Kompozitne tehnologije i restauracija industrijskih pumpi. Suvremene znanstveno intenzivne tehnologije Kompozitne tehnologije

Posvetio sam se povijesti kompozitnih materijala. Nastavljam zaokupljati svoje slobodno vrijeme ovom temom i danas želim malo razgovarati o uvjetima i tehnologijama izrade prototipova pomoću polimernih kompozita. Ako nemate što raditi u dugim zimskim večerima, uvijek možete napraviti snowboard, školjku motocikla ili kućište za pametni telefon od karbonskih vlakana. Naravno, proces može biti skuplji od kupnje gotovog proizvoda, ali zanimljivo je napraviti nešto vlastitim rukama.

Ispod kroja - pregled metoda izrade proizvoda od kompozitnih materijala. Bio bih vam zahvalan da me dodate u komentarima kako bi rezultat bio potpuniji post.

Kompozitni materijal nastaje 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 armirajuće elemente – punila. Kompoziti se obično dijele prema vrsti armirajućeg punila ili materijala matrice. Više o upotrebi kompozita možete pročitati u postu Povijest kompozitnih materijala, a ovaj post govori o metodama izrade proizvoda od kompozita.

ručno oblikovanje

U slučaju izrade pojedinačnih predmeta, najčešći način je ručno oblikovanje. Gel coat se nanosi na pripremljenu matricu - materijal za postizanje dobrog finiša na vanjskom dijelu ojačanog materijala, što također omogućuje odabir boje za proizvod. Zatim se u matricu stavlja punilo - na primjer, stakloplastika - i impregnira vezivom. Uklonimo mjehuriće zraka, pričekamo da se sve ohladi i dotjeramo turpijom - režemo, bušimo i tako dalje.

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

Prskanje

Prskanje ne zahtijeva rezanje staklenog materijala, već zahtijeva upotrebu posebne opreme. Ova metoda se često koristi za rad s velikim objektima, kao što su trupovi brodova, vozila i tako dalje. Na isti način kao i kod ručnog oblikovanja, prvo se nanosi gel coat, a zatim stakleni materijal.

RTM (injekcija)

Kod metode ubrizgavanja poliesterske smole u zatvoreni kalup koristi se alat od matrice i recipročnog kalupa - izbijač. Stakleni materijal se postavlja između matrice i recipročne forme, zatim se u formu pod pritiskom ulijeva učvršćivač - poliesterska smola. I, naravno, završna obrada turpijom nakon stvrdnjavanja je po ukusu.

Vakuumska infuzija

Metoda vakuumske infuzije zahtijeva vrećicu u kojoj se uz pomoć pumpice stvara vakuum. Samo pakiranje sadrži armaturni materijal čije su pore nakon ispumpavanja zraka ispunjene tekućim vezivom.

Primjer metode je izrada skejtborda.

navijanje

Metoda namotavanja kompozita omogućuje izradu ultra laganih boca za stlačeni plin, za koje se koristi PET košuljica pumpana do 2-5 atmosfera, kao i kompozitnih cijevi koje se koriste u naftnoj industriji, kemijskoj industriji i komunalnim službama. Iz naziva je lako razumjeti da se stakloplastika namotava oko pokretnog ili nepokretnog objekta.

Na videu - proces namatanja stakloplastike na balon.

pultruzija

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

Proces proizvodnje zagatnih pilota metodom pultruzije.

izravno prešanje

Proizvodi od termoplasta izrađuju se u kalupima pod pritiskom. Za to se koriste visokotemperaturne hidrauličke preše sa snagom od 12 do 100 tona i maksimalnom temperaturom od oko 650 stupnjeva. Na ovaj način se izrađuju npr. plastične kante.

Kalup u autoklavu

Autoklav je neophodan za izvođenje procesa uz zagrijavanje i pod tlakom iznad atmosferskog kako bi se ubrzala reakcija i povećao prinos produkta. Kompozitni materijali se postavljaju unutar autoklava na posebne forme.

Kompozitni proizvodi

Kompozitni materijali imaju široku primjenu u zrakoplovnoj industriji. Na primjer, Solar Impulse je izgrađen od njih.

Auto industrija

Proteze i ortoze.

Ako imate dodataka, svakako ih napišite u komentarima. Hvala vam.

1

U članku je prikazano trenutno stanje tehnologija za proizvodnju proizvoda od kompozitnih materijala, uključujući podatke o korištenim tehnologijama, softveru, opremi za izradu matrica, opremi za izradu kompozitnih proizvoda, opremi za kontrolu geometrije proizvoda i nerazornim ispitivanjima. .

kompozitni materijali

softver

oprema za izradu matrica

1. Suvremeni kompozitni materijali / ur. P. Krok i L. Brouman; po. s engleskog. - M., 1978.

2. Dizajn i čvrstoća trupova brodova i brodova od stakloplastike. Inozemna brodogradnja 1965.-1973 // Brodogradnja, 1973.

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

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

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

6. Pametne tehnologije za zrakoplovnu industriju. Povećanje konkurentnosti domaćih poduzeća za proizvodnju zrakoplova na primjeru zajedničkih projekata tvrtke Solver i JSC VASO // CAD i grafika, br. 1. 2011. P. 56-62.

7. Lukyanov N.P. Iskustvo u korištenju kompozitnih materijala za konstrukciju PMO brodova // Brodogradnja. broj 3. 2007. S. 19-26.

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

Danas su kompozitni materijali posebno traženi u raznim industrijama. Prvi brodovi od stakloplastike napravljeni su u drugoj polovici tridesetih godina prošlog stoljeća. Od 50-ih godina prošlog stoljeća brodogradnja od stakloplastike postala je raširena u svijetu, izgrađen je značajan broj jahti, radnih i spasilačkih čamaca i ribarskih brodova, desantnih čamaca itd. Jedna od prvih primjena kompozitnih materijala u zrakoplovstvu bila je proizvodnja panela od karbonskih vlakana 1967. godine za stražnji rub krila zrakoplova F-111A. Posljednjih godina u zrakoplovnim proizvodima sve je više moguće susresti strukture izrađene od troslojnog "sendviča" s aluminijskim saćastim punilom i oblogama od karbonskih vlakana. Trenutno se oko 50% ukupne mase Boeinga 787 ili Airbusa A350 sastoji od kompozitnih materijala. U automobilskoj industriji kompozitni materijali koriste se dugo vremena, uglavnom je razvijena tehnologija za proizvodnju aerodinamičkog karoserije. Kompozitni materijali koriste se u ograničenoj mjeri za izradu dijelova ovjesa i motora.

Međutim, donedavno su poduzeća uglavnom koristila ručno postavljanje dijelova od kompozita, a serijska proizvodnja proizvedenih proizvoda nije zahtijevala duboku automatizaciju procesa. Danas, s razvojem konkurencije na tržištu, ne može se bez suvremenih alata za dizajn i pripremu proizvodnje, kao ni bez učinkovite opreme za rad s kompozitima.

Tehnologije za izradu proizvoda od kompozitnih materijala

U većini slučajeva, kemijski stvrdnjavajuća termoreaktivna smola koristi se kao vezivno punilo, proces stvrdnjavanja karakterizira egzotermna kemijska reakcija. Uglavnom se koriste poliesterske, epoksidne, fenolne i visokotemperaturne smole. Najčešće se u proizvodnji dijelova složene konfiguracije koriste tehnologije čija je suština postavljanje "suhe" baze, nakon čega slijedi impregnacija sastavom veziva ("mokro" prešanje, namatanje, ubrizgavanje, prešanje smolom / RTM) ili naizmjenično postavljanje "suhe" podloge s filmskim ljepilom (vakuumska impregnacija, Infuzija smole / 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 sinteriranje;
• elektrokemijsko premazivanje vlakana s naknadnim prešanjem;
• taloženje matrice plazma prskanjem na učvršćivač, nakon čega slijedi kompresija;
• šaržno difuzijsko zavarivanje jednoslojnih traka komponenti;
• zajedničko valjanje armaturnih elemenata s matricom itd.

Osim toga, tehnologija za proizvodnju dijelova pomoću preprega (poluproizvoda, koji su osnovni materijal impregniran vezivnim sastavom) postala je široko rasprostranjena.

Softver

Zadatak projektiranja proizvoda od kompozitnih materijala je pravilan odabir sastava koji osigurava kombinaciju svojstava potrebnih u određenom operativnom slučaju. Pri projektiranju armiranih polimernih kompozitnih materijala naširoko se koristi računalna obrada podataka, za što je razvijen veliki broj različitih programskih proizvoda. Njihova uporaba omogućuje poboljšanje kvalitete proizvoda, smanjenje trajanja razvoja i organizacije proizvodnje konstrukcija, sveobuhvatno, učinkovito i brzo rješavanje problema njihovog racionalnog dizajna. Uzimanje u obzir neravnomjernih opterećenja omogućuje projektiranje strukture trupa izrađene od armiranog kompozita različite debljine, koja može varirati desetke puta.

Suvremeni programski proizvodi mogu se podijeliti u dvije skupine: oni koji izvode šaržnu analizu laminata u "dvodimenzionalnoj" ili "greda/ploča" formulaciji i u trodimenzionalnoj. Prva skupina su programi poput Laminatora, VerctorLam Cirrusa itd. "Trodimenzionalno" rješenje je metoda konačnih elemenata, a među dostupnim programskim proizvodima postoji veliki izbor. Postoje različiti softverski proizvodi na tržištu "tehnologije kompozitnog modeliranja": FiberSim (Vistagy / Siemens PLM Software), Digimat (e-Xstream / MSC Software Corp.), Helius (Firehole Composites / Autodesk), ANSYS Composite PrepPost, ESAComp (Altair) Inženjering) itd.

Gotovo sav specijalizirani softver raznih tvrtki ima mogućnost integracije s CAD sustavima visoke razine - Creo Elements/Pro, Siemens NX, CATIA. Općenito, rad je sljedeći: odabran je materijal sloja, određeni su opći parametri paketa slojeva, određena je metoda formiranja sloja, metoda sloj po sloj koristi se za izradu jednostavnih dijelova, za složene proizvode, koriste se metode projektiranja zona ili konstrukcije. U procesu polaganja slojeva postavlja se njihov redoslijed. Ovisno o načinu izrade proizvoda (ručno polaganje, kalupljenje, polaganje trake, polaganje vlakana) provodi se sloj po sloj analiza materijala na moguće deformacije. Sastav slojeva prilagođava se širini upotrijebljenog materijala.

Nakon što je slojevi završeni, korisnik dobiva podatke o proizvodu koji mu omogućuju korištenje u različite svrhe, npr.

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

Prijelaz na suvremene tehnologije za projektiranje i pripremu proizvodnje proizvoda omogućuje:

• smanjiti potrošnju kompozitnih materijala korištenjem preciznih razvrtala i strojeva za rezanje;
• povećati brzinu i poboljšati kvalitetu ručnog polaganja materijala korištenjem preciznih ispisa i laserskih projekcija njihovih polagačkih mjesta;
• postići visoku razinu ponovljivosti proizvoda;
• smanjenje utjecaja ljudskog faktora na kvalitetu proizvedenih proizvoda;
• smanjenje zahtjeva za kvalifikaciju osoblja koje se bavi polaganjem.

Oprema za izradu matrice

Izrada master modela od drva je dugotrajan i dugotrajan proces, za smanjenje vremena izrade matrice i povećanje točnosti koriste se tro/petoosne CNC glodalice, kontrolno-mjerni strojevi ili 3D skeneri.

Portalna petoosna glodalica (slika 1) dostupna je samo velikim proizvođačima. Male tvrtke koriste robotske komplekse za glodanje na linearnim blokovima (linearna robotska jedinica) (slika 2), ili izrađuju master modele od zalijepljenog obratka. U ovom slučaju, kruti šuplji okvir se uzima kao osnova obratka, koji je zalijepljen izvana, a zatim potpuno obrađen. Tvrtke koje nemaju mogućnost obrade cijelog proizvoda slijede drugačiji put: prvo se pomoću ravnina u CAD sustavu gradi pojednostavljeni 3D model proizvoda, a na temelju pojednostavljenog modela dizajnira se okvir od krute šperploče. Cijela vanjska površina tada je u CAD sustavu predstavljena kao obloga unutarnjeg okvira. Dimenzije obloge su odabrane tako da se mogu glodati na postojećoj CNC glodalici (slika 3). Zatim se precizno sastavljen okvir oblijepi oblogom modela. Ovom metodom točnost glavnog modela je niža i potrebna je ručna dorada spojeva obloge, ali to vam omogućuje stvaranje proizvoda čije dimenzije značajno premašuju mogućnosti postojećih CNC strojeva.

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

Riža. 2. Robotski kompleks za glodanje Kuka

Riža. 3. "Mala" petoosna glodalica

Oprema za izradu kompozita

Prvi korak u mehanizaciji procesa kalupljenja bila je uporaba strojeva za impregniranje, koji osim impregnacije spajaju 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 kože, pregradnih ploča i drugih struktura od stakloplastike. Metoda prskanja omogućuje mehanizirano dobivanje kalupnih kvadrata i pruža veću produktivnost rada u usporedbi s kalupnim kvadratima ručno oblikovanim od traka od stakloplastike ili stakloplastike. Sljedeća faza u razvoju proizvodnje proizvoda od kompozita je uvođenje postrojenja za automatizirano namotavanje rasporeda punila od karbonskih vlakana. Prvi "robot" dizajniran za postavljanje suhe tkanine u rolama demonstrirala je američka tvrtka Magnum Venus Plastech. Po prvi put u Rusiji takva oprema je uvedena u JSC VASO. Ova oprema omogućuje proizvodnju kompozitnih dijelova duljine do 8 m i promjera do 3 m (slika 4).

Kako bi se olakšalo ručno postavljanje tkanine i smanjio otpad, strojevi za rezanje koriste se za automatsko rezanje tkanine/preprega, LAP i LPT laserski projektori za konturnu projekciju prilikom postavljanja preprega na proizvodnu opremu. Pomoću modula za lasersku projekciju (slika 5) moguće je automatski generirati podatke za projekciju izravno iz 3D modela kompozitnog proizvoda. Ovakva shema rada značajno smanjuje vremenske troškove, povećava učinkovitost procesa, smanjuje vjerojatnost nedostataka i grešaka te olakšava upravljanje podacima. Softverski strojno-projekcijski laserski kompleks za rezanje, u usporedbi s tradicionalnim polaganjem, smanjuje intenzitet rada rezanja za oko 50%, zahtjevnost polaganja za oko 30%, povećava stopu iskorištenja materijala, odnosno možete uštedjeti od 15 do 30% materijala.

Prešanje plastike ojačane ugljičnim vlaknima metodom namotavanja omogućuje dobivanje proizvoda s najvećim karakteristikama deformacije i čvrstoće. Metode namotavanja dijele se na "suhe" i "mokre". U prvom slučaju, preprezi se koriste za namatanje u obliku niti, snopova ili traka. U drugom slučaju, materijali za ojačanje su impregnirani vezivom izravno tijekom procesa namotavanja. Nedavno je razvijena oprema koja koristi računalne sustave za kontrolu uzorka orijentacije vlakana. To omogućuje dobivanje cjevastih proizvoda koji imaju zavoje i nepravilne oblike, kao i proizvode složene geometrije. Oprema za namotavanje razvija se pomoću fleksibilne tehnologije, gdje se armaturni vlaknasti materijali mogu polagati na trn u bilo kojem smjeru.

Riža. 4 MAG Cincinnati Viper 1200 FPS stroj za namatanje karbonskih vlakana

Riža. 5. Sustav laserskog pozicioniranja (zeleni obris)

Oprema za provjeru geometrije i unutarnje strukture proizvoda

Konture proizvoda često imaju krivocrtne generatrise, koje se ne mogu provjeriti tradicionalnim "plaz" metodama. Pomoću 3D skeniranja možete odrediti koliko se fizički uzorak podudara s 3D računalnim modelom. Za 3D skeniranje također možete koristiti koordinatni mjerni stroj (CMM) ili beskontaktni optički/laserski sustav za skeniranje. Međutim, kada se koriste sustavi za beskontaktno skeniranje, oni u pravilu ne mogu ispravno raditi sa zrcalnim i površinama visokog sjaja. Kod korištenja "mjernih krakova" bit će potrebno nekoliko uzastopnih resetiranja, budući da 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 kvalitete gotovog proizvoda (odsutnost zračnih šupljina) i korozije tijekom rada. Za ispitivanje bez razaranja brodskih trupova izrađenih od kompozita, X-zrake su naširoko korištene, ali imaju tendenciju smanjenja iz više razloga. Nedavno su se počele pojavljivati ​​publikacije koje opisuju detekciju raslojavanja infracrvenom termografijom (termovizije). U isto vrijeme, metode termovizijske i rendgenske NDT detekcije raslojavanja ne dopuštaju mjerenje njihove veličine i određivanje dubine defekata kako bi se procijenio njihov učinak na promjenu karakteristika čvrstoće.

Zaključak

Trenutačno u Rusiji gotovo tek počinje intenzivan razvoj automatizacije montaže kompozitnih proizvoda, uključujući opremu za izradu matrica. Najčešće se za "ugađanje" automobila izvode samo pojedinačni elementi aerodinamičkog kompleta karoserije. Implementacija FiberSIM sustava na projektiranju i izgradnji baznog minolovca projekta 12700, kao i na VASO automatskom stroju za polaganje tkanina, je uspješna. No to su izolirani primjeri, za povećanje konkurentnosti potrebno je sveobuhvatno uvođenje novih tehnologija.

Bibliografska poveznica

Chernyshov E.A., Romanov A.D. SUVREMENE TEHNOLOGIJE PROIZVODNJE 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 "Academy of Natural History"

T kompozitna tehnologija rješava problem dobivanja očvrslih materijala. Riječ tehnologija dolazi od dvije grčke riječi: techne - zanatstvo i logos - riječ, učenje. Obično u imenima ove vrste, drugi dio "logija" odgovara pojmu "znanost". Na primjer, zoologija je znanost o životinjama, geologija je znanost o strukturi Zemlje. Po analogiji, tehnologiju treba definirati kao znanost o zanatstvu.

Tehnologija kompozita - sekcija tehnologija materijala

Ali riječ "znanost" pored riječi "tehnologija" pojavila se relativno nedavno. Tehnologija se obično definira kao skup metoda. Ako se radi o tehnologija materijala, onda je ovo skup metoda za dobivanje i obradu materijala.
Vlakna kao sastavni dijelovi materijala. Prije nekoliko desetljeća moglo se složiti s takvom definicijom. A danas svakako treba pojašnjenje. Tehnologija materijala danas nije samo skup metoda, već i znanost o dobivanju i obradi materijala, koja ima svoju teorijsku osnovu (teorija metalurških procesa, teorija obrade tlakom, teorija toplinske obrade itd.) , vlastite metode istraživanja i vlastita načela. A stvaranje novih materijala nezamislivo je bez korištenja njegovih dostignuća. Ali sjećajući se ovoga, ne bismo trebali 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 u bilo kojem poslu. U izradi materijala sudjeluju ljudi raznih specijalnosti. Teoretičari materijala su fizičari, kemičari i mehaničari koji proučavaju opće zakone koji upravljaju ponašanjem materijala. Tehnolozi materijala su stručnjaci koji koriste te zakone za stvaranje novih materijala i razvoj metoda za njihovu proizvodnju. Oni su poveznica između teorije i prakse. A tu su i proizvodni tehnolozi koji rade izravno u tvornicama i razvijaju procese za dobivanje proizvoda u industrijskim uvjetima. Govorit ćemo o radu materijalnih znanstvenika-tehnologa.

Kompozitna tehnologija je zadatak za stručnjaka

Uzmimo za primjer stručnjak za kompozitnu tehnologiju. Koje zadatke mora riješiti? Ovdje je jedan od njih. Danci: borova vlakna namotana na bobine; aluminij (u bilo kojem obliku - listovi, žica, prah, talina) možete odabrati po vlastitom nahođenju. Potrebno: međusobno povezati vlakna i aluminijsku matricu, pri čemu se dobiva bor-aluminij visoke čvrstoće. Tehnolog mora odlučiti kako to učiniti. Da budemo precizniji, razgovarajmo o tome kako dobiti takav kompozit u obliku lista, u kojem su sva vlakna ravnomjerno raspoređena po presjeku i složena paralelno jedno s drugim. Za rješavanje problema potrebno je odgovoriti na tri osnovna pitanja:

1. Kako osigurati polaganje vlakana u zadanom smjeru?
2. Kako uvesti vlakna u matricu da bi se dobila ploča potrebne strukture i svojstava?
3. Kako spriječiti omekšavanje i uništavanje vlakana u procesu proizvodnje materijala, a u isto vrijeme osigurati njihovu čvrstu vezu s matricom?

Pitanje "kako?" neprestano jureći tehnolozima. I 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 pokazati kako riješiti problem. Svaki stručnjak koji se bavi znanošću stalno je primoran tražiti odgovore na ta pitanja i nema nade da će ih se riješiti. Čim odgovorite na jedno, pojavi se drugo, a ono zauzvrat rađa lavinu novih "zašto?" I kako?". A ako oni prestanu brinuti, on prestaje biti znanstvenik. Ali ipak, za tehnologa, glavna stvar je točno odgovoriti na pitanje "kako?". Ovo je njegov posao. Formulirana su tri glavna pitanja koja treba razmotriti pri rješavanju problema tehnologije. Pokušajmo na njih odgovoriti.

Kako usmjeriti vlakna u kompozitu

Krenimo redom. Kako usmjeriti 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 se nositi s tankim vlaknima promjera oko 100 mikrona. U limu debljine 5 mm i širine 500 mm bit će ih više od 100 tisuća; ručno polaganje svakog vlakna na unaprijed predviđeno mjesto očito je nerealan zadatak. To se može učiniti pomoću stroja. Treba voditi računa da se vlakna ne smiju međusobno dodirivati, već moraju biti smještena na određenoj udaljenosti jedna od druge kako bi se osigurala potrebna koncentracija u matrici. Ovdje možete ponuditi nekoliko opcija, ali vjerojatno jedna od najboljih - ona koja se danas široko koristi u praksi - način namotavanja. Uzima se cilindrični bubanj, čiji je opseg jednak duljini budućeg lima, postavljen na tokarski stroj i namotan na njega sa zadanom udaljenosti vlakana. Ideja je zatim prerezati sva vlakna uzduž generatrise cilindra i razviti ih u ravnini, dobivajući jedan sloj paralelnih vlakana. Duljina ovog sloja jednaka je opsegu bubnja. A da bi se očuvao međusobni raspored vlakana u sloju, prije rezanja ih je potrebno nekako pričvrstiti jedna za drugu. Možete, na primjer, namazati ljepilom i rezati duž generatrixa nakon što se osuši. Istodobno, odaberite ljepilo tako da se, ako je potrebno, može lako ukloniti, recimo, izgorjeti zagrijavanjem.

Kako umetnuti vlakna u matricu

Ali bolje je to učiniti drugačije. Koristite sam materijal matrice kao pričvršćivač. Zatim možete izvršiti dva zadatka odjednom kako biste pravilno održali kompozitnu tehnologiju: popraviti vlakna u željenom položaju i u isto vrijeme unesite ih u matricu, odnosno odgovoriti na drugo glavno pitanje našeg zadatka. Misao nije loša. Ali opet se javlja ista opsjednutost – kako? Kako to učiniti? Ne može se bez znanja fizike i kemije.

Elektrokemijska metoda

Može se koristiti elektrokemijska metoda, nanošenjem galvanske prevlake matričnog metala na bubanj s vlaknima namotanim na njega. U principu nije teško, ali:

1. oduzima puno vremena
2. ne mogu se svi metali primijeniti na ovaj način,
3. teško je osigurati 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 uronite bubanj s namotanim vlaknima u rastopljeni aluminij i nakon vađenja brzo ga ohladite dok se ne kristalizira. Čini se da je jednostavno, ali ta je jednostavnost varljiva. Tekući metal će iscuriti i stoga neće biti moguće ravnomjerno prekriti cijeli jednosloj matricom. Osim toga, u nekim slučajevima rastaljeni metal može aktivno komunicirati sa samim bubnjem, nagrizajući njegovu površinu i površinu vlakana, a to je vrlo nepoželjno, jer će bubanj izgubiti svoje dimenzije, a vlakna će oslabiti i postati krta. .

Plazma raspršivanje premaza

A ovdje je najprikladnija opcija. Koristiti plazma raspršivanje premaza. Ovom metodom materijal matrice se topi strujom niskotemperaturne plazme (ioniziranog plina s prosječnom temperaturom od oko 10 000 K), istom strujom se raspršuje i prenosi na površinu bubnja, pokrivajući vlakna i ispunjavajući praznine između njih. Protok plazme dobiva se pomoću posebnog uređaja - plazma baklje, u kojoj se radni plin (dušik, argon, vodik, helij, itd.) Ionizira pod djelovanjem lučnog pražnjenja. Iako se plazma nastala u konvencionalnim plazmatronima naziva niskotemperaturnom, ta "niska" temperatura (10 000 K) sasvim je dovoljna da se otopi bilo koji materijal koji postoji u prirodi. Kapljice rastaljenog metala dospiju u hladni bubanj i, dajući mu toplinu, kristaliziraju se, tvoreći jednoliku prevlaku na bubnju ako se ravnomjerno okreće. Materijal koji se raspršuje (u našem slučaju aluminij) obično se unosi u mlaz plazme u obliku praha ili žice. Izvana, postupak nanošenja plazma premaza nalikuje slikanju zračnim kistom. Samo umjesto zračnog kista - plazma plamenik, a umjesto boje - matrična legura. U načelu, nije potrebno koristiti plazmu za ovu svrhu, možete se snaći s plinskim plamenikom ili drugim uređajem, ali plazma raspršivanje je vrlo zgodno i naširoko se koristi u stvaranju kompozita. Ojačani monosloj dobiven raspršivanjem reže se duž jedne od generatrisa cilindra i razvija u ravninu. Čvrstoća premaza je dovoljna da spriječi međusobno pomicanje vlakana, ali nije dovoljna da osigura visoku čvrstoću kompozita. Debljina dobivenih monoslojeva obično je jedan i pol do dva promjera vlakana, odnosno oko 200 mikrona, a mi, da vas podsjetim, trebamo lim debljine 5 mm. Kako biti? Opet "kako?".

Valjanje jednoslojnih slojeva

Ovog puta odgovor ne morate dugo tražiti: od dobivenih jednoslojeva trebate napraviti lisnatu tortu, odnosno skupiti ih u vrećicu potrebne debljine i nekako ih zbiti, neraskidivo ih povezati. jedno s drugim. To se može učiniti, na primjer, rolling monolayers ili toplo prešanje. U prvom slučaju, paket se zagrijava u pećnici i prolazi između rotirajućih valjaka. Tijekom valjanja monoslojevi se spajaju u monolitni materijal, a materijal matrice se zbija u svakom monosloju, što dovodi do povećanja čvrstoće matrice i čvrstoće njezine veze s vlaknima.

Vruće prešanje monoslojeva

Ponekad je svrsishodnije zbijati pakete jednoslojnih slojeva ne valjanjem, već pomoću vruće prešanje. Da bi se to učinilo, stavljaju se u kalup čija duljina i širina radne ravnine odgovara dimenzijama jednoslojnih slojeva i pritisnu se odozgo probijačem. Kalup se zagrijava kako bi se mogla održati potrebna temperatura procesa. Zagrijani paket se zbija, pa otuda i naziv - vruće prešanje. Kako bi se stvorila jaka veza između monoslojeva i kako bi se sve čestice nataloženog matričnog metala zavarile jedna s drugom, tvoreći monolit, potrebno je držati pod pritiskom, čime se omogućava difuzijskim procesima da obave svoj posao. Upravo ti procesi, zajedno s pritiskom, osiguravaju visoka mehanička svojstva našeg lisnatog tijesta. Zato se ovaj način dobivanja kompozita ponekad naziva i difuzijskim zavarivanjem.

Tehnologija kompozita u obliku šipke ili složenog profila

S obzirom na postavljeni zadatak, 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". Možete opet pribjeći valjanje paketa iz jednoslojnih slojeva, ali ne u glatkim rolama, već u kalibriranim, odnosno s posebnim izrezima koji odgovaraju potrebnoj konfiguraciji. Ili možete koristiti tzv metode tekuće faze kada je matrica u tekućem stanju u procesu dobivanja kompozita. Vlakna, odmotavajući se iz zavojnica (broj zavojnica jednak je broju vlakana u kompozitu), prolaze bez dodira jedna s drugim kroz kupku s rastaljenim metalom matrice, navlaže se njime i ulaze u predionicu koja oblikuje šipku željenog odjeljka. Nakon toga, šipka se hladi, metal matrice se stvrdne, tvoreći kompozitni materijal s vlaknima. Na taj način mogu se dobiti šipke najrazličitijih profila. Proizvodi složenog profila, poput turbinskih lopatica, prikladno se dobivaju impregnacijom. Vlakna se stavljaju u kalup, čija radna šupljina odgovara obliku oštrice (kako to učiniti je zasebno pitanje koje sada nećemo razmatrati, ali to se može učiniti, iako nije lako), a zatim tekućina matrični metal se ulijeva u kalup. Razmaci između vlakana su obično mali, te ih rastaljeni metal teško može popuniti, ali ih je potrebno popuniti, i to što je brže moguće kako se vlakna ne bi stigla otopiti u matrici. Stoga se u većini slučajeva impregnacija provodi pod pritiskom. Kalup za lijevanje se vakuumira, a tekući metal ulazi u njega pod atmosferskim tlakom. Za brzu i pouzdanu impregnaciju u pravilu je dovoljna razlika tlaka od jedne atmosfere. Ali to je samo u slučaju kada su vlakna namočena rastaljenim matričnim metalom. Ako se ne dogodi, morate nešto poduzeti. Na primjer, ugljična vlakna se ne kvase tekućim aluminijem; stoga se ugljik-aluminij ne može dobiti jednostavno impregniranjem grafitnih niti aluminijem. Ali ako se te niti prethodno presvuku najtanjim slojem kroma ili nikla (dovoljno je nanijeti premaz debljine jednog mikrometra), koje se dobro nakvase aluminijem, impregnacija će biti osigurana i može se dobiti kompozit. Glavna zadaća tehnologa je odgovoriti na pitanje "kako?". Kako to učiniti? Točni 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. Bezvrijedan za njega. Slično tome, tehnolog koji ne razumije fiziku procesa koji se odvijaju pri dobivanju materijala je inferiorni stručnjak. 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 najintenzivnijih operacija u tehnološkom ciklusu:

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

Robotski kompleks omogućuje vam pružanje sljedećih prednosti:

• Povećana brzina obrade u usporedbi s ručnom obradom
• Visoka ponovljivost i kvaliteta obrade
• Glodanje s visokom kvalitetom rubova "u jednom prolazu"
• Poboljšanje uvjeta rada
• Stvaranje dodatnih radnih mjesta koja zahtijevaju veliko znanje

Na način kontakta Nakon kalupljenja stakleni materijal se ručno impregnira smolom pomoću četke ili valjka. Impregnacija se može provoditi istovremeno s valjanjem u obliku ili zasebno. Valjanje se provodi kako bi se uklonio zrak iz laminata i ravnomjerno rasporedilo vezivo.

Kompozitni materijali su materijali izrađeni od nekoliko komponenti. Uglavnom se izrađuju od plastične baze, armirajućeg punila, kao i nekih drugih tvari. Kao rezultat toga, kompozit karakterizira visoka čvrstoća, krutost i mnoga druga korisna svojstva.

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

staklena vlakna;
karbonska vlakna;
boroplastika;
organoplastika;
polimeri punjeni prahom;
školske ploče.

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

Izgradnja;
Elektrotehnika;
kemijska industrija;
radovi na cesti;
telekomunikacija;
zrakoplovna industrija itd.

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

Poboljšana fizikalna i kemijska svojstva;
prilično niska specifična težina;
otpornost na korozivne pojave, truljenje ili savijanje;
niska toksičnost tijekom izgaranja;
nezapaljivost ili teška zapaljivost;
jedinstvena kemijska 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 se rješavaju razni tehnološki problemi u najrazličitijim područjima, poput graditeljstva, strojarstva ili drugih vrsta industrije. To je postignuto uz pomoć brojnih prednosti koje razlikuju kompozite od ostalih do tada popularnih materijala.

Obnova dijagonalnog kotača pumpe

Kompozitni materijali se također mogu koristiti za obnavljanje dijagonalnog rotora pumpe. Sa sličnim zahtjevom za popravak uređaja za pumpanje otpadnih voda pod nazivom KSB Sewatec, Angarsk Vodokanal MP obratio se Cerametu.

U tri godine rada, učinak pumpe pao je na 70%, počevši od prvog dana rada. Kao popravak restauriran je metal, primijenjen je kompozitni materijal, kao i dinamičko balansiranje. Dakle, korištenjem kompozitnih tehnologija, moguće je produžiti vijek trajanja crpke i postići uštedu troškova od 4,5 puta.

Značajke materijala Ceramet

Ceramet kompozitni keramički materijali dizajnirani su za zaštitu opreme, produžujući njezin vijek trajanja i povećavajući radni vijek. Ovo značajno smanjuje vrijeme zastoja i potrebu za kupnjom dodatnih rezervnih dijelova.

Značajke materijala Ceramet je njegov prilično širok raspon primjena, koji uključuje:

Popravak crpne opreme;
obnavljanje vijaka;
poboljšanje funkcionalnosti izmjenjivača topline;
popravak cjevovoda, oluka i sl.

Dakle, kompozitni materijal Ceramet može se koristiti u različite svrhe, što je povoljnije od korištenja drugih metoda obnove opreme.