EN
Қыздырудың біркелкі еместігі қалай шайыр ағысы мен талшықтардың толтырылуын бұзады
Жылу градиенттерінің әсерінен шайырдың ерте желатинденуі және құрғақ дақтардың пайда болуы
Жылулық градиенттері бар кезде суб-3°C температураларының айнымалылығы шайыстың суық аймақтарда тез қатуына әкеледі, ал негізінен ыстық аймақтарда қату процесінің жылдамдалуы шайыстың жергілікті тұтқырлығын көтеріп, шайыстың ағуын тоқтатады және осы аймақтарда құрғақ дақтардың пайда болуына әкеледі. Зерттеулерге сәйкес, қабатты материалдардағы кеуектіліктің артуы интерламинаттық жанасу беріктігін 12% азайтады, бұл соңында зиянды әсерлердің күшеюіне әкеледі. Бұл композиттің толық емес талшықтардың шайыспен ылғалдануына әкеледі, бұл құрылымдық көміртекті талшықты композиттердегі негізгі кемшілік болып табылады. Мәселе композиттің матрицасының теңсіздігіне шығады, яғни бөлінген аймақтар талшықтар арасындағы кеңістіктер салдарынан жүктің берілуіне мүмкіндік бермейді.
Эпоксидті/фенолдық жүйелерде тұтқырлық-уақыт-температура байланысы бұзылады
40°C пен 60°C аралығындағы өтіс аймағында вязкостың өзгеруі шаяндықтың экстремалды температураға сезімталдығы мен шаяндықты біркелкі және бақыланатын түрде дәл қолдану қажеттілігіне байланысты өте жоғары деңгейде болады. Мысалы, 10°C температурадағы қабат шаяндықтың вязкостың 60%-ға артуына әкеліп, оның қабаттың жоғары жылулық аймақтарынан ағып кетуіне себепші болады, ал төменгі сапалы аймақтарда қабатта вязкостың 200%-ға дейін көтерілуі мүмкін және шаяндықтың талшықтар арасына проникциясы үшін аралықтар жоқ болады. Бұл құбылыс Жоғары сортты фенолдық жүйелердің әуе-ғарыш жүйелеріне шаяндық қолдануындағы өте жақсы мысал ретінде сипатталған.
CF Шарттар парағы. Тұтынушының ақаулық жағдайы бойынша зерттеу
Аэрокосмостық өндіруші ұйым (OEM) қанаттың арқалығын өндіру үшін автоклавта қатайтылған көміртекті талшықты композиттерде қуыс мазмұнында 8,3% өсу байқаған. Бұл жағдай температураның айырымы 5°C-тан асқан кезде орын алған. Жылулық кедергілерді орнатқаннан кейін қуыстардың кеңістіктік өсуі байқалған. Бұл резинің саңылауларға толық толмауына әкелді. Резинің жетіспеушілігі геометриялық өту аймақтарын тудырды. Суық дақтар резинің ағуына кедергі болды және қуыстардың өсуі байқалды, бұл резинің жетіспеушілігінің қуыстардың пайда болуының себебі екенін көрсетеді. Әрбір қуыстың жабылуы соғылғаннан кейінгі сығылу беріктігінің төмендеуіне әкелді, бұл біріншілік конструкциялық компоненттерге қойылатын максималды рұқсат етілетін шектерден асып кетті. Резинің және қуыстардың жетіспеушілігінен туындаған аймақтардың әсері OEM-ді өндірістің 17%-ын қабылдамауға мәжбүр етті. Бұл жылулық асимметрияның микродеңгейде тудыратын тізбекті әсерін көрсетеді, ол макродеңгейде ақаулардың пайда болуын қамтамасыз етеді.
Жылулық асимметрия көміртекті талшықты композиттерде қалдық керілу мен қабатаралық (IL) ақауларға әкеледі
Көміртекті талшықтың КТЭ-мен алмасуын көбейту (-1,0 ppm/°C, 50 - 80 ppm/°C)
Полимерлік матрица мен көміртек талшығы композиттері жылу асимметриясының елеулі деңгейін көрсетеді. Микромасштабта асимметрия одан әрі күшейе түседі, өйткені шайыр барлық қабатта теңсіз ағады, бұл шайырдың аштығының кедергі аймақтарын жасайды. Бос орынның өсуі геометриялық ауысу аймақтарына шайырдың толық емес ағынының салдарынан болады. Бос орынның өсуіне шығудан туындаған геометриялық ауысу бос жерлері, шайырдың аштық аймақтары және жұқа шайырдың бос жерлері себеп болуы мүмкін. Әрбір мәселе негізгі құрылымдық компоненттер үшін шекті шектерді асыра алатын қысылудан кейінгі беріктікті азайтуға ықпал етеді. Соққыдан кейінгі қысылу беріктігінің жоғалуындағы бос тұйықталулардың әрқайсысы OEM-ге өндіріс партиясының 17%-ын қабылдамауды талап етті. 2023 SAMPE деректері бойынша қабылдамаған әуе-ғарыш компоненттерінің 63%-ында соққы пайда болды.
Орындағы диэлектрлік деректер: біртекті емес қыздырылған CFRP-те қалдық деформация 37% артық (ASTM D5229)
Күйдіру кезінде көміртегі талшықты композиттердің механикалық сенімділігіне жылулық асимметриялар қалай әсер ететіні туралы нақты уақытта диэлектрлік бақылау мүмкіндігін береді. Егер қабаттасқан материалда температура 8°C-тан артық айырмашылық көрсетсе, шыны талшықты полимердің тұтқырлығы аймақтар бойынша 300%-ға дейін өзгеруі мүмкін. Бұл кросс-байланысу біртектілігін бұзады. Осы контексте біртекті емес қыздырылған тақталарда қалдық деформация 37%-ға дейін артуы мүмкін, бұл қабаттардың шекараларында тепе-теңдіктің бұзылуына әкеледі, мұндағы жылулық сызықтық ұлғаю коэффициентіндегі айырмашылықтар ең көп деформацияны туғызады. Біртекті емес күйдірудің азаюы интерламинадық кесу беріктігін 19%-ға жақсартады және көпіршіктердің мазмұнын 2,3 есе азайтады. Бақыланатын қыздыру профилдері аймақтар арасындағы тепе-теңсіздікті жояды және жоғары дәлдікті құрал-жабдықтар жүйелері үшін күйдіруден кейінгі өлшемдік ауытқуларды 85%-ға азайтады.
Оптималды жылыту профилдері көмегімен көміртекті талшықты композиттердің механикалық және құрылымдық тұрақтылығы мен сапасы тікелей жақсарылады.
Басқарылатын жылу өсу жылдамдығы (≤2°C/мин) және температураны тұрақтандыру кезіндегі ұстап тұру кезеңі тартылу беріктігінің айысуын суыту кезінде ±3,4%-ден ±12%-ге дейін азайтады (ISO 527-4).
Көміртекті талшықты композиттердің механикалық сенімділігінің сенімді шегі толықтыру процесінің дәл температуралық талаптарына тікелей байланысты. Жылдамдығы 2°C/мин шегінде бақыланатын температураның көтерілу қарқыны жылдам экзотермиялық полимер толықтыру кезінде ішкі механикалық кернеудің жоғары деңгейін туғызады, ал белгілі бір температурада ұзақтығы бақыланатын термиялық тұрақтандыру полимерлік матрицаның толық және рационалды кросс-байланысуын қамтамасыз етеді. Аталған шарттардың синергиялық әсері көпіршік ақауларының жойылуына және оптикалық талшықты композиттің идеалды параллель реттелуіне алып келеді. Сапаның бағытты жақсартылуы мен ауытқудың ±12%–ден ±3,4%–ке дейін төмендеуі механикалық партия сапасы мен интегралды стандарттардың қолданылуымен тығыз байланысты. Өндірістік эквиваленттілік коррелятивті түрде композит құрылымындағы сынып талаптарына сәйкес жылулық біркелкіліктің оптимизациясын қамтамасыз етеді.
Жиі қойылатын сұрақтар
Шаян ағысына әсер ететін біркелкі емес қыздыру негізінде қандай мәселелер туындайды?
Шаянның біркелкі емес қыздырылуы шаян көлемінің қыздырылатын бөлігінде температураның градиентін тудырады. Көлемнің суық аймақтарында әдетте шаянның ерте гельденуі басталады, ал ыстық аймақтарда шаянның қатуы үдеу алады. Бұл шаянның тұтқырлығын көтереді және шаян ағысы жолдарын басып тұрады. Бұл құбылыс ауаның қағылуына және құрғақ дақтардың пайда болуына әкеледі.
Жылу градиенті композиттердегі талшықтың жетіспеушілігіне қалай әсер етеді?
Жылу градиенттері бақыланатын талшықтың сіңіруі үшін қажетті тұтқырлық, уақыт және температура арасындағы қатынасқа әсер етеді. Кейбір аймақтарда тұтқырлығы төмен шаянның ағып кетуі (дренинг) орын алуы мүмкін, ал басқа аймақтарда тұтқырлығы жоғары шаян болады, ол талшықтың азаюына, яғни кеуектің пайда болуына әкеледі.
Көміртекті талшықты композиттерде ЖСК (жылулық сызықтық ұлғаю коэффициенті) сәйкессіздігі құрылымға қандай зиян келтіреді?
CTE сәйкессіздігі кейбір жылулық деформацияларға әкеледі және полимердің төмен вязкосты болуына себепші болады. Бұл талшықтың азаюына және жылулық деформацияларға әкелуі мүмкін.
Композиттерді күртіру кезінде температураны дәл реттеудің артықшылықтары қандай?
Композиттерді күртіру кезінде температураны реттеу полимерлік түтікшелерді жабу үшін маңызды. Бұл сонымен қатар полимерді толығымен басқа байланысқа ұштастырады және жылу таратылуын біркелкі етеді, бұл ішкі керілулердің шашырауын азайту үшін клиникалық тұрғыдан өте маңызды.
Композиттерді коммерциялық қолдану үшін қандай жылулық профилдері қажет?
ISO 527 пен ASTM D5229 – бұл коммерциялық мақсаттар үшін композиттердің тұрақтылығын төмендетуге және жатып қалған бөлшектердің біркелкілігін жақсартуға бағытталған кейбір профиль стандарттары.