Внеавтоклавное производство композитов
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2010 г. ) |
Внеавтоклавное производство композитов является альтернативой традиционному процессу автоклавного (промышленного) отверждения под высоким давлением, обычно используемому производителями аэрокосмической промышленности для производства композитных материалов . Внеавтоклавный процесс (OOA) — это процесс, при котором достигается то же качество, что и в автоклаве, но с помощью другого процесса. [1] ООА-отверждение позволяет добиться желаемого содержания волокон и устранения пустот путем помещения пакета в закрытую форму и применения вакуума, давления и тепла другими способами, кроме автоклава. Пресс RTM — это типичный метод воздействия тепла и давления на закрытую форму. В настоящее время используется несколько внеавтоклавных технологий, включая трансферное формование смолы (RTM), трансферное формование смолы одинаковой квалификации (SQRTM), вакуумное трансферное формование смолы (VARTM) и формование жидкости со сбалансированным давлением. Самый передовой из этих процессов позволяет производить высокотехнологичные компоненты самолетов сетчатой формы.
Процессы
[ редактировать ]Трансферное формование смолы
[ редактировать ]Трансферное формование смолы (RTM) — метод изготовления высокотехнологичных композитных конструкций. Процесс RTM позволяет стабильно производить композитные детали с высокой прочностью, сложной геометрией, жесткими допусками по размерам и качеством деталей, обычно требуемым для аэрокосмической отрасли. RTM использует закрытую форму, обычно изготовленную из алюминия. В форму помещают «складку» волокон, например графита. Форму закрывают, герметизируют, нагревают и помещают под вакуум. Нагретая смола впрыскивается в форму для пропитки слоя волокна. Нагрев формы и нахождение под вакуумом, как при вакуумном трансферном формовании (VARTM), способствует течению смолы. Затем форму выдерживают при температуре, достаточной для отверждения смолы. Современная технология RTM позволяет производить легкие детали с превосходными механическими свойствами. Благодаря этим качествам композиционные материалы находят широкое применение в различных конструкционных и неконструктивных применениях, распространенных в аэрокосмической и авиационной промышленности. РТМ является одним из методов изготовления этих композитных структур. [1] [2]
Такое же квалифицированное литье из смолы
[ редактировать ]Технологическое трансферное формование из смолы (SQRTM) — это метод производства композитов в закрытой форме, аналогичный RTM (трансферное формование из смолы). «Та же квалифицированная» относится к этому методу, в котором используется та же смола, что и при укладке препрега. Признаки «одинаковой квалификации» важны для производителя, поскольку тем, кто применяет этот процесс, не нужно повторно квалифицировать полимерные материалы для своего производственного процесса. Что отличает SQRTM от стандартного трансферного формования смолы, так это замена препрега, а не заготовки из сухого волокна. [3]
SQRTM — это процесс RTM, адаптированный к технологии препрегов. Препрег помещается в закрытую форму, и во время цикла отверждения небольшое количество смолы впрыскивается в полость через отверстия, расположенные вокруг детали. Эта смола не проникает в ламинат, а лишь прижимается к краю ламината, чтобы создать гидростатическое давление на препрег, аналогично цели автоклавного отверждения. Это давление аналогично автоклаву, порядка 6-7 бар (90-100 фунтов на квадратный дюйм). Гидростатическое давление сводит к минимуму пустоты, удерживая растворенный воздух, воду и мономеры смолы в растворе смолы. Инструмент может быть либо самозажимным и самонагревающимся, либо нагретым и зажатым прессом. Оборудование состоит из инструмента, пресса, инжектора и вакуумного насоса. [4]
Ключевые факторы в процессе SQRTM включают прецизионную обработку закрытых пресс-форм, прессы высокого давления, высокий вакуум, применяемый внутри инструмента, а также точный контроль нагревательных плит, объема впрыскиваемой смолы, тепла и давления. [ нужна ссылка ]
Преимущества процесса SQRTM включают высокий уровень интеграции, жесткие допуски и использование квалифицированных препрегов. К его недостаткам относятся более высокие затраты на инструмент и более низкий уровень гибкости при внесении изменений в конструкцию. [5]
Вакуумное трансферное формование смолы
[ редактировать ]Вакуумное трансферное формование смолы (VARTM) отличается от обработки препрегов тем, что армирующие волокна и материалы сердцевины укладываются на одностороннюю форму и упаковываются в вакуумный пакет. Жидкая смола вводится через отверстия в форме и протягивается через армирующие элементы с помощью специальных каналов и инфузионной среды, которые облегчают смачивание волокон. Последующее отверждение не требует высокой температуры или высокого давления, в отличие от автоклава. Сравнительно дешевая оснастка этого процесса позволяет недорого производить большие и сложные детали за один прием. [1] например, хвост Mitsubishi Regional Jet . [6]
Литье жидкости со сбалансированным давлением
[ редактировать ]Формование под сбалансированным давлением с использованием жидкости в качестве теплопередачи коммерчески практикуется как «быстрый» процесс. Этот процесс позволяет отверждать, частично отверждать и соединять композиционные материалы . Этот процесс включает в себя технологию наполнения жидкостью, сбалансированного по давлению и нагреваемой плавающей формы. Технология нагреваемой плавающей формы, используемая в этом процессе, работает за счет быстрого воздействия тепла на ламинат, который зажат между свободно плавающей жесткой или полужесткой формой, которая плавает внутри и окружена теплопередающей жидкостью (HTF). Быстрый нагрев может привести к значительному снижению вязкости смолы, а это, в свою очередь, позволяет добиться полной консолидации ламината при более низком давлении, чем при использовании в автоклаве. Форма и ламинат отделяются от циркулирующей HTF гибкой мембраной. Деталь, обычно находящаяся в полном вакууме, подвергается давлению жидкости до 250 кПа и может быть быстро нагрета до желаемой температуры отверждения без риска катастрофической экзотермической реакции, поскольку HTF может отводить избыточное тепло по желанию. Затем воздух удаляют под вакуумом, ламинат уплотняют и нагревают до отверждения детали.
Гибкая мембрана под формой прикрепляется к камере давления, образуя нижнюю половину набора форм, напоминающего «раскладушку» или «камеру». Вторая гибкая мембрана прикреплена ко второй камере давления, образуя верхнюю половину раскладушки. Эти камеры давления сжимаются во время обработки, что позволяет сжимать ламинат, одновременно снижая нагрузку на форму, поскольку она плавает в среде со сбалансированным давлением внутри HTF.
В этом процессе могут использоваться термореактивные , термопластичные препреги (предварительно пропитанные композитные волокна) и влажная смола с сухим волокном для производства композитных деталей превосходного качества. Этот внеавтоклавный процесс позволяет достичь содержания пустот менее 2% для аэрокосмической отрасли при чрезвычайно коротком времени цикла, при значительно более низком давлении и меньших трудозатратах, чем во многих альтернативных системах автоклавного производства, в которых используются многие типичные препреги, пригодные для автоклавной обработки. Система быстрого выхода из автоклава уникальна тем, что в ней используется отверждение жидкостью со сбалансированным давлением при полном погружении и она позволяет пользователю остановить реакцию отверждения композита в любой момент цикла отверждения и, таким образом, может остановить обработку всего или части ламината и либо вернитесь к нему позже для полного отверждения, либо для совместного отверждения, присоединения и склеивания с ним других композитов для создания более крупных деталей.
Использование жидкости для контроля температуры, в отличие от газа, обычно используемого в таких методах, как отверждение в автоклаве и печи, означает более низкое потребление энергии , более быстрое время цикла и чрезвычайно точный контроль температуры детали.
Прессование препрега
[ редактировать ]Еще один неавтоклавный метод достижения внешнего сжатия композитных деталей на основе препрега — использование термоусадочной ленты. Однако этот метод не обеспечивает высокого качества процессов RTM или автоклавного процесса, поскольку без автоклава или закрытой формы деталь необходимо отверждать в печи без давления. Эти компрессионные ленты обычно изготавливаются из полиэфирной (ПЭТ) пленки. Термоусадочная лента наносится на композитную деталь перед циклом нагрева или отверждения. При нагреве лента будет сжиматься в линейном (машинном направлении). Термоусадочная лента лучше всего работает с деталями цилиндрического или полукруглого сечения, поскольку это позволяет ленте оказывать равномерное уплотняющее усилие на поверхность детали. Примерами могут служить композитные трубы для аэрокосмической промышленности, ветроэнергетики, потребительских спортивных товаров и т. д. Термоусадочная лента позволяет обрабатывать эти детали без необходимости отверждения под воздействием тепла и давления в автоклаве.
Библиография
[ редактировать ]- Роберт М. Джонс (1999). Механика композиционных материалов (2-е изд.). Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781560327127 .
- Аутар К. Кау (2005). Механика композиционных материалов (2-е изд.). КПР. ISBN 0-8493-1343-0 .
- Холлауэй, Леонард, изд. (1994). Справочник полимерных композитов для инженеров . Кембридж: Издательство Woodhead. ISBN 978-1-85573-129-5 . ОЛ 12000916М .
- Мэтьюз, Флорида, и Роулингс, Род-Айленд (1999). Композиционные материалы: техника и наука . Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 0-8493-0621-3 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «Качество автоклава за пределами автоклава?» . www.compositesworld.com . Проверено 02 июня 2021 г.
- ^ «Трансферное формование смолы» . www.bpf.co.uk. Проверено 02 июня 2021 г.
- ^ «SQRTM позволяет создавать детали чистой формы» . www.compositesworld.com . Проверено 02 июня 2021 г.
- ^ http://www.jeccomposites.com/news/features/rtm-infusion/highly-integrated-structure-manufactured-one-shot-prepreg-ud-tape Седрик Де Рувер и Бертран Ванегем, SABCA (опубликовано в январе – феврале). 2011 – Журнал JEC №62)
- ^ HPJ de Vries, Разработка типовых композитных коробчатых конструкций с препреговыми преформами и RTM , NLR-TP-2002-019, Национальная аэрокосмическая лаборатория NLR, Амстердам, январь 2002 г.
- ^ Перретт, Брэдли (27 октября 2014 г.). «Программа испытаний MRJ представлена как прототип» . Неделя авиации и космических технологий . Архивировано из оригинала 25 октября 2014 года . Проверено 25 октября 2014 г.