Er is een ruime keuze aan grondstoffen voor composieten, waaronder harsen, vezels en kernmaterialen. Elk materiaal heeft zijn eigen unieke eigenschappen op het gebied van sterkte, stijfheid, taaiheid en thermische stabiliteit, met variërende kosten en opbrengsten. De uiteindelijke prestaties van een composietmateriaal als geheel hangen echter niet alleen af van de harsmatrix en vezels (evenals het kernmateriaal in een sandwichstructuur), maar ook nauw samen met de ontwerpmethode en het productieproces van de materialen in de structuur. In dit artikel introduceren we de meest gebruikte productiemethoden voor composieten, de belangrijkste beïnvloedende factoren van elke methode en hoe grondstoffen voor verschillende processen worden geselecteerd.
Spuitgieten
1. Methodebeschrijving: het korte-snede vezelversterkingsmateriaal en het harssysteem worden tegelijkertijd in de mal gespoten en vervolgens onder atmosferische druk uitgehard tot thermohardende composietproducten van een gietproces.
2. Materiaalkeuze:
Hars: voornamelijk polyester
Vezel: grof glasvezelgaren
Kernmateriaal: geen, moet alleen met multiplex worden gecombineerd
3. Belangrijkste voordelen:
1) Lange geschiedenis van vakmanschap
2) Lage kosten, snelle opbouw van vezels en hars
3) Lage matrijskosten
4. De belangrijkste nadelen:
1) Het multiplex is gemakkelijk te vormen, harsrijk gebied, hoog gewicht
2) Er kunnen alleen kortgeknipte vezels worden gebruikt, waardoor de mechanische eigenschappen van multiplex ernstig worden beperkt.
3) Om het spuiten te vergemakkelijken, moet de viscositeit van het hars laag genoeg zijn, waardoor de mechanische en thermische eigenschappen van het composietmateriaal verloren gaan.
4) Het hoge styreengehalte van de spuithars betekent dat er een groot potentieel gevaar bestaat voor de gebruiker, en de lage viscositeit betekent dat de hars gemakkelijk door de werkkleding van de werknemer kan dringen en in direct contact met de huid kan komen.
5) De concentratie vluchtig styreen in de lucht maakt het moeilijk om aan de wettelijke eisen te voldoen.
5. Typische toepassingen:
Eenvoudige hekwerken, constructiepanelen met een lage belasting, zoals carrosserieën van cabriolets, vrachtwagenkuipen, badkuipen en kleine boten.
Handmatige lay-up-mal
1. Methodebeschrijving: de hars handmatig in de vezels infiltreren. De vezels kunnen worden geweven, gevlochten, genaaid of verlijmd, en andere versterkende methoden. Handmatig vormen gebeurt meestal met rollen of borstels, waarna de hars met een lijmroller wordt geperst om deze in de vezels te laten doordringen. Het multiplex wordt onder normale druk gezet om uit te harden.
2. Materiaalkeuze:
Hars: geen vereiste, epoxy, polyester, op polyethyleen gebaseerde ester, fenolharsen zijn beschikbaar
Vezel: geen vereisten, maar het basisgewicht van de grotere aramidevezel is moeilijk te infiltreren in de handgelegde
Kernmateriaal: geen vereiste
3. De belangrijkste voordelen:
1) Lange geschiedenis van technologie
2) Gemakkelijk te leren
3) Lage malkosten bij gebruik van hars die uithardt bij kamertemperatuur
4) Ruime keuze aan materialen en leveranciers
5) Hoog vezelgehalte, langere vezels gebruikt dan bij het spuitproces
4. Belangrijkste nadelen:
1) Het mengen van hars, het gehalte en de kwaliteit van laminaathars hangen nauw samen met de vaardigheid van de operator. Het is moeilijk om een laag harsgehalte en een lage porositeit van het laminaat te verkrijgen.
2) Gezondheids- en veiligheidsrisico's van hars: hoe lager het moleculaire gewicht van de handhars, hoe groter het potentiële gezondheidsrisico. Hoe lager de viscositeit, hoe groter de kans dat de hars door de werkkleding van de werknemers heen dringt en dus in direct contact komt met de huid.
3) Als er geen goede ventilatie is geïnstalleerd, is het moeilijk om aan de wettelijke eisen te voldoen als de concentratie styreen die uit polyester- en polyethyleenesters in de lucht verdampt.
4) De viscositeit van de handpasta-hars moet zeer laag zijn. Daarom moet het gehalte aan styreen of andere oplosmiddelen hoog zijn, waardoor de mechanische/thermische eigenschappen van het composietmateriaal verloren gaan.
5) Typische toepassingen: standaard windturbinebladen, massaal geproduceerde boten, architectuurmodellen.
Vacuümzakproces
1. Methodebeschrijving: Het vacuümverpakkingsproces is een uitbreiding van het hierboven genoemde handmatige layup-proces, d.w.z. het afdichten van een laag plasticfolie op de mal wordt handmatig vacuüm op multiplex gelegd, waarbij een atmosferische druk op het multiplex wordt toegepast om het effect van uitputting en aanspanning te bereiken, om zo de kwaliteit van het composietmateriaal te verbeteren.
2. materiaalkeuze:
Hars: voornamelijk epoxy- en fenolharsen, polyester- en polyethyleenester is niet toepasbaar, omdat deze styreen bevatten, vervluchtiging in de vacuümpomp
Vezel: geen vereiste, zelfs als het basisgewicht van de grotere vezels onder druk kan worden geïnfiltreerd
Kernmateriaal: geen vereiste
3. Belangrijkste voordelen:
1) Er kan een hoger vezelgehalte worden bereikt dan bij het standaard handlay-upproces
2) De holteverhouding is lager dan bij het standaard hand lay-up proces.
3) Onder negatieve druk stroomt de hars voldoende om de mate van vezelinfiltratie te verbeteren, uiteraard zal een deel van de hars worden geabsorbeerd door de vacuümverbruiksartikelen
4) Gezondheid en veiligheid: het vacuümverpakproces kan de uitstoot van vluchtige stoffen tijdens het uithardingsproces verminderen
4. Belangrijkste nadelen:
1) Een extra proces verhoogt de arbeidskosten en het materiaal voor wegwerpvacuümzakken
2) Hogere vaardigheidsvereisten voor operators
3) Het mengen van hars en de controle van het harsgehalte hangen grotendeels af van de vaardigheid van de operator
4) Hoewel vacuümzakken de uitstoot van vluchtige stoffen verminderen, is het gezondheidsrisico voor de operator nog steeds hoger dan bij het infusie- of prepregproces.
5. Typische toepassingen: grote jachten, enkele, gelimiteerde oplages, raceauto-onderdelen, scheepsbouwproces van het verlijmen van het kernmateriaal.
Wikkelvorm
1. Beschrijving van de methode: Het wikkelproces wordt in principe gebruikt voor de productie van holle, ronde of ovale constructiedelen zoals buizen en goten. Vezelbundels worden met hars geïmpregneerd en vervolgens in verschillende richtingen op een doorn gewikkeld. Het proces wordt aangestuurd door de wikkelmachine en de doornsnelheid.
2. Materiaalkeuze:
Hars: geen vereiste, zoals epoxy, polyester, ester op basis van polyethyleen en fenolhars, enz.
Vezel: geen vereisten, direct gebruik van vezelbundels van het spoelframe, geen weven of naaien nodig om in het vezeldoek te weven
Kernmateriaal: geen vereiste, maar de huid is meestal een enkellaags composietmateriaal
3. De belangrijkste voordelen:
(1) een snelle productiesnelheid is een economische en redelijke manier van lay-ups
(2) Het harsgehalte kan worden gecontroleerd door de hoeveelheid hars te meten die wordt meegevoerd door de vezelbundels die door de harsgroef gaan.
(3) Minimale vezelkosten, geen tussenliggend weefproces
(4) uitstekende structurele prestaties, omdat de lineaire vezelbundels langs de verschillende dragende richtingen kunnen worden gelegd
4. Belangrijkste nadelen:
(1) Het proces is beperkt tot ronde holle structuren.
(2) Vezels kunnen niet eenvoudig en nauwkeurig langs de axiale richting van het onderdeel worden gerangschikt
(3) Hogere kosten van positieve malvorming met een doorn voor grote structurele onderdelen
(4) Het buitenoppervlak van de constructie is geen maloppervlak, waardoor de esthetiek slechter is
(5) Bij het gebruik van hars met een lage viscositeit moet aandacht worden besteed aan de mechanische eigenschappen en de gezondheids- en veiligheidsprestaties.
Typische toepassingen: chemische opslagtanks en -leidingen, cilinders, ademluchttanks voor brandweerlieden.
Pultrusiegieten
1. Methodebeschrijving: een met lijm geïmpregneerde vezelbundel wordt door de verwarmingsplaat getrokken en door de verwarmingsplaat geleid. De hars wordt in de verwarmingsplaat geïmpregneerd om de harsinfiltratie te voltooien en het harsgehalte te regelen. Uiteindelijk wordt het materiaal uitgehard in de gewenste vorm; deze vorm van het gefixeerde uitgeharde product wordt mechanisch in verschillende lengtes gesneden. Vezels kunnen ook in andere richtingen dan 0 graden de hete plaat binnendringen. Extrusie en strekvormen zijn een continu productieproces en de productdoorsnede heeft meestal een vaste vorm, waardoor kleine variaties mogelijk zijn. Het voorbevochtigde materiaal passeert de hete plaat en verspreidt zich direct in de mal, waar het uithardt. Hoewel een dergelijk proces minder continu is, kan het wel een vormverandering in de dwarsdoorsnede bewerkstelligen.
2. Materiaalkeuze:
Hars: meestal epoxy, polyester, ester op basis van polyethyleen, fenolhars, enz.
Vezel: geen vereiste
Kernmateriaal: niet algemeen gebruikt
3. Belangrijkste voordelen:
(1) hoge productiesnelheid, is een economische en redelijke manier om materialen voor te bevochtigen en uit te harden
(2) nauwkeurige controle van het harsgehalte
(3) minimalisering van de vezelkosten, geen tussenliggend weefproces
(4) uitstekende structurele eigenschappen, omdat de vezelbundels in rechte lijnen zijn gerangschikt, is het vezelvolumepercentage hoog
(5) Het vezelinfiltratiegebied kan volledig worden afgesloten om de vrijgave van vluchtige stoffen te verminderen.
4. De belangrijkste nadelen:
(1) het proces beperkt de vorm van de dwarsdoorsnede
(2) Hogere kosten van verwarmingsplaat
5. Typische toepassingen: balken en spanten van woningbouw, bruggen, ladders en hekken.
Harsoverdrachtsvormproces (RTM)
1. Beschrijving van de methode: Droge vezels worden in de onderste mal gelegd, die onder voordruk kan worden geplaatst om de vezels zo goed mogelijk in de vorm van de mal te laten passen en met lijm te verbinden. Vervolgens wordt de bovenste mal op de onderste mal bevestigd om een holte te vormen, waarna de hars in de holte wordt geïnjecteerd. Vacuümgeassisteerde harsinjectie en -infiltratie van de vezels, bekend als vacuümgeassisteerde harsinjectie (VARI), wordt vaak gebruikt. Zodra de vezelinfiltratie is voltooid, wordt de harsinvoerklep gesloten en wordt het composiet uitgehard. Harsinjectie en -uitharding kunnen zowel bij kamertemperatuur als onder verwarmde omstandigheden plaatsvinden.
2. Materiaalkeuze:
Hars: meestal epoxy, polyester, polyvinylester en fenolhars, bismaleimidehars kan bij hoge temperaturen worden gebruikt
Vezel: geen vereiste. Gestikte vezels zijn geschikter voor dit proces, omdat de ruimte tussen de vezelbundels bevorderlijk is voor de harsoverdracht; er zijn speciaal ontwikkelde vezels die de harsstroom kunnen bevorderen.
Kernmateriaal: schuim uit cellenstructuur is niet geschikt, omdat de honingraatcellen dan met hars worden gevuld en de druk er bovendien voor zorgt dat het schuim instort.
3. De belangrijkste voordelen:
(1) Hoger vezelvolumefractie, lage porositeit
(2) Gezondheid en veiligheid, schone en opgeruimde werkomgeving omdat de hars volledig is afgesloten.
(3) Verminder het gebruik van arbeid
(4) De boven- en onderkant van de constructiedelen zijn gegoten oppervlakken, waardoor ze gemakkelijk achteraf behandeld kunnen worden.
4. Belangrijkste nadelen:
(1) De mallen die samen worden gebruikt zijn duur, zwaar en relatief omvangrijk om een grotere druk te kunnen weerstaan.
(2) beperkt tot de vervaardiging van kleine onderdelen
(3) Er kunnen gemakkelijk onbevochtigde gebieden ontstaan, wat resulteert in een groot aantal schroot
5. Typische toepassingen: kleine en complexe spaceshuttle- en auto-onderdelen, treinstoelen.
Plaatsingstijd: 08-08-2024
