Composietmaterialen worden allemaal gecombineerd met versterkende vezels en een kunststofmateriaal. De rol van hars in composietmaterialen is cruciaal. De keuze van de hars bepaalt een reeks karakteristieke procesparameters, enkele mechanische eigenschappen en functionaliteit (thermische eigenschappen, brandbaarheid, milieubestendigheid, enz.). De eigenschappen van de hars zijn ook een belangrijke factor voor het begrijpen van de mechanische eigenschappen van composietmaterialen. Wanneer de hars is geselecteerd, wordt automatisch het bereik bepaald dat het procesbereik en de eigenschappen van het composiet bepaalt. Thermohardende hars is een veelgebruikt harstype voor harsmatrixcomposieten vanwege de goede verwerkbaarheid. Thermohardende harsen zijn bij kamertemperatuur vrijwel uitsluitend vloeibaar of halfvast en lijken conceptueel meer op de monomeren waaruit de thermoplastische hars is opgebouwd dan op de thermoplastische hars zelf in de uiteindelijke toestand. Voordat thermohardende harsen worden uitgehard, kunnen ze in verschillende vormen worden verwerkt, maar eenmaal uitgehard met behulp van uithardingsmiddelen, initiatoren of warmte, kunnen ze niet meer opnieuw worden gevormd omdat er tijdens het uithardingsproces chemische bindingen worden gevormd. Kleine moleculen worden omgezet in driedimensionale, dwarsverbonden, stijve polymeren met een hoger moleculair gewicht.
Er bestaan veel soorten thermohardende harsen; fenolharsen worden het meest gebruikt.epoxyharsen, bis-paardenharsen, vinylharsen, fenolharsen, enz.
(1) Fenolhars is een vroege thermohardende hars met goede hechting, goede hittebestendigheid en diëlektrische eigenschappen na uitharding. De belangrijkste kenmerken zijn uitstekende vlamvertragende eigenschappen, een lage warmteafgifte, een lage rookdichtheid en een lage verbrandingssnelheid. De vrijgekomen gassen zijn minder giftig. De verwerkbaarheid is goed en de componenten van het composietmateriaal kunnen worden vervaardigd door middel van gieten, wikkelen, handmatig lamineren, spuiten en pultrusie. Een groot aantal composietmaterialen op basis van fenolhars wordt gebruikt in de interieurafwerking van civiele vliegtuigen.
(2)EpoxyharsEpoxyhars is een vroege harsmatrix die gebruikt wordt in vliegtuigconstructies. Het wordt gekenmerkt door een grote verscheidenheid aan materialen. Verschillende uithardingsmiddelen en versnellers maken een uithardingstemperatuurbereik van kamertemperatuur tot 180 °C mogelijk; het heeft hoge mechanische eigenschappen; een goede vezelcompatibiliteit; hitte- en vochtbestendigheid; uitstekende taaiheid; uitstekende verwerkbaarheid (goede dekking, matige harsviscositeit, goede vloeibaarheid, drukbereik, enz.); geschikt voor het volledig uitharden van grote componenten; goedkoop. Het goede vormproces en de uitstekende taaiheid van epoxyhars zorgen ervoor dat het een belangrijke positie inneemt in de harsmatrix van geavanceerde composietmaterialen.
(3)VinylharsVinylhars wordt erkend als een van de beste corrosiebestendige harsen. Het is bestand tegen de meeste zuren, basen, zoutoplossingen en sterke oplosmiddelen. Het wordt veel gebruikt in de papierindustrie, chemische industrie, elektronica, aardolie-industrie, opslag en transport, milieubescherming, scheepvaart en de auto-industrie. Het combineert de eigenschappen van onverzadigd polyester en epoxyhars, waardoor het zowel de uitstekende mechanische eigenschappen van epoxyhars als de goede verwerkbaarheid van onverzadigd polyester heeft. Naast een uitstekende corrosiebestendigheid heeft dit type hars ook een goede hittebestendigheid. Het omvat standaardvarianten, varianten voor hoge temperaturen, vlamvertragende varianten, slagvaste varianten en andere varianten. De toepassing van vinylhars in vezelversterkte kunststoffen (FRP) is voornamelijk gebaseerd op handmatig lamineren, met name in corrosiebestendige toepassingen. Met de ontwikkeling van SMC is de toepassing ervan op dit gebied ook aanzienlijk toegenomen.
(4) Gemodificeerde bismaleïmidehars (hierna bismaleïmidehars genoemd) is ontwikkeld om te voldoen aan de eisen van nieuwe gevechtsvliegtuigen voor composietharsmatrices. Deze eisen omvatten: grote componenten en complexe profielen bij 130 ℃, enz. Vergeleken met epoxyhars wordt Shuangma-hars voornamelijk gekenmerkt door een superieure vocht- en hittebestendigheid en een hoge bedrijfstemperatuur; het nadeel is dat de verwerkbaarheid niet zo goed is als bij epoxyhars en dat de uithardingstemperatuur hoog is (uitharding boven 185 ℃), en een temperatuur van 200 ℃ vereist, of een langdurige blootstelling aan een temperatuur boven 200 ℃.
(5) Cyanide (qing diakoestische) esterhars heeft een lage diëlektrische constante (2,8~3,2) en een extreem kleine diëlektrische verliesfactor (0,002~0,008), een hoge glasovergangstemperatuur (240~290℃), lage krimp, lage vochtabsorptie, uitstekende mechanische eigenschappen en hechtingseigenschappen, enz., en de verwerkingstechnologie ervan is vergelijkbaar met die van epoxyhars.
Momenteel worden cyanaatharsen hoofdzakelijk in drie toepassingen gebruikt: printplaten voor snelle digitale en hoogfrequente toepassingen, hoogwaardige golfgeleidende constructiematerialen en hoogwaardige structurele composietmaterialen voor de lucht- en ruimtevaart.
Simpel gezegd, de prestaties van epoxyhars hangen niet alleen af van de syntheseomstandigheden, maar vooral van de moleculaire structuur. De glycidylgroep in epoxyhars is een flexibel segment dat de viscositeit van de hars kan verlagen en de verwerkingsprestaties kan verbeteren, maar tegelijkertijd de hittebestendigheid van de uitgeharde hars kan verminderen. De belangrijkste benaderingen om de thermische en mechanische eigenschappen van uitgeharde epoxyharsen te verbeteren, zijn een laag moleculair gewicht en multifunctionalering om de crosslinkdichtheid te verhogen en rigide structuren te introduceren. De introductie van een rigide structuur leidt echter tot een afname van de oplosbaarheid en een toename van de viscositeit, wat resulteert in een afname van de verwerkingsprestaties van de epoxyhars. Het verbeteren van de temperatuurbestendigheid van het epoxyharsysteem is daarom een zeer belangrijk aspect. Vanuit het oogpunt van hars en uithardingsmiddel geldt: hoe meer functionele groepen, hoe groter de crosslinkdichtheid. Hoe hoger de Tg (glasovergangstemperatuur). Specifieke toepassing: gebruik multifunctionele epoxyhars of een multifunctioneel uithardingsmiddel en gebruik epoxyhars met een hoge zuiverheid. De meest gebruikte methode is het toevoegen van een bepaalde hoeveelheid o-methylacetaldehyde-epoxyhars aan het uithardingssysteem. Dit heeft een goed effect en is goedkoop. Hoe hoger het gemiddelde molecuulgewicht, hoe smaller de molecuulgewichtsverdeling en hoe hoger de Tg. Specifieke toepassing: Gebruik een multifunctionele epoxyhars of een uithardingsmiddel met een relatief uniforme molecuulgewichtsverdeling, of een andere methode.
Als hoogwaardige harsmatrix die als composietmatrix wordt gebruikt, moeten de verschillende eigenschappen, zoals verwerkbaarheid, thermofysische eigenschappen en mechanische eigenschappen, voldoen aan de eisen van praktische toepassingen. De verwerkbaarheid van de harsmatrix omvat oplosbaarheid in oplosmiddelen, smeltviscositeit (vloeibaarheid) en viscositeitsveranderingen, en de geltijd die verandert met de temperatuur (procesvenster). De samenstelling van de harsformulering en de keuze van de reactietemperatuur bepalen de chemische reactiekinetiek (uithardingssnelheid), de chemische reologische eigenschappen (viscositeit-temperatuur versus tijd) en de chemische reactiethermodynamica (exotherm). Verschillende processen stellen verschillende eisen aan de harsviscositeit. Over het algemeen is de harsviscositeit voor het wikkelproces ongeveer 500 cPs; voor het pultrusieproces is de harsviscositeit ongeveer 800-1200 cPs; voor het vacuümintroductieproces is de harsviscositeit over het algemeen ongeveer 300 cPs, en voor het RTM-proces kan deze hoger zijn, maar zal over het algemeen niet hoger zijn dan 800 cPs. Voor het prepreg-proces is een relatief hoge viscositeit vereist, doorgaans rond de 30.000 tot 50.000 cPs. Deze viscositeitseisen zijn uiteraard afhankelijk van de eigenschappen van het proces, de apparatuur en de materialen zelf, en zijn niet statisch. Over het algemeen geldt dat de viscositeit van de hars afneemt bij lagere temperaturen naarmate de temperatuur stijgt. Echter, naarmate de temperatuur stijgt, neemt ook de uithardingsreactie van de hars toe. Kinetisch gezien verdubbelt de reactiesnelheid bij elke temperatuurstijging van 10 °C. Deze benadering is nog steeds bruikbaar om te schatten wanneer de viscositeit van een reactief harssysteem een bepaald kritisch viscositeitspunt bereikt. Een harssysteem met een viscositeit van 200 cPs bij 100 °C heeft bijvoorbeeld 50 minuten nodig om zijn viscositeit te verhogen tot 1000 cPs. Hetzelfde harssysteem heeft vervolgens ongeveer 25 minuten nodig om zijn initiële viscositeit te verhogen van minder dan 200 cPs tot 1000 cPs bij 110 °C. Bij de selectie van procesparameters moet volledig rekening worden gehouden met de viscositeit en de geleringstijd. Bijvoorbeeld, bij het vacuüminjectieproces is het noodzakelijk ervoor te zorgen dat de viscositeit bij de bedrijfstemperatuur binnen het door het proces vereiste viscositeitsbereik ligt en dat de potlife van de hars bij deze temperatuur lang genoeg is om te garanderen dat de hars kan worden ingevoerd. Kortom, bij de keuze van het harstype in het injectieproces moet rekening worden gehouden met het geleringpunt, de vultijd en de temperatuur van het materiaal. Voor andere processen geldt een vergelijkbare situatie.
Tijdens het spuitgietproces bepalen de grootte en vorm van het onderdeel (de mal), het type versterking en de procesparameters de warmteoverdrachtssnelheid en de massaoverdracht. Hars hardt uit met exotherme warmte, die wordt gegenereerd door de vorming van chemische bindingen. Hoe meer chemische bindingen per volume-eenheid per tijdseenheid worden gevormd, hoe meer energie er vrijkomt. De warmteoverdrachtscoëfficiënten van harsen en hun polymeren zijn over het algemeen vrij laag. De snelheid waarmee warmte wordt afgevoerd tijdens de polymerisatie kan de snelheid waarmee warmte wordt gegenereerd niet bijbenen. Deze extra hoeveelheden warmte zorgen ervoor dat chemische reacties sneller verlopen, wat resulteert in een versnelde reactie die uiteindelijk leidt tot spanningsbreuk of degradatie van het onderdeel. Dit is met name het geval bij de productie van composietonderdelen met een grote dikte, en het is daarom van groot belang om het uithardingsproces te optimaliseren. Het probleem van lokale "temperatuuroverschrijding" veroorzaakt door de hoge exotherme snelheid van de prepreg-uitharding, en het verschil in toestand (zoals temperatuurverschil) tussen het globale en het lokale procesvenster, zijn allemaal te wijten aan de manier waarop het uithardingsproces wordt beheerst. De "temperatuuruniformiteit" in het onderdeel (vooral in de dikterichting) hangt af van de opstelling (of toepassing) van bepaalde "technologieën" in het "productiesysteem". Bij dunne onderdelen wordt veel warmte afgevoerd naar de omgeving, waardoor de temperatuur geleidelijk stijgt en het onderdeel soms niet volledig uithardt. In dat geval is extra warmte nodig om de uithardingsreactie te voltooien, oftewel continue verwarming.
De niet-autoclaafvormingstechnologie voor composietmaterialen is verwant aan de traditionele autoclaafvormingstechnologie. In brede zin kan elke vormmethode voor composietmaterialen die geen autoclaaf gebruikt, worden aangeduid als niet-autoclaafvormingstechnologie. Tot nu toe omvat de toepassing van niet-autoclaafvormingstechnologie in de lucht- en ruimtevaartsector voornamelijk de volgende richtingen: niet-autoclaaf prepreg-technologie, vloeistofvormtechnologie, prepreg-compressievormtechnologie, microgolfhardingstechnologie, elektronenbundelhardingstechnologie en vloeistofvormtechnologie met gebalanceerde druk. Van deze technologieën ligt de OoA (Out of Autoclave) prepreg-technologie het dichtst bij het traditionele autoclaafvormingsproces en heeft een brede basis voor zowel handmatige als automatische verwerkingsprocessen. Daarom wordt het beschouwd als een niet-geweven textieltechnologie die waarschijnlijk op grote schaal zal worden toegepast. Een belangrijke reden voor het gebruik van een autoclaaf voor hoogwaardige composietonderdelen is het creëren van voldoende druk op het prepreg, hoger dan de dampdruk van elk gas tijdens het uitharden, om de vorming van poriën te remmen. Dit is de grootste uitdaging bij OoA-prepreg die nog moet worden overwonnen. Of de porositeit van het onderdeel onder vacuümdruk kan worden beheerst en of de prestaties ervan die van in een autoclaaf uitgehard laminaat kunnen evenaren, is een belangrijk criterium voor de beoordeling van de kwaliteit van OoA-prepreg en het bijbehorende vormproces.
De ontwikkeling van OoA-prepregtechnologie is in eerste instantie voortgekomen uit de ontwikkeling van harsen. Er zijn drie belangrijke aspecten bij de ontwikkeling van harsen voor OoA-prepregs: ten eerste het beheersen van de porositeit van de gegoten onderdelen, bijvoorbeeld door gebruik te maken van additiereactie-uithardende harsen om de hoeveelheid vluchtige stoffen tijdens de uithardingsreactie te verminderen; ten tweede het verbeteren van de prestaties van de uitgeharde harsen om de harseigenschappen te bereiken die door het autoclaafproces worden gevormd, waaronder thermische en mechanische eigenschappen; ten derde het garanderen van een goede verwerkbaarheid van de prepreg, bijvoorbeeld door ervoor te zorgen dat de hars kan vloeien onder een drukgradiënt van atmosferische druk, een lange viscositeitslevensduur heeft en voldoende uithardingstijd bij kamertemperatuur, enzovoort. Fabrikanten van grondstoffen voeren materiaalonderzoek en -ontwikkeling uit op basis van specifieke ontwerpvereisten en procesmethoden. De belangrijkste aandachtspunten zijn: verbetering van de mechanische eigenschappen, verlenging van de uithardingstijd, verlaging van de uithardingstemperatuur en verbetering van de vocht- en hittebestendigheid. Sommige van deze prestatieverbeteringen zijn tegenstrijdig, zoals een hoge taaiheid en uitharding bij lage temperatuur. Het is essentieel om een evenwicht te vinden en alle aspecten in overweging te nemen!
Naast de ontwikkeling van harsen bevordert ook de productiemethode van prepreg de toepassingsmogelijkheden van OoA-prepreg. Uit onderzoek is gebleken dat vacuümkanalen in prepreg van groot belang zijn voor het maken van laminaten met nul porositeit. Vervolgonderzoek heeft aangetoond dat semi-geïmpregneerde prepregs de gasdoorlaatbaarheid effectief kunnen verbeteren. OoA-prepregs zijn semi-geïmpregneerd met hars, waarbij droge vezels als kanalen voor uitlaatgassen dienen. De gassen en vluchtige stoffen die vrijkomen tijdens het uitharden van het onderdeel kunnen via deze kanalen worden afgevoerd, waardoor de porositeit van het uiteindelijke onderdeel lager is dan 1%.
Het vacuümzakproces behoort tot de niet-autoclaafvormingsprocessen (OoA). Kort gezegd is het een vormproces waarbij het product tussen de mal en de vacuümzak wordt afgesloten en vervolgens onder druk wordt gezet door middel van vacuüm, waardoor het product compacter wordt en betere mechanische eigenschappen krijgt. Het belangrijkste productieproces is
Eerst wordt een lossingsmiddel of lossingsdoek aangebracht op de mal (of glasplaat). De prepreg wordt gecontroleerd volgens de normen voor de gebruikte prepreg, waarbij met name de oppervlaktedichtheid, het harsgehalte, de vluchtige stoffen en andere gegevens van de prepreg worden beoordeeld. De prepreg wordt op maat gesneden. Let bij het snijden op de vezelrichting. Over het algemeen mag de afwijking in de vezelrichting minder dan 1° zijn. Nummer elke eenheid en noteer het prepregnummer. Bij het aanbrengen van de lagen moeten deze strikt volgens de aangegeven volgorde op het aanbrengschema worden gelegd. De PE-folie of het lossingspapier moet in de richting van de vezels worden aangebracht en luchtbellen moeten in de richting van de vezels worden verwijderd. Met een schraper wordt de prepreg uitgespreid en zo goed mogelijk afgeschraapt om de lucht tussen de lagen te verwijderen. Soms is het nodig om prepregs aan elkaar te lassen. Dit moet in de richting van de vezels gebeuren. Bij het verbinden van de lagen moet er sprake zijn van overlapping en minimale overlapping, en de verbindingsnaden van elke laag moeten verspringend geplaatst worden. Over het algemeen is de verbindingsafstand van unidirectioneel prepreg als volgt: 1 mm; bij gevlochten prepreg is alleen overlapping toegestaan, geen verbinding, en de overlappingsbreedte is 10-15 mm. Vervolgens is het belangrijk om vacuüm voorverdichting toe te passen. De dikte van de voorverdichting varieert afhankelijk van de eisen. Het doel hiervan is om de in de lay-up opgesloten lucht en de vluchtige stoffen in het prepreg te verwijderen en zo de interne kwaliteit van het onderdeel te waarborgen. Daarna volgen het aanbrengen van hulpstoffen en het vacuüm verpakken. Het sealen en uitharden van de zakken: de uiteindelijke eis is dat er geen lucht kan ontsnappen. Let op: luchtlekkage treedt vaak op bij de kitnaad.
Wij produceren ookglasvezel direct roving,glasvezelmatten, glasvezelgaas, Engeweven glasvezelroving.
Neem contact met ons op:
Telefoonnummer: +8615823184699
Telefoonnummer: +8602367853804
Email:marketing@frp-cqdj.com
Geplaatst op: 23 mei 2022
