Композитное производство: Композитное производство

Содержание

Производство композитных и гибридных изделий

СЕРИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКТОРОВ РЕАКТОР

Применение:
Производство изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ)

  1. приготовление модульных однокомпонентных реакционноспособных смесевых композиций, готовых к использованию
  2. производство модульных однокомпонентных связующих составов
  3. производство модульных отверждающих систем

Краткое описание и состав оборудования:

Подготовительные реакторы обеспечивают качественное приготовление связующего состава и оснащаются:

  • емкость реактора с терморубашкой или бункером обогрева
  • мешалка с регулируемым электроприводом
  • система терморегуляции с принудительным охлаждением
  • горловина для ввода компонентов
  • система введения наполнителей
  • устройство вакуумирования
  • модуль подготовки воздуха и избыточного давления
  • дозирующие насосы
  • смотровое окно с подсветкой
  • аппликационный клапан
  • модуль взвешивания
  • шкаф управления, система контроля и автоматизации

Подготовительные реакторы применяются, как отдельная производственная единица, так и в комплексе с другим оборудованием, образуя отдельный производственный участок подготовки реакционноспособных связующих, а также раздельного приготовления специализированных связующих и отвердителей композиционных систем:

  • подготовительный(ые) реактор(ы)
  • автоматическая система заправки с устройством подъема крышки реактора
  • система весового контроля
  • вакуумный узел
  • дозирующий узел
  • печь для полимеризации
  • УФ-отверждение

Применение в комплексе с другим оборудованием:

Вариант 1. Один реактор и более:
приготовление многокомпонентной смесевой композиции для использования полученной системы в течение времени жизни. Подача связующего осуществляется посредством регулируемого избыточного давления в реакторе.

Вариант 2. Один реактор и более в комплексе с дозирующим устройством:
(а) приготовление однокомпонентного связующего состава в реакторе с дозируемой фасовкой в тару для последующего использования в качестве компонента А,
(б) приготовление отверждающей системы с дозируемой фасовкой в тару для последующего использования в качестве компонента Б,
(в) смешивание, дегазация, дозирование и подача приготовленных модульных компонентов А и Б в требуемом соотношении, автоматическое поддержание и контроль рабочих параметров с выводом на панель оператора.

Преимущества:

  • высокий уровень автоматизации процесса
  • автоматическая система дегазации подготавливаемых связующих и отверждающих систем
  • приготовление композиций как готовых к использованию, так и связующих и отверждающих систем по специальным рецептурам
  • введение наполнителей, в том числе абразивных
  • термостабилизация с возможностью принудительного охлаждения
  • электро- или водяной обогрев реактора/термошкаф
  • простота в использовании
  • удобство управления и очистки реакторов

от ракет до адронного коллайдера

Композитные материалы – легкие, сверхпрочные и термостойкие – основа современной авиации и космических технологий. В устройстве планера многих самолетов процент композитов сегодня достигает половины всех материалов. Колыбелью для большинства отечественных промышленных композитов является Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А. Г. Ромашина, входящее в Госкорпорацию Ростех. 

Что такое композитные материалы?

Композитом считается материал, включающий две и более составляющих. При этом свойства материалов, входящих в композит, комбинируются. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала. Использование композитов позволяет уменьшить массу изделия и улучшить его технические характеристики. Замена традиционных для авиации алюминия и титана на композиты – угле- и стеклопластики – тренд в отечественном авиастроении.

Композиты дороже металла и сложнее в производстве. Но такие плюсы, как легкость, прочность и термостойкость, с лихвой покрывают дополнительные расходы на создание композитов при серийном производстве. Кроме того, из композитных материалов можно делать цельные детали больших размеров, что особенно важно в создании космических аппаратов. Композитное производство сегодня переживает бурное развитие, и флагманом этого процесса в России является обнинское предприятие «Технология».

История «Технологии»

История обнинского научного центра начинается в 1959 году. Это был год революции на Кубе, американской выставки в Москве и поездки Хрущева в США. В это «оттепельное» время в Калужской области строится новый опытно-экспериментальный завод технического стекла. Страна, первой запустившая искусственный спутник, нуждалась в новых материалах для авиации и дальнейшего освоения космоса. Уже в 1962 году выпускается первая серийная продукция. В 1977 году сотрудники будущей «Технологии» работают над остеклением и теплозащитой орбитального корабля «Буран». В 1978 году предприятие получает свое современное название.


В начале 80-х обнинские композитные материалы прошли проверку экстремальными температурами планеты Венера на космических аппаратах «Венера-15» и «Венера-16». В 1994 году предприятию был присвоен статус Государственного научного центра РФ. В 90-е годы сотрудники «Технологии» успешно решили задачу модернизации ракеты-носителя «Протон», разработав крупногабаритные композиционные конструкции головного обтекателя. Это позволило снизить массу всей конструкции на полторы тонны. «Протон» − самая мощная и самая активно используемая на данный момент российская ракета, и работа по ее совершенствованию ведется до сих пор. Вывод в космос тонны груза по стоимости сопоставим с тонной золота. Поэтому любой килограмм, сэкономленный за счет композитных материалов, так ценен.

Углепластиковые агрегаты для ракет-носителей, при минимальном весе, имеют внушительные габариты – диаметр более 4 метров и площадь более 30 квадратных метров. Большой опыт работы с композитами позволил «Технологии» запустить в производство углепластиковые обтекатели для ракет-носителей «Протон», «Рокот», «Ангара», тепловые панели для самых современных спутников, детали и блоки для военных и гражданских самолетов.

Композиты в гражданской сфере

Для гражданской авиации на предприятии с 2010 года создаются композитные звукопоглощающие конструкции для двигателей самолетов нового поколения Sukhoi Superjet 100 и МС-21. Использование этих конструкций позволяет снизить шумность двигателей, что является требованием многих зарубежных аэродромов.

Если продолжить разговор о самой ожидаемой новинке гражданского авиапрома в России – авиалайнере МС-21 – то в конструкции этого самолета самая высокая доля углекомпозитных материалов – 35%. Крыло и некоторые другие элементы лайнера выполнены из полимерных композитов производства ОНПП «Технология». Сверхпрочное композитное крыло позволяет значительно улучшить аэродинамику и уменьшить расходы при эксплуатации лайнера на 12-15% по сравнению с существующими аналогами. Выход самолета в серийное производство был запланирован на 2017 год, но в связи с введением санкций прекратились поставки комплектующих, и выпуск был отложен. Сейчас идет активная работа по замене зарубежных материалов на отечественные разработки, в том числе и производства обнинского предприятия.


В 2018 году «Технологией» были подписаны первые контракты на поставку цельнокомпозитного одноместного самолета Т-500 сельскохозяйственного назначения. Благодаря использованию метода горячего формования самолет пригоден для применения в районах со сложными климатическими условиями. 

Если изначально композитные технологии создавались для нужд оборонной промышленности и освоения космоса, то сегодня композиционные материалы покоряют гражданский сектор. Изделия «Технологии» применяются в строительстве, транспорте, энергетике, машиностроении, медицине и других сферах.

Не только композиты

Специализация ОНПП «Технология» не ограничивается только производством композитов. На предприятии создано более 800 материалов для авиации и космонавтики, в том числе инновационная технология остекления кабины летательного аппарата с применением поликарбоната, за которую в 2018 году коллектив авторов получил премию Правительства РФ. Новая технология призвана обеспечить безопасность пилота при сверхзвуковых перегрузках.

Разработка большинства сложных оптических изделий в России происходит при участии обнинских ученых. На базе ОНПП «Технология» создаются фонари остекления для боевых самолетов и вертолетов, подводных лодок и батискафов. Ученые из Обнинска работали и над такими необычными изделиями, как кремлевские звезды или саркофаг для мавзолея Владимира Ленина.


В 2005 году ОНПП «Технология» создало новейший метод нанесения наноразмерных покрытий. При использовании такого нанесения улучшаются характеристики летательного аппарата, а кроме того, при сохранении оптической прозрачности стекла, пилоты защищены от вредоносных факторов.

Нанопокрытие состоит из тончайшего напыления золота и индий-олова. Каждый слой в тысячи раз тоньше человеческого волоса, и толщина его не превышает 20 нанометров. Нанопокрытие, не видное для глаза, снижает заметность самолета и защищает летчика от ультрафиолетового излучения. Такие стекла обладают повышенной прочностью и стойкостью к воздействию атмосферы. Эта технология используется в истребителях пятого поколения Су-57. Все композитные материалы самолета также производятся на ОНПП «Технология».

Международные проекты

Обнинские ученые принимают участие в международных научных проектах. Так, в 2004 году на предприятии были созданы уникальные углепластиковые опорные конструкции для Большого адронного коллайдера. Для реализации этой нетривиальной задачи ученым и инженерам из Обнинска пришлось обобщить весь имеющийся опыт в работе с композитами. Показателем уровня компетенции российских ученых можно считать тот факт, что никакое другое предприятие в мире не взялось обеспечить заявленные параметры. Обнинские специалисты справились с задачей.


В феврале 2019 года с космодрома Байконур был запущен египетский спутник EgyptSat-A, бескаркасный корпус для которого был создан в Обнинске. Технология бескаркасного строительства позволяет значительно сократить процесс сборки спутника и, что не менее важно, уменьшить его вес на 15%.

Другим ярким международным проектом является участие ОНПП «Технология» в совместной российско-европейской миссии «ЭкзоМарс-2020» по исследованию Красной планеты. В рамках проекта Россия готовит десантный модуль и посадочную платформу. Защитит модуль при вхождении в марсианскую атмосферу специальный экран из «космического» композита – легкого и прочного материала, который называется стеклосотопласт. Такой материал выдерживает сильную вибрацию, экстремальные температуры и при этом мало весит.

За более чем 50-летнюю историю существования ОНПП «Технология» стало крупнейшим центром по изучению современных неметаллических материалов. Сегодня перед предприятием стоят задачи по импортозамещению и увеличению доли гражданской продукции, с которыми оно успешно справляется. Созданные обнинскими учеными инновационные материалы и технологии изготовления композитов являются самыми передовыми в мире.

Композитное производство арматуры в СПб

Прибыль

200 000 ₽/мес

Город

Санкт-Петербург

Окупаемость

9 мес.

Прибыль

200 000 ₽/мес

Обороты

1 200 000 ₽

Метро

Улица Дыбенко

Расходы

1 000 000 ₽

Основная информация о бизнесе

Производство расположено на первом этаже отдельно стоящего здания. Территория находится под круглосуточной охраной. Площадь помещения 320 кв.м.

Конкурентоспособное прибыльное производство. Укомплектованный штат квалифицированных сотрудников. Действующие договоры с поставщиками сырья и покупателями. 

Производство не требует дополнительных инвестиций.  Продавец готов в течение первого месяца оказывать новому собственнику консультационную поддержку. Заключение договора аренды с новым собственником бизнеса на прежних условиях. Передача ТМЦ и документации в полном объеме по официальному акту.

Расположение

Рядом со станцией метро ул.Дыбенко

Узнать адрес

Организационно-правовая форма

ООО (передается)

Информация о помещении

Производство находится в отдельно стоящем здании на охраняемой территории.

Площадь
По запросу
Аренда
55000
Договор аренды
11 месяцев с пролонгацией
Коммунальные услуги
20000
Средства производства

Для организации процесса производства есть все необходимое:

  • Линия для производства арматуры
  • Автоматический бухтователь
  • Лаборатория с оборудованием
  • Складская техника
  • Система вентиляции
Нематериальные активы
  • Действующий интернет сайт
  • Действующие сертификаты, лицензии и разрешения
  • Электричество 30 кВт
Персонал

Полностью укомплектованный штат состоящий из 4 сотрудников

Документы

Все документы в наличии и готовы к проверке

Дополнительная информация

Действующее рентабельное производство по реальной цене. 

Сколтех запатентовал композитное волокно для 3D-печати прочнейших моделей в домашних условиях

Обычный пластик для 3D-печати методом послойного наплавления (FDM) обладает рядом недостатков, включая сравнительно низкую прочность изделий. Увеличить прочность можно за счёт использования композитных материалов, но это будет накладно. Исследователи из Сколтеха придумали принципиально новое «слоистое» композитное волокно для FDM-печати на обычных настольных 3D-принтерах, которое не разорит владельцев и позволит печатать прочнейшие модели.

Новый материал представляет собой волокно из двух или большего числа слоёв. Внутренний слой — сердечник — изготовлен из армированного короткими волокнами композита, а внешний слой — оболочка — армируется графеном. Поскольку графена используется немного, это не увеличит стоимость материала, зато армированный графеном пластик равномерно покроет материал сердечника. Это важно, поскольку короткие волокна в структуре сердечника придают материалу высокие абразивные свойства. Как минимум, такую модель будет сложно обрабатывать.

Использование волокна с вкраплением графена в оболочку открывает возможность задействовать в качестве коротких армирующих волокон более дешёвое стекловолокно, а не углеродные волокна. Это поможет удержать стоимость композитного материала на низком уровне, не принося в жертву прочность.

В пресс-релизе на сайте Сколтеха говорится: «Технология изготовления коаксиального волокна может использоваться в различных термопластичных и в том числе высокотемпературных полимерах, например, PEEK. Кроме того, используя другие типы добавок, можно улучшить жесткость, ударопрочность, защиту от влаги, антистатические свойства, биосовместимость и другие важные характеристики материала».

Ожидается, что новый материал отлично подойдёт для печати деталей крепежа, оснастки и составных частей для производства автомобилей, мотоциклов и велосипедов, экзоскелетов, протезов, робототехники и многого другого. Для коммерческого продвижения разработки создан стартап Novaprint 3D.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

TEN composites из «ТехноСпарка» изготовил сложную композитную матрицу для производства дронов — Пресс-центр

Поставщик композитных решений TEN composites (входит в Группу компаний «ТехноСпарк» инвестиционной сети Фонда инфраструктурных и образовательных программ Группы РОСНАНО) изготовил на заказ высокотемпературную композитную матрицу сложной формы для производства корпусов беспилотников большой дальности.

Изготовленная TEN composites матрица позволит заказчику — компании Aeroxo — серийно производить карбоновые корпуса беспилотных летательных аппаратов ERA-56. Aeroxo проектирует и производит БПЛА, ERA-56 — это новая модель с размахом крыла 3,5 метра, длиной 2 метра и дальностью полета до 350 км.

Для этого аппарата компания Aeroxo разработала монолитный корпус сложной конфигурации со множеством острых внутренних углов, который предполагается изготавливать из усиленного карбона. Чтобы производить такой корпус серийно, необходима многоразовая термоустойчивая матрица, которую и сделала компания TEN composites.

«Мы поставили перед TEN composites сверхсложную задачу. Разработка и изготовление такой матрицы — трудоемкий процесс, требующий точных расчетов и большого опыта работы с материалом, а также современного оборудования. Но мы хорошо знали возможности и потенциал этой компании, так как уже сотрудничали с ней. Наши ожидания оправдались. В разумные сроки мы получили именно такую матрицу, которую хотели, без упрощений и вынужденных изменений, при этом нам не пришлось расширять собственное производство. На этой матрице мы можем изготовить до 100 корпусов», — рассказал коммерческий директор Aeroxo Олег Махонин.

Инженеры-конструкторы TEN composites и Aeroxo совместно разработали 3D-модель оснастки для последующего изготовления высокотемпературной композитной матрицы, которая позволяет воспроизводить сложный корпус в полном соответствии с конструкторской документацией. Матрица имеет сверхлегкий сердечник из специального пенопласта, выполняющий роль каркаса, выдерживает сильный нагрев в автоклаве под давлением и многократное механическое воздействие.

Справка

Фонд инфраструктурных и образовательных программ — один из крупнейших институтов развития инновационной инфраструктуры в России. Создан на основании закона «О реорганизации Российской корпорации нанотехнологий» в 2010 году.

Цель деятельности Фонда — финансовое и нефинансовое развитие нанотехнологического и других высокотехнологичных секторов экономики путем реализации национальных проектов, формирования и развития инновационной инфраструктуры, трансформации дополнительного образования через создание новых учебных программ и образовательных технологий, оказания институциональной и информационной поддержки, способствующей выведению на рынок технологических решений и готовых продуктов, в том числе в области сквозных цифровых технологий.

Председателем Правления Фонда, как коллегиального органа управления, является Председатель Правления ООО «УК «РОСНАНО» Сергей Куликов.

Подробнее о Фонде — fiop.site

* * *

Группа «ТехноСпарк» входит в инвестиционную сеть Фонда инфраструктурных и образовательных программ Группы «РОСНАНО». «ТехноСпарк» — это компания, которая создает с нуля и выращивает технологические стартапы в различных индустриях.

«ТехноСпарк» в 2016-2020 годах признавался самым эффективным технопарком России, входит в Национальный рейтинг российских быстрорастущих компаний «ТехУспех». С 2012 года компания работает в модели стартап-студии и создает десятки стартапов, строящих свой бизнес в deep tech технологиях в партнерстве с ведущими R&D-центрами и технологическими корпорациями. Группа компаний формирует открытое контрактное производство полного цикла для разработки и выпуска высокотехнологичных продуктов.

Также «ТехноСпарк» занимается развитием предпринимательских компетенций и проводит стажировку #стартапдиплом в реальных компаниях стартап-студии.

Подробнее о компании — technospark.ru

* * *

Aeroxo — российский разработчик и производитель БПЛА типа конвертопланов для многоцелевого применения, в том числе неавиационного исполнения. В 2019 году одна из разработок компании — «ЭРА авиабайк» — вошла в число победителей первых трех этапов конкурса Boeing Go Fly Challenge. Матрицы для этого аппарата также изготавливала компания TEN composites.

Подробнее о компании — aeroxo.com

* * *

TEN composites — квалифицированный поставщик композитных решений, осуществляет разработку и производство из различных типов композитов под ключ. Компания занимается разработкой технических условий по ГОСТ, дизайном композитных изделий, инжинирингом, регулярным производством, осуществляет менеджмент качества, сертификацию, а также обслуживание изделий из полимерных композитных материалов. Входит в TEN group — контрактные бизнесы «ТехноСпарка», оказывающие производственные услуги полного цикла.

Подробнее о компании — tencomposites.ru

Композитное производство на КАПО им.Горбунова даст первую продукцию через 2 года

На базе КАПО им.Горбунова будет создано совместное производство по производству композитных деталей механизации крыла.

Новое производство композитных деталей механизации крыла на базе КАПО им.Горбунова даст первую продукцию в конце 2012 — начале 2013 года. Об этом сегодня сообщил журналистам президент ЗАО «Аэрокомпозит» Анатолий Гайданский на пресс-конференции в рамках выставки «АКТО-2010».

Сегодня в ходе работы выставки между Правительством Татарстана, Объединенной авиастроительной корпорацией и ЗАО «Аэрокомпозит» было подписано соглашение об организации на базе казанского авиастроительного завода производства изделий из композиционных материалов.

Подписи под документом в присутствии Президента Татарстана Рустама Минниханова поставили Премьер-министр республики Ильдар Халиков, президент ОАК Алексей Федоров и президент ЗАО «Аэрокомпозит» Анатолий Гайданский.

Как сообщил журналистам А.Гайданский, новое производство будет создано на КАПО им.Горбунова в виде совместного предприятия, учредителями которого выступят дочерняя компания ОАК, компании «Сухой» и группы компаний «Прогресстех» — ЗАО «Аэрокомпозит» и австрийская компания Fischer Composite. «Аэрокомпозиту» будет принадлежать контрольный пакет акций нового СП.

На совместном предприятии планируется выпускать детали механизации крыла из композитных материалов. Эти детали будут поставлять на другое предприятие «Аэрокомпозита» — на авиазавод в Ульяновске, где будет осуществляться окончательная сборка всего крыла. По оценке А.Гайданского, механизация крыла по стоимости может составить 30-40 процентов всей его стоимости.

Новое СП будет выпускать детали для самолета «Сухой Суперджет-100» и перспективного лайнера МС-21. Кроме того, австрийский партнер «Аэрокомпозита» обязался привести на казанское СП заказы зарубежных производителей авиационной техники, в том числе Boeing и Airbus.

Регистрацию совместного предприятия планируется завершить в сентябре нынешнего года, а первую продукцию ожидается получить в конце 2012 — начале 2013 года. На проектную мощность СП должно выйти в 2016-2017 годах — его выручка должна достигнуть 200 миллионов долларов. Ежегодно в Казани предполагается выпускать механизацию для 60 самолетов SSJ-100 и для такого же количества МС-21.

Закупать сырье для композитных деталей первоначально предполагается за рубежом, но когда в России появится аналогичная продукция местного производства, СП будет переориентировано на нее.

Авторские права на данный материал принадлежат информационному агентству «Татар-информ». Цель включения данного материала в дайджест — сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.

Завод композитов

Одним из наиболее востребованных видов продукции, выпускаемых АО «Флотенк», являются композитные профили. Их производит наш завод композитно-полимерных изделий под Санкт-Петербургом, оснащенный современным оборудованием, позволяющим изготавливать изделия самого высокого качества с минимальными затратами и, соответственно, по наиболее приемлемым ценам.

Преимущества композитных изделий от компании «Флотенк»

Наши заводы, работающие с композитными материалами, обеспечивают превосходное качество выпускаемой продукции. Стеклопластиковые профили по большинству своих технических и эксплуатационных характеристик ничем не уступают аналогичной продукции, выпускаемой из стали, а по многим параметрам ее превосходят.

Сравнение конструкций из металла с композитными

Фактор Конструкции из металла Конструкции из стеклопластика
Безопасность Падения в результате поскальзывания являются основной причиной травматизма на производстве. Противоскользящие поверхности пластикового настила значительно снижают возможность возникновения несчастного случая.
Монтаж конструкции Для установки металлических конструкций необходимо мощное грузоподъемное оборудование, дополнительные затраты рабочей силы на резку, сварку, окраску и обработку кромок конструкций. Композитные конструкции не требуют мощного грузоподъемного оборудования. Для их установки необходимо минимальное количество трудозатрат. Конструкции из стеклопластика не требуют окраски и обработки кромок.
Обслуживание конструкции В агрессивных средах металлические конструкции требуют интенсивного обслуживания и часто разрушаются после нескольких лет эксплуатации. Конструкции из стеклопластика имеют большой срок эксплуатации и требуют минимального обслуживания.

Сравнительные характеристики различных материалов

Характеристика Стеклопластик ПВХ Дерево (сосна) Алюминиевые сплавы Нержавеющая сталь
Плотность, кг/см3 1,6…1,9 1,3…1,43 0,3…0,7 (0,52) 2,7 7,7…7,9
Модуль упругости, ГПа 17…22* 2,0…2,7 7…12 (11) 70 210
Предел прочности при растяжении, МПа 170…227* 4…7** 130* (83*) 100** 200…226**
Коэффициент линейного термического расширения, 10-6/К 0,5 … 8 50 2,7…5 19,6…26,9 11,9…15
Теплопроводность, Вт/К*м 0,58 0,13…1,63 0,1…0,23 201,3…221 17,5…58

Примечания
* — свойство материала вдоль волокон;
** — для металлов и ПВХ предел текучести

Таблица характеристик композитного профиля

Механические свойства (стандарт EN ISO 527)
Предел прочности при растяжении (вдоль волокон) МПа 226,9
Предел прочности при растяжении (поперёк волокон) МПа 51,6
Модуль упругости при растяжении (вдоль волокон) ГПа 17,2
Модуль упругости при растяжении (поперёк волокон) ГПа 5,5
Предел прочности при сжатии (вдоль волокон) МПа 226,9
Предел прочности при сжатии (поперёк волокон) МПа 113,4
Модуль упругости при сжатии (вдоль волокон) ГПа 20,6
Модуль упругости при сжатии (поперёк волокон) ГПа 6,9
Предел прочности при изгибе (вдоль волокон) МПа 226,9
Предел прочности при изгибе (поперёк волокон) МПа 75,6
Модуль упругости при изгибе (вдоль волокон) ГПа 11
Модуль упругости при изгибе (поперёк волокон) ГПа 5,5
Модуль упругости ГПа 19,2-22,0
Модуль сдвига ГПа 2,9
Коэффициент Пуассона (вдоль волокон) мм/мм 0,35

Технология производства композитных изделий

Заводы по производству композитных материалов нашей компании выпускают композитные изделия в широком ассортименте по технологии пултрузии. Производственные линии включают в себя системы подачи волокна, полимерные ванны, преформовочные устройства, фильеры, а также синхронизированную тянущую и отрезную машины.

На первом этапе производства полимерно-композитных конструкций нити стекловолокна проходят через полимерную ванну. В качестве связующего наша компания использует различные смолы (полиэфирные, акриловые, виниловые и т.д.), которые и придают готовым изделиям требуемые свойства. Далее на заводе композитных изделий пропитанные волокна поступают в так называемую префоромовочную машину. В ней будущему профилю придается необходимая геометрическая конфигурация. После этого полученный полуфабрикат пропускается через фильеру, нагретую до определенной температуры. В ней происходит полимеризация смолы.

Прохождение пропитанного стекловолокна по технологической цепочке на наших заводах композитных материалов осуществляется с использованием синхронизированных тянущих машин. Они же подают изготовленный профиль на машины отрезные, которые раскраивают его на отрезки определенной длины. После этого на заводах композитных технологий «Флотенк» происходит упаковка продукции, и она оказывается готовой для поставки потребителям

Разновидности композитных изделий

На наших заводах полимерных композитов на настоящий момент выпускаются следующие разновидности профилей:

Уголок; Двутавр; Швеллер; Круглая труба; Квадратная труба; Прямоугольная труба; Рифленая труба; Поручень.

Кроме того, мы производим композитные пластины и настилы, отбойники, кабель-каналы, арматуру, лестницы, профили для дачи, звукопоглощающие профили и дорожные ограждения.

Заводы по производству композитной арматуры и профилей компании «Флотенк» выпускают изделия, обладающие абсолютной коррозионной стойкостью, совсем небольшим удельным весом и высокой механической прочностью. Они являются диэлектриками, обладают электромагнитной прозрачностью и очень низкой теплопроводностью. Монтаж наших профилей обеспечивается при помощи болтовых и клеевых соединений, осуществляется быстро и просто.

На нашем санкт-петербургском и уральском заводе композитной арматуры может быть изготовлен стеклопластиковый профиль практически любой конфигурации под заказ. Что же касается стоимости этих конструкционных материалов, то она минимальна, поскольку мы являемся их производителями. Следует также заметить, что все заказы выполняются нами строго в оговоренные сроки.

Производство композитов — Блог об аэрокосмической инженерииБлог об аэрокосмической технике

На протяжении последних четырех десятилетий использование армированных волокном пластиков (FRP) в инженерных сооружениях неуклонно расширялось: от спортивного оборудования и высокопроизводительных гоночных автомобилей до вертолетов и, в последнее время, коммерческих самолетов. Композиционные материалы, по сути, представляют собой комбинацию двух или более разнородных материалов, которые используются вместе, чтобы объединить лучшие свойства или придать новый набор характеристик, которых ни один из составляющих материалов не может достичь сам по себе.Инженерные композиты обычно состоят из отдельных слоев, которые имеют форму непрерывных прямых волокон (например, углеродных, стеклянных, арамидных и т. Д.), Внедренных в матрицу основного полимера (например, фенола, полиэфира, эпоксидной смолы и т. Д.), Которые являются ламинированный слой за слоем, чтобы создать окончательный материал / структуру.

Что касается производства современных армированных волокном композитных материалов, то наиболее важным аспектом, который следует признать, является то, что материал и структура создаются одновременно.Следовательно, любые дефекты, возникающие в процессе производства, напрямую влияют на прочность и жесткость материала и конструкции. Каждая мелочь важна.

За последние 40 лет было разработано большое количество процессов производства композитов, включая: контактное формование, компрессионное формование, формование вакуумных пакетов / автоклавов, ротационное формование, формование с переносом смолы (RTM), обертывание лентой, намотку нитей, пултрузию, расширяющуюся камеру. молдинг и т. д.Все эти процессы имеют несколько общих характеристик; армирующие элементы приводятся в требуемую форму в инструменте или форме, смола и волокна сводятся вместе, возможно, при повышенной температуре и давлении для отверждения смолы, и формовка отделяется от детали после отверждения смолы. Различные методы изготовления можно классифицировать как , прямые процессы (например, RTM, пултрузия, контактное формование), в которых используются отдельные волокна и смола, соединенные вместе в точке формования, или как непрямые процессы , в которых используются волокна, предварительно пропитанные смолой ( например.вакуумный мешок / автоклавное формование, компрессионное формование).

Выбор производственного процесса, естественно, будет иметь большое влияние на качество, механические свойства и стоимость изготовления компонента. Согласно Поттеру (1996), идеальный процесс можно определить как имеющий:

  1. Высокая производительность — короткое время цикла, низкая трудоемкость и т. Д.
  2. Минимальные затраты на материалы — материалы с низкой добавленной стоимостью, низкие затраты на хранение и транспортировку материалов
  3. Максимальная геометрическая гибкость — сложность формы и размер детали
  4. Максимальная гибкость свойств — диапазон матриц, диапазон типов армирования, возможность управления механическими свойствами и индивидуальные характеристики
  5. Минимальные требования к отделке — изготовление формы сетки
  6. Надежное и качественное производство — низкий процент брака, низкая вариабельность и т. Д.

Не существует производственного процесса, который бы одновременно отвечал всем этим требованиям; самое главное, некоторые из этих требований могут быть взаимоисключающими. Ниже показано сравнение 5 наиболее распространенных процессов.

Сравнение технологий производства композитов (1)

Контактное формование

Схема формования контактов

(1)

Это старейший и наиболее примитивный производственный процесс, но также наиболее широко используемый во всем мире.При контакте формовочная смола вручную наносится на сухую арматуру, помещенную на поверхность инструмента, и это можно сравнить с приклеиванием обоев с помощью кисти. Затем инструмент и ткань закрываются вакуумным мешком, и воздух из-под мешка удаляется для отверждения ламината при атмосферном давлении. Однако, поскольку прилагаемое давление относительно низкое и отверждение обычно происходит при комнатной температуре, объемная доля арматуры ограничивается естественной плотностью упаковки. Кроме того, качество полностью зависит от квалификации персонала, и из-за сложности надежного обеспечения высококачественного ламината практически невозможно квалифицировать конструктивные элементы контактного формования для коммерческих самолетов.Наконец, из-за ограниченного внешнего давления пористость трудно контролировать, что сильно влияет на вариабельность толщины ламината.

Корабль HMS Wilton, усиленный пластиком (2)

С другой стороны, процесс очень гибкий, идеально подходит для разового производства и требует минимальной инфраструктуры. Хотя контактное формование является предпочтительным процессом для очень больших конструкций, геометрическая гибкость более ограничена с точки зрения создания деталей с мелкими деталями, радиусами углов и т. Д.По этой причине этот процесс широко используется в судостроении из стекловолокна / полиэфирной смолы и для планеров.

В перем. Мешок / автоклав

Укладка препрега для автоклавного отверждения (1)

В современных композитах автоклавные процессы являются наиболее широко используемыми, а автоклавное формование является предпочтительным процессом для аэрокосмической промышленности. В этих процессах используются предварительно пропитанные однонаправленные слои или тканые ткани, которые были частично отверждены или подвергнуты бета-стадии.Одним из недостатков является то, что pre-preg должен храниться в морозильной камере, чтобы не допустить улетучивания смолы. Множественные слои препрега укладываются на поверхность инструмента с заранее заданной ориентацией волокон для получения необходимой толщины, а затем покрываются разделительной пленкой, дышащей тканью и вакуумным мешком или силиконовым мешком под давлением. Воздух вытягивается из мешка для создания вакуума, а инструмент нагревается при повышенной температуре и давлении для отверждения смолы. В принципе, несколько циклов извлечения из формы выполняются путем покрытия ламината и применения вакуума после каждых 3-4 слоев, чтобы удалить лишний воздух между слоями.Это снижает коэффициент пухлости и помогает предотвратить расслоение между слоями и контролирует размер толщины. Регулярные циклы извлечения из формы и достаточное гидростатическое давление на деталь во время отверждения — два основных требования для получения хороших форм. Производительность автоклавного формования, как правило, довольно низкая, поскольку ручные циклы укладки, упаковки в пакеты и извлечения из формы требуют значительных затрат труда и времени. Более того, капитальные затраты на автоклавы огромны, что ограничивает их использование более крупными конструкциями, где эти затраты оправданы.Поскольку pre-preg больше не находится в состоянии с низкой добавленной стоимостью, затраты на материалы также выше.

Сэндвич с сотовой структурой с предварительной пропиткой для автоклавного отверждения (1)

Геометрическая гибкость по форме и размеру лучше, чем для большинства процессов. В последнее время стало возможным изготавливать весь пол вертолета как одно целое, что было бы невозможно при металлическом подходе. Формованные детали для автоклавов часто используются в сочетании с сотовыми заполнителями, так что можно изготавливать очень легкие компоненты.Это одна из причин, по которой доминирование формованных изделий для автоклавов, вероятно, сохранится в ближайшем будущем, по крайней мере, в аэрокосмической среде.

Намотка накала

Схема процесса намотки нити (1)

При намотке нитей жгут волокон пропускают через ванну со смолой и наматывают на вращающуюся оправку, перемещаясь в продольном направлении вдоль оси вращающейся оправки.Если не используются липкие предварительно пропитанные жгуты волокна, путь, по которому следует жгут, должен точно следовать геодезическому пути (пути волокна, которые не вызывают проскальзывания волокон при натяжении). Любой простой спиральный путь на цилиндре определяется как геодезический путь, но как только вводится кривизна в двух направлениях (например, глобус), количество возможных путей становится очень ограниченным. По этой причине гибкость свойств довольно ограничена, так что обмотка накала обычно используется для изготовления трубопроводов, сосудов высокого давления и ракетных двигателей.В частности, сосуды высокого давления подходят для намотки нити, поскольку они имеют два четко определенных направления напряжений (кольцевые и продольные напряжения), которые могут согласовываться с направлением намотки.

Одним из недостатков намотки с нитью является то, что оправка часто находится внутри обмотки. Если в качестве оправки используется вкладыш из металла или полимера, он может образовывать постоянную часть конструкции, но чаще всего обмотка разрезается на концах для извлечения детали из формы. Геометрическая гибкость также ограничивается необходимостью наматывания круглых или призматических форм.Одним из основных преимуществ является то, что процесс поддается автоматизации, так что время цикла и затраты на рабочую силу могут быть низкими при высокой надежности и качестве. Этот последний аспект является одной из причин, почему прилагаются усилия для расширения геометрических границ процесса и возможных приложений.

Трансферное формование смолы (RTM)

Схема процесса трансфертного формования смолы (1)

RTM нельзя рассматривать как единый процесс, его лучше рассматривать как «философию производства, при которой смола и волокна разделяются до самого последнего момента» (Potter, 1996).Тем не менее, все варианты процесса имеют общие черты удержания немолаженных волокон в замкнутой полости инструмента с приложением разности давлений к подаче смолы, так что смола проникает в арматуру. Инструмент может быть жестким или содержать гибкие элементы. Давление уплотнения на инструмент прикладывается с помощью механических зажимов, инструментального пресса или использования внутреннего вакуума и определяет достигнутую объемную долю волокна по отношению к смоле. RTM используется с 1970-х годов для изготовления обтекателей, а также лопаток компрессоров авиационных двигателей.Основной движущей силой дальнейшего развития процессов RTM является разработка методов изготовления, которые могут преодолеть ограничения геометрической сложности, налагаемые автоклавными формованными изделиями. С точки зрения производительности время циклов ниже, чем у большинства других процессов, а в автомобильной промышленности небольшие компоненты изготавливаются за считанные минуты.

Автомобильная панель, произведенная по RTM

Основным преимуществом RTM является использование материалов с низкой добавленной стоимостью (сухие волокна и смолы с низкой вязкостью), которые не нужно хранить в морозильных камерах, что снижает затраты на материалы и транспортировку.Однако основные преимущества RTM заключаются в их геометрической гибкости и гибкости свойств. RTM может использоваться с тканями, сшитыми UD, ткаными тканями и трехмерными тканями, а инжекция смолы может варьироваться для контроля объемной доли и, следовательно, жесткости и прочности компонента. Кроме того, небольшие компоненты с очень мелкими деталями производятся на жесткой металлической оснастке, а более крупные компоненты могут изготавливаться на гибких формах. Наконец, с помощью строго контролируемого процесса можно создавать профили в форме сетки с минимальными требованиями к отделке.Однако все это происходит за счет более сложной технологии производства. Чтобы гарантировать высокое качество компонентов, необходимо тщательно контролировать впрыскивание смолы и поток смолы, чтобы вся арматура смачивалась в равной степени. Это требует довольно продвинутого моделирования гидродинамики и обширных испытаний, чтобы придумать форму формы, которая обеспечивает равномерный поток смолы ко всем частям компонента.

Пултрузия

Схема процесса пултрузии (1)

В этом процессе волокна вытягиваются из шпулярной доски и пропускаются через ванну со смолой для пропитывания волокон смолой.Затем пропитанные волокна пропускают через формовочную головку, чтобы удалить излишки смолы и предварительно сформировать приблизительную окончательную форму. Затем вводится матрица для отверждения, которая принимает форму окончательного требуемого поперечного сечения пултрузионной детали. Матрица для отверждения нагревает компонент для уплотнения смолы, и затвердевший фасонный профиль вытягивается из матрицы под натяжением. Это означает, что производительность может быть очень высокой при текущем производстве, но упадет при меньших объемах производства, что потребует замены штампов нового поперечного сечения.Поскольку операция автоматизирована, затраты на рабочую силу низкие, а надежность и качество компонентов высокие. Процесс обычно ограничивается компонентами с постоянным поперечным сечением, что сильно ограничивает области применения. Пултрузия очень мало использовалась в аэрокосмической среде, но нашла применение при производстве стандартизованных профильных балок для строительных конструкций.

Автоматизированные процессы

Использование робототехники в производстве композитов растет быстрыми темпами и, вероятно, является наиболее многообещающей технологией на будущее.Очевидные преимущества автоматизации производственного процесса включают меньшую изменчивость размеров и меньшее количество производственных дефектов. Кроме того, можно более эффективно использовать загружаемый материал и снизить трудозатраты. Один многообещающий класс систем — это так называемые машины для автоматической укладки волокна (AFP), в которых используется роботизированная головка для укладки волокна, которая укладывает несколько предварительно пропитанных жгутов «щелевой ленты», позволяя разрезать, зажимать и перезапускать каждую жгуту. Пока роботизированная головка следует определенному пути волокна, жгуты нагреваются незадолго до нанесения, а затем уплотняются на подложке с помощью специального ролика.Благодаря высокой точности современной робототехники машины AFP могут обеспечивать высокую производительность и работать со сложной геометрией. Текущие области применения включают производство фюзеляжа Boeing 787 и обмотки квадратных коробок, которые затем разрезаются по длине для получения двух C-образных секций для лонжеронов крыла. Интегрированные производственные системы, разработанные такими компаниями, как ElectroImpact, предлагают захватывающие возможности «под ключ» для будущих конструкций самолетов. Эти системы сочетают в себе несколько производственных процессов, например размещение волокон и аддитивное производство на одной головке робота, и, следовательно, упрощают производство смешанных и интегрированных структур с меньшим количеством стыков и соединений.Эти системы также позволят инженерам разрабатывать более эффективные конструкции, такие как интегрированные ортосеточные или изосеточные композитные панели, которые в настоящее время трудно экономично производить в больших масштабах.

Фюзеляж Boeing 787 с нитью накала (3)

Ссылки

(1) Поттер, Кевин (1996). Введение в композитные изделия: проектирование, разработка и производство. Springer, 5-е изд.Чепмен и Холл, Лондон.

(2) http://www.tca2000.co.uk/wilton3small.jpg

(3) http://csmres.co.uk/cs.public.upd/article-images/nose-72668.jpg

Нравится:

Нравится Загрузка …

Похожие сообщения

Самые популярные методы изготовления композитов

К 2024 году объем мирового рынка композитов составит около 130,83 миллиарда долларов. Основной армирующий материал в U.С. — это стекловолокно. В 2017 году он зафиксировал рост в размере 2,1 миллиарда долларов.

Растет спрос на прочные, долговечные и легкие материалы. Многие отрасли промышленности обращаются к композитам, чтобы найти усиление определенной конструкции.

Они хотят решить проблемы, с которыми сталкиваются армированные волокном полимеры. Эти арматуры являются изделиями композитного производства.

В промышленности используются различные методы изготовления композитов. Ваше решение зависит от материала, конструкции и области применения композита.

Вот некоторые из самых популярных методов.

1. Удержание рук

Ручная укладка — это основной метод изготовления термореактивных композитов. Процесс включает укладку слоев препрега на инструмент вручную для создания стопки ламината.

По окончании укладки необходимо нанести смолу на слой слоев. В другом варианте ручной укладки, известном как «мокрый», вам нужно покрыть каждый слой смолой, прежде чем накладывать их вместе.

2. Открытое формование

Контактное формование или открытое формование — это недорогой процесс, используемый при создании композитных материалов из стекловолокна. Перед началом изготовления форму сначала обрабатывают разделительным агентом и гелем.

Поместите формовочные материалы на верх формы путем распыления или укладки вручную. В процессе напыления следует одновременно распылять смолу и измельченные пряди на формовочную поверхность.

Затем уплотните ламинат рукой, используя валики, и на этом этапе добавьте любой сердцевинный материал.Последний напыляемый слой помогает разместить основные материалы между ламинатом. После этого вы можете дать формовке застыть.

Иногда можно использовать процесс укладки вручную вместе с укладкой распылением, чтобы сократить трудозатраты.

3. Методы инфузии смолы

В связи с высоким спросом на композитные материалы возрастает потребность в более высоких темпах производства. Многие люди заменяют процесс укладки альтернативными методами, которые способствуют автоматизации производства.

Эти методы изготовления включают:

Трансферное формование смолы

Здесь вы должны поместить в форму сухую арматуру, а затем перекачать смесь смолы и катализатора под низким давлением.

Используемая смола имеет низкую вязкость, поэтому она может проникать в преформу до того, как она затвердеет. Этот процесс позволяет производить высококачественные детали без необходимости в автоклаве.

Реакционное литье под давлением

Он имеет заметное отличие от литьевого формования смолы.Вместо того, чтобы вводить смолу и катализатор в виде смеси, вы вводите их двумя отдельными потоками.

Химическая реакция, которая происходит во время смешивания, затем происходит в форме, а не в дозирующей головке.

Литье под вакуумом для полимеров (VARTM)

VARTM отличается от других процессов литья под давлением, поскольку не требует использования тепла или давления. Вместо того, чтобы перекачивать смолу под давлением, VARTM втягивает ее в преформу с помощью вакуума.

Таким образом, VARTM использует недорогие инструменты, что позволяет легко производить значительное количество недорогих и сложных деталей.

Обмотка накала

Существенным преимуществом метода изготовления волоконной намотки является низкая материальная стоимость. Этот процесс является непрерывным и может быть полностью автоматизирован.

Наиболее важной областью применения является изготовление валов клюшек для гольфа.

Прочие предметы, такие как цилиндрические детали, удочки и сосуды под давлением, составляют оставшуюся часть бизнеса.

Пултрузия

Метод пултрузии — это простой и непрерывный процесс. Здесь вы сначала пропускаете армирующее волокно через горячую ванну со смолой. Затем ему придают особую форму по мере того, как он проходит через несколько формующих направляющих.

После этого он проходит через нагретую матрицу, прежде чем принимает свою окончательную форму и затвердевает. Продукты, полученные пултрузией, гладкие и не нуждаются в последующей обработке.

Этот метод используется в течение десятилетий при производстве стекловолокна и полиэфирных смол.

Трубопрокат

Прокатка труб — это метод производства, который можно использовать для изготовления стержней и труб. Основная продукция — конические или цилиндрические трубы небольшого диаметра.

В этом процессе вы должны предварительно разрезать материал на узоры, которые помогут с архитектурой волокна. Затем их выкладывают на поверхность, где их перекатывают оправкой для уплотнения и удаления массы из материалов.

Вы должны перемещать детали выкройки через равные промежутки времени, чтобы обеспечить прочность трубы на изгиб.

Компрессионное формование

Этот метод полезен при обработке больших объемов термореактивных материалов. Это лучший вариант для производства более 10 000 деталей.

Композиционные листовые материалы производятся с использованием компаунда для изготовления листов. Сначала следует нанести пасту из смолы, а сверху залить измельченным стекловолокном. Затем вы можете покрыть стекловолокно последним слоем пасты из смолы.

Автомобильная промышленность изучает возможность использования листовых формовочных смесей с углеродным армированием.Это попытка использовать преимущество прочности и соотношения жесткости к весу углерода.

Литье под давлением

Это быстрый метод при низком давлении, распространенный при производстве наполненных термопластов. Процесс происходит быстро, скорость впрыска составляет от одной до пяти секунд. За час можно изготовить до 2000 мелких деталей.

Автоматическое литье под давлением BMC поднимается в рядах и захватывает некоторые рынки, занятые производителями металлических отливок и термопластов.

Важные сведения, которые следует учитывать при использовании методов изготовления композитных материалов

Композиционные материалы обладают многими желательными свойствами, которые делают их пригодными для использования в различных областях.

Перечисленные выше методы изготовления композитов помогают формировать смолы и арматуру, придавая композитному материалу желаемую форму.

При обращении с композитными материалами производители должны поддерживать безопасную рабочую среду. Им также следует решать проблемы здоровья и безопасности, используя средства защиты и разрабатывая политику мониторинга в масштабах всей компании.

Свяжитесь с нами сегодня для получения дополнительной информации об использовании композитных материалов.

Руководство по композитным материалам: Производство — NetComposites

Если рассматривать композитные материалы в целом, существует множество различных вариантов материалов на выбор в областях смол, волокон и сердечников, каждый из которых обладает своим собственным уникальным набором свойств, таких как прочность, жесткость, ударная вязкость, термостойкость, стоимость, производительность. и т. д. Однако конечные свойства композитной детали, изготовленной из этих различных материалов, зависят не только от индивидуальных свойств полимерной матрицы и волокна (а в многослойных структурах также сердцевины), но также зависят от способ, которым сами материалы спроектированы в детали, а также способ их обработки.

В этом разделе сравниваются некоторые из наиболее часто используемых методов производства композитов и представлены некоторые факторы, которые необходимо учитывать при каждом отдельном процессе, включая влияние каждого процесса на выбор материалов.

Опубликовано любезно Дэвидом Криппсом, Gurit

http://www.gurit.com



Мониторинг отверждения

Процесс, с помощью которого жидкий термореактивный форполимер превращается в твердое твердое вещество, называется «отверждением».

Узнать больше

Распылитель

Описывает процессы нанесения распылением.

Узнать больше

Влажная / ручная укладка

Описывает процессы мокрой укладки или укладки вручную.

Узнать больше

Обмотка накала

Объясняет намотку нити накала и выделяет основные преимущества и недостатки.

Узнать больше

Пултрузия

Охватывает процесс пултрузии и некоторые варианты материалов.

Узнать больше

Перенос смолы

Описывает методы, используемые при переносе смолы.

Узнать больше

Инфузионные процессы

Охватывает различные процессы инфузии, включая SCRIMP, RIFT и VARTM.

Узнать больше

Формованный препрег

Описывает, что такое предварительная подготовка, и объясняет процесс.

Узнать больше

Конструкция автоклава

Охватывает системы безопасности, контроля температуры, давления и вакуума, а также дает обзор будущих разработок.

Узнать больше

Препрег низкотемпературный

Описывает препреги низкотемпературного отверждения по сравнению с обычными препрегами.

Узнать больше

Смола для настаивания пленки

Объясняет метод инфузии полимерной пленки.

Узнать больше

Поделиться статьей

Твиттер Facebook LinkedIn Электронная почта


Перейти к формулам Вернуться в Ремонт

процессов | Композиты UK

Существует множество способов обработки композитных материалов FRP, и метод обработки необходимо рассмотреть на ранних этапах, чтобы решить, что лучше всего для каждого приложения.

На свойства готовой детали влияют не только свойства материалов компонентов, но и способ включения волокон. Лучшее выравнивание волокон и более высокое давление при обработке улучшат объемную долю волокна, что приведет к лучшим механическим свойствам.

Стоимость материалов, пресс-форм и оборудования, требуемые свойства готовой продукции и количество деталей, которые должны быть изготовлены, будут факторами при принятии решения о процессе.

В этом разделе кратко рассматриваются некоторые способы обработки FRP, однако мы рекомендуем подкрепить эти знания дополнительным обучением по данной теме.

Мокрая укладка

Это квалифицированный ручной процесс, который требует небольших капиталовложений и широко используется для изделий небольшого объема, таких как лодки и изделия на заказ.

Арматура (тканая или рубленая) аккуратно укладывается в форму, на нее наносится матрица (смола) и распределяется валиком или кистью. Затем его оставляют для отверждения при температуре окружающей среды на несколько часов или на ночь.

Для получения хорошей отделки поверхности в форму можно добавить гелькоут до того, как в нее будет помещена арматура.Верхняя поверхность — это сторона формы, обращенная вниз.

Видео любезно предоставлено Центром материалов будущего (CFM), Университет Южного Квинсленда, Тувумба

Wet Spray-Up

Смола подается через трубку и смешивается с катализатором в ручном пистолете-распылителе. Волокно (подаваемое с бобины) измельчается в потоке смолы, когда оно распыляется на форму. Затем его оставляют для отверждения при температуре окружающей среды.

Это быстрый и простой метод, но он приводит к низкой объемной доле волокна с произвольно ориентированными волокнами.Приложения включают специальные детали в малых и средних объемах, такие как ванны, бассейны, резервуары для хранения.

Вакуумная инфузия

Слои сухой ткани (слоистые куски) укладываются в форму и накрываются пленкой или вакуумным пакетом, запечатанным по краям. Ткань уплотняется под вакуумом, когда смола всасывается из резервуара. Между тканью и мешком может потребоваться проточный слой, особенно для менее проницаемых тканей из углеродного волокна. Это хорошо для крупных деталей, таких как корпуса лодок, лопасти ветряных турбин или мостовые конструкции.

Трансферное формование смолы (RTM)

Сухая ткань укладывается в форму, состоящую из двух (или более) частей, которую затем закрывают в нагретом прессе. Смолу вводят под давлением (например, от 10 до 20 бар) до тех пор, пока ткань не пропитается, а инструмент не нагреется для отверждения смолы. Поток может поддерживаться вакуумом (тогда это называется вакуумным усилением — VARTM).

Повышение давления сокращает время цикла, и термин RTM высокого давления (HP-RTM) используется там, где давление составляет до 150 бар в смесительной головке и от 30 до 120 бар внутри формы, в зависимости от размера и геометрии детали. .Этот процесс требует подходящей металлической оснастки и хорошо подходит для массового производства от 100 до 10 000 единиц в год.

RTM Легкий

Вариант вакуумной инфузии и RTM, который сочетает в себе преимущества недорогих инструментов и оборудования с простым процессом пропитки путем перекачивания RTM смолы. Верхняя часть формы легкая и может быть гибкой, в некоторых случаях используется силиконовый «мешок», сделанный путем распыления силиконового компаунда на узор. Нацелен на детали с низкой производительностью.

Препрег

Ткани препрег (предварительно пропитанные смолой) разрезаются на слои (многослойные части), которые складываются, обычно вручную, и разглаживаются на поверхности пресс-формы. Это самый популярный процесс для высокоэффективных углеродных волокон в аэрокосмической отрасли и автоспорте. Некоторые производители в настоящее время используют автоматизированную укладку ленты или автоматическое размещение пакли вместо препрега, укладываемого вручную.

Деталь можно отвердить несколькими способами:

Автоклав: Уложенная часть упаковывается в вакуумный мешок и уплотняется под вакуумом, затем отверждается в автоклаве (сушильный шкаф) при температуре около 120–180 ° C и давлении 2–6 бар.
Духовка: Детали, помещенные в вакуумные мешки, можно вулканизировать в печи, только приложив вакуумное давление. Доступны низкотемпературные препреги, отверждаемые при температуре 60–100 ° C под вакуумом. Это хорошо для больших деталей, где достаточно большой автоклав не рентабелен.
Горячий пресс: Обработка в печи и автоклаве обычно занимает несколько часов. Для более короткого времени цикла слои препрега могут быть уложены в соответствующую металлическую оснастку и отверждены на прессе под высоким давлением с быстрой теплопередачей.Затем деталь может быть отверждена и извлечена из формы всего за несколько минут, но инструмент стоит дорого. Его можно подвергнуть последующему отверждению в духовке.

Обмотка накала

Жгуты волокна протягиваются через ванну с жидкой смолой и наматываются на вращающуюся цилиндрическую оправку в различных ориентациях. Это часто используется для изготовления труб и резервуаров.

Многоосевая намотка нити накала может использоваться для создания сосудов высокого давления или других форм путем наматывания жгута на оправку с фигурными концами. В этом случае оправка может оставаться внутренней облицовкой.

Формовочные массы

Формовочные смеси обладают отличными электрическими и противопожарными характеристиками, а также отделкой поверхности «Класс А» от формы. Поток в форме означает, что приспособления могут быть встроены в деталь, что снижает затраты на сборку.

Объемная формовочная масса может быть обработана путем впрыскивания в форму под высоким давлением или методом компрессионного формования. Применения включают автомобильные компоненты, электрическое оборудование, бытовую технику.

Формовочная смесь для листов изготавливается методом компрессионного формования и может использоваться в сочетании с ткаными / однонаправленными тканями или препрегами.Применения включают легкие и прочные панели кузова автомобилей, электрические шкафы, душевые поддоны.

Непрерывные процессы

Для получения продукта постоянного поперечного сечения используется несколько непрерывных процессов:

Пултрузия: Множественные ровницы и / или ткань вытягиваются с катушек через ванну со смолой в нагретую фильеру, где смола затвердевает и формируется форма. Профиль протягивается через машину и разрезается на необходимую длину автоматической пилой. Типичные изделия — это структурные профили, кабельные лотки, полосы, стержни или трубы.

Обмотка: Как пултрузия, но ровинг наматывается на затвердевший профиль, когда он выходит из матрицы. Это предотвращает расщепление профиля и увеличивает прочность на изгиб.
Сплошной лист: Кровельные фонари и изделия из плоского листа можно изготавливать путем распыления смолы на движущуюся несущую пленку и измельчения волокон на смоле. По мере того, как он опускается в печь, ему можно придать форму, пропустив профилированный шаблон. Затем его обрезают по длине.
Обмотка непрерывной нитью: Как намотка нити накала, но непрерывная для изготовления длинных труб.

Термопласты

Термопластические композиты обычно производятся путем смешивания полимерных волокон с армирующими волокнами и нагревания в форме для плавления полимера с образованием матрицы. В гибридном процессе, известном как формование, термопластичный компаунд с короткими волокнами впрыскивается в термопластический препрег в одной форме. Это может избавить от необходимости впоследствии добавлять крепления и т. Д.

Есть некоторые термопласты, которые можно обрабатывать как термореактивные пластмассы, потому что они вступают в реакцию и полимеризуются в форме, но после этого их все еще можно переплавить.

* Фото любезно предоставлено Lamplas *

Производство композитных материалов — обзор

23.2 Композитные соединения

Хотя передовые технологии производства композитных материалов позволяют в гражданской, судостроительной, автомобильной и авиакосмической промышленности производить крупные структурные компоненты сложной формы и геометрии, их необходимо соединять вместе, чтобы создать желаемые конструкции. Существует два основных метода соединения композитных компонентов: механическое крепление и клеевое соединение.Поскольку каждый метод имеет свои особые преимущества и недостатки, конкретные критерии проектирования и предпочтения трудно представить, если не указаны тип конструкции, материал, условия эксплуатации и нагрузки. Для краткого сравнения в таблице 23.1 перечислены основные сильные (+) и слабые (-) стороны каждого метода соединения.

Таблица 23.1. Сравнение технологий соединения

905 12 +
Свойство Механическое крепление Клеевое соединение
Штраф за превышение веса +
гладкие поверхности +
Степень концентрации напряжений +
Снижение прочности основного композита +
Стоимость производства и жизненного цикла +
Соединение сложных форм +
Необходимая подготовка поверхности +
Чувствительность к отслаивающему напряжению и ползучести888 Разборка и снятие
Возможность соединения толстых компонентов +
Чувствительность к воздействию окружающей среды +

Как правило, используются относительно толстые конструкции Чтобы выдерживать высокие нагрузки в течение срока службы, или требуется разборка компонентов для осмотра и ремонта, обычно предпочтительны болтовые соединения.Основным недостатком болтовых соединений является концентрация высоких напряжений в отверстиях под болты, вызванная эффектом надреза. Для создания отверстий требуются специальные методы сверления, которые создают возможность возникновения механических и термических дефектов. Наконец, установка тысяч крепежных элементов приводит к значительному снижению веса.

Принцип действия болтовых соединений основан на трении между соединяемыми деталями, напряжениях сдвига или растяжения в крепежных изделиях и контактных силах между крепежными элементами и композитом.Болтовые соединения широко используются в промышленности для соединения металлических компонентов с композитными конструкциями. Однако следует проявлять особую осторожность, если в соединении будут использоваться материалы с различным электродным потенциалом. Например, крепежные детали из алюминия и нержавеющей стали, установленные в композиты углеродное волокно / эпоксидная матрица, могут привести к гальванической коррозии.

Существует четыре основных вида отказа, см. Рис. 23.1, которые могут возникать в композитных болтовых соединениях.

Рис. 23.1. Виды разрушения композитных болтовых соединений: а) разрушение сетчатого сечения; (б) отказ подшипника; (c) разрушение при сдвиге; (d) выход из строя болта.

Разрушение сечения сетки вызывается касательными растягивающими или сжимающими напряжениями на краю отверстия в плоскости сечения сетки. Этот режим в первую очередь возникает, когда отношение диаметра отверстия d к ширине пластины w велико, или когда отношение байпасной нагрузки (т. Е. Нагрузки, приложенной к пластине) к нагрузке на подшипник (т. Е. Нагрузке, проходящей через болт ) в приоритете. Разрушение сетчатого сечения является обычным явлением для соединений с несколькими рядами болтов. Режим отказа подшипника определяется сжимающими напряжениями, действующими на поверхность отверстия.Этот отказ происходит, когда отношение d / w низкое или когда отношение нагрузки подшипника к нагрузке байпаса высокое. Выход из строя подшипника является обычным явлением для соединений с одним рядом болтов. Разрушение при сдвиге вызывается касательными напряжениями, действующими в плоскостях сдвига на границе отверстия в направлении основной нагрузки. Этот режим в первую очередь возникает, когда конечное расстояние и короткое. Режим сдвига довольно распространен для сильно ортотропных ламинатов. В этом случае режим разрушения со сдвигом не зависит от конечного расстояния.Разрушение болта является результатом высоких касательных напряжений, действующих в стержне болта. Этот отказ определяется свойствами болта выдерживать сдвиг и растягивающую нагрузку и зависит от геометрии пластины и болта.

Поскольку отказ подшипника обычно развивается медленно, что дает множество предупреждений до того, как произойдет окончательный отказ, он признан желательным режимом отказа для ламинатов с болтовым соединением. Другие виды отказов, то есть сечение сетки и сдвиг, обычно возникают внезапно и поэтому имеют катастрофический характер.Несмотря на приведенное выше описание режимов отказа, которые обычно связаны со статическим разрушением композитных болтовых соединений, такие же режимы отказа могут иметь место и при усталостном нагружении.

Хотя существует множество различных конфигураций соединений, их можно разделить в зависимости от их общей геометрии и способности передавать нагрузку. Механически скрепленные соединения могут быть выполнены как с одинарным перекрытием, так и с конфигурацией двойного нахлеста. Первая конфигурация признана склонной к отклонению вне плоскости, т.е.е. вторичная гибка при загрузке. Вторичный изгиб вызывает прогиб болта и соединительных пластин, что может привести к неравномерному распределению напряжений по толщине композитных ламинатов и высоким контактным силам, локализованным на верхней и нижней кромках отверстия.

В зависимости от величины передаваемой нагрузки композитные соединения можно разделить на слабонагруженные и тяжелонагруженные. Первая группа обычно реализуется в виде однорядных стыков, вторая — в виде многорядных.Хотя некатастрофические отказы подшипников довольно распространены для однорядных соединений, отказ сетчатого сечения является обычным явлением для многорядных соединений. Еще одно существенное различие между однорядными и многорядными болтовыми соединениями — это распределение прилагаемой нагрузки между крепежными элементами. В однорядных соединениях все крепежные детали переносят одинаковую нагрузку, тогда как внешние ряды болтов в многорядных соединениях обычно переносят большую нагрузку, чем внутренние ряды болтов.

В случаях, когда необходимо соединить тонкие композитные детали или компоненты с большой площадью и ожидается, что уровни эксплуатационной нагрузки будут относительно низкими, обычно используются методы склеивания.Склеенные соединения обладают потенциалом снижения веса по сравнению с механическими методами крепления и позволяют создавать гладкие поверхности. С другой стороны, предварительная обработка поверхности и точное соответствие соединяемых деталей, а также использование клеев, требующих времени на нагрев и отверждение, резко увеличивают стоимость производства. Несмотря на это, конечная стоимость клеевого соединения больших композитных конструкций все равно будет ниже, чем при механическом соединении. 1 Склеивание разнородных материалов с разными коэффициентами теплового расширения может вызвать проблемы.Если конструкция подвергается большим колебаниям температуры, могут возникать большие термические напряжения.

Композитные структуры могут быть соединены тремя различными методами: ко-отверждением, совместным соединением и вторичным соединением. Настоящая работа посвящена последнему способу склеивания. Соединение путем вторичного склеивания обычно состоит из клеевого слоя и соединяемых частей, склеивания. Поскольку в клеевых соединениях передача нагрузки зависит от химических связей между клеем и адгезивами, поверхность раздела адгезив / адгезив играет важную роль в механических характеристиках склеиваемых конструкций под нагрузкой.Наличие пустот, дефектов и неоднородностей, а также качество поверхности раздела влияют на усталостные характеристики клеевого соединения и делают его особенностью, частично зависящей от качества производственного процесса. 1–4

Клеевые соединения можно разделить на три основные группы: нахлестки, косынки и стыки (см. Рис. 23.2).

Рис. 23.2. Примеры конфигураций клеевого шва: (а) швы с одинарным и двойным перекрытием; (б) ступенчатый круг; (в) платок одинарный; (г) стыковое соединение.

Соединения внахлест являются наиболее часто используемой конфигурацией клеевых композитных соединений в инженерных приложениях. Существует несколько основных типов такой конфигурации соединения: одинарное или двойное перекрытие и трубчатое соединение внахлест. С точки зрения устойчивости соединения с конфигурацией двойного перекрытия приведут к лучшим механическим характеристикам при нагрузке, чем соединение с одинарным перекрытием. Модифицированная конфигурация соединений внахлестку представляет собой ступенчатую конфигурацию внахлестку, показанную на рис. 23.2 (b). Склеенные соединения этой конструкции способны создавать несущее сопротивление приложенным сжимающим нагрузкам.Кроме того, такая конфигурация облегчает сборку клеевых соединений, поскольку позволяет контролировать длину стыка внахлест, что исключает использование поддерживающих приспособлений. Трубные соединения широко используются в нефтяной промышленности для соединения композитных труб, которые обеспечивают отличную коррозионную стойкость в тяжелых условиях эксплуатации.

Шарфовые соединения имеют очень заметное преимущество по сравнению с другими конфигурациями соединений, поскольку они расположены заподлицо и коллинеарны. Это приводит к лучшей устойчивости соединения при приложении осевых нагрузок.В стыковых соединениях нормальные напряжения и напряжения сдвига зависят от толщины соединения и угла наклона стыка. Следовательно, очевидно, что предпочтительная конфигурация соединения — это когда прочность соединения будет выше, чем прочность соединений, и в соединениях произойдет разрушение соединения. Шарнирные соединения часто используются при ремонте основных деталей из композитных материалов самолетов, поскольку сохраняется аэродинамическая гладкость, а также более высокая несущая способность, которую обеспечивают соединения этого типа по сравнению с другими методами ремонта. 5

По сравнению с другими конфигурациями стыковые соединения менее сложны и требуют времени на подготовку. Эта конфигурация клеевых соединений считается относительно свободной от концентраций напряжений при осевых нагрузках. Однако клеевой слой обычно довольно короткий, поэтому механические характеристики таких соединений ограничены осевыми растягивающими нагрузками. В результате эта конфигурация редко используется сама по себе в инженерных приложениях. В случае преобладающих сжимающих нагрузок стыковые соединения могут полностью использовать прочность сцепления на сжатие.

Несмотря на наличие современных технологий производства и многолетний опыт проектирования композитных соединений, они считаются слабыми местами в конструкции и могут быть источником сбоев в эксплуатации и даже катастрофических отказов. Независимо от того, какая отрасль рассматривается, современная философия дизайна уделяет первоочередное внимание безопасности людей. Почти все конструкции, такие как корпуса самолетов, аэрокосмических аппаратов, автомобилей, лодок и кораблей, испытывают широкий спектр механических нагрузок, включая усталость.Однако текущие процедуры проектирования по-прежнему часто основаны на хорошо зарекомендовавших себя статических подходах, которые часто консервативны, что приводит к большим запасам прочности и, следовательно, к высокой степени снижения веса конструкции. Поэтому обзор современных методологий и достижений промышленности и научных кругов в изучении предмета усталости, применяемого к композитным механическим и адгезивным соединениям, будет сложной задачей.

Массовое производство решенных композитов

Успешное использование композитных конструкций для производства транспортных средств требует существенного улучшения инструментов, используемых для непрерывной разработки продукта.

Большинство существующих решений САПР предназначены для использования с металлическими и пластиковыми деталями меньшей сложности и не позволяют отслеживать свойства ламината и композита, кроме как вручную с помощью электронных таблиц.

С точки зрения моделирования оценка механических характеристик предлагаемой конструкции является сложной задачей, поскольку параметры слоев и композитов обычно необходимо вручную повторно вводить в программном обеспечении FEA — процесс, требующий много времени и подверженный ошибкам. Кроме того, большая часть современного программного обеспечения FEA предназначена для металлических материалов, которые при выходе из строя поддаются, изгибаются и складываются, в то время как композиты трескаются, ломаются и расслаиваются.

В производстве сложные геометрические формы автомобильных кузовов затрудняют прогнозирование того, как композитные материалы будут соответствовать сложной поверхности формы. Основное препятствие заключается в разработке плоских рисунков, которые будут соответствовать рекомендациям по слою, без искажения ткани. Распространенная процедура — отрезать слои ткани вручную и попытаться подогнать их к формовщику. Этот процесс занимает много времени и может привести к дорогостоящим ошибкам при размещении слоев на пресс-форме.

В настоящее время составное планирование процессов не использует определение продукта, встроенное в 3D-модель.Как правило, составные технологические планы создаются с использованием ручного ввода или определения слоев конечно-элементной сетки, которые не соответствуют встроенным моделям. В то время как традиционные программные решения охватывают проектирование, анализ и производство композитных деталей, они не делают это с помощью совместного процесса. Эта неспособность быстро проанализировать влияние изменений конструкции на производство еще больше увеличивает время, необходимое для доставки продукции.

Для решения этих задач компания Dassault Systèmes (DS) в тесном сотрудничестве с лидерами отрасли разработала комплексные PLM-решения для проектирования, моделирования и производства композитных структур на единой виртуальной платформе.В основе этого решения CATIA — специальная среда для проектирования композитных деталей, SIMULIA предоставляет расширенные инструменты моделирования и специальные методологии для улучшения дизайна, а DELMIA предоставляет возможности цифрового производства, от планирования до фактической доставки в цех.

Комплексный процесс проектирования
Композиты имеют сложное числовое определение и включают в себя множество различных параметров по сравнению с металлами, которые являются изотропными.В результате при моделировании композитов сложно найти правильный баланс между количеством необходимых параметров и необходимым временем вычислений. Решение CATIA Composites (CPD) обеспечивает точную характеристику на основе данных о свойствах материала, что позволяет инженерам быстро определять подробный состав композита.

Еще одна проблема — необходимость быстро изучить и протестировать множество вариантов на этапе предварительного проектирования. На этом этапе критически важно иметь возможность создавать и обновлять составные модели в течение нескольких часов после изменения конструкции.CPD предлагает различные методы для автоматического создания слоев и обеспечивает связь между параметрами поверхности и композита. При изменении поверхностей модель автоматически обновляется на основе новых поверхностей, что позволяет значительно сэкономить время. Этот подход также обеспечивает повышенную точность, уменьшая количество необходимых прототипов.

Дизайнерам также необходимо провести анализ композитных деталей на ранних этапах процесса, чтобы понять поведение различных материалов и их взаимодействие.CPD предоставляет исчерпывающий набор инструментов проверки для детального анализа составной структуры.

Чтобы добиться оптимизации веса и прочности конструкции, а также гарантировать, что конечный продукт будет работать в соответствии с проектом, необходимо объединить процесс проектирования, анализа и производства на единой платформе. Металлические компоненты соединяются сваркой, заклепками, болтами или склеиванием. Для композитов процесс сборки может быть совсем другим. Дизайнерам необходимо понимать свойства композитных материалов и процесс сборки, а также потенциальное влияние на детали, которые они моделируют.С помощью CATIA Composites предоставляются продуктивные функции, поэтому разработчик может учесть их на ранней стадии проектирования, помогая сократить жизненный цикл проекта и позволяя производителям быстрее выходить на рынок.

Кроме того, дизайнерам необходимо моделировать производственный процесс, чтобы визуализировать ориентацию волокон материала в цехе и гарантировать, что конечный продукт соответствует первоначальному замыслу дизайна. DS работает с партнерами по технологиям, чтобы предоставить передовые специализированные приложения, которые полностью интегрируются со средой CATIA, чтобы улучшить качество деталей и предотвратить задержки в производстве.Инженеры могут визуализировать укладку слоев и настроить структуру ламината перед отправкой проекта в производство.

Свойства и моделирование аварии
Поведение композитных материалов сложнее и труднее предсказать, чем металлы, поэтому надежные приложения для моделирования являются ключом к пониманию поведения деталей.

Кроме того, производители сырья постоянно вводят новые материалы, и необходимо установить параметры. Опираясь на полностью интегрированные продукты партнеров, это решение позволяет пользователям быстро определять полные свойства нового материала и накладывать его на форму.

Потеря информации и время, необходимое для передачи составных данных между приложениями CAD и CAE, часто требуют преобразования данных. Интеграция информации CATIA с программным обеспечением SIMULIA CAE FEA решает эту проблему. Возможность прямого переноса точных углов волокон и толщины слоев из проекта в среду анализа повышает точность моделирования.

Беспрепятственный перенос обновленной проектной информации из анализа обратно в проект позволяет дизайнерам и аналитикам работать совместно, чтобы гарантировать соответствие анализируемой модели окончательной структуре и предотвратить определение слоев и структур, которые невозможно изготовить.

Анализ отказов композитных сборок требует всестороннего анализа аварийной устойчивости и других серьезных событий, присущих композитам, которые решаются этим решением.

От ручного к автоматизированному производственному процессу
Переход от металлических деталей большого объема к композитным конструкциям является проблемой для производителей оригинального оборудования и других поставщиков. Высокая стоимость сырья и отсутствие автоматизированных производственных процессов не позволяют широко использовать композиты в массовом производстве.DS DELMIA Composites Planning использует свойства модели CATIA, чтобы помочь в планировании процессов, необходимых для автоматизации производственных процессов.

При малых объемах рекомендуется ручной процесс; для средних и больших объемов больше подходит автоматизированный процесс. При ручной укладке автопроизводители достигают предела качества, потому что трудно предсказать точную окончательную отделку детали в цехе. Если оператор не укладывает слой последовательно и в одном и том же положении, это может поставить под угрозу точную первоначальную конструкцию.

Наивысшая точность
Чтобы помочь оператору точно укладывать ткани на форму, лучшие в своем классе отраслевые решения полностью интегрированы в среду проектирования для систем раскроя, резки и лазерной проекции, что позволяет максимально оптимизировать укладку слоев модели из композитных материалов. точности.

Благодаря тому, что автопроизводители могут внедрить комплексное решение для композитов, промышленность расширяет использование композитов, армированных волокном, для широкого спектра применений, что позволяет им сократить время выхода на рынок и избежать дорогостоящих ошибок, свести к минимуму вес и стоимость транспортного средства, а также предотвращение чрезмерного проектирования.И это должно быть выгодно.

Биокомпозиты набирают обороты
Композиционные материалы, полученные из естественных возобновляемых источников, из года в год находят все большее применение. Это поддерживается все более эффективной цепочкой поставок. Несмотря на постоянное совершенствование, основные материалы, необходимые для изготовления однородных деталей из биокомпозитов, легко доступны у коммерческих поставщиков.

Биокомпозиты могут иметь определенные преимущества по сравнению с синтетическими материалами, включая прочность, пониженную плотность и снижение влажности.Волокна из растительного сырья или экстрагированной целлюлозы, включая лен, коноплю, бамбук и сизаль, перерабатываются в пряжу, и существует ряд доступных матричных материалов, включая термореактивный и термопласт. Матрица из полимолочной кислоты (PLA) — это термопластическая матрица на 100% биологического происхождения, которая уже получила широкое распространение. Термореактивные матричные материалы включают смеси биоэфиров полиэфиров или эпоксидных смол с синтетическим сырьем до почти полностью биофизических смол, полученных из растительных масел.

Продукция может быть успешно произведена с использованием обычных методов обработки композитов, включая инфузию смолы, литье с переносом смолы, компрессионное формование, пултрузию и литье под давлением.Подгруппа Composites UK — Biocomposites объединяет заинтересованные стороны и демистифицирует биокомпозиты, чтобы способствовать их использованию для соответствующих приложений.

Composites Evolution, поставщик био-волокон, обнаруживает растущий интерес к своим материалам. Недавно компания разработала ряд легких льняных тканей весом всего 100 и 200 г / м2. Ткани Biotex были усовершенствованы, чтобы их можно было использовать в таких областях, как автомобильный интерьер. В нем используются сверхпрозрачные смолы и лаки, которые создают визуально привлекательную и экологически чистую отделку.В этом месяце он продемонстрирует свои эстетические возможности на выставке JEC в Париже.

Брендон Вейджер, управляющий директор Composites Evolution, говорит: «Наши клиенты стремятся использовать Biotex во все более сложных приложениях, в частности, в морском и строительном секторах … Мы надеемся, что сможем предложить водостойкое льняное армирование. в ближайшем будущем.»

Автор
Рани Ричардсон

Этот материал защищен законом об авторском праве MA Business.
См. Положения и условия.
Разрешено одноразовое использование, но не массовое копирование.
Для получения нескольких копий свяжитесь с отдел продаж.

Новый метод может упростить производство композитов аэрокосмического класса

Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый метод с использованием углеродных нанотрубок для создания композитов аэрокосмического качества без использования автоклава.

Нанопористые пленки, изготовленные из нанотрубок, были продемонстрированы в качестве потенциального решения, помогающего сжимать пустоты между двумя слоями композитных материалов для улучшения структурной целостности — изображение любезно предоставлено MIT.

Новый процесс, который может произвести революцию в аэрокосмическом производстве, не требует сосудов высокого давления и огромных печей, которые в настоящее время используются при производстве основных конструкций самолетов.

В исследовательскую группу входили: Брайан Уордл, профессор аэронавтики и космонавтики Массачусетского технологического института; Чонью Ли, аспирант Массачусетского технологического института; и Сет Кесслер, президент и генеральный директор Metis Design Corporation, компании по мониторингу состояния аэрокосмических конструкций в Бостоне, штат Массачусетс.

С использованием существующих технологий производство основного корпуса самолета включает в себя несколько листов из нескольких композитных материалов, которые скомпонованы и отформованы в форме фюзеляжа и помещены в гигантские печи и автоклавы, в которых эти слои сплавлены вместе, образуя прочный и прочный аэродинамический корпус.

Уордл говорит: «Если вы делаете основную конструкцию, такую ​​как фюзеляж или крыло, вам нужно построить сосуд высокого давления или автоклав, иногда размером с трехэтажное здание, что само по себе требует времени и денег для создания давления. Эти штуки представляют собой огромные объекты инфраструктуры. Мы работаем над созданием материалов с первичной структурой без давления в автоклаве, чтобы мы могли избавиться от всей этой инфраструктуры ».

В 2015 году Ли вместе с другим сотрудником лаборатории Уордла возглавил команду над созданием метода изготовления композитов аэрокосмического качества без необходимости использования печи для сплавления материалов.Вместо того, чтобы помещать слои материала в печь для отверждения, исследователи по сути завернули материалы в ультратонкую пленку углеродных нанотрубок (УНТ).

Когда они подавали электрический ток на пленку, УНТ (рис. Наноразмерное электрическое одеяло) быстро выделяли тепло, заставляя материалы внутри отверждаться и плавиться.

Этот метод, известный как «вне печи» (или OoO), позволяет получать композиты, которые по прочности не уступают материалам, изготовленным в обычных печах для производства самолетов, за счет использования всего 1% энергии.

Полное устранение необходимости в автоклаве

Следующим шагом команды был поиск способов производства композитов с высокими эксплуатационными характеристиками без использования больших автоклавов высокого давления, которые создают высокое давление для сжатия материалов вместе, сжимая любые пустоты или воздушные карманы.

Предыдущее исследование, проведенное Spirit AeroSystems в сотрудничестве с Университетом Стратклайда, помогло разработать производственный процесс, в котором не использовался автоклав, а вместо этого использовался многозонный нагреваемый инструмент с расширенным контролем для настройки времени цикла отверждения в соответствии с геометрией отдельных деталей.

Другие исследователи, в том числе группа Уордла, также изучали методы «вне автоклава», или OoA, для производства композитов без использования огромных машин. Но большинство этих методов производили композиты, в которых почти 1% произведенных материалов содержал пустоты, которые могут поставить под угрозу прочность и срок службы материала. Для сравнения: композиты аэрокосмического качества, изготовленные в автоклавах, имеют такое высокое качество, что любые пустоты, которые они содержат, незначительны и их нелегко измерить.

«Проблема с этими подходами OoA также заключается в том, что материалы были специально разработаны, и ни один из них не подходит для таких основных конструкций, как крылья и фюзеляжи», — говорит Уордл.«Они вторгаются в второстепенные конструкции, такие как створки и двери, но в них все еще остаются пустоты».

Новое решение вне автоклава Исследование проводилось консорциумом Nano-Engineered Composite Aerospace Structures (NECST) Массачусетского технологического института, в который входят такие участники, как: Airbus; ANSYS; Embraer; Локхид Мартин; Saab AB; Saertex; и Тейджин Карбон Америка через.

Часть последней работы Уордла сосредоточена на разработке нанопористых сетей — ультратонких пленок, изготовленных из выровненных микроскопических материалов, таких как углеродные нанотрубки, которые могут быть созданы с исключительными свойствами, включая цвет, прочность и электрическую емкость.

Исследователи исследовали, можно ли использовать нанопористые пленки вместо гигантских автоклавов для сжатия пустот между двумя слоями материала, как бы маловероятно это ни казалось.

Исследователи предположили, что если тонкая пленка углеродных нанотрубок будет зажата между двумя материалами, тогда, когда материалы будут нагреваться и размягчаться, капилляры между углеродными нанотрубками должны иметь такую ​​поверхностную энергию и геометрию, чтобы они втягивали материалы в направлении друг друга, вместо того, чтобы оставлять между ними пустоту.Ли подсчитал, что капиллярное давление должно быть больше, чем давление в автоклавах.

Исследователи проверили эту концепцию, выращивая пленки из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, а затем укладывая пленки между слоями материалов, которые обычно используются в автоклавном производстве основных конструкций самолетов. Исследователи завернули слои во вторую пленку углеродных нанотрубок, к которой они приложили электрический ток, чтобы нагреть ее. Они заметили, что по мере того, как материалы нагреваются и размягчаются в ответ, они втягиваются в капилляры промежуточной пленки УНТ.

В полученном композите отсутствуют пустоты, аналогичные композитам аэрокосмического качества, которые производятся в автоклаве. Исследователи подвергли композиты испытаниям на прочность, пытаясь раздвинуть слои, идея заключалась в том, что пустоты, если они есть, позволят слоям легче разделяться.

«В ходе этих испытаний мы обнаружили, что наш композит вне автоклава был столь же прочен, как композит золотого стандарта автоклавного процесса, используемый для основных аэрокосмических конструкций», — говорит Уордл.

Затем команда будет искать способы увеличения масштаба пленки CNT, создающей давление. В своих экспериментах они работали с образцами шириной несколько сантиметров — достаточно большими, чтобы продемонстрировать, что нанопористые сети могут оказывать давление на материалы и предотвращать образование пустот. Чтобы сделать этот процесс жизнеспособным для производства целых крыльев и фюзеляжей, исследователи должны будут найти способы производства УНТ и других нанопористых пленок в гораздо большем масштабе.

«Есть способы сделать из этого материала действительно большие одеяла, и есть непрерывное производство листов, пряжи и рулонов материала, которые можно использовать в процессе», — говорит Уордл.

Он также планирует исследовать различные составы нанопористых пленок, инженерные капилляры с различной поверхностной энергией и геометрией, чтобы иметь возможность создавать давление и связывать другие высокоэффективные материалы.

«Теперь у нас есть это новое решение для материалов, которое может обеспечить давление по запросу там, где это необходимо», — говорит Уордл. «Помимо самолетов, большая часть композитного производства в мире — это композитные трубы для воды, газа, нефти, всего, что входит в нашу жизнь и выходит из нее. Это могло бы сделать все эти вещи без духовки и инфраструктуры автоклава.”

Это исследование было частично поддержано Airbus, ANSYS, Embraer, Lockheed Martin, Saab AB, Saertex и Teijin Carbon America через консорциум Nano-Engineered Composite Aerospace Structures (NECST) Массачусетского технологического института.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.