Kompozitne tehnologije i restauracija industrijskih pumpi. Savremene naučno-intenzivne tehnologije Kompozitne tehnologije

Posvetio sam se istoriji kompozitnih materijala. Svoje slobodno vrijeme nastavljam sa ovom temom i danas želim malo govoriti o pojmovima i tehnologijama izrade prototipa pomoću polimernih kompozita. Ako nemate šta raditi duge zimske večeri, uvijek možete napraviti snowboard, školjku za motocikl ili futrolu za pametni telefon od tkanine od karbonskih vlakana. Naravno, proces može biti skuplji od kupovine gotovog proizvoda, ali zanimljivo je napraviti nešto vlastitim rukama.

Ispod reza - pregled metoda za proizvodnju proizvoda od kompozitnih materijala. Bio bih vam zahvalan ako me dodate u komentarima kako bi rezultat bio potpuniji post.

Kompozitni materijal se stvara od najmanje dvije komponente s jasnom granicom između njih. Postoje slojeviti kompozitni materijali - na primjer, šperploča. U svim ostalim kompozitima komponente se mogu podijeliti na matricu, odnosno vezivo, i armaturne elemente – punila. Kompoziti se obično dijele prema vrsti armirajućeg punila ili matričnog materijala. Više o upotrebi kompozita možete pročitati u postu Istorija kompozitnih materijala, a ovaj post govori o metodama izrade proizvoda od kompozita.

ručno oblikovanje

U slučaju proizvodnje proizvoda u pojedinačnim primjercima, najčešća metoda je ručno oblikovanje. Na pripremljenu matricu nanosi se gel premaz - materijal za postizanje dobrog završnog sloja na vanjskom dijelu ojačanog materijala, što vam također omogućava odabir boje za proizvod. Zatim se u matricu stavlja punilo - na primjer, fiberglas - i impregnira vezivom. Uklonimo mjehuriće zraka, pričekamo da se sve ohladi i dotjeramo turpijom - izrežemo, izbušimo i tako dalje.

Ova metoda se široko koristi za izradu dijelova karoserije za automobile, motocikle i mopede. Odnosno, za podešavanje u slučajevima kada nije ograničeno na lijepljenje filma "ispod ugljika".

Prskanje

Za prskanje nije potrebno rezanje staklenog materijala, već je potrebna upotreba posebne opreme. Ova metoda se često koristi za rad s velikim objektima, kao što su trupovi čamaca, vozila i tako dalje. Na isti način kao i kod ručnog oblikovanja, prvo se nanosi gel premaz, a zatim stakleni materijal.

RTM (injekcija)

Metodom ubrizgavanja poliesterske smole u zatvoreni kalup koristi se alat iz matrice i recipročni kalup - bušilica. Stakleni materijal se postavlja između matrice i kontra forme, a zatim se u formu pod pritiskom uliva učvršćivač - poliesterska smola. I, naravno, završna obrada turpijom nakon sušenja je po ukusu.

Vakum infuzija

Metoda vakuumske infuzije zahtijeva vrećicu u kojoj se pomoću pumpe stvara vakuum. Sam paket sadrži ojačavajući materijal, čije se pore, nakon ispumpavanja zraka, pune tekućim vezivom.

Primjer metode je za izradu skejtborda.

namotavanje

Metoda namotavanja kompozita omogućava izradu ultralakih cilindara za komprimirani plin, za koje se koristi PET košuljica pumpana do 2-5 atmosfera, kao i kompozitne cijevi koje se koriste u naftnoj, kemijskoj industriji i komunalnim djelatnostima. Iz naziva je lako razumjeti da se fiberglas namotava oko pokretnog ili nepokretnog predmeta.

Na videu - proces namotavanja stakloplastike na balon.

pultruzija

Pultruzija je "povlačenje". Ovom metodom postoji kontinuirani proces provlačenja kompozitnog materijala kroz mašinu za izvlačenje. Brzina procesa je do 6 metara u minuti. Vlakna se prolaze kroz polimernu kupku, gdje se impregniraju vezivom, nakon čega prolaze kroz preformer, dobivajući konačni oblik. Zatim se materijal zagrijava u kalupu, a na izlazu dobivamo konačni stvrdnuti proizvod.

Proces proizvodnje šipova pultruzijom.

direktno presovanje

Termoplastični proizvodi se izrađuju u kalupima pod pritiskom. Za to se koriste visokotemperaturne hidraulične prese sa snagom od 12 do 100 tona i maksimalnom temperaturom od oko 650 stepeni. Na taj način se izrađuju, na primjer, plastične kante.

Autoklavno oblikovanje

Autoklav je neophodan za izvođenje procesa sa zagrevanjem i pod pritiskom iznad atmosferskog kako bi se ubrzala reakcija i povećao prinos proizvoda. Kompozitni materijali se stavljaju unutar autoklava na posebne forme.

Kompozitni proizvodi

Kompozitni materijali se široko koriste u industriji aviona. Na primjer, Solar Impulse je izgrađen od njih.

Auto industrija

Proteze i ortoze.

Ako imate dodataka, svakako pišite o njima u komentarima. Hvala ti.

1

U članku je prikazano trenutno stanje tehnologija za proizvodnju proizvoda od kompozitnih materijala, uključujući informacije o korištenim tehnologijama, softveru, opremi za izradu matrica, opremi za izradu kompozitnih proizvoda, opremi za kontrolu geometrije proizvoda i ispitivanju bez razaranja. .

kompozitnih materijala

softver

oprema za izradu matrice

1. Moderni kompozitni materijali / ur. P. Krok i L. Brouman; per. sa engleskog. - M., 1978.

2. Dizajn i čvrstoća trupa brodova i brodova od stakloplastike. Strana brodogradnja 1965 - 1973 // Brodogradnja, 1973.

3. Frolov S.E. Metode stvaranja novih makronehomogenih kompozitnih materijala i tehnološka rješenja za izradu trupnih konstrukcija od njih // Brodogradnja br. 3 2003, str. 55-59.

4. CAE - tehnologije u 2012: pregled dostignuća i analiza tržišta. – CAD/CAM/CAE Observer #4 (80) / 2013.

5. Intervju sa V.A. Seredka i A.Yu. Sofronov CAD/CAM/CAE Observeru #2 (78) / 2013.

6. Pametne tehnologije za industriju aviona. Povećanje konkurentnosti domaćih zrakoplovnih preduzeća na primjeru zajedničkih projekata kompanije Solver i JSC VASO // CAD i grafika, br. 1. 2011. str. 56-62.

7. Lukjanov N.P. Iskustvo u korištenju kompozitnih materijala za izgradnju PMO brodova // Brodogradnja. br. 3. 2007. S. 19-26.

Kompozitni materijal je materijal čija se struktura sastoji od nekoliko komponenti koje se razlikuju po svojim fizičkim i mehaničkim svojstvima: metalne ili nemetalne matrice sa datom raspodjelom učvršćivača u njima, njihova kombinacija daje kompozitnom materijalu nova svojstva. Prema prirodi strukture, kompozitni materijali se dijele na vlaknaste, ojačane kontinuiranim vlaknima i brkovima, materijale ojačane disperzijom dobivene unošenjem dispergiranih čestica učvršćivača u matricu, slojevite materijale nastale presovanjem ili valjanjem različitih materijala.

Danas su kompozitni materijali posebno traženi u raznim industrijama. Prvi brodovi od stakloplastike napravljeni su u drugoj polovini 1930-ih. Od 50-ih godina u svijetu se raširila brodogradnja od stakloplastike, izgrađen je značajan broj jahti, radnih i spasilačkih čamaca i ribarskih čamaca, desantnih plovila itd. Jedna od prvih primjena kompozitnih materijala u avijaciji bila je izrada panela od karbonskih vlakana 1967. za stražnju ivicu krila aviona F-111A. Posljednjih godina u avio-svemirskim proizvodima sve je više moguće sresti konstrukcije od troslojnog „sendviča“ sa aluminijskim saćastim punilom i koricama od karbonskih vlakana. Trenutno je oko 50% ukupne mase Boeinga 787 ili Airbusa A350 sastavljeno od kompozitnih materijala. U automobilskoj industriji dugo se koriste kompozitni materijali, uglavnom je razvijena tehnologija za izradu aerodinamičkog kompleta karoserije. Kompozitni materijali se u ograničenoj mjeri koriste za proizvodnju ovjesa i dijelova motora.

Međutim, do nedavno su poduzeća koristila uglavnom ručno polaganje dijelova od kompozita, a serijska proizvodnja proizvedenih proizvoda nije zahtijevala duboku automatizaciju procesa. Danas, sa razvojem konkurencije na tržištu, ne može se bez savremenih alata za projektovanje i pripremu proizvodnje, kao i bez efikasne opreme za rad sa kompozitima.

Tehnologije za izradu proizvoda od kompozitnih materijala

U većini slučajeva, hemijski očvršćavajuća termoreaktivna smola se koristi kao vezivno punilo, a proces očvršćavanja karakteriše egzotermna hemijska reakcija. Uglavnom se koriste poliesterske, epoksidne, fenolne i visokotemperaturne smole. Najčešće se u proizvodnji dijelova složene konfiguracije koriste tehnologije čija je suština polaganje "suhe" podloge nakon čega slijedi impregnacija vezivom ("mokro" oblikovanje, namotavanje, brizganje, Resin Transfer Molding / RTM) ili naizmjenično polaganje "suhe" podloge filmskim ljepilom (vakuumska impregnacija, Resin Film Infusion / RFI). Postoji nekoliko glavnih tehnologija za proizvodnju dijelova od kompozitnih materijala, uključujući ručne i automatizirane metode:

• impregnacija armaturnih vlakana matričnim materijalom;
• formiranje u kalupu traka učvršćivača i matrice dobivene namotavanjem;
• hladno prešanje komponenti nakon čega slijedi sinterovanje;
• elektrohemijsko premazivanje vlakana s naknadnim presovanjem;
• taloženje matrice raspršivanjem plazme na učvršćivač, nakon čega slijedi kompresija;
• šaržno difuzijsko zavarivanje jednoslojnih traka komponenti;
• spojno valjanje armaturnih elemenata sa matricom itd.

Osim toga, široko je rasprostranjena tehnologija izrade dijelova pomoću preprega (poluproizvoda, koji su osnovni materijal impregniran vezivom).

Softver

Zadatak dizajniranja proizvoda od kompozitnih materijala je ispravan odabir kompozicije koja osigurava kombinaciju svojstava potrebnih u određenom operativnom slučaju. Prilikom projektovanja ojačanih polimernih kompozitnih materijala uveliko se koristi kompjuterska obrada podataka za koju je razvijen veliki broj različitih softverskih proizvoda. Njihova upotreba omogućava poboljšanje kvaliteta proizvoda, smanjenje trajanja razvoja i organizacije proizvodnje konstrukcija, sveobuhvatno, efikasno i brzo rešavanje problema njihovog racionalnog projektovanja. Uzimanje u obzir neujednačenih opterećenja omogućuje projektiranje strukture trupa od armiranog kompozita različite debljine, koja može varirati desetke puta.

Moderni softverski proizvodi mogu se podijeliti u dvije grupe: oni koji vrše analizu serije laminata u "dvodimenzionalnoj" ili "greda/ploča" formulaciji i u trodimenzionalnoj. Prva grupa su programi poput Laminator, VerctorLam Cirrus, itd. „Trodimenzionalno“ rješenje je metoda konačnih elemenata, a među dostupnim softverskim proizvodima postoji veliki izbor. Na tržištu "tehnologije kompozitnog modeliranja" postoje različiti softverski proizvodi: FiberSim (Vistagy / Siemens PLM softver), Digimat (e-Xstream / MSC Software Corp.), Helius (Firehole Composites / Autodesk), ANSYS Composite PrepPost, ESAComp (Altair inženjering) i sl.

Gotovo sav specijalizovani softver različitih kompanija ima mogućnost integracije sa CAD sistemima visokog nivoa - Creo Elements/Pro, Siemens NX, CATIA. Općenito, rad je sljedeći: odabire se materijal sloja, određuju se opći parametri paketa slojeva, određuje se metoda formiranja sloja, metoda sloj-po-sloj se koristi za proizvodnju jednostavnih dijelova, za složene proizvode, koriste se metode zonskog ili strukturalnog projektovanja. U procesu polaganja slojeva postavlja se njihov redoslijed. Ovisno o načinu proizvodnje proizvoda (ručno polaganje, kalupljenje, polaganje trake, polaganje vlakana), vrši se sloj po sloj analiza materijala na moguće deformacije. Sastav slojeva se prilagođava širini upotrijebljenog materijala.

Nakon što je formiranje slojeva završeno, korisnik dobiva podatke o proizvodu, što im omogućava da se koriste u različite svrhe, na primjer:

• izlaz u obliku projektne dokumentacije;
• koristiti kao početne podatke za rezanje materijala;
• početni podaci za laserski projektor za označavanje kontura mjesta za polaganje šara.

Prelazak na moderne tehnologije za projektovanje i pripremu proizvodnje proizvoda omogućava:

• smanjiti potrošnju kompozitnih materijala upotrebom preciznih razvrtača i mašina za sečenje;
• povećati brzinu i poboljšati kvalitetu ručnog polaganja materijala upotrebom preciznih blankova i laserskih projekcija mesta njihovog polaganja;
• postići visok nivo ponovljivosti proizvoda;
• smanjenje uticaja ljudskog faktora na kvalitet proizvedenih proizvoda;
• smanjenje zahtjeva za kvalifikacijom osoblja koje se bavi polaganjem.

Oprema za izradu matrice

Izrada master modela od drveta je dugotrajan i dugotrajan proces, za smanjenje vremena izrade matrice i poboljšanje tačnosti koriste se tro/petoosni CNC glodalice, kontrolno-mjerne mašine ili 3D skeneri.

Portalna petoosna glodalica, (slika 1), dostupna je samo velikim proizvođačima. Male kompanije koriste robotske komplekse za glodanje na linearnim blokovima (linearna robotska jedinica) (slika 2), ili prave master modele od zalijepljenog obratka. U ovom slučaju, kao osnova radnog komada uzima se kruti šuplji okvir, koji je zalijepljen izvana, a zatim potpuno obrađen. Kompanije koje nemaju mogućnost obrade cijelog proizvoda idu drugačijim putem: Prvo, pojednostavljeni 3D model proizvoda se gradi pomoću ravnina u CAD sistemu, a kruti okvir od šperploče se dizajnira na osnovu pojednostavljenog modela. Cijela vanjska površina je tada predstavljena u CAD sistemu kao obloga unutrašnjeg okvira. Dimenzije obloge su odabrane na način da se mogu glodati na postojećoj CNC glodalici (slika 3). Zatim se precizno sastavljen okvir zalijepi modelnom oblogom. Ovom metodom tačnost glavnog modela je manja i potrebna je ručna završna obrada spojeva obloga, ali to vam omogućava da kreirate proizvode čije dimenzije značajno premašuju mogućnosti postojećih CNC mašina.

Rice. 1. Petoosna glodalica MR 125, sposobna za obradu dijelova veličine 15x5 m i visine do 2,5 m

Rice. 2. Robotski kompleks za glodanje Kuka

Rice. 3. "Mala" petoosna glodalica

Oprema za stvaranje kompozita

Prvi korak u mehanizaciji procesa kalupovanja bila je primjena strojeva za impregnaciju, koji osim impregnacije, sastavljaju staklene tkanine ili stakloplastike u višeslojne vreće ukupne debljine 4-5 mm. Za mehanizaciju procesa, smanjenje vjerojatnosti pogreške osoblja i povećanje produktivnosti, na primjer, koristi se metoda prskanja, koja se može koristiti za dobivanje vanjske obloge, pregradnih ploča i drugih struktura od stakloplastike. Metoda prskanja omogućava mehanizirano dobivanje kalupnih kvadrata i pruža veću produktivnost rada u odnosu na kalupne kvadrate ručno oblikovane od traka od stakloplastike ili stakloplastike. Sljedeća faza u razvoju proizvodnje proizvoda od kompozita je uvođenje instalacije za automatsko namotavanje rasporeda punila od karbonskih vlakana. Prvi "robot" dizajniran za polaganje suhe rolne tkanine demonstrirala je američka kompanija Magnum Venus Plastech. Po prvi put u Rusiji takva oprema je uvedena u JSC VASO. Ova oprema omogućava proizvodnju kompozitnih delova dužine do 8 m i prečnika do 3 m (slika 4).

Da bi se olakšalo ručno polaganje tkanine i smanjio otpad, za automatsko sečenje tkanine/preprega koriste se mašine za sečenje, LAP i LPT laserski projektori za konturnu projekciju prilikom polaganja preprega na proizvodnu opremu. Pomoću modula za lasersku projekciju (slika 5) moguće je automatski generirati podatke za projekciju direktno iz 3D modela kompozitnog proizvoda. Ova šema rada značajno smanjuje vremenske troškove, povećava efikasnost procesa, smanjuje vjerovatnoću nedostataka i grešaka, te olakšava upravljanje podacima. Laserski kompleks za softversku mašinu i projekciju, u poređenju sa tradicionalnim polaganjem, smanjuje radni intenzitet rezanja za oko 50%, napornost polaganja za oko 30%, povećava stepen iskorišćenja materijala, odnosno možete uštedeti od 15 do 30% materijala.

Formiranje plastike ojačane karbonskim vlaknima metodom namotavanja omogućava dobivanje proizvoda s najvišim karakteristikama deformacije i čvrstoće. Metode namotavanja dijele se na "suhe" i "mokre". U prvom slučaju, prepregi se koriste za namotavanje u obliku niti, snopova ili traka. U drugom slučaju, armaturni materijali su impregnirani vezivom direktno tokom procesa namotavanja. Nedavno je razvijena oprema koja koristi kompjuterske sisteme za kontrolu uzorka orijentacije vlakana. To omogućava dobivanje cjevastih proizvoda sa zavojima i nepravilnim oblicima, kao i proizvoda složene geometrije. Oprema za namotavanje se razvija pomoću fleksibilne tehnologije, gdje se armaturni vlaknasti materijali mogu polagati na trn u bilo kojem smjeru.

Rice. 4 MAG Cincinnati Viper 1200 FPS mašina za namotavanje karbonskih vlakana

Rice. 5. Laserski sistem pozicioniranja (zeleni obris)

Oprema za provjeru geometrije i unutrašnje strukture proizvoda

Konture proizvoda često imaju krivolinijske generatrise, koje se ne mogu provjeriti tradicionalnim "plaz" metodama. Koristeći 3D skeniranje, možete odrediti koliko fizički uzorak odgovara 3D računarskom modelu. Za 3D skeniranje možete koristiti i mašinu za koordinatno mjerenje tipa ruke (CMM) ili beskontaktni optički/laserski sistem za skeniranje. Međutim, kada se koriste beskontaktni sistemi za skeniranje, u pravilu ne mogu ispravno raditi sa zrcalnim i sjajnim površinama. Pri korištenju "mjernih krakova" bit će potrebno nekoliko uzastopnih resetiranja, jer je radni prostor, zbog dizajna mjernih krakova, obično ograničen na sferu polumjera 1,2-3,6 m.

Također, materijali od stakloplastike imaju niz problematičnih područja. Jedna od glavnih je kontrola kvaliteta gotovog proizvoda (odsustvo zračnih šupljina) i korozija tokom rada. Za ispitivanje bez razaranja brodskih trupa izrađenih od kompozita, X-zrake se široko koriste, ali imaju tendenciju da ga smanje iz više razloga. Nedavno su se počele pojavljivati ​​publikacije koje opisuju detekciju raslojavanja infracrvenom termografijom (termovizijski uređaji). Istovremeno, i termovizijske i rendgenske NDT metode otkrivanja delaminacija ne dozvoljavaju mjerenje njihovih veličina i određivanje dubine defekata kako bi se procijenio njihov utjecaj na promjenu karakteristika čvrstoće.

Zaključak

Trenutno, u Rusiji, intenzivan razvoj automatizacije montaže kompozitnih proizvoda, uključujući opremu za kreiranje matrica, gotovo tek počinje. Najčešće se za "podešavanje" automobila izvode samo pojedinačni elementi aerodinamičkog kompleta karoserije. Uspešna je implementacija sistema FiberSIM na projektovanju i izgradnji baznog minolovca projekta 12700, kao i na VASO automatskoj mašini za polaganje tkanine. Ali ovo su izolirani primjeri, da bi se povećala konkurentnost potrebno je sveobuhvatno uvođenje novih tehnologija.

Bibliografska veza

Černišov E.A., Romanov A.D. SAVREMENE TEHNOLOGIJE ZA PROIZVODNJU PROIZVODA OD KOMPOZITNIH MATERIJALA // Moderne znanstveno-intenzivne tehnologije. - 2014. - br. 2. - str. 46-51;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33649 (pristupljeno 25.11.2019.). Predstavljamo Vam časopise koje izdaje izdavačka kuća "Akademija prirodne istorije"

T kompozitna tehnologija rješava problem dobijanja očvrslih materijala. Reč tehnologija dolazi od dve grčke reči: techne - zanatstvo i logos - reč, učenje. Obično u nazivima ovog tipa drugi dio "logija" odgovara pojmu "nauka". Na primjer, zoologija je nauka o životinjama, geologija je nauka o strukturi Zemlje. Po analogiji, tehnologiju treba definisati kao nauku o zanatstvu.

Kompozitna tehnologija - Sekcija za tehnologiju materijala

Ali riječ "nauka" pored riječi "tehnologija" pojavila se relativno nedavno. Tehnologija se obično definira kao skup metoda. Ako je u pitanju tehnologija materijala, onda je ovo skup metoda za dobijanje i obradu materijala.
Vlakna kao komponente materijala. Prije nekoliko decenija moglo se složiti s takvom definicijom. A danas je svakako potrebno razjašnjenje. Danas tehnologija materijala nije samo skup metoda, već i nauka o dobijanju i preradi materijala, koja ima svoju teorijsku osnovu (teorija metalurških procesa, teorija obrade pod pritiskom, teorija termičke obrade itd.) , svoje metode istraživanja, svoje principe. A stvaranje novih materijala je nezamislivo bez upotrebe njegovih dostignuća. Ali prisjećajući se ovoga, ne treba zaboraviti na prvi dio riječi. Ipak, tehnologija je i vještina. A zanatstvo je poput umjetnosti. Da biste postali dobar tehnolog, osim znanja, morate imati i domišljatost i domišljatost. I potrebno je više talenta. Međutim, ove kvalitete nisu suvišne ni u jednom poslu. U stvaranju materijala učestvuju ljudi raznih specijalnosti. Teoretičari materijala su fizičari, hemičari i mehaničari koji proučavaju opšte zakone koji regulišu ponašanje materijala. Tehnolozi materijala su stručnjaci koji koriste ove zakone za stvaranje novih materijala i razvoj metoda za njihovu proizvodnju. Oni su veza između teorije i prakse. A tu su i proizvodni tehnolozi koji rade direktno u fabrikama i razvijaju procese za dobijanje proizvoda u industrijskim uslovima. Pričaćemo o radu naučnika-tehnologa materijala.

Kompozitna tehnologija je zadatak stručnjaka

Uzmimo za primjer specijalista kompozitne tehnologije. Koje zadatke mora riješiti? Evo jednog od njih. Danci: vlakna bora namotana na bobine; aluminij (u bilo kojem obliku - listovi, žica, prah, talina) možete odabrati po vlastitom nahođenju. Potrebno: spojiti vlakna i aluminijsku matricu jedno s drugim, dok se dobije bor-aluminij visoke čvrstoće. Tehnolog mora odlučiti kako to učiniti. Da budemo precizniji, razgovarajmo o tome kako dobiti takav kompozit u obliku lima, u kojem su sva vlakna ravnomjerno raspoređena po poprečnom presjeku i naslagana paralelno jedno s drugim. Da biste riješili problem, morate odgovoriti na tri osnovna pitanja:

1. Kako osigurati polaganje vlakana u datom smjeru?
2. Kako uvesti vlakna u matricu da bi se dobio list sa traženom strukturom i svojstvima?
3. Kako spriječiti omekšavanje i uništavanje vlakana u procesu proizvodnje materijala, a istovremeno osigurati njihovu čvrstu vezu sa matricom?

Pitanje "kako?" stalno juri tehnologe. A pored njega se uvijek pojavljuje stalni pratilac - "zašto?". Odgovorite na pitanje "zašto?" - znači pronaći razlog koji uzrokuje ovu ili onu pojavu. A odgovor na pitanje "kako?" treba da naznači kako riješiti problem. Svaki specijalista koji se bavi naukom stalno je prisiljen tražiti odgovore na ova pitanja i nema nade da će ih se riješiti. Čim odgovorite na jedno, pojavljuje se drugi, a on zauzvrat stvara lavinu novih "zašto?" I kako?". A ako prestanu da brinu, on prestaje biti naučnik. Ali ipak, za tehnologa je glavna stvar tačno odgovoriti na pitanje "kako?". Ovo je njegov posao. Formulirana su tri glavna pitanja koja treba razmotriti prilikom rješavanja problema tehnologije. Pokušajmo odgovoriti na njih.

Kako orijentirati vlakna u kompozitu

Počnimo redom. Kako orijentirati vlakna u kompozitu? Da su dovoljno debele, poput čeličnih šipki kojima su ojačane, ne bi bilo posebnih problema. Možete staviti jednu po jednu u posebno pripremljena gnijezda.
Vlakna kao osnova kompozita. Ali moramo imati posla s tankim vlaknima promjera oko 100 μm. U listu debljine 5 mm i širine 500 mm bit će ih više od 100 hiljada; ručno polaganje svakog vlakna na unaprijed predviđeno mjesto očito je nerealan zadatak. Ovo može da uradi mašina. Treba uzeti u obzir da se vlakna ne smiju međusobno dodirivati, moraju se nalaziti na određenoj udaljenosti jedno od drugog kako bi se osigurala potrebna koncentracija u matrici. Ovdje možete ponuditi nekoliko opcija, ali vjerovatno jednu od najboljih - onu koja se danas široko koristi u praksi - metoda namotavanja. Uzima se cilindrični bubanj, čiji je obim jednak dužini budućeg lima, postavljen na tokarski stroj i namotan na njega s zadanim razmakom vlakana. Ideja je da se potom sva vlakna iseku duž generatrise cilindra i rasklope u ravni, čime se dobije jedan sloj paralelnih vlakana. Dužina ovog sloja jednaka je obimu bubnja. A kako bi se očuvao međusobni raspored vlakana u sloju, potrebno ih je nekako pričvrstiti jedno za drugo prije rezanja. Možete, na primjer, premazati ljepilom i rezati duž generatriksa nakon što se osuši. Istovremeno, odaberite ljepilo tako da se, ako je potrebno, može lako ukloniti, recimo, izgorjeti zagrijavanjem.

Kako umetnuti vlakna u matriks

Ali bolje je to učiniti drugačije. Koristite sam materijal matrice kao pričvršćivač. Tada možete izvršiti dva zadatka odjednom kako biste pravilno održavali kompozitnu tehnologiju: popraviti vlakna u željenom položaju i istovremeno unesite ih u matricu, odnosno odgovoriti na drugo glavno pitanje našeg zadatka. Misao je dobra. Ali opet, javlja se ista opsesija – kako? Kako uraditi? Ne možete bez znanja fizike i hemije.

Elektrohemijska metoda

Može biti korišteno elektrohemijska metoda, nanošenje galvanskog premaza od matričnog metala na bubanj sa namotanim vlaknima. U principu nije teško, ali:

1. oduzima puno vremena
2. ne mogu se svi metali primijeniti na ovaj način,
3. teško je obezbediti željeni sastav matrice kada su u pitanju složene legure.

Ali za neke kompozite, na primjer, s matricama od bakra ili nikla, metoda je sasvim prihvatljiva. Iako bi bilo bolje pronaći nešto univerzalnije. Možete smisliti drugi način. Jednostavno umočite bubanj sa namotanim vlaknima u rastopljeni aluminijum i, nakon što ga izvadite, brzo ga ohladite dok ne kristališe. Čini se da je jednostavno, ali ova jednostavnost je varljiva. Tečni metal će se isprazniti, pa stoga neće biti moguće ravnomjerno pokriti cijeli monosloj matriksom. Osim toga, u nekim slučajevima, rastopljeni metal može aktivno komunicirati sa samim bubnjem, korodirajući njegovu površinu i površinu vlakana, a to je vrlo nepoželjno, jer će bubanj izgubiti svoje dimenzije, a vlakna će oslabiti i postati lomljiva. .

Plazma prskanje premaza

A evo najprikladnije opcije. Koristi plazma prskanje premaza. Ovom metodom, materijal matriksa se topi mlazom plazme niske temperature (jonizovani gas sa prosečnom temperaturom od oko 10.000 K), istom strujom se raspršuje i prenosi na površinu bubnja, pokrivajući vlakna i popunjavanjem praznina između njih. Protok plazme se dobija pomoću posebnog uređaja - plazma baklje, u kojoj se radni gas (azot, argon, vodonik, helijum, itd.) ionizira pod dejstvom lučnog pražnjenja. Iako se plazma formirana u konvencionalnim plazmatronima naziva niskotemperaturnom, ova "niska" temperatura (10.000 K) sasvim je dovoljna da se otopi bilo koji od materijala koji postoje u prirodi. Kapljice rastopljenog metala dospijevaju do hladnog bubnja i, dajući mu toplinu, kristaliziraju se, formirajući jednoličnu prevlaku na bubnju, ako se ravnomjerno okreće. Materijal koji se raspršuje (u našem slučaju aluminijum) obično se uvodi u mlaz plazme u obliku praha ili žice. Izvana, proces nanošenja plazma premaza podsjeća na slikanje zračnim kistom. Samo umjesto zračnog kista - plazma baklja, a umjesto boje - matrična legura. U principu, nije potrebno koristiti plazmu u tu svrhu, možete se snaći s plinskim plamenikom ili drugim uređajem, ali plazma prskanje je vrlo zgodno i široko se koristi u stvaranju kompozita. Ojačani monosloj koji se dobije nakon prskanja seče duž jedne od generatrisa cilindra i odvija se u ravninu. Čvrstoća premaza je dovoljna da spriječi pomicanje vlakana jedno u odnosu na drugo, ali nije dovoljna da osigura visoku čvrstoću kompozita. Debljina nastalih monoslojeva obično je jedan i pol do dva promjera vlakana, odnosno oko 200 mikrona, a nama je, da podsjetim, potreban list debljine 5 mm. Kako biti? Opet "kako?".

Valjanje monoslojeva

Ovoga puta ne morate dugo tražiti odgovor: od dobijenih jednoslojeva trebate napraviti lisnatu tortu, odnosno sakupiti ih u vrećicu potrebne debljine i nekako ih zbiti, povezujući ih neraskidivo jedno sa drugim. To se može uraditi npr. valjanje monoslojeva ili vruće presovanje. U prvom slučaju, pakovanje se zagreva u rerni i prolazi između rotirajućih rolni. Prilikom valjanja, monoslojevi se kombinuju u monolitni materijal i materijal matrice se zbija u svakom monosloju, što dovodi do povećanja čvrstoće matrice i jačine njene veze sa vlaknima.

Vruće presovanje monoslojeva

Ponekad je svrsishodnije kompaktirati jednoslojne pakete ne valjanjem, već vruće presovanje. Da bi se to postiglo, postavljaju se u kalup čija dužina i širina radne ravni odgovara dimenzijama monoslojeva i odozgo se pritisnu probijanjem. Kalup se zagrijava tako da se može održati potrebna temperatura procesa. Zagrijano pakovanje je zbijeno, pa otuda i naziv - vruće presovanje. Da bi se stvorila jaka veza između monoslojeva i da bi se sve čestice nanesenog metala matrice zavarile jedna za drugu, formirajući monolit, potrebno je držati pod pritiskom, čime se omogućava difuzijskim procesima da obave svoj posao. Upravo ti procesi, zajedno sa pritiskom, obezbeđuju visoka mehanička svojstva našeg lisnatog testa. Zbog toga se ovaj način dobivanja kompozita ponekad naziva difuzijskim zavarivanjem.

Tehnologija kompozita u obliku šipke ili složenog profila

S obzirom na zadatak koji je pred nama, odgovorili smo na drugo pitanje – kako uvesti vlakna u matricu. Ali što ako trebate dobiti kompozit u obliku šipke ili složenog profila? Još jedno "kako". Opet možete pribjeći motajući paketi od jednoslojnih, ali ne u glatkim rolnama, već u kalibriranim, odnosno s posebnim izrezima koji odgovaraju traženoj konfiguraciji. Ili možete koristiti tzv metode tečne faze kada je matrica u tečnom stanju u procesu dobijanja kompozita. Vlakna, koja se odmotavaju od zavojnica (broj zavojnica jednak je broju vlakana u kompozitu), prolaze bez dodirivanja jedno drugo kroz kupku s rastopljenim metalom matriksa, navlaže se njome i ulaze u predilicu koja formira šipku. željenog odeljka. Nakon toga, štap se hladi, metal matrice se stvrdne, formirajući kompozitni materijal s vlaknima. Na taj način se mogu dobiti šipke raznih profila. Proizvodi sa složenim profilom, kao što su lopatice turbine, povoljno se dobijaju impregnacijom. U kalup se postavljaju vlakna čija radna šupljina odgovara obliku oštrice (kako to učiniti je posebno pitanje koje sada nećemo razmatrati, ali to se može učiniti, iako ne lako), a zatim tečnost matrični metal se sipa u kalup. Praznine između vlakana su obično male, te ih je rastopljeni metal teško popuniti, ali ih je potrebno popuniti, i to što je brže moguće kako se vlakna ne bi imala vremena otopiti u matrici. Stoga se u većini slučajeva impregnacija vrši pod pritiskom. Kalup za livenje se evakuiše, a tečni metal ulazi u njega pod atmosferskim pritiskom. U pravilu je za brzu i pouzdanu impregnaciju dovoljna razlika tlaka od jedne atmosfere. Ali to je samo u slučaju kada su vlakna navlažena rastopljenim metalom matrice. Ako nije, onda morate nešto poduzeti. Na primjer, karbonska vlakna se ne vlaže tekućim aluminijem; stoga se ugljen-aluminij ne može dobiti jednostavnim impregnacijom grafitnih filamenata aluminijem. Ali ako su ove niti prethodno premazane najtanjim slojem hroma ili nikla (dovoljno je nanijeti premaz debljine jednog mikrometra), koji su dobro navlaženi aluminijem, osigurat će se impregnacija i može se dobiti kompozit. Glavno zanimanje tehnologa je da odgovori na pitanje "kako?". Kako to učiniti? Tačni odgovori na ovo pitanje mogu se dati ako su poznati odgovori na pitanje "zašto?". Ako zamislite automehaničara koji zna zategnuti vijke i matice, ali ne poznaje strukturu automobila. Bezvrijedno za njega. Slično, tehnolog koji ne razumije fiziku procesa koji se dešavaju prilikom dobijanja materijala je inferiorni specijalista. Na primjer, tehnolog zna da u mnogim slučajevima kompozit omekša nakon zagrijavanja. Odmah se javlja problem – kako se nositi s tim? Ovo pitanje je slično trećem "kako?" pitanju na početku razgovora. A da biste riješili ovaj problem, morate znati zašto dolazi do omekšavanja kompozita. Odgovor na ova pitanja daje kompozitna tehnologija.

Robotski kompleks za mehaničku obradu proizvoda od kompozitnih materijala dizajniran je za mehanizaciju i automatizaciju jedne od radno najintenzivnijih operacija u tehnološkom ciklusu:

• Obrezivanje i uklanjanje tehnološkog blica
• Glodanje žljebova, udubljenja i pozicionera za ugrađene elemente
• Bušenje i glodanje rupa složenog oblika
• Glodanje rupa velikih dimenzija (prozorski otvori, otvori, itd.)

Robotski kompleks omogućava Vam da obezbedite sledeće prednosti:

• Povećana brzina obrade u odnosu na ručnu obradu
• Visoka ponovljivost i kvalitet obrade
• Glodanje visokog kvaliteta rubova „u jednom prolazu“
• Poboljšanje uslova rada
• Otvaranje dodatnih znanja intenzivnih poslova

At kontaktna metoda Nakon oblikovanja, stakleni materijal se ručno impregnira smolom četkom ili valjkom. Impregnacija se može vršiti istovremeno sa valjanjem u obliku, ili zasebno. Valjanje se vrši kako bi se uklonio zrak iz laminata i ravnomjerno rasporedilo vezivo.

Kompozitni materijali su materijali napravljeni od nekoliko komponenti. Uglavnom se izrađuju od plastične podloge, armaturnog punila, kao i nekih drugih supstanci. Kao rezultat toga, kompozit se odlikuje visokom čvrstoćom, krutošću i mnogim drugim korisnim svojstvima.

Tehnologije polimernih kompozita su metode za stvaranje materijala čija je matrica polimer. Imaju ogroman broj vrsta i vrsta, što je osiguralo njihovu rasprostranjenost i popularnost. Postoje sljedeće vrste keramičkih polimera:

fiberglass;
karbonska vlakna;
boroplastika;
organoplastika;
polimeri punjeni prahom;
textboards.

Kompozitni keramički materijali se koriste u raznim oblastima, među kojima su:

Izgradnja;
elektrotehnika;
hemijska industrija;
izgradnja puteva;
telekomunikacije;
vazduhoplovnu industriju itd.

Prevalencija i popularnost kompozitnih tehnologija povezana je s mnogim prednostima ove metode proizvodnje materijala. Vrijedi obratiti pažnju na sljedeće pozitivne kvalitete:

Poboljšana fizička i hemijska svojstva;
prilično niska specifična težina;
otpornost na korozivne pojave, truljenje ili savijanje;
niska toksičnost tokom sagorevanja;
nezapaljivost ili teško zapaljivost;
jedinstvena hemijska otpornost;
nizak koeficijent linearne ekspanzije zbog djelovanja topline;
prilično širok temperaturni raspon funkcionalnosti;
visoka električna izolacijska svojstva;
povećana ekološka prihvatljivost.

U 21. stoljeću kompozitni materijali na bazi keramičkih polimera postali su jedna od najpopularnijih supstanci, uz pomoć kojih rješavaju različite tehnološke probleme u najrazličitijim oblastima, kao što su građevinarstvo, inženjering ili druge vrste industrije. To je postignuto uz pomoć brojnih prednosti koje izdvajaju kompozite od ostalih do tada popularnih materijala.

Obnova dijagonalnog točka pumpe

Kompozitni materijali se također mogu koristiti za obnavljanje dijagonalnog radnog kola pumpe. Sa sličnim zahtjevom za popravku uređaja za pumpanje kanalizacije pod nazivom KSB Sewatec, Angarsk Vodokanal MP se obratio Cerametu.

U tri godine rada, učinak pumpe je pao na 70%, počevši od prvog dana njenog rada. Kao popravka izvršena je restauracija metala, primijenjen kompozitni materijal, kao i dinamičko balansiranje. Tako je korištenjem kompozitnih tehnologija bilo moguće produžiti vijek trajanja pumpe i postići uštedu od 4,5 puta.

Karakteristike materijala Ceramet

Keramet kompozitni keramički materijali su dizajnirani da zaštite opremu, produžavajući joj životni vijek i produžavajući radni vijek. Ovo značajno smanjuje vrijeme zastoja i potrebu za kupovinom dodatnih rezervnih dijelova.

Karakteristike materijala Ceramet su njegov prilično širok raspon primjena, koji uključuje:

Popravak crpne opreme;
obnova vijaka;
poboljšanje funkcionalnosti izmjenjivača topline;
popravka cjevovoda, oluka itd.

Dakle, kompozitni materijal Ceramet se može koristiti u različite svrhe, što je korisnije od drugih metoda obnavljanja opreme.