымдық беріктігін арттыру мақсатында карбидті қабықша қолдануға болады, соның нәтижесінде өндіріс циклы ұзартылады. Жоғары температура мен жоғары механикалық кернеулерге тұрақты құрылымдық қолдау қажет болған жағдайда, әсіресе әуе-ғарыш компоненттерін шығару үшін формаларды жасау үшін Invar сияқты никельді қорытпалар кеңінен қолданылады, себебі олардың жылулық кеңею коэффициенті төмен. Invar қорытпаларының бұл қасиеті форманың белгіленген температурадағы жылулық кеңеюін азайтады, сондықтан эпоксидті смолалармен жүретін жылулық және химиялық реакциялар кезінде форманың бұралуын болдырмауға мүмкіндік береді.
Беттің жабылуы мүмкіндігінше көрсеткішті болуы керек, идеалды түрде Ra 0,4 микроннан төмен болуы керек. Бұл өңдеу кезінде талшықтардың қатарының бұзылмауын және беттік ақаулар мен микротрещиналарсыз формадан бөлшектердің оңай шығуын қамтамасыз етеді. Ауа қуыстарын болдырмау үшін дұрыс және стратегиялық орналасқан жиектік желдету маңызды рөл атқарады, әсіресе смоланың экзотермиялық қатаяюы кезінде. Бұл сонымен қатар көміртекті рулондарда талшықты смола қуыстарының пайда болуын болдырмау үшін де маңызды. Соңында, 180°C температурада -0,1–+0,1 мм шегінде өлшемдік тұрақтылыққа ие болатын формаларды құру – өте маңызды. Бұл дәлдік инженериясы барлық жауапты композиттік өндірушілер үшін қажетті.
Процесс бақылауының негіздері: Көміртекті рулондарды өндіру кезіндегі сапаны бақылау
Қуыстарсыз көміртекті рулон ламинаттарын өндіру үшін вакуумдық қаптау, қысымдық салындыны қолдану және ауа көпіршіктерін жою әдістері
Бірінші қадам — вакуум орнату. Композиттің әрбір қабаты иілгіш қаптамаға, пакетке орналастырылады және қабаттардан ауаны шығару үшін 25–29 дюйм сынап бағанасына тең теріс қысым тудырылады. Оң қысымды 14–100 psi (шиның квадрат инчіне келетін фунт) деңгейінде іске қосу — бұл негізінен компакттау қадамы болып табылады, ол композиттегі талшық/резина қатынасы деңгейін өзгертеді, себебі резинаның көлемі ( {m}_{resin} ) азаяды. Ақауларды жою, атап айтқанда, куыстарды жою — бірнеше фактордың ынтымақтастығымен жүзеге асады. Резиналық ылғал қабаттарындағы ауа қуыстары алдымен де-баклинг ролигімен бұзылады / жойылады. Кейіннен арнайы мата қабаттары — «тұншықтырғыштар» деп аталатындар — қабаттардан керексіз (әдетте эпоксидті) резинаны белгіленген резина жинау вентильдеріне тартады. Соңында, қабаттарды немесе куыстарды ластандырмау үшін мүмкіндігінше аз резина қалдыру мақсатында жүйе резинаны резина қорыту сатысына дейін сіңіретін «сіңіргіш» қабаттарымен жабдықталады.
Бос орын мазмұнын 2% төменде ұстау өте маңызды. Жоғары бос орын мазмұны интерламинярлық жанасу беріктігін 35%-дан астамырақ төмендетеді. Қысымды бақылау мен автоматты саңылау анықтау жүйелерін қолдану көмегімен көміртекті талшықты рулондардың қабатын тығыздаудың сенімділігі мен біркелкілігі жақсарылады, бұл әсіресе қалың немесе күрделі пішіндегі аймақтар үшін маңызды.
Сұрақтар мен жауаптар бөлімі
Көміртекті талшықты рулондарды қолданудың артықшылықтары қандай?
Салыстырмас қаттылығы мен тұрақтылығымен ерекшеленетін рулондық дайындау күрделі пішіндерді жасауға және дәл орналастыруға мүмкіндік береді.
Ылғалды қабаттау әдісінің артықшылығы қандай?
Ылғалды қабаттау үлгілер мен күрделі пішіндер үшін жоғары деңгейде жарамды, бірақ RTM және алдын ала ылғалданған (prepreg) процестерге қарағанда массалық өндіріске сәйкес келмейді.
Композиттерде эпоксидті қолданудың себебі қандай?
Эпоксид — құрылымның салмағына қатысты жақсы адгезиясы, тұрақтылығы және интерламинярлық жанасу беріктігі салдарынан көміртекті талшық үшін негізгі таңдау болып табылады.
Көміртекті талшықты қабаттарды дайындауда вакуумдық қаптаудың қызметі қандай?
Вакуумдық қаптау ауа көпіршіктерін жою үшін герметикалық орнату мен теріс қысым қамтамасыз етеді және композиттік қабаттарды біркелкі, кемшіліксіз түрде пішіндеуге мүмкіндік береді.