EN
Утјецај влаге на системе UD препрег смоле
Резини системи који се користе за једносмерне препрег, и епоксидни и фенолни, су високо хигроскопични и апсорбују влагу, посебно на температури стаклене транзиције (Тг) резиних система. Полимерни ланци у смолама садрже поларне групе које се везују са водом. Ово доводи до две главне ситуације забринутости: (и) пластификација смоле која се изазива водом и (ии) хидролиза, што је раздвајање хемијских веза у смоловом систему које се изазива водом. Значајна апсорпција влаге (више од 60% релативне влаге) се јавља за неколико дана у подручјима богатим смолом између влакана, што доводи до отицања и стреса који су узроковани апсорпцијом воде у смоли. Резина се омекшава и слабо се прилепља на влакна. Као резултат тога, пренос оптерећења преко интерфејса смоле-волака је угрожен. Ово је посебно проблематично за УД препрег-е јер је смола концентрисана у правцу влакана.
Увлажност подстиче потенцијалне тачке неуспеха још пре него што се почело зачепљавање. Произвођачи морају смањити овај ризик током складиштења и руковања.
Дифузијска динамика: Механизам једносмерне архитектуре влакана и влажност окружења
Једнонаправни (УД) препрег апсорбује воду много брже него тканини, а велики разлог за то је начин на који влага интеракционише са влакнама. Када су све влакна исправна, на зглобовима влакана и смоле формирају се микроканали. То омогућава кретање влаге кроз пукове влакана брзином од 3 до 5 пута већу у поређењу са њиховим колегама из смоле под истим условима влаге. На пример, при 75% релативне влажности, УД препрег стандардне дебелине ће почети да апсорбује воду за 8 сати, много пре ткаених материјала, што ће трајати 2 дана. Три главна фактора доприносе овој појави. Прво је да права влакана у препрег имају већи однос запремине према површини, што омогућава ефикаснији промет влаге. Друго је да ерозија влакана оставља канале за влагу, што додатно повећава кретање влаге кроз смолу. Ови услови брзо погоршавају интегритет препрег-а. Цикли загревања и хлађења резултираће формирањем врло малих струја унутар влакна које ће убрзати ерозију влаге препрег-а.
Микровоиди, пупови и деламинације у UD препрег ламинатима
Формација празнине изазвана влагом (> 0,3 тег. % → > 15% ↑ волумен празнине, по ASTM D2734)
Микро празнине се формирају у композитним материјалима током процеса зачепљења када влага коју апсорбују материјали постане пареа и прошири. Пустоће може бити веће од 15% укупног запремине чак и при нивоима влаге од само 0,3% у тежини. Овај услов је неприхватљив према ваздухопловним стандардима ASTM D2734. Од тада, празнине стварају суштинске проблеме за зглобове смоле и влакана, губећи зглобове довољно смоле и смањујући структурни интегритет композита. Једнонаправни препрег материјали су осетљиви на влагу и имају тенденцију да апсорбују влагу лакше од других композитних препрег материјала. Произвођачи стога морају чврсто одржавати ниво релативне влажности како би спречили прекомерне празнине и осигурали да композитни препрег материјали не формирају производствену отпад.
Дефекти повезани са лечењем: пуповиња и интерламинарна сепарација због влаге
Док је влага заробљена у композитним материјалима, када је влага, током аутоклавирања се повећава парова и притисак, што резултира пупољом смоле и раздвајањем слојева. Подаци су јасни: током аутоклавирања, композитни препрег са више од 75% релативне влажности током препрег ламинације развио је блистер скоро два пута у поређењу са композитним препрегом са мање од 30% релативне влажности током препрег ламинације. Када се појаве крварење смоле и раздвајање слојева, механички напори који штете могу погоршати ове проблеме. Ови проблеми су од значајног значаја у отпорности на умору компоненти авиона због критичне важности структурног интегритета у компонентама авиона. Склањање и транспорт препрег материјала показују колико је кључно управљање сувом простором за осигурање да ће једносмерни препрег композити имати идеалне перформансе када буду стављени у употребу.
Последице у стварном свету: утицај на неуспехе на терену и ваздухопловне сертификације
Инцидент деламинирања коже крила Аирбас А350: Узрок је идентификован као висок садржај влаге у УД Препрег
Док су спроводили летеће тестове једног од најновијих авиона, инжењери су приметили да је деламинирање коже крила било због превише влажне једносмерне препрег-а. Шта значи превише влажно? Једноставно; изнад 0,4 масних процената. Шта се десило? УД препрег је имао микрокрке које су не само деламиновале кожу, већ су довеле до озбиљних последица у распореду од 200 милиона долара у трошковима редизајна и 11 месеци кашњења пре пријема сертификације у складу са ЕАСА 2022 Безопасном булетином. Таква наведена кашњења илуструју важност праћења влаге у препрег-у како би се избегли скупи редизајн и кашњења у регулативацији. Препрег који су изложени прекомерној влаги утичу на материјале и резултирају потребом да се подвргну скупој реквалификацији у складу са регулаторним одредбама које су наложиле ФАА и ЕАСА.Боинг 787 Данности о фузелажној панели: 75% РХ Из
Подаци које је објавио један велики произвођач авиона и ваздухопловства у вези са апсорпцијом влаге на плочама фузелаже имају неке алармантне резултате. Подаци указују на то да панели изложени 75% RH током 48 сати завршавају са око 32% садржаја празнине. УД препрег који се чува испод 30% РХ завршава са 16% празнина, што се сматра мање влажном везивањем. Увлаженим површинама везаним за влагу већ се сматра да прелазе прихватљиве границе стандардима летење, који, према стандардима SAE AIR 7292, захтевају 5% толеранције за празнину за примарне структурне компоненте у фузелажу. И наравно, то такође значи да су трошкови поправке постали непотребни. Још једно занимљиво откриће из додатних лабораторијских радова је да се за свако 10% повећање релативне влажности време безбедног руковање препрег материјалима смањује за око 15 сати, што значи време пре него што се смола необратимо разгради од топлоте. Зато, у производњи, ефикасно управљање влажношћу значајно побољшава опсег рада.
Успешна контрола влаге за УД Препрег
Најбоље методе: Спецификације суве собе (ИСО 12944-2), пакове за осушивање и НИР у реалном времену
Контрола квалитета за УД препрег материјале или чак само одржавање нивоа влаге под контролом је неопходна. На пример, суве просторије изграђене да испуне или у складу са стандардима ИСО 12944-2 могу да одржавају влажност на или испод 30% (РХ) како би се спречило распад смоле током руковања. Поред тога, вакуумски упаковане траке индикатора влаге сушилаца могу блокирати око 95% контакта ваздуха са смолом у поређењу са стандардним филмовима за спречавање влаге. За континуирано, неограничено мерење садржаја влаге смоле (више од 0,1 теглових %), доступни су сензори влаге у блиској инфрацрвеној (НИР) сензори који ће издати аларм на прагу. Коришћењем свих горе наведених методологија у комбинацији, изузетно добро се постиже 80% смањење празнина и потпуна елиминација пузава током процеса зачињивања. Ово је посебно значајно с обзиром на поверење које су произвођачи стекли у вези са својим методама складиштења материјала из студија убрзаног старења спроведеног у вештачки створењем врућих и влажних окружења које су репрезентативне за тропске услове.
Често постављене питања
Шта је главна брига у вези са системом UD препрег смоле?
Главна брига код УД препрег смола система је апсорпција влаге која заузрокује пластификацију и хидролизу која угрожава структурни интегритет материјала.
Зашто УД препрег-ови апсорбују влагу више него тканини?
Стварање правних влакана у UD препрег-у омогућава лакше пролазак влаге од тканих материјала. Осим тога, промене температуре погоршавају проналажење влаге.
Који су ефекти превише влаге у UD препрег-у?
Превише влаге може створити празнине, пупки и деламинације, што све угрожава структурно интегритет и може довести до катастрофалних неуспеха.
Како се влага може контролисати у UD препрег-у?
Коришћење сувих просторија, осушених паковања и непосредно инфрацрвене контроле у реалном времену може се користити за контролу нивоа влаге.