Metody wytwarzania kompozytów PDF

Preview

Summary

Notatki, WOiO....

Description

Metody wytwarzania kompozytów

1. Kompozyt Materiał konstrukcyjny składający się z co najmniej dwóch połączonych ze sobą materiałów wyjściowych. W jednym z nich "zatopione" są włókna wzmacniające z innego materiału o większej wytrzymałości mechanicznej. 2. Laminowanie Pokrywanie powierzchni laminatem w celu uzyskania większej odporności. Laminat - rodzaj kompozytu. • Laminowanie ręczne - Podstawowa metoda wytwarzania laminatów. Wyrób powstaje poprzez warstwowe układanie zbrojenia, które przesączane jest żywicą.

Etapy laminowania ręcznego:

1. Przygotowanie powierzchni formy.

2. Nakładanie powierzchni rozdzielającej.

3. Nakładanie żelkotu.

4. Laminowanie.

Zalety laminowania ręcznego:

- możliwość wykonania elementów o dowolnych kształtach i rozmiarach,

- niski koszt uruchomienia produkcji,

- krótki czas przygotowania modelu i formy,

- możliwość produkcji elementów z dodatkowymi wzmocnieniami i przekładkami,

- jest również opłacalne dla produkcji jednostkowej.

Wady laminowania ręcznego:

- powtarzalność jakości elementu,

- tolerancja grubości,

- wysoka masa elementu.

• Laminowanie przemysłowe Rodzaje: - laminowanie infuzyjne, - laminowanie próżniowe, - nawijanie, - Pultruzja, - Pullwinding, - Filament winding. • Laminowanie natryskowe – Polega na jednoczesnym nanoszeniu na powierzchnię gniazda formującego mieszaniny żywicy i włókien ciętych.

Zalety laminowania natryskowego:

- większa wydajność laminowania natryskowego od ręcznego, - możliwość wykonania elementów o dowolnych kształtach i rozmiarach, - niski koszt uruchomienia produkcji, - krótki czas przygotowania modelu i formy, - jest również opłacalne dla produkcji jednostkowej. Wady laminowania natryskowego:

- duża skłonność do powstawania pęcherzy, - powtarzalność jakości elementu, - tolerancja grubości, - wysoka masa elementu. • Laminowanie próżniowe - Jest to produkcja wyrobów w formie zamkniętej. Laminowanie próżniowe jest stosowane jeśli chcemy zwiększyć zawartość zbrojenia i odessać nadmiar żywicy w celu polepszenia własności mechanicznych lub gdy chcemy użyć sztywne materiały przekładkowe (pianki lub plastry miodu). Przebieg laminowania: 1. Przesycone zbrojenie układamy w formie, w ten sam sposób jak przy laminowaniu ręcznym. 2. Na ostatnią warstwę konstrukcyjną nakładamy tzw. delaminaż (tkaninę z włókien syntetycznych, szklanych, węglowych, maty szklane) który ułatwia późniejsze operacje (laminowanie, klejenie, obróbkę powierzchni) w ten sposób aby łatwo ją oderwać po

utwardzeniu się laminatu. Dzięki temu zabiegowi będzie można kontynuować dalsze czynności bez konieczności odtłuszczania, szlifowania czy matowienia powierzchni. 3. Następnie nakładamy folie perforowaną i matę oddychającą która przejmie nadmiar żywicy i umożliwi przedostanie się pęcherzyków powietrza po wytworzeniu się podciśnienia. 4. Na koniec nakłada się folię elastyczną/worek próżniowy lub płachtę z gumy. W celu uszczelnienia i utrzymania się podciśnienia, na krańcach formy przykleja się folię lub gumę kitem uszczelniającym lub taśmą dwustronną. Usunięcie powietrza i docisk uzyskujemy przy podciśnieniu wynoszącym około 0,3-0,9 bara. W większości przypadków, laminowanie próżniowe następuje w temperaturze pokojowej. W bardzo wymagających zastosowaniach używa się tzw. prepregów (zbrojenie preimpregnowane odpowiednimi żywicami które utwardzają się w podwyższonej temperaturze). W takiej sytuacji musimy osiągnąć temperaturę określoną przez producenta poprzez umieszczenie formy w tunelu do wygrzewania lub w komorze grzewczej.

Materiały: Materiały używane do zbrojenia tkaniny i taśmy na bazie szklanych, węglowych i syntetycznych włókien wszelkiego typu oraz ich kombinacje. Jeśli chodzi o żywice to używane są żywice poliestrowe lub epoksydowe. Elementy produkowane za pomocą tej technologii mogą być obustronnie gładkie a używając struktury przekładkowej cechują się wysoką zawartością zbrojenia w laminacie i mają świetne własności mechaniczne. • Laminowanie infuzyjne Proces infuzji zawiera połączenie elementów innych metod zamkniętych jak RTM i technologia worka próżniowego. W kolejnym etapie układana jest tzw. tkanina delaminacyjna (delaminaż) oraz specjalna siatka, która ma za zadanie ułatwić

swobodny napływ żywicy i przesączenie jej przez zbrojenie. W folii mocujemy doprowadzenie przewodem żywicy i odprowadzenie powietrza do pompy próżniowej. Infuzja jest podstawową technologią, która pozwala na wytwarzanie bardzo precyzyjnych i wytrzymałych elementów wykorzystywanych do budowy elementów konstrukcyjnych samochodów osobowych i ciężarowych, pociągów, lekkich jachtów a także elektrowni wiatrowych. Zbrojenie W tej metodzie możemy zastosować prawie każde zbrojenie takie jak np. szklane, aramidowe, węglowe czy hybrydowe z wykluczeniem typowych mat z włókien ciętych, które mogą skutecznie utrudniać swobodny napływ żywicy pod ciśnieniem. Żywica Przy infuzji stosuje się przede wszystkim żywice: poliestrowe, epoksydowe, ortoftalowe, winyloestrowe. Potrzebne jest aby żywica charakteryzowała się niską lepkością, aby mogła swobodnie i szybko przepływać i się przesączać. Jeśli mamy do pokrycia duże elementy lub o skomplikowanym kształcie, w dbałości o dokładność przesączenia wymagany jest dłuższy czas żelowania.

Wady i zalety laminowania infuzyjnego: Zalety: - struktury przekładkowe mogą być wykonywane jednorazowo, - możliwość formowania dużych elementów, - możliwość śledzenia przesączania zbrojenia, - niższy koszt formy w porównaniu z metodą RTM. Wady: - relatywnie skomplikowany proces do stosowania,

- nie przesączone powierzchnie w elemencie mogą prowadzić do braków, - długi czas przygotowywania materiałów do przeprowadzenia infuzji, mała wydajność 3. Nawijanie – filament Winding Nawijanie jest techniką wytwarzania kompozytów zazwyczaj w postaci struktur cylindrycznych. Polega ona na owijaniu włókien na obracający się trzpień przy jednoczesnym nasączaniu żywicą. Trzpień obraca się, podczas gdy prowadnica włókien porusza się poziomo, rozkładając włókna zgodnie z wymaganą strukturą. Gdy trzpień zostaje całkowicie pokryty odpowiednią grubością włókien, zostaje umieszczony w komorze grzewczej żeby utwardzić żywice. Kiedy żywica jest w pełni utwardzona, trzpień zostaje usunięty. Wyróżnia się trzy podstawie strategie nawijania: obwodowe (śrubowe), krzyżowe, planetarne. - Obwodowe - warstwa zbrojenia tworzona jest przez włókna nawijane pod kątem 90° w stosunku do osi rdzenia, każda pełna rotacja rdzenia powoduje przesuwanie warstwy o zdefiniowaną grubość pasma. Rdzeń obraca się wokół własnej osi a prawidłowe ułożenie warstw zapewnia posuw głowicy podającej roving tzw. karetki - Krzyżowe – warstwa zbrojenia tworzona jest przez włókna nawijane pod kątem mniejszym niż 90°. O kącie nawinięcia decyduje prędkość obrotów mandreli oraz prędkość przesuwu karetki. - Planetarne – warstwy zbrojenia nawijane są po długości elementu (południkowo) w kształcie ósemek. Ten rodzaj nawijania zwany również krzyżowo – pętelkowym stosuje się na elementach walcowych zakończonych dennicami. W praktyce na ogół stosuje się jednocześnie kilka strategii nawoju. Kąt i rodzaj nawoju decyduje o parametrach mechanicznych produktu. Czym większy kąt nawoju tym większa wytrzymałość obwodowa/poprzeczna elementu, czym kąt nawoju jest mniejszy tym większa wytrzymałość wzdłużna.

Metoda nawijania włókna wykorzystywana jest do wytwarzania elementów oraz konstrukcji kompozytowych z włókien ciągłych, pobieranych ze szpul w trakcie procesu nawijania.

Wady i zalety procesu: • Zalety : - Duża wytrzymałość wytwarzanych elementów - Możliwość wielokrotnego wykorzystania rdzeni(jeśli nie są „stracone”) • Wady : - Brak możliwości tworzenia elementów o dowolnym kształcie - Wysoki koszt maszyn potrzebnych do procesu produkcyjnego 4. Pultruzja Pultruzja – jest to metoda polegająca na przeciąganiu włókien w sposób ciągły, w celu wytworzenia profili kompozytowych o różnych kształtach i przekrojach (pełne, otwarte, zamknięte). • Proces pultruzji Składa się z kilku etapów przeciągania włókna: • Włókno przeciągane jest ze stelażu z nawojami przez system impregnujący żywicą, • Następnie przechodzi przez matrycę kształtującą oraz system grzewczy • Na końcu przeciągane jest przez urządzenie ciągnące gotowy profil i ucinane na odpowiednią długość • Wady i zalety

Wady : ▪ Wysokie koszty zakupu odpowiednich maszyn do procesu produkcyjnego Zalety : Wytwarzane elementy cechują się: ▪ Znakomitymi właściwościami mechanicznymi ▪ Doskonałą izolacją elektryczną i magnetyczną ▪ Odporne na działania kwasów i soli (nie ulegają korozji) ▪ Odporne na glony i insekty ▪ Mogą być zabarwione w masie na dowolny kolor • W procesie pultruzji wymagane są następujące komponenty: • Rama natykowa • Prowadnice formujące niedoprzęd • System impregnacji żywicą • Początkowa matryca • Matryca zasadnicza • System wentylacji (odprowadzenie styrenu i jego neutralizacja) • Wyciągarka i piła 5. Pullwinding Ta technologia jest rozwinięciem technologii pultruzji o oplot krzyżowy na jej zewnętrznej powierzchni. Włókna w pierwszej kolejności przeciągane są przez formy, a następnie jej zewnętrzna powierzchnia jest owijana tym samym rodzajem włókna tworząć oplot. • Wady i zalety

Zalety : - Wytwarzane elementy posiadają większą wytrzymałość mechaniczną niż elementy wytwarzane za pomocą technologii pultruzji Wady : - Wysoki koszt maszyn potrzebnych do procesu produkcyjnego o Brak możliwości wytwarzania elementów o dowolnym kształcie...