Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ»
(КНИТУ-КАИ)
Институт авиации, наземного транспорта и энергетики
Кафедра производства летательных аппаратов
Изготовление композиционных конструкций по
Препреговой технологии
Методические указания к практической работе № 3
По дисциплине: «Изготовление деталей из композиционных материалов»
2017 г.
Цель работы: изучение технологии производства композитных деталей из препрегов.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Преимущества композиционных материалов многократно доказаны. Большое многообразие применения композитов, начиная с товаров промышленного потребления, спортинвентаря до высокоэффективных аэрокосмических компонентов указывает, что композитные материалы имеют перспективное будущее.
Это руководство было написано, чтобы дать расширенную информацию о препреге, как он производится, обрабатывается, его свойствах и многообразии применения.
Основные технологии производства высокоэффективных композитов
Различные технологии производства деталей из препрега с указанием механических свойств и объёмов производства сравнивается ниже с другими производственными процессами.[1]
Рисунок 1 - График зависимости объема производства от механических характеристик
Препрег
Препрег представляет собой полуфабрикат состоящий из арматуры пропитанной связующим, которое находится в неотвержденном состоянии. Препреги выпускаются в промышленных масштабах и имеют широкую область применения.
Препреги могут быть в виде (рисунок 2):
· Однонаправленной ленты;
· Ткани (различных стилей плетения).
Рисунок 2 - Виды препрегов
Типы волокон и тканей
Свойства волокон
Армирующие материалы определяют механические свойства композитов. Композиты отличаются жесткостью и прочностью,имеют хорошие физико-химические свойства, и имеют значительно низкую плотность по сравнению с металлами.
Применяют волокна различных видов. Диаграмма ниже выделяет основные параметры подбора волокон (рисунок 3).
Рисунок 3 - Основные параметры волокон
Каждая ткань состоит из двух взаимно переплетающихся систем нитей: основы и утка. Типы плетения различаются согласно переплетению волокон и драпируемости.
Малая кривизна переплетенных волокон дают высокие механические характеристики, поскольку не изогнутые волокна выдерживают большую нагрузку. Драпируемые ткани легче ложатся на сложные формы.
Полотняное плетение | Сатиновое (атласное) плетение | Саржевое плетение |
Низкая драпируемость/ Большая кривизна волокон | Хорошая драпируемость Малая кривизна волокон | Средняя драпируемость/ Средняя кривизна волокон |
Существует три основных типа плетения:
Мультиаксиальные ткани
Мультиаксиальные ткани – это специальные стеклоткани, состоящие из нескольких слоев нитей, ориентированных в различных направлениях в соответствии с заданной схемой армирования, рассчитанной исходя из оказываемой на материал нагрузки. Слои ткани прошиваются полиэфирной нитью. В дополнение к нескольким слоям волокна в структуру мультиаксиальной ткани (стеклоткани) может быть добавлена поверхностная вуаль или слой рубленого стекломата.
В мультиаксиальных армирующих материалах (стеклоткани) используется несколько типов волокна, наиболее распространенным является стекловолокно типа Е. Также часто используется углеродное и арамидное волокно.
Рисунок 4 – Мультиаксиальные ткани
Преимущества мультиаксиальной ткани перед традиционной ровинговой тканью и стекломатом:
1. Армирование композиционного материала в различных направлениях;
2. Сокращение расхода смолы на 20-30%, т.к. за счет отсутствия переплетения нитей достигается более плотная укладка прядей по сравнению с ровинговыми тканями и меньшее сопротивление течению связующего;
3. Сокращение конечного веса композита до 50%;
4. Сокращение количества слоев ткани при укладке и оптимизация процесса изготовления композитов;
5. Увеличение механической прочности в 2 раза (по сравнению с ровинговыми тканями с аналогичной поверхностной плотностью);
6. Ровная поверхность ламината (поверхность ровинговой ткани имеет выпуклости в местах переплетения нитей).