EN
Ылғалдың UD прегрептің полимерлік жүйесіне әсері
Бірбағытты прегрегтер үшін қолданылатын эпоксидті және фенолдық полимерлік жүйелер өте гигроскопиялық және ылғал сіңіретін, әсіресе полимерлік жүйелердің шыны ауысу температурасында (Tg). Полимер тізбегіндегі полярлық топтар сумен байланысады. Бұл екі негізгі мәселеге әкеледі: (i) судың әсерінен полимердің пластикалануы және (ii) гидролиз — яғни полимерлік жүйедегі химиялық байланыстардың су әсерінен ыдырауы. Ылғалдың маңызды сіңірілуі (салыстырмалы ылғалдылықтан 60%-дан астам) талшықтар арасындағы полимерге бай аймақтарда бірнеше күн ішінде болады, бұл полимерге су сіңіру нәтижесінде ісіну мен кернеулерге әкеледі. Полимер жұмсарады және талшықтарға нашар жабысады. Сондықтан полимер-талшық аралығындағы жүктеменің берілуі бұзылады. Бұл бірбағытты прегрегтер үшін ерекше проблема болып табылады, себебі полимер талшықтар бағытында тығызырақ орналасқан.
Ылғалдың болуы кептіру басталмас бұрын да потенциалдық ақаулардың пайда болуына ықпал етеді. Өндірушілер бұл қаупті сақтау және тасымалдау кезінде жоюға тиіс.
Диффузиялық динамика: Бір бағытты талшықтық құрылым мен айналадағы ылғалдың механизмі
Бірбағытты (UD) дайын қабаттар тоқылған материалдарға қарағанда суды көп ұзақ уақытта сіңіреді, оның негізгі себебі — ылғалдың талшықтармен әрекеттесуі. Барлық талшықтар түзу бағытталған болғандықтан, талшық пен балқытқыштың қосылу орындарында микроканалдар пайда болады. Бұл ылғалдың талшық шоғыры арқылы қозғалуына мүмкіндік береді, оның жылдамдығы бірдей ылғалдылық жағдайларында балқытқышқа қарағанда 3–5 есе жоғары болады. Мысалы, салыстырмалы ылғалдылық 75% болғанда стандартты қалыңдықтағы бірбағытты дайын қабаттар су сіңіруді 8 сағат ішінде бастайды, ал тоқылған материалдарға бұл үшін 2 күн керек. Бұл құбылысқа үш негізгі фактор әсер етеді. Біріншісі — дайын қабаттағы түзу талшықтардың көлемінің бетіне қатынасы жоғары болғандықтан, ылғалдың қозғалуы тиімдірек жүреді. Екіншісі — талшық шоғырының әртүрлілігі талшықтар арасында ылғал өткізгіштерін қалдырады, бұл ылғалдың балқытқыш арқылы қозғалуын одан әрі жақсартады. Бұл жағдайлар дайын қабаттың біртұтастығын тез нашарлатады. Қыздыру мен салқындату циклдары талшық шоғыры ішінде өте кішкентай токтардың пайда болуына әкеледі, бұл дайын қабаттың ылғалдың әсерінен бұзылуын жеделдетеді.
UD предварительно пропитанных слоистых материаловдағы микротесіктер, көпіршіктер және қабаттардың бөлінуі
Ылғалдың тудырған тесіктердің пайда болуы (>0,3 масс. % → тесік көлемінің >15% өсуі, ASTM D2734 бойынша)
Микротесіктер композиттік материалдардың күйіту процесі кезінде материалдарға сіңген ылғал буланып, кеңейген кезде пайда болады. Тесіктердің көлемі ылғалдың массалық пайызы барынша 0,3% болғанда да жалпы көлемнің 15%-дан астамын құрай алады. Бұл жағдай аэрокосмостық стандарттарға сәйкес (ASTM D2734) қабылданбайды. Содан кейін тесіктер шаян және талшықтардың қосылу орындары үшін маңызды проблемалар туғызады, оларға жеткілікті шаян жетпей қалады және композиттің құрылымдық тұрақтылығы төмендейді. Бірбағытты предпрег материалдары ылғалға сезімтал болып келеді және басқа композиттік предпрег материалдарына қарағанда ылғалды тезірек сіңіреді. Сондықтан өндірушілер тесіктердің артық болуын болдырмау үшін салыстырмалы ылғалдылық деңгейін қатаң бақылауға тиіс және композиттік предпрег материалдарының өндірістік жарамсыз бұйымдарға айналуын қамтамасыз етуге тиіс.
Құрғатуға байланысты ақаулықтар: ылғалдың әсерінен көпіршіктер және қабатараралық бөліну
Ылғал композиттік материалдарға тұтылып қалған кезде, автоклавтау кезінде ылғал болса, бу мен қысым көтеріледі, нәтижесінде шайырдың көпіршіктелуі және қабаттардың бөлінуі байқалады. Мәліметтер анық көрсетеді: автоклавтау кезінде қабаттасу кезіндегі салыстырмалы ылғалдылығы 75%-дан асатын композиттік пре-прегте көпіршіктелу қабаттасу кезіндегі салыстырмалы ылғалдылығы 30%-дан төмен композиттік пре-прегке қарағанда екі есе жиі байқалды. Бір рет шайырдың ағуы және қабаттардың бөлінуі басталғаннан кейін, зиянды механикалық кернеулер осы проблемаларды одан әрі күшейтуі мүмкін. Бұл проблемалар әуе кемелерінің компоненттерінің циклдық төзімділігі үшін маңызды, себебі әуе кемелерінің компоненттерінің құрылымдық бүтіндігі өте маңызды. Пре-прег материалдарын сақтау мен тасымалдау пре-прегтің бірбағытты композиттері қызметке енгізілген кезде идеалдық көрсеткіштерге ие болуы үшін құрғақ бөлме жағдайларын бақылаудың қаншалықты маңызды екенін көрсетеді.
Шынайы әлемдегі салдар: Салауатсыздықтарға және әуе-ғарыш сертификаттауына әсері
Airbus A350 ұшағының қанатының сыртқы қабатының бөліну оқиғасы: Себебі UD прегрепте ылғалдың жоғары мөлшері ретінде анықталды
Ең соңғы әзірленген ұшақтардың бірінің ұшу сынақтарын жүргізу кезінде инженерлер қанаттардың қабығының қабаттасуының себебі ретінде бірбағытты (UD) прегрептің ылғалдылығының артуын байқады. «Артық ылғалды» деген не? Қарапайым: салмақ бойынша 0,4 пайызынан астам. Сонда не болды? Бірбағытты прегреп микросызаттарға ұшырады, олар тек қана қабықтың қабаттасуын ғана емес, сонымен қатар $200 миллионға тұратын қайта жобалау шығындары мен ЕАСА 2022 Жаңғырту Қауіпсіздік Хабарламасына сәйкес сертификаттауға дейін 11 айға созылған кешігулерге де әкелді. Осындай кешігулер прегрептердегі ылғалды бақылаудың маңыздылығын көрсетеді, өйткені бұл қымбатқа тұратын қайта жобалаулар мен реттеуші органдардың шешімінің кешігуін болдырмауға мүмкіндік береді. Артық ылғалға ұшыраған прегрептер материалдарға әсер етеді және ФАА мен ЕАСА талап еткен қымбатқа тұратын қайта бағалау реттеуші сәйкестігін қамтамасыз етуге әкеледі. Boeing 787 фюзеляж панелінің деректері: 75% салыстырмалы ылғалдылыққа ұшырағанда көпіршіктердің пайда болуы бақыланатын <30% салыстырмалы ылғалдылықта сақтауға қарағанда екі есе артады.
Бір ірі аэрокосмостық өндірушінің фюзеляж панельдерінің ылғал сіңіруі туралы қолжетімді еткен деректері кейбір қорқынышты нәтижелерге әкеледі. Бұл деректерге сәйкес, 75% салыстырмалы ылғалдылықта 48 сағат бойы ұсталған панельдердің шамамен 32% бос орындары болады. 30% салыстырмалы ылғалдылықтан төмен сақталған UD прегрептерде бос орындар 16% құрайды, бұл ылғалға байланысты көпіршіктердің пайда болуына әсер етпейді деп есептеледі. Қазіргі заманғы ұшу қауіпсіздігі стандарттары бойынша ылғалға байланысты көпіршіктердің пайда болуы қабылданбаған шектен тыс болып саналады; SAE AIR 7292 стандарттары бойынша фюзеляждың негізгі конструкциялық компоненттерінде 5% бос орын көлеміне төзімділік талап етіледі. Сондықтан, осы себептен жөндеу құны да өте жоғары болады. Қосымша зертханалық жұмыстардан тағы бір қызықты табыс — салыстырмалы ылғалдылықтың әрбір 10%-дық өсуі прегреп материалдарын қолдануға жарамды уақытын шамамен 15 сағатқа қысқартады, яғни смоланың жылу әсерінен кері қайтарылмайтын тозуы басталғанға дейінгі уақыт. Сондықтан өндірістік жағдайларда тиімді ылғалдылықты бақылау операциялық диапазонды әлдеқайда жақсартады.
UD прегрейп үшін сәтті ылғалдық бақылау
Ең жақсы әдістер: Құрғатқыш бөлме параметрлері (ISO 12944-2), сіңіргіш пакеттер және нақты уақыттағы ЖЖИ
UD прегрейд материалдары үшін сапа бақылауы немесе тіпті нымдылық деңгейлерін бақылау – міндетті шарт. Мысалы, ISO 12944-2 стандарттарына сай немесе оларға сәйкес құрылған құрғақ бөлмелер резинді өңдеу кезінде оның ыдырауын болдырмау үшін ылғалдылықты 30% (RH) немесе одан төмен деңгейде ұстай алады. Осыдан басқа, вакуумда қапталған сіңіргіш ным көрсеткіш жолақтары резинге ауа әсерінің шамамен 95%-ын блоктауға қабілетті, ал бұл көрсеткіш стандартты нымдылықтан қорғайтын плёнкалармен салыстырғанда әлдеқайда тиімді. Резиннің нымдылығын (0,1 масс. % жоғары) үздіксіз, кедергісіз өлшеу үшін жақын инфрақызыл (NIR) нымдылық сенсорлары қолжетімді, олар порогтық мәнге жеткен кезде тревога береді. Жоғарыда аталған барлық әдістерді біріктіріп қолдану кезінде күйдіру процесі кезінде кеуектіліктің 80%-ын азайтуға және көпіршіктердің толығымен жойылуына қол жеткізуге болады. Бұл – өндірушілердің өз материалдарын сақтау тәжірибесіне деген сенімін арттырған жасанды жылы және ылғалды ортада жүргізілген жылдамдалған старение зерттеулерінің нәтижелерін ескере отырып, ерекше маңызды.
ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)
UD prepreg шайыр жүйелерімен байланысты негізгі қорқыныш не?
UD prepreg шайыр жүйелерімен байланысты негізгі қорқыныш — ылғалдың сіңуі, ол өз кезегінде материалдың құрылымдық тұрақтылығын бұзатын пластикация мен гидролизге әкеледі.
Неге UD prepreg-тер тоқылған материалдарға қарағанда ылғалды көбірек сіңіреді?
UD prepreg-тердің түзу талшықты құрылымы ылғалдың тоқылған материалдарға қарағанда оңайырақ проникнуына мүмкіндік береді. Сонымен қатар, температураның тербелістері ылғалдың сіңуін нашарлатады.
UD prepreg-терде артық ылғалдың әсерлері қандай?
Артық ылғал көпшілікте көпіршіктер, ісіктер және қабаттардың бөлінуін тудыруы мүмкін, бұл барлығы да құрылымдық тұрақтылықты бұзады және апаттық жағдайларға әкелуі мүмкін.
UD prepreg-тердегі ылғалды қалай бақылауға болады?
Ылғал деңгейін бақылау үшін құрғақ бөлмелер, ылғалсыздандырылған орау материалдары және жақын инфрақызыл сәулелі нақты уақытта бақылау қолданылуы мүмкін.