Промышленное оборудование для заправки автокондиционеров, вакуумной инфузии и формовки

Технологии изготовления композитов

Введение:

Для производства изделий из армирующих материалов: углеткани (карбона), кевлара, стеклоткани существует множество различных технологий (методов, способов). В зависимости от выбранного метода используется различное профессиональное оборудование и множество вспомогательных материалов. В данной статье мы постараемся описать преимущества и недостатки наиболее популярных и эффективных технологий, предоставить перечень материалов с оборудованием которое используется в зависимости от выбранной технологии.

1. Контактное (ручное) формование:

Одной из наиболее простых технологий изготовления композитов из армирующих материалов в технологическом плане является контактное формование в открытых формах.

Технология контактного формования заключается в следующем: на подготовленную определенным способом оснастку (матрицу) наносится кистью или распылителем защитно-декоративный слой (гелькоут). Гелькоут предназначен для формирования наружной поверхности будущего изделия. Как правило используется для подготовки поверхности изделия для дальнейшей окраски. Кроме того, гелькоут предохраняет изделие от пагубного влияния ультрафиолета, химически активных сред, воздействия воды. После высыхания гелькоута происходит формовка изделия. Вначале в матрицу укладывается предварительно раскроенный армирующий материал: стеклоткань, углеткань или другой тип наполнителя, выбор которого зависит от требований, предъявляемых к изделию. Затем, при помощи кисти или мягкого валика армирующий материал пропитывается связующим (смолой). Последний этап – прикатка еще не отвержденного ламината жестким валиком для удаления пузырьков воздуха из него. После отверждения, готовое изделие извлекается из формы и подвергается механической обработке: обрезка облоя - излишков пластика или отвержденной смолы по краям изделия; высверливание отверстий и т. д. 

Материалы:

Связующие: любые смолы - эпоксидные, полиэфирные, винилэфирные, фенольные и другие;

Армирующие материалы: углеткань, стеклоткань и др.

Заполнители: любые.

Преимущества:

  • Простота технологии;

  • Низкая стоимость, так как отсутствует сложное технологическое оборудование;

  • Широкий выбор материалов и их поставщиков.

Недостатки:

  • Высокая вероятность получения воздушных пузырей в изделии, что может быть следствием низкой прочности уже готового изделия;

  • Высокое содержание смолы в изделии, что увеличивает массу и снижает прочность;

  • Качество изделия напрямую зависит от квалификации исполнителя;

  • Низкая производительность;

  • Небезопасные условия труда.

2. Вакуумное формование:

Это технология производства композита, процесс которого аналогичен при контактном (открытому) формовании, но дополняется применением вспомогательных материалов (жертвенная ткань, вакуумная пленка) и источника остаточного давления (вакуумный насос). После пропитки армирующих материалов связующим на них укладываются вспомогательные материалы и покрывается вакуумной пленкой. В дальнейшем внутри вакуумного мешка создается остаточное давление которое способствует удалению излишков смолы и воздуха. Детали произведенные по этой технологии, отличаются высоким качеством (отсутствие воздушных пузырей), малой массой и высокой прочностью.

Материалы:

Связующие: в основном эпоксидные смолы;

Армирующие материалы: углеткань, стеклоткань и др.

Вспомогательные материалы: разделительная ткань, жертвенная ткань, вакуумная пленка, жгут герметизирующий;

Заполнители: любые.

Преимущества:

  • Лучшее сотношение волокно/связующее, что благоприятно сказывается на прочности и массе готового изделия;

  • Получение наиболее гладкой поверхности;

  • Отсутствие воздушных пузырей;

  • Лучшее пропитывание материалов;

Недостатки:

  • Увеличение номенклатуры материалов и соответственно увеличение себестоимости изготовления;

  • Более высокие требования к квалификации рабочих;

  • Небезопасные условия труда.

Вакуумная инфузия:

Технология вакуумной инфузии подразумевает собой доработанную технологию вакуумного формования, но основное отличие заключается в процессе пропитки материала. Если при вакуумном формовании пропитка материала осуществляется с помощью кисти или валика, а потом покрывается вакуумной пленкой и вакуумируется, то при вакуумной инфузии изначально делается вакуумной мешок с расположенном внутри материалом и пропитка осуществляется за счет создания вакуума внутри мешка. Данная технология является одной из самых популярных и может применяться при изготовлении практически любых изделий.

Материалы:

Связующие: в основном эпоксидные смолы;

Армирующие материалы: углеткань, стеклоткань и др.

Вспомогательные материалы: разделительная ткань, жертвенная ткань, вакуумная пленка, жгут герметизирующий, коннекторы, спиральная трубка;

Заполнители: любые.

Преимущества:

  • Лучшее сотношение волокно/связующее, что благоприятно сказывается на прочности и массе готового изделия;

  • Получение наиболее гладкой поверхности;

  • Отсутствие воздушных пузырей;

  • Лучшее пропитывание материалов;

  • Экономия связующего вещества (смолы);

  • Возможность изготовления больших изделий;

  • Минимальное взаимодействие с вредными веществами.

Недостатки:

  • Увеличение номенклатуры материалов и соответственно увеличение себестоимости изготовления;

  • Более высокие требования к квалификации рабочих;

  • Сложность разработки схемы пропитки при изготовлении крупногабаритных изделий;

  • Использование вакуумного оборудования.

Формование с подачей смолы (RTM - Resin Transfer Moulding):

Технология формования с подачей смолы заключается в следующем: на подготовленные части формы (верхнюю и нижнюю) наносится защитный слой гелькоут, после его высыхания в форму укладываются материалы и форма закрывается. В верхнюю часть формы подается связующее. Связующее может подаваться как под малым давлением, так и с применением вакуума. После пропитки материала отверстие подачи смолы закрывается. В основном используется при давлении, так как улучшается пропитываемость материала в разы.

Материалы:

Связующие: при отсутствие давления могут применяться любые смолы. При давлении в основном используются эпоксидные;

Армирующие материалы: углеткань, стеклоткань и др.

Заполнители: любые, кроме сотовых, так как при подаче смолы под давлением соты могут быть разрушены.

Преимущества:

  • Обе стороны изделия имеют гладкую поверхность с предварительно заданным рельефом;

  • Минимизированы отходы материалов;

  • Отсутствие воздушных пузырей;

  • Точные размеры и отличное воспроизводство изделий;

  • Лучшее пропитывание материалов;

  • Экономия связующего вещества (смолы);

  • Минимальное взаимодействие с вредными веществами;

  • Cокращение времени изготовления изделия в 3-5 раз;

  • Увеличение скорости оборачиваемости оснастки;

  • Уменьшение количества рабочих, снижение требований к квалификации при производстве.

Недостатки:

  • Повышенная наукоемкость при проектировании оснастки;

  • Высокие начальные инвестиции;

  • Основное применение технологии при серийном изготовлении;

  • Использование оборудования для создания давления.

Автоклавное формование:

Автоклав это герметичная емкость с открываемой крышкой, в автоклаве возможно создание большого избыточного давления и температуры. Технология автоклавного формования заключается в следующем: на подготовленную оснастку обработанную гелькоутом укладывается специальная ткань препрег - это композиционный материал полуфабрикат, который изначально пропитан связующим. Оснастка укладывается в вакуумный мешок и помещается в автоклав. К ней подводится вакуумная линия. Автоклав герметично закрывается, нагнетается избыточное давление 5 - 8 атмосфер и нагревают до 100 - 180 *С в зависимости от выбранного препрега. 

Автоклавное формование это самый дорогой способ изготовления композитов, но и полученные изделия имеют высокие прочностные характеристики. Как правило данная технология применяется при изготовлении специальных изделий в военной промышленности.

Материалы:

Армирующие материалы: препрег.

Вспомогательные материалы: жертвенная ткань, вакуумная пленка высокотемпературная, жгут герметизирующий, коннекторы;

Заполнители: При выкладке сэндвичей могут применятся любые заполнители, но они должны выдерживать высокие температуры, которые достигаются при отверждении..

Преимущества:

  • Лучшее сотношение волокно/связующее, что благоприятно сказывается на прочности и массе готового изделия; 

  • Получение наиболее гладкой поверхности;

  • Отсутствие воздушных пузырей;

  • Лучшее пропитывание материалов;

  • Экономия связующего вещества (смолы);

  • Отсутствие взаимодействия с вредными веществами.

Недостатки:

  • Высокая стоимость оборудования;

  • Высокая себестоимость изделий из-за затрат на электроэнергию (создание давления и температуры);

  • Длительность изготовления изделий высока, что усложняет серийное изготовление;

  • Габариты изделия напрямую зависят от габаритов применяемого автоклава. 

  • Более высокие требования к квалификации рабочих;

  • Высокая пожароопасность изза температуры, давления, кислорода.




февраль 15, 2016