Технология вакуумной инфузии

Введение в исследовательскую работу

Актуальность выбранной темы.

В современном мире композитные материалы используются практически во всех областях производства, ведь это отличная замена металлам. Пластичность, прочность, широкая сфера применения – вот чем отличаются современные композитные материалы. Уже сейчас как Соединенные Штаты Америки, так и Европа использует в два десятка раз больше композитов, чем наше государство. Но в последнее время и у нас тоже начинают вестись разработки в области нано структурных материалов. Сегодня об одном можно заявить наверняка – композитные материалы ждет большое будущее.

Цель:

Узнать что такое композиционные материалы, их роль и применение в современном мире.

Задачи:

- Дать формулировку композиционным материалам.

- Описать процесс изготовления композиционных материалов.

- Изучить эффективность использования композиционного материала.

- Изучить применение их в современном мире.

- Узнать какие перспективы имеет композиционный материал.

Методы исследования.

- Изучение литературы и СМИ.

- Моделирование.

- Сравнение.

- Анализ.

Значимость работы.

Значимость этой работы состоит в том, что она отчасти раскрывает огромный потенциал развития этого направления. Эта работа должна заинтересовать юных исследователей для развития и в этом направлении. В нашей стране это область науки должна развиваться, ведь это наше будущее, а об этом нельзя забывать.

Краткий литературный обзор по теме.

Точное определение понятия "композиционный материал" состав и его разновидности взято из следующей литературы:

Волокнистые композиционные материалы, пер. с англ., М., 1967: Современные композиционные материалы, под ред. П. Крока и Л. Броутмана, пер. с англ., М., 1970; Туманов А. Т., Портной К. И., «Докл. АН СССР», 1971, т. 197, № 1, с. 75; 1972, т. 205, №2, с. 336; их же, «Металловедение и термическая обработка металлов», 1972, № 4, с. 24.

Из этих же работ были взяты примеры некоторых методов изготовления композиционных материалов и их описание.

Основное описание метода изготовления композитных материалов сформулировано из работы "Ананьина С.В., Ананьевой Е.С., Маркина В.Б. Композиционные материалы. Учебное пособие. Часть 2. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. - 94 с".

Эффективность использования композиционного материала рассмотрена на основе статьи "Преимущество карбона перед другими материалами" с официального сайта компании "Graphite pro".[1]

Применение композиционных материалов в различных отраслях промышленности и перспективы развития этого направления были составлены на основе статьи "Композиционные материалы" группы компаний "Композит".[2]

 

Основная часть

Глава 1. Композитные материалы и технологии их изготовления.

Что такое композиционный материал?

Композицио́нный материа́л (компози́т, КМ) – искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух и более компонентов с четкой границей между ними. Понятие композиционного материала должно удовлетворять следующим критериям: композиция должна представлять собой объемное сочетание хотя бы двух химических разнородных материалов с четкой границей раздела между этими компонентами (фазами) и характеризоваться свойствами, которых не имеет никакой из ее компонентов в отдельности.

Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов матрицы, а также прочностью связи между ними. Эффективность и работоспособность материала зависят от правильного выбора компонентов и технологии их совмещения, призванной обеспечить прочную связь между компонентами при сохранении их первоначальных характеристик.

Примером композиционного материала являются бетоны, органопластики, древесные композиционные материалы, стеклопластики, углепластики.

Процессы изготовления композиционных материалов:

Рассмотрим пару распространенных технологий изготовления композиционных материалов на примере углепластиков и стеклопластиков.

 

Технология ручного формования.

Это процесс, при котором армирующий материал пропитывается смолой вручную.

Первый этап – подготовительный.

Поверхность оснастки будущего изделия очищают и наносят разделительный состав (иначе изделие приклеится к матрице).

Второй этап – формовка.

В оснастку в один слой укладывается предварительно раскроенный армирующий материал. Затем, с помощью кисти или валика на него наносится связующее(двух компонентная эпоксидная смола). Смолу равномерно распределяют по армирующему материалу при помощи кисточек и мягких валиков.

Третий этап – прикатка.

Для удаления из не отверждённого ламината пузырьков воздуха, которые могут сказаться на качестве готового изделия, ламинат прикатывают жёстким валиком.

После отверждения, готовое изделие извлекается из формы и подвергается механообработке: удаляется армирующий материал по периметру, высверливаются отверстия и прочее.

Эта технология применяется в автомоделизме и имеет свои недостатки. Вручную очень сложно хорошо пропитать смолой материал без "воздушных пузырей", что может повлиять на качество результата.

Технология вакуумной инфузии.

Вакуумная инфузия - это процесс пропитки армирующих материалов связующим с помощью разряжения, возникающего из за разницы давлений между окружающей средой и загерметизированной формой находящейся под вакуумом.

Первый этап – подготовительный.

Поверхность оснастки будущего изделия очищают и наносят разделительный состав.

Второй этап – укладка армирующий тканей.

В оснастку в слой за слоем укладывается предварительно раскроенный армирующий материал. При этом для того что бы ткань оставалась плотно прижатой применяют спрей-клеи временной фиксации.

Третий этап – укладка технологического слоя.

Затем, укладывается технологический слой: жертвенная ткань, перфорированная пленка, проводящая сетка. Укладываются линии подачи связующего и вакуумные лини – линии эвакуации воздуха и излишков смолы.

Четвертый этап – герметизация формы.

Далее укладывается вакуумная пленка и при помощи герметизирующего жгута форма герметизируется и вакуумируется.

Пятый этап – пропитка связующим.

Когда все готово производится запуск связующего (эпоксидная смола и отвердитель). Благодаря разрежению, жидкость всасывается в форму и заполняет свободный объем (пространство между поверхностью оснастки и вакуумной пленкой) пропитывая армирующий материал заодно с жертвенной тканью и распределительной сеткой. После полимеризации связующего (отверждения), вакуумный пакет снимается. Удаляется технологический слой и деталь вынимается из оснастки.

Эта технология используется для изготовления больших изделий. Она позволяет изготовить изделие с минимальным количеством воздушных пузырьков, что положительно влияет на характеристику полученного результата.

Я описал всего две технологии, но их огромное множество, выбор технологии зависит от желаемого результата и его характеристик.