Neke metode proizvodnje proizvoda od kompozita. Suvremene znanstveno-intenzivne tehnologije Kompozitne tehnologije

Tijekom ove metode koriste se unaprijed pripremljena punila. Zahvaljujući ovoj metodi, zajamčena je visoka ujednačenost proizvoda za čvrstoću, a pokazatelji se kontroliraju. Međutim, kvaliteta dobivenog proizvoda u velikoj mjeri ovisi o vještini i iskustvu radnika.

Proizvodnja proizvoda od stakloplastike ručnim oblikovanjem podijeljena je u nekoliko faza. Prva faza naziva se pripremna, tijekom koje se čisti površina matrice očekivanog proizvoda, zatim se odmašćuje i na kraju se nanosi sloj odvajajućeg voska. Na kraju prve faze, matrica je prekrivena zaštitnim i dekorativnim slojem - gelcoatom. Zahvaljujući ovom sloju formira se vanjska površina budućeg proizvoda, postavlja se boja i osigurava zaštita od djelovanja štetnih čimbenika kao što su voda, ultraljubičasto i kemijski reagensi. U osnovi, negativne matrice se koriste za proizvodnju gotovog proizvoda. Nakon što se poseban sloj gelcoata osuši, možete nastaviti na sljedeći korak, koji se zove oblikovanje. Tijekom ove faze u matricu se stavlja početno izrezani stakleni materijal, a može se koristiti i druga vrsta punila. Slijedi proces formiranja "kostura" očekivanog proizvoda. Zatim se smola s katalizatorom, prethodno pomiješana, nanosi na pripremljeni stakleni materijal. Smola se mora ravnomjerno rasporediti četkom i mekim valjcima po matrici. Posljednja faza može se nazvati valjanjem. Koristi se za uklanjanje mjehurića zraka s još neočvrslog laminata. Ako se ne uklone, to će utjecati na kvalitetu gotovog proizvoda, pa se laminat mora valjati tvrdim valjkom. Kada se gotov proizvod stvrdne, vadi se iz kalupa i strojno obrađuje, što uključuje bušenje rupa, obrezivanje viška stakloplastike po rubovima itd.

Prednosti ove metode:

• postoji stvarna prilika za dobivanje proizvoda složenog oblika i značajne veličine uz minimalna ulaganja;
• dizajn proizvoda može se lako promijeniti, budući da se u proizvod uvode ugrađeni dijelovi i okovi, a cijena opreme i potrebne opreme je prilično niska;
• za izradu matrice koristi se bilo koji materijal koji je u stanju zadržati svoje proporcije i oblik.

Nedostaci ove metode:

• značajni troškovi ručnog rada;
• performanse su prilično niske;
• kvaliteta proizvoda ovisit će o kvalifikacijama kalupa;
• Ova metoda je prikladna za proizvodnju malih proizvoda.

2. Prskanje.

Za malu i srednju proizvodnju ova metoda je prikladna. Metoda raspršivanja ima mnoge prednosti u odnosu na kontaktno oblikovanje, iako postoje određeni troškovi povezani s kupnjom opreme za ovu metodu.

Posebna instalacija omogućuje nanošenje zaštitnog premaza i plastike. Zbog toga nije potrebno prethodno rezanje materijala i priprema veziva, zbog čega se dio ručnog rada drastično smanjuje. Posebne instalacije automatski računaju doze smole i učvršćivača, također režu roving na dijelove potrebne veličine (0,8 - 5 cm). Nakon postupka rezanja, dijelovi konca moraju pasti u mlaz veziva i natopiti se tijekom prijenosa na matricu. Zbog ručnog rada, proces brtvljenja stakloplastike u matrici se provodi pomoću valjka za valjanje.

Niz prednosti u proizvodnji stakloplastike prskanjem:

• postoji ušteda vremena i korisnog prostora zbog činjenice da nije potrebno rezati materijal i pripremati vezivo;
• moguće je smanjiti broj proizvodnih područja smanjenjem broja posebno pripremljenih mjesta za oblikovanje;
• povećava se brzina oblikovanja proizvoda;
• kontrola kvalitete proizvoda je pojednostavljena;
• značajno se štedi fond plaća;
• Zbog činjenice da je roving relativno jeftin materijal, trošak dobivenog proizvoda značajno je smanjen.

Kada se vezivo priprema u maloj količini, zatim kod ručnog oblikovanja, na alatu i stijenkama posude ostaje do 5% veziva, što je prilično neekonomično. Poznato je da će kvaliteta dobivenog proizvoda ovisiti o vještini i iskustvu operatera postrojenja. Ova metoda koristi isti alat kao tijekom ručnog oblikovanja.

3. Pultruzija.

Tehnologija pultruzije temelji se na kontinuiranoj proizvodnji profilnih proizvoda od jednoosno orijentiranih vlaknastih plastika. Profilni proizvod s konstantnim poprečnim presjekom od prikladnog materijala može se dobiti samo pultruzijom.

Zahvaljujući posebnom stroju za pultruziju, proizvodi se profil od stakloplastike. Takav stroj se sastoji od dijela za dovod materijala za ojačanje, matrice, dijela za impregnaciju, jedinice za povlačenje, upravljačke jedinice za grijaće elemente i dijela za rezanje. Paket orijentiranih vlakana najbolje je ojačan kada je osušen i impregniran polimernim sastavom koji se pumpa kroz suhi paket. Zahvaljujući ovoj tehnologiji, zrak neće ući u materijal. Višak smole će teći natrag u rezervoar i reciklirati. Roving, koji se koristi kao armaturni materijal, namotava se od bobina u suhom stanju i sastavlja u snop na poseban način. Zatim materijal ulazi u uređaj za impregnaciju - ovo je posebna kupka od smole, gdje se potpuno navlaži poliesterom, epoksidom ili drugim vezivom. Zatim se već impregnirani materijal šalje u zagrijanu matricu, čiji je zadatak formiranje konfiguracije profila. Zatim se sastav stvrdne na navedenoj temperaturi. Kao rezultat, dobiven je profil od stakloplastike čija konfiguracija ponavlja oblik predilnice.

Dokazano je da su proizvodi dobiveni pultruzijom superiorniji u svojstvima u odnosu na dijelove izrađene klasičnim metodama oblikovanja. Povećanje cijene ove metode posljedica je niza prednosti koje su karakteristične za ovaj proces. Prednosti uključuju strožu kontrolu napetosti i usmjerenosti vlakana, smanjen broj pora i zadržavanje sadržaja vlakana u kompozitu. Očito je čak i međuslojno posmično svojstvo nedvosmisleno poboljšano. Trenutno je razvijeno nekoliko varijanti glavnog procesa pultruzije koje su mnoge zanimljive i znače puno za industriju. Njihove prednosti su dobra električna, fizikalna, kemijska i toplinska svojstva, visoke performanse i izvrsna tolerancija dimenzija. Za proizvodnju trajnih lamelnih i limenih poluproizvoda namijenjena je jedna od takvih metoda pultruzije.

Međutim, svaka metoda ima svoje nedostatke. Ovu metodu karakterizira takav nedostatak kao što je brzina procesa, koja će ovisiti o temperaturi i brzini skrućivanja veziva. Obično je mali za poliesterske smole niske topline. Drugi nedostatak je što je teško osigurati stalan presjek proizvoda duž duljine, s iznimkom proizvoda s ne baš složenim oblikom presjeka - kvadrat, okrugli, I-greda i drugi. Da biste dobili proizvod, trebate koristiti samo niti ili snopove. U posljednje vrijeme, međutim, ovi nedostaci metode za dobivanje profilnih proizvoda postupno su otklonjeni i primjena ovog postupka primjetno se proširila. Kao polimerne matrice koriste se sastavi na bazi polivinil etera i epoksidnih smola. Primjena takvih polimernih matrica na bazi polisulfona, polietersulfona i plastificiranog poliimida omogućuje postizanje brzine formiranja šipki promjera oko pet mm brzinom od oko sto i dva m/min.

Za dobivanje složenih proizvoda s ojačanim profilom potrebno je koristiti metodu crtanja slojevitih materijala, koji se sastoje od vlaknastih prostirki ili tkanina. Do danas su razvijene metode za proizvodnju cjevastih proizvoda koji kombiniraju namotavanje spiralnog sloja i provlačenje. Lopatice vjetroagregata složenog profila poprečnog presjeka mogu se navesti kao primjer upotrebe materijala sa složenim uzorkom armature. Alati su već razvijeni za oblikovanje poluproizvoda za automobilske lisnate opruge, koji imaju zakrivljenu površinu i nestalan poprečni presjek.

4. Navijanje.

Jedna od najperspektivnijih metoda za oblikovanje proizvoda od stakloplastike je metoda namatanja vlakana, zbog činjenice da stvara potrebnu strukturu punila u gotovim proizvodima, ovisno o njihovom obliku i značajkama rada. Zahvaljujući korištenju snopova, traka, niti kao punila, omogućuje maksimalnu čvrstoću proizvoda. Štoviše, takva punila su najjeftinija.

Proces namatanja vlakana može se opisati kao relativno jednostavna metoda u kojoj se armaturni materijal u obliku trajnog rovinga (kugla) ili niti (pređe) namata oko rotirajuće trne. Posebni mehanizmi prate kut namota i mjesto armaturnog materijala. Ovi se uređaji kreću brzinom koja odgovara rotaciji trna. Materijal se omota oko trna u obliku traka koje su u dodiru jedna s drugom, ili po nekom posebnom uzorku dok se površina trna potpuno ne pokrije. Uzastopni slojevi se mogu nanositi pod istim kutom ili pod različitim kutovima namotavanja dok se ne postigne potrebna debljina. Kut namota varira od vrlo malog, koji se naziva uzdužnim, do velikog, kružnog. Ovaj raspored podrazumijeva 90 0 u odnosu na os trna, hvatajući sve kutove spirale ovog intervala.

Termoreaktivna smola služi kao vezivo za armaturni materijal. U procesu mokrog namatanja, smola se nanosi izravno tijekom procesa namatanja. Proces suhog namatanja temelji se na korištenju rovinga, koji je prethodno impregniran smolom u B fazi. Stvrdnjavanje se provodi na povišenoj temperaturi bez pretjeranog pritiska. Završna faza procesa temelji se na uzimanju proizvoda iz trna. Po potrebi se mogu izvesti završne operacije: mehanička obrada ili metoda brušenja. Glavni proces namota karakteriziraju mnoge varijacije, koje se razlikuju samo po prirodi namota, kao i po značajkama dizajna, kombinacijama materijala i vrstama opreme. Struktura mora biti namotana kao na okretnoj površini. Međutim, moguće je oblikovati i druge vrste proizvoda, na primjer, komprimiranjem još nestvrdnutog dijela rane unutar zatvorenog kalupa.

Dizajn se ispostavi da je sličan glatkom cilindru, cijevi ili cijevi, čiji se promjer dobiva od nekoliko centimetara do nekoliko desetaka centimetara. Namotavanje vam omogućuje oblikovanje proizvoda konusnog, sfernog i geodetskog oblika. Za dobivanje tlačnih posuda i spremnika za skladištenje u namot se mora umetnuti završni poklopac. Moguće je oblikovati proizvode koji će raditi pod nestandardnim uvjetima opterećenja, kao što su vanjski ili unutarnji tlak, tlačna opterećenja ili zakretni moment. Termoplastične cijevi i posude izrađene od metala pod visokim pritiskom ojačavaju se vanjskim zavojima tijekom namotavanja. Dobivene proizvode karakterizira visok stupanj točnosti. Međutim, postoji i druga strana procesa namatanja, koju karakteriziraju sporije brzine proizvodnje. Prednost je u tome što će za namotavanje odgovarati apsolutno bilo koji trajno ojačavajući materijal.

Za proces namatanja mogu se koristiti različite vrste strojeva, od raznih tokarilica i strojeva s lančanim pogonom do složenijih kompjuteriziranih jedinica koje karakteriziraju tri ili četiri osi kretanja. Postoje i strojevi koji kontinuirano proizvode cijevi. Radi praktičnosti namotavanja velikih spremnika, prijenosna oprema mora biti projektirana na mjestu ugradnje.

Glavne prednosti metode namotavanja:

• ekonomski isplativa metoda polaganja materijala zbog brzine procesa;
• mogućnost podešavanja omjera smola / staklo;
• mala vlastita težina, ali u isto vrijeme visoka čvrstoća;
• ova metoda nije podložna koroziji i propadanju;
• relativno jeftini materijali;
• dobra struktura laminata, zbog činjenice da profili imaju usmjerena vlakna, te dobar sadržaj staklenih materijala.

5. Pritiskom.

Postupak prešanja sastoji se u izravnom davanju željenog oblika proizvodu pod utjecajem visokog tlaka, koji nastaje u kalupu na temperaturi brzog skrućivanja materijala. Zbog vanjskog tlaka u materijalu koji se preša dolazi do njegovog zbijanja i djelomične destrukturiranja prijašnje strukture. Trenje između dodirnih čestica materijala, koje nastaje tijekom zbijanja, uzrokuje pojavu toplinske energije, što će svakako dovesti do taljenja veziva. Nakon što materijal prijeđe u viskoplastično stanje, širi se u kalupu pod djelovanjem pritiska, tvoreći cjelovitu i zbijenu strukturu. Proces stvrdnjavanja temelji se na reakciji umrežavanja makromolekula zbog polikondenzacije između slobodnih skupina veziva. Reakcija zahtijeva toplinu, tijekom koje se oslobađaju niskomolekularne, hlapljive tvari, poput metanola, vode, formaldehida, amonijaka itd.

Parametri za tehnologiju izravnog prešanja:

• temperatura predgrijavanja;
• pritisak pritiska;
• temperatura prešanja;
• privremena izloženost pod pritiskom;
• parametri pripreme za tisak;

Tlak tijekom izravnog prešanja djeluje izravno na materijal u šupljini kalupa, tako da se dijelovi kalupa mogu prerano istrošiti. Ovisno o dimenzijama proizvoda, ciklus prešanja može biti od 4 do 7 minuta. Izravna kompresija plastike za armiranje ima dvije varijante, koje ovise o tome kako je vlaknasto punilo impregnirano:

• Suha, prethodno impregnirana platna i tkanine se prešaju;
• Prešano impregnacijom u obliku.

Prva metoda je popularnija. Izravno prešanje koristi se za izradu proizvoda relativno jednostavnog oblika. Zbog visokih zahtjeva koji se postavljaju na kvalitetu vanjske površine dijela, stvorene su automatske instalacije za doziranje komponenti u pripremi izradaka od preprega. Konstruirani su posebni automatski manipulatori koji utovaruju pakete zaliha u kalupe s više šupljina. Nova generacija visoko preciznih preša opremljena je najsuvremenijim kontrolnim sustavima za proizvodnju dijelova s ​​visokokvalitetnom površinom po približno istoj cijeni kao čelični dijelovi.

6. SMC tehnologija.

Ozbiljna prepreka distribuciji kompozitnih materijala je loša prilagodba tradicionalnih tehnologija za njihovu proizvodnju potrebama suvremene velike proizvodnje, štoviše, potpuno automatizirane. Do danas kompozitni dijelovi i dalje ostaju "roba u komadu". Skupi rad iskusnog osoblja doprinosi visokom udjelu troškova ovih materijala. Unatoč tome, posljednjih godina napravili smo značajan napredak u pripremi automatskih metoda za proizvodnju kompozita. SMC tehnologija postala je jedan od najtraženijih razvoja.

Krajnji proizvodi ove tehnologije podliježu procesu u dvije faze. Prvi stupanj tehnologije karakterizira činjenica da se prepreg proizvodi na automatskoj transportnoj tvornici, a već u drugoj fazi se prepreg prerađuje u čeličnim kalupima u gotove dijelove. Opišimo ove faze detaljnije. Nezasićena poliesterska smola koristi se kao osnova za vezni materijal. Njegove prednosti uključuju nisku cijenu i kratko vrijeme sušenja. Ojačavajuća komponenta je sjeckana stakloplastika, koja je nasumično raspoređena u volumenu lima. Sustav stvrdnjavanja smole osigurava dugotrajno skladištenje od nekoliko mjeseci na sobnoj temperaturi. Kemijski zgušnjivači povećavaju viskoznost veziva nakon impregniranja staklenih vlakana za nekoliko redova veličine, čime se poboljšava obradivost preprega, kao i produžava njegov rok trajanja. Mineralna punila, koja se unose u vezivo u velikim količinama, povećavaju vatrootpornost gotovih proizvoda te se osjetno poboljšava kvaliteta njihove površine.

Dobiveni prepreg obrađuje se automatskim postupkom prešanjem u zagrijanim čeličnim kalupima. Ovi su kalupi po dizajnu slični kalupima za brizganje termoplasta. Zahvaljujući formulaciji veziva, prepreg se stvrdne na temperaturi od 150°C i tlaku od 50-80 bara brzinom od ~30 sec/mm debljine. Vrlo nisko skupljanje je važna značajka SMC tehnologije. Zbog visokog sadržaja mineralnog punila i posebnih termoplastičnih aditiva postiže se skupljanje do 0,05%. Dobiveni proizvodi udarna čvrstoća je 50-100 kJ/m 2 i destruktivna čvrstoća na savijanje - 120-180 MPa. Ekonomski je isplativo koristiti SMC tehnologiju za dobivanje visokokvalitetnih kompozitnih proizvoda u velikim količinama od nekoliko tisuća do stotina tisuća mjesečno. Europsko tržište proizvodi stotine tisuća sličnih materijala godišnje. Industrija električne energije, automobilska i željeznička industrija najveći su potrošači ovih materijala.

7. RTM metoda (Resin Transfer Molding).

RTM metoda temelji se na impregnaciji i oblikovanju kompozita pod pritiskom, pri čemu se vezivo prenosi u zatvorenu matricu koja već sadrži punila ili predforme. Različite tkanine u različitim tkanjima mogu djelovati kao ojačavajući materijal, kao što su multiaksijalni ili emulzijski materijali i stakleni prostirci u prahu. Vezivo je smola, koja gelira 50-120 minuta, niske dinamičke viskoznosti. GOST 28593-90 definira viskoznost i vrijeme geliranja smole.

Ova metoda je savršena za standardne količine od 500-10.000 komada godišnje. Dizajn matrice sastoji se od kompozitnih ili čeličnih oblika koji ponavljaju vanjske konture dijela s obje strane. Konstrukcije imaju visoke temperaturne ocjene koje se održavaju preciznim poravnanjem zatvorenih čeličnih okvira koji su poduprti na točkama stezanja.

Ova metoda je idealna za proizvodnju matrica od 0,2m2 do 100m2. Dizajn matrice sastoji se od kompozitnih ili čeličnih kalupa. Matrica kontura sastoji se od lakšeg i fleksibilnijeg dizajna. Polovice matrice su međusobno povezane pod utjecajem vakuuma.

Prednosti RTM tehnologije:

• automatizirana proizvodnja, čime se smanjuje slučajnost ljudske intervencije;
• dolazi do smanjenja i kontrole količine korištenih sirovina;
• smanjen je utjecaj materijala na okoliš;
• poboljšani uvjeti rada;
• zbog bolje impregnacije nastaju relativno jaki proizvodi;
• relativno jeftina oprema.

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

2. Dizajn i čvrstoća trupa brodova i brodova od stakloplastike. Inozemna brodogradnja 1965. - 1973. godine // Brodogradnja, 1973. (monografija).

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 (prikaz, stručni).

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

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

6. Pametne tehnologije za zrakoplovnu industriju. Povećanje konkurentnosti domaćih zrakoplovnih poduzeća na primjeru zajedničkih projekata tvrtke 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. broj 3. 2007. S. 19-26.

Kompozitni materijal je materijal čija se struktura sastoji od nekoliko komponenti koje se razlikuju po svojim fizikalnim i mehaničkim svojstvima: metalne ili nemetalne matrice s danom 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, disperzijski 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 1930-ih. Od 50-ih godina u svijetu se raširila brodogradnja od stakloplastike, izgrađen je značajan broj jahti, radnih i spasilačkih čamaca i ribarskih brodova, desantnih plovila itd. Jedna od prvih primjena kompozitnih materijala u zrakoplovstvu bila je proizvodnja ploča od ugljičnih vlakana 1967. za zadnji 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 koricama od karbonskih vlakana. Trenutno se oko 50% ukupne mase Boeinga 787 ili Airbusa A350 sastoji 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 izradu dijelova ovjesa i motora.

Međutim, do nedavno su poduzeća uglavnom koristila ručno polaganje 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 projektiranje i pripremu proizvodnje, kao i 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 bit polaganje "suhe" podloge nakon čega slijedi impregnacija vezivom ("mokro" oblikovanje, namotavanje, brizganje, Resin Transfer Molding / RTM) ili naizmjenično polaganje "suhe" baze 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 namatanjem;
• hladno prešanje komponenti nakon čega slijedi sinteriranje;
• elektrokemijsko premazivanje vlakana s naknadnim prešanjem;
• taloženje matrice raspršivanjem plazme na učvršćivač, nakon čega slijedi kompresija;
• šaržno difuzijsko zavarivanje jednoslojnih traka komponenti;
• spojno valjanje armaturnih elemenata s matricom itd.

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

Softver

Zadatak projektiranja proizvoda od kompozitnih materijala je ispravan odabir sastava koji osigurava kombinaciju svojstava potrebnih u određenom operativnom slučaju. Pri projektiranju armiranih polimernih kompozitnih materijala uvelike 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 diferencirane debljine, koja može varirati nekoliko desetaka puta.

Suvremeni softverski proizvodi mogu se podijeliti u dvije skupine: oni koji vrše analizu serije laminata u "dvodimenzionalnoj" ili "greda/ploča" formulaciji i u trodimenzionalnoj. Prva skupina 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 Software), Digimat (e-Xstream / MSC Software Corp.), Helius (Firehole Composites / Autodesk), ANSYS Composite PrepPost, ESAComp (Altair inženjerstvo) i sl. .

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

Nakon što je formiranje slojeva završeno, korisnik dobiva podatke o proizvodu, što im omogućuje korištenje 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 uzoraka.

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

• smanjiti potrošnju kompozitnih materijala korištenjem preciznih razvrtača i strojeva za rezanje;
• povećati brzinu i poboljšati kvalitetu ručnog polaganja materijala korištenjem preciznih praznina i laserskih projekcija mjesta njihova polaganja;
• postići visoku razinu ponovljivosti proizvoda;
• smanjenje utjecaja ljudskog faktora na kvalitetu 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 povećanje točnosti koriste se tro/petoosni CNC glodalice, upravljački i 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, kao osnova obratka uzima se kruti šuplji okvir, koji je izvana zalijepljen, a zatim potpuno obrađen. Tvrtke koje nemaju mogućnost obraditi cijeli proizvod slijede drugačiji put: prvo se izrađuje pojednostavljeni 3D model proizvoda pomoću ravnina u CAD sustavu, a na temelju pojednostavljenog modela se dizajnira kruti okvir od šperploče. Cijela vanjska površina se tada u CAD sustavu predstavlja kao obloga unutarnjeg okvira. Dimenzije obloge odabrane su na način da se može glodati na postojećem CNC glodalici (sl. 3). Zatim se točno sastavljen okvir zalijepi modelnom oblogom. Ovom metodom točnost glavnog modela je manja i potrebna je ručna dorada spojeva obloga, ali to vam omogućuje izradu proizvoda čije dimenzije znatno 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 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 omogućuje mehanizirano dobivanje kalupnih kvadrata i osigurava veću produktivnost rada u usporedbi s kalupnim kvadratima koji su ručno oblikovani od traka od stakloplastike ili stakloplastike. Sljedeća faza u razvoju proizvodnje proizvoda od kompozita je uvođenje instalacije za automatizirano namatanje rasporeda punila od karbonskih vlakana. Prvi "robot" dizajniran za polaganje suhe rolne tkanine demonstrirala je američka tvrtka Magnum Venus Plastech. Po prvi put u Rusiji takva oprema je uvedena u JSC VASO. Ova oprema omogućuje izradu kompozitnih dijelova duljine do 8 m i promjera do 3 m (slika 4).

Kako bi se olakšalo ručno polaganje tkanine i smanjio otpad, za automatsko rezanje tkanine/preprega koriste se strojevi za rezanje, 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 izravno iz 3D modela kompozitnog proizvoda. Ova shema rada značajno smanjuje vremenske troškove, povećava učinkovitost procesa, smanjuje vjerojatnost nedostataka i pogrešaka te olakšava upravljanje podacima. Softverski strojno-projekcijski laserski kompleks za rezanje, u usporedbi s tradicionalnim polaganjem, smanjuje radni intenzitet rezanja za oko 50%, napornost polaganja za oko 30%, povećava stopu iskorištenja materijala, odnosno možete uštedjeti od 15 do 30% materijala.

Formiranje plastike ojačane ugljičnim vlaknima metodom namotaja omogućuje dobivanje proizvoda s najvećim karakteristikama deformacije i čvrstoće. Metode namotavanja dijele se na "suhe" i "mokre". U prvom slučaju, prepregi se koriste za namatanje u obliku niti, snopova ili traka. U drugom slučaju, armaturni materijali su impregnirani vezivom izravno tijekom procesa namatanja. Nedavno je razvijena oprema koja koristi računalne sustave za kontrolu uzorka orijentacije vlakana. To omogućuje dobivanje cjevastih proizvoda sa zavojima i nepravilnim oblicima, kao i proizvoda 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. Laserski sustav pozicioniranja (zeleni obris)

Oprema za provjeru geometrije i unutarnje strukture proizvoda

Konture proizvoda često imaju krivolinijske 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 stroj za koordinatno mjerenje tipa ruke (CMM) ili beskontaktni optički/laserski sustav za skeniranje. Međutim, kada se koriste beskontaktni sustavi za skeniranje, u pravilu ne mogu ispravno raditi sa zrcalnim i površinama visokog sjaja. Pri korištenju "mjernih krakova" bit će potrebno nekoliko uzastopnih resetiranja, budući da je radni prostor, zbog dizajna mjernih krakova, obično ograničen na kuglu 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 korozija tijekom rada. Za ispitivanje bez razaranja brodskih trupova izrađenih od kompozita, rendgenske zrake se široko koriste, no one ga iz više razloga nastoje smanjiti. Nedavno su se počele pojavljivati ​​publikacije koje opisuju detekciju raslojavanja infracrvenom termografijom (termovizijski uređaji). Istodobno, i termovizijske i rendgenske NDT metode otkrivanja delaminacija ne dopuštaju mjerenje njihovih veličina i određivanje dubine defekata kako bi se procijenio njihov učinak na promjenu karakteristika čvrstoće.

Zaključak

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

Bibliografska poveznica

Černišov E.A., Romanov A.D. SUVREMENE TEHNOLOGIJE ZA PROIZVODNJU PROIZVODA OD KOMPOZITNIH MATERIJALA // Moderne znanstveno-intenzivne tehnologije. - 2014. - Broj 2. - Str. 46-51;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33649 (pristup 25.11.2019.). Predstavljamo Vam časopise u izdanju izdavačke kuće "Academy of Natural History"

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

Ispod reza - pregled metoda za izradu 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 korištenju 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, najčešća metoda je ručno oblikovanje. Na pripremljenu matricu nanosi se gel premaz - materijal za postizanje dobrog završnog sloja 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 - 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 posebna oprema. 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 premaz, a zatim stakleni materijal.

RTM (injekcija)

Kod metode ubrizgavanja poliesterske smole u zatvoreni kalup koristi se alat iz matrice i recipročni kalup - bušilica. Stakleni materijal se postavlja između matrice i recipročne forme, zatim se u formu pod pritiskom ulijeva učvršćivač - poliesterska smola. I, naravno, završetak turpijom nakon stvrdnjavanja je po ukusu.

Vakuumska 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 skateboarda.

navijanje

Metoda namatanja kompozita omogućuje 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 industriji, kemijskoj industriji i komunalnim djelatnostima. Iz naziva je lako razumjeti da je stakloplastika namotana 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 stroj za izvlačenje. Brzina procesa je do 6 metara u minuti. Vlakna se prolaze kroz polimernu kupku, gdje su impregnirana 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 pultruzijskom metodom.

izravno prešanje

Termoplastični proizvodi izrađuju se u kalupima pod pritiskom. Za to se koriste visokotemperaturne hidraulične preše sa snagom od 12 do 100 tona i maksimalnom temperaturom od oko 650 stupnjeva. Na taj način se izrađuju npr. plastične kante.

Autoklavno oblikovanje

Autoklav je neophodan za provođenje procesa uz zagrijavanje i pod tlakom iznad atmosferskog kako bi se ubrzala reakcija i povećao prinos proizvoda. Kompozitni materijali se stavljaju unutar autoklava na posebne oblike.

Kompozitni proizvodi

Kompozitni materijali se široko koriste u zrakoplovnoj industriji. Na primjer, od njih se gradi Solar Impulse.

Auto industrija

Proteze i ortoze.

Ako imate dodataka, svakako napišite o njima u komentarima. Hvala vam.

Raketna tehnologija, zrakoplovstvo, zrakoplovno inženjerstvo, nuklearna energija, kemijsko inženjerstvo, automobilska, brodogradnja, elektronika i mnoge druge industrije trebaju materijale visoke čvrstoće, otpornosti na toplinu, otpornosti na toplinu i toplinu (dobra otpornost na širenje pukotina), niske gustoće, podesivih preko širokog raspona pokazatelja toplinske i električne vodljivosti, posebnih optičkih i magnetskih karakteristika itd. Mnogi od postojećih industrijskih materijala više ne mogu! udovoljiti ovim zahtjevima.

Materijal s kompleksom takvih karakteristika može se dobiti samo t osnova sastava. Kompozitni materijali (CM) su materijali koji se sastoje od dvije ili više komponenti (komponente za ojačanje i matrica koja ih veže) i imaju specifična svojstva koja se razlikuju od ukupnih svojstava tih komponenti.

Ako je jedna od komponenti CM kontinuirana u cijelom volumenu, a druga je diskontinuirana, nepovezana u volumenu sastava, tada se prva komponenta naziva matrica, a druga armatura ili armaturni element. Komponente za ojačanje mogu biti razna vlakna, prah, mikrosfere, kristali i "brkovi" od organskih, anorganskih, metalnih materijala ili keramike. Kao matrix čaj

koriste se sintetske visokomolekularne tvari različitog kemijskog sastava.

Sama priroda bila je prvi tvorac kompozitnih materijala. Na primjer, drvo je sastav koji se sastoji od snopova celuloznih vlakana visoke čvrstoće cjevastog presjeka, međusobno povezanih matriksom organske tvari (lignin), koji drvu daje poprečnu krutost.

Komponente kompozita ne smiju se otapati ili na drugi način apsorbirati jedna drugu. Moraju imati dobro prianjanje i biti međusobno kompatibilni. Svojstva CM-a ne mogu se odrediti samo svojstvima komponenti, bez uzimanja u obzir njihove interakcije. Svaka komponenta ima specifičnu funkciju i doprinosi svojstvima kompozita. Razmotrite zahtjeve za punila za pojačanje, na primjer, za vlakna.

Navojni oblik armaturnih elemenata ima pozitivne i negativne strane. Prednost vlakana je visoka čvrstoća i sposobnost stvaranja armature samo u smjeru u kojem je to strukturno potrebno. Nedostatak ovog oblika je što vlakna mogu prenijeti opterećenje samo u smjeru svoje osi, dok u okomitom smjeru nema ojačanja, a u nekim slučajevima može doći i do omekšavanja.

Vlakna koja se koriste kao punila za ojačavanje moraju imati sljedeća svojstva: visoku točku taljenja, malu gustoću, veliku čvrstoću u cijelom rasponu radnih temperatura, bez toksičnosti tijekom proizvodnje i rada.

Uglavnom se koriste tri vrste punila: brkovi, metalna žica i anorganska polikristalna vlakna.

Brkovi se smatraju obećavajućim materijalom za ojačanje matrica od metala, polimera i keramike. Ultra-visoka čvrstoća u širokom temperaturnom rasponu pri niskoj gustoći, kemijska inertnost u odnosu na mnoge matrične materijale. realam, visoka otpornost na toplinu i otpornost na koroziju brkova od aluminijskih i magnezijevih oksida, silicij karbida čine ih nezamjenjivim elementima za ojačanje. Nažalost, još uvijek postoje mnoge poteškoće na putu njihove praktične primjene. Potrebno je riješiti probleme njihovog dobivanja u industrijskim razmjerima, odabirom odgovarajućih brkova, orijentacijom u matrici i metodama za formiranje kompozicija s brkovima.

Metalna žica od čelika, volframa, molibdena i drugih metala manje je obećavajuća od "brkova" zbog svoje velike gustoće i manje čvrstoće. Međutim, ima relativno nisku cijenu i naširoko se koristi kao armatura, posebno za kompozitne materijale na bazi metala.

Polikristalna anorganska vlakna proizvode se u velikim količinama. Nedostatak ovih vlakana je njihova vrlo visoka osjetljivost na mehanička oštećenja. Mala gustoća, visoka čvrstoća i kemijska otpornost ugljika, bora, stakla, silicij karbida. kvarc i druga vlakna omogućuju im široku upotrebu za ojačavanje plastike,

Ugljična vlakna su među elementima za pojačanje koji najviše obećavaju. Imaju malu gustoću (1430 - 1830 kg/m3), veliku čvrstoću (3,5 GPa) i modul elastičnosti (250 - 400 GPa).

Općenito, ugljična vlakna se dijele na dvije glavne vrste: vlakna visoke čvrstoće i vlakna visoke elastičnosti. U proizvodnji se uglavnom proizvode vlakna visoke čvrstoće. Čvrstoća ovih vlakana u početnoj fazi razvoja bila je 2,5 GPa. Poboljšanjem tehnologije (predobrada, usporavanje vlakana, karbonizacija i završna obrada) čvrstoća je povećana, primjerice, za konvencionalni materijal na 3,5 GPa.

Provedene studije pokazale su da s povećanjem čvrstoće vlakana, čvrstoća kompozitnog materijala u pravilu raste linearno. , : ;.,

Obično se ugljična vlakna visoke čvrstoće dobivaju pri temperaturi karbonizacije od 1000 - 1500°C, imaju modul elastičnosti od 2250 -2350 S/mm 2 . Na 2000 - 3000°C zbog procesa grafitizacije mogu se dobiti vlakna većeg modula elastičnosti.

Do nedavno su se ugljična vlakna i tkanine izrađene od njih koristile za proizvodnju materijala za zaštitu od topline. Međutim, poboljšanje. Tehnologija kupke za dobivanje tankih vlakana koja kombinira visoku čvrstoću i krutost s drugim posebnim svojstvima (toplinska otpornost, električna vodljivost itd.) omogućila je stvaranje metala i plastike ojačane ugljičnim vlaknima, koje karakterizira niska krutost i visoka čvrstoća. Takve se kompozicije sve više koriste u svemirskoj, raketnoj i zrakoplovnoj tehnici. Najčešće korištena ugljična vlakna su viskoza i poliakrilonitril.

Ovisno o sadržaju ugljika, karbonska vlakna se dijele u tri skupine:

karbonizirani (ne više od 95 tež. % C); - ugljen (91-98 tež. % C);

grafit (više od 98 tež. % C).

Kruta ugljična vlakna dobivaju se ako je tehnološki proces projektiran na način da je maksimalni broj osnovnih slojeva paralelan s osi vlakana. Za povećanje čvrstoće ugljičnih vlakana potrebno je smanjiti veličinu kristalita, koji imaju savršeniju strukturu. Kao tehnološke metode koje ugljičnim vlaknima daju dodatnu krutost i čvrstoću, legiraju se borom difuzijom iz plinske faze, vlakna se zrače neutronima u nuklearnom reaktoru, uvođenjem boraksa u njih prije pirolize, kao i rastezanjem u procesi oksidacije i grafitizacije.

Ako u tankim vlaknima postoje mikrodefekti koji uzrokuju lokalne koncentracije naprezanja, tada se snaga ugljičnih vlakana smanjuje. Defektnost vlakana uzrokuje linearnu ovisnost njihove čvrstoće o duljini: s povećanjem duljine, čvrstoća se značajno smanjuje, a modul elastičnosti neznatno raste. Prema razini mehaničkih svojstava, ugljična vlakna se dijele u tri skupine: niske, srednje, visoke (tablica 1.5)

Tablica 1.5 Mehanička svojstva ugljičnih vlakana

Grupna gustoća Čvrstoća Modul elastičnosti

y, g/cm 3 a, GPa E, GPa

Niska 18 14 42

Srednje 18 14 175

Visoka 18 25 420

Nedostaci ugljičnih vlakana uključuju njihovu sklonost oksidaciji na zraku, kemijsku aktivnost pri interakciji s metalnim matricama i relativno slabo prianjanje na polimerne matrice.

Površinska obrada vlakana važan je proces u smislu povećanja njihove adhezije na matricu. Obično provodite površinsku obradu ugljičnih vlakana oksidacijom u plinskoj fazi.

Prisutnost metala i drugih anorganskih tvari u njima utječe na karakteristike ugljičnih vlakana. Konkretno, sadržaj alkalnih metala kao što su natrij i kalij negativno utječe na otpornost na oksidaciju kada se zagrijava, a fosfor i bor imaju pozitivan učinak.

Svi kompozitni materijali se dijele na izotropne i anizotropne. Izotropni materijali su materijali koji imaju ista svojstva u svim smjerovima, dok su anizotropni materijali različiti.

Elementi za ojačanje mogu imati približno jednak oblik ili biti kratke (diskretne) igličaste čestice nasumično orijentirane u prostoru. Kao takve čestice obično se koriste segmenti vlakana ili "brkovi". U ovom slučaju QM-ovi su kvazi-izotropni, tj. anizotropan u mikrovolumenima, ali izotropan u volumenu cijelog proizvoda.

Anizotropni CM uključuju materijale čija su vlakna usmjerena u određenim smjerovima – jednosmjerna, slojevita i trodimenzionalno ojačana. Slike anizotropnih CM-ova dane su na Sl. 1.24, 1.25.

Riža. 1.24. Shematski prikaz strukture CM-a poprečnim polaganjem vlakana

s uzdužnim

Riža. 1.25. Shematski prikaz strukture jednosmjernog CM (crna područja - vlakna; bijela - matrica)

Tehnološka anizotropija nastaje tijekom plastične deformacije izotropnih materijala (metala). Fizička anizotropija je karakteristična za kristale u vezi sa strukturnim značajkama njihove kristalne rešetke.

U inženjerstvu se obično koriste anizotropni CM s određenom simetrijom svojstava.

Jednako važnu ulogu u ojačanim sastavima igra matrica, koja proizvodu daje oblik i čini materijal monolitnim. Kombinirajući brojna vlakna u jednu cjelinu, matrica bi trebala omogućiti kompoziciji da percipira različite vrste vanjskih opterećenja - napetost, kompresiju, savijanje, smicanje, itd. Istovremeno sudjeluje u stvaranju nosivosti kompozicije , osiguravajući prijenos sila na vlakna. Zbog plastičnosti matrice, sile s uništenih ili diskretnih (kratkih) vlakana prenose se na susjedna vlakna, te se smanjuje koncentracija naprezanja u blizini raznih vrsta defekata. Matrica također igra ulogu zaštitnog premaza koji štiti vlakna od mehaničkih oštećenja i oksidacije. Osim toga, matrica mora osigurati čvrstoću i krutost sustava pod djelovanjem vlačnog ili tlačnog opterećenja u smjeru okomitom na elemente armature. Ako je vlačno opterećenje usmjereno duž osi vlakana paralelnih jedna s drugom, tada da bi se postigao učinak jačanja, krajnje relativno istezanje matrice mora biti najmanje jednako relativnom istezanju vlakana. Ako je opterećenje okomito na os vlakana, onda to nije dovoljno. U tom slučaju opterećenje na vlakna prenosi se samo kroz matricu, a što je veća koncentracija vlakana i omjer modula elastičnosti materijala vlakna i matrice, to bi trebala biti krajnja deformacija matrice veća. . Evaluacijski rad na elastičnim modelima pokazuje da su za osiguranje čvrstoće CM-a pri poprečnom opterećenju potrebne matrice čije je relativno rastezanje nekoliko puta veće od prosječne deformacije vlakana.

Želja za postizanjem maksimalne čvrstoće sastava teži povećanju volumnog udjela vlakana. Međutim, ako je relativno produljenje matrice mala, tada se u slučaju velikih vrijednosti ove frakcije, čvrstoća CM može slomiti čak i pod malim opterećenjima: pojavit će se raslojavanje i pukotine. Pokazalo se da što je matrica plastičnija, to je manja debljina međusloja matrice između vlakana dopuštena i što se više vlakana može uvesti u CM.

Ovisno o materijalu matrice, svi CM se mogu podijeliti u tri skupine: sastavi s metalnom matricom - metalni kompozitni materijali (MCM), s polimer - polimerni kompozitni materijali (PCM) i s keramikom - keramički kompozitni materijali (CMC). Polimerni CM obično se nazivaju prema materijalu armaturnih vlakana: ojačani staklenim vlaknima nazivaju se stakloplastike (fiberglas), metal - metal-plastika (metalna vlakna), organski - organoplastika (organo-vlakna), bor - plastika od bora ( borova vlakna), karbonska - karbonska vlakna (karbonska vlakna) itd.

Za metalne i keramičke CM ne postoje jasno utvrđena pravila za imenovanje. Češće od ostalih, prvo se piše materijal matrice, a zatim vlaknasti materijal. Na primjer, oznaka "bakar-volfram" (Cu-W) odnosi se na CM s bakrenom matricom i volframovim vlaknima. Ali u literaturi se ponekad prvo navodi vlaknasti materijal, a zatim matrica.

Polimerni kompozitni materijali najčešće se koriste u usporedbi s ostalima zbog jednostavnosti proizvodnje, proizvodnosti, niske cijene, niske gustoće. Njihov glavni nedostatak je ograničen temperaturni raspon rada. Moderna polimerna veziva (matrice) mogu osigurati performanse proizvoda do temperatura koje ne prelaze 300 - 400°C.

Polimerna veziva se prema ponašanju tijekom zagrijavanja i hlađenja obično dijele na termoplastična i termoreaktivna. Svojstva termoplastičnih polimernih veziva omogućuju dobivanje proizvoda od njih injekcijskim prešanjem, ekstruzijom, prskanjem i široku upotrebu automatizirane opreme u njihovoj proizvodnji. Makromolekule termoplastičnih polimera imaju linearnu strukturu i dobivaju se od monomera s dvije funkcionalne skupine, koje su međusobno povezane jakim kovalentnim vezama. Makromolekularni lanci međusobno su povezani slabim van der Waalsovim silama.

Termoreaktivni oligomeri pod utjecajem topline, učvršćivača, katalizatora prelaze u čvrsto stanje (stvrdnjavaju). Ovaj proces je nepovratan. Oligomeri su lako topljivi u nekim otapalima (alkohol, aceton itd.), ali nakon stvrdnjavanja više nisu topljivi. Termoset smole izrađene su od monomera koji imaju više od dvije funkcionalne skupine. Tijekom stvrdnjavanja, monomeri rastu u tri smjera, tvoreći mrežne makromolekule čiji su svi strukturni elementi međusobno povezani jakim kovalentnim vezama.

Glavna komponenta polimernog veziva je smola. Točka omekšavanja, topljivost, viskoznost i konačna svojstva veziva ovise o njegovoj prirodi, reaktivnosti, molekulskoj masi i molekularnoj strukturi. Osim smole, sastav veziva može uključivati: katalizatore ili inicijatore, koji se unose u smole u malim količinama kako bi se potaknulo njihovo stvrdnjavanje; plastifikatori koji polimeru daju marginu plastičnosti i elastičnosti; boje koje boje materijal u željenoj boji; stabilizatori koji sprječavaju razgradnju polimera pod djelovanjem svjetlosnog zračenja i povišenih temperatura.

Kao vezivo za strukturalni PCM, koji radi pod / opterećenjima, u većini slučajeva koriste se termoreaktivne smole. U proizvodnji strukturnih PCM-a najčešće se koriste epoksidne, poliesterske, fenolne, organosilicijeve i poliimidne smole.

Epoksidne smole čine 90% smola koje se koriste kao* veziva za nove PCM-ove. Epoksidne smole mogu se stvrdnjavati, ovisno o o-tipu učvršćivača i njegovoj količini, kako na sobnoj tako i na povišenim temperaturama. U prvom se slučaju govori o smolama za hladno stvrdnjavanje, u drugom o smolama za vruće stvrdnjavanje.

Epoksidne smole poznate su po svojoj svestranosti. Imaju nisko skupljanje, dobro prianjanje na različita punila, visoka mehanička svojstva, nisku apsorpciju vlage, omogućuju obradu na sobnoj temperaturi i variraju u širokom rasponu trajanja i temperature stvrdnjavanja. Mogu im se dodati otapala, modifikatori i plastifikatori kako bi se promijenila viskoznost nestvrdnutog polimera, kemijska otpornost i plastičnost. Tijekom njihove toplinske obrade nema emisija hlapljivih produkta reakcije. Nešto su skuplji od poliesterskih i fenolnih smola, ali to se nadoknađuje njihovim boljim tehnološkim i operativnim kvalitetama.

Obično se CM na bazi epoksidnih smola koriste do 150°C. Posljednjih godina razvijene su nove epoksidne smole otpornije na toplinu, koje im omogućuju korištenje u GFM koji radi na 200°C i više.

Vrlo važna kvaliteta epoksidnih smola s tehnološke točke gledišta je njihova sposobnost dugotrajnog zadržavanja u polustvrdnutom stanju, što omogućuje proizvodnju predimpregniranih i djelomično stvrdnutih tkanina, traka i vrpca („prepregova” ) na njihovoj osnovi, a zatim dobiti proizvode.

Poliesterske smole su polikondenzacijski produkti nezasićenih dikarboksilnih kiselina (uglavnom maleinske i metakrilne kiseline) s polihidričnim ili nezasićenim alkoholima (dietilen glikol, trietilen glikol itd.). Kao rezultat polimerizacije nastaje čvrsti netopivi polimer trodimenzionalne strukture. Poliesterska veziva razvijena su mnogo ranije od epoksidnih veziva, te su na njihovoj osnovi izrađeni prvi strukturni CM.

Glavne prednosti poliesterskih veziva su njihova niska cijena i jednostavnost rukovanja. Ali oni su manje jaki, imaju lošiju adheziju na većinu vlakana, lomljiviji su, više se skupljaju nakon stvrdnjavanja i imaju kraći vijek trajanja od epoksidnih smola.

Fenolne smole dobivaju se polikondenzacijom fenola (hidroksi-benzen, krezol, resorcinol i dr.) s aldehidima (furfural, formaldehid i dr.). Ove smole su tamne boje i imaju povećanu otpornost na visoke temperature u usporedbi s prethodno razmatranim vezivima.

Tijekom stvrdnjavanja fenolne smole prolaze kroz tri faze:

"A" - stvaranje rezola - produkt početne kondenzacije, koji nema poprečne veze i može se otopiti u alkoholu, acetonu i drugim otapalima;

"B" - stvaranje resitola - produkt u kojem je počelo stvaranje poprečnih veza. Resitol se ponaša poput termoplastične smole – omekšava pri zagrijavanju i postaje tvrd i krh na sobnoj temperaturi;

"C" - dobivanje resit - potpuno stvrdnuti termoreaktivni (netopljiv i neotopljen) proizvod.

U fazi resitola, kada je većina hlapljivih tvari već uklonjena, prepregi se izrađuju od fenolnih smola. Same po sebi, fenolne smole su vrlo krhke.

Njihovi nedostaci uključuju toksičnost i potrebu primjene visokog pritiska tijekom stvrdnjavanja. KM na bazi fenolnih smola su materijali dizajnirani za rad na visokim temperaturama, ta! kako su u stanju dugo izdržati temperature ds 315 ° C, a kratko - iznad 3000 ° C.

Silikon ili silikonske smole su sintetski spojevi koji zajedno sadržavaju organske skupine! silicij i kisik, koji su uključeni u glavni lanac u obliku karika

KM - na temelju njih zadržavaju svoja svojstva na temperaturama iznad 260°C, odlikuju ih otpornost na koroziju, otpornost na luk i iskre te povećana toplinska vodljivost. Međutim, na sobnoj temperaturi svojstva KM n; na bazi silikonskih smola niži je nego na bazi epoksidnih, poliesterskih i fenolnih smola. Također, skuplji su. Na bazi organosilicijskih smola dobivaju se CM-ovi koji se koriste u konstrukciji oklopa) motora zrakoplova, raketa i drugih proizvoda koji rade na visokim temperaturama.

Poliimidne smole odlikuju se visokim stopama toplinske i toplinske stabilnosti i otpornosti na zračenje. CM bazirani na njima mogu raditi dugo vremena na temperaturama iznad 300°S. U završnoj fazi formiranja, poliimidne smole gube svoju plastičnost i topljivost] se pretvaraju u policikličke mrežne polimere. S njima su povezani izgledi za stvaranje visokotemperaturnih CM. Postojeći nedostaci: poliimidne smole - potreba za korištenjem visokih temperatura i pritisaka tijekom njihovog stvrdnjavanja.

Tehnologija proizvodnje proizvoda iz PCM-a uključuje sljedeće glavne faze:

1. UV predobrada površine kako bi se poboljšala njegova vlaženost otopinama ili talinama veziva.

Ugljična vlakna se isporučuju potrošaču premazana lubrikantom, koji je potreban kao pomoćno sredstvo u procesu. Uklanjanje lubrikanta s površine vlakana (dizajniranje) neophodna je operacija vrx syayazlyutim. Za ovaj ugljikovodik se propušta kroz benzin, otopine oleinske kiseline (2 tež. %), trietanolamin (1 tež. %) ili druga otapala. Lubrikant se također može ukloniti kalciniranjem ugljikovodika na 200 - 450°C. Pranje u vodi uz korištenje ultrazvuka daje dobar učinak. Nakon dekaliziranja, neke vrste vlakana snažno adsorbiraju vlagu, što narušava prianjanje veziva na njih i smanjuje performanse PCM-a u cjelini. Nanošenje hidrofobnih (vodoodbojnih) premaza na površinu, koji povećavaju čvrstoću veze između vlakana i veziva i smanjuju upijanje vode PCM-a, naziva se faza dimenzioniranja. Oblozi se fiksiraju zagrijavanjem vlakana na 80-150°C 20-60 minuta. U slučajevima kada vlakna stižu na kolute koji nisu prikladni za namatanje ili impregnaciju, polažu se na jednosmjernu traku, tzv. roving, uz osiguravanje ujednačene napetosti. Ova se operacija naziva savijanje.

2. Priprema veziva.

Uz glavnu komponentu (smolu), ovisno o njezinoj prirodi, vezivu se dodaju različite količine učvršćivača, katalizatora, plastifikatora i pigmenata. Koriste se sljedeća otapala: aceton, benzen, toluen, dikloretan, ugljik tetraklorid. Očito, kada radite s njima, morate se pridržavati relevantnih sigurnosnih zahtjeva.

Razrjeđivači pridonose dobivanju potrebne tehnološke viskoznosti veziva i ostaju u njemu nakon stvrdnjavanja. Razrjeđivači istovremeno obavljaju ulogu plastifikatora, povećavajući plastičnost stvrdnutih veziva. Na primjer, epoksidne smole niske viskoznosti od dietilen glikola, trietilen glikola koriste se kao razrjeđivač za epoksidne smole visoke viskoznosti. Mješavina svih komponenti koje čine vezivo naziva se spoj.

Važna tehnološka karakteristika veziva je njegova vitalnost (viabilnost) - sposobnost održavanja određenog vremena (od nekoliko minuta do nekoliko dana) tehnološke viskoznosti u zadanim granicama. Tijekom vremena, otapala isparavaju iz veziva, što povećava viskoznost spoja i pogoršava njegove impregnacijske karakteristike. Ako otapalo polako isparava, spoj ima visoku održivost, ali se vrijeme sušenja proizvoda značajno povećava. Može se čak dogoditi da vrijeme potpunog uklanjanja otapala premašuje vrijeme stvrdnjavanja veziva. U tom slučaju, u otvrdnutom polimeru bit će mnogo pora i mjehurića plina. Korištenje hlapljivih otapala naglo smanjuje održivost veziva, što je također nepoželjno. Na primjer, za epoksidne smole preporučuje se srednje hlapljivo otapalo toluen ili njegova otopina u etilnom alkoholu.

Tijekom transporta i skladištenja veziva ponekad u njega uđe vlaga. Stoga se prije upotrebe smola zagrijava u posebnim metalnim posudama na 100 - 140 ° C i, nakon uklanjanja vode, razrjeđuje se otapalima ili razrjeđivačima.

3. Impregnacija.

Ovo je operacija spajanja punila s vezivom nanošenjem smjese na površinu CF-a i punjenjem volumena između vlakana.

Trenutno se proizvodi iz PCM-a proizvode uglavnom na dvije metode: "mokro" i "suho". Kod mokre metode vlakna se impregniraju tekućim vezivom neposredno prije namatanja, tj. impregnacija se tehnološki kombinira s oblikovanjem proizvoda. Suhom metodom impregnacije; odvojeno u samostalnu operaciju, kao rezultat toga od ugljikovodika i veziva. nabavite preprege. Impregnacija i sušenje provode se u specijaliziranim postrojenjima odvojeno od namatanja, što omogućuje proširenje raspona polimernih veziva koji se koriste korištenjem raznih; otapala. Veziva s otapalima imaju nisku tehnološku viskoznost, što omogućuje postizanje visoke kvalitete ujednačenosti impregnacije. Prepregi mogu biti u djelomično stvrdnutom stanju. od nekoliko dana do nekoliko mjeseci, ovisno o temperaturi okoline.

Suho namatanje je progresivniji način od mokrog. Nedostaci mokrog namotavanja su sljedeći:

Izbor veziva za mokro namatanje ograničen je na one smole!- koje se mogu koristiti u tekućem obliku, na primjer, epoksid ili poliester.

Općenito, nepoželjno je koristiti otapala, jer hlapljive tvari, koje se uklanjaju tijekom stvrdnjavanja proizvoda rane, dovode do stvaranja pora, mjehurića i pogoršavaju čvrstoću i čvrstoću.

Korištenje tekućih veziva pogoršava sanitarne uvjete na radnom mjestu.

Produktivnost mokrog namatanja ograničena je brzinom veziva.

Upotreba zagrijavanja za smanjenje procesne viskoznosti smole smanjuje održivost veziva, ubrzava proces polimerizacije< гризации и ухудшает пропиточные свойства смолы.

6. Kod mokrog namatanja teško je podesiti koncentraciju komponenti u proizvodu. Dio smole nestaje mokrom metodom.

Suho namatanje preprega je lišeno svih navedenih nedostataka] Brzina namatanja nije ograničena brzinom impregnacije i u potpunosti ovisi* o mogućnostima opreme za namatanje. Namotavanje prepregom omogućuje korištenje širokog spektra smola, kako bi se osigurala ujednačena pacnpi podjela veziva po cijelom volumenu proizvoda, kako bi se smanjila mogućnost Ppeppegy ljepljivosti, što omogućuje dobivanje proizvoda složenog oblika, povećane nepropusnost i niska poroznost. Tijekom njihovog formiranja ostaje samo osigurati kvalitetnu povezanost vezivnih slojeva međusobno (autohezija) i s ojačavajućim vlaknima (adhezija).

Glavni nedostaci suhog namatanja uključuju potrebu za korištenjem posebnih strojeva i druge tehnološke opreme.

Postoje sljedeće metode impregnacije: provlačenje armature (navoja) kroz tekuće vezivo; valjak za kupanje; prskanje prisilnom impregnacijom.

U proizvodnji GFM-a s armaturom u obliku snopova, niti i tkanina, najčešći je način impregnacije provlačenjem kroz tekuće vezivo (slika 1.26).

Riža. 1.26. Shema vertikalnog stroja za impregnaciju; 1 - bubanj, 2 - armature, 3 - kupka s tekućim vezivom, 4 - valjci za kupanje, 5 - osovina za sušenje, 6 - grijači, 7 - ispušni uređaj, 8 - uređaj za zatezanje, 9 - prihvatni bubanj

Armaturna šipka (2) se odmotava od bubnja (kalem) (1) i, prolazeći kroz sustav valjaka (4), ulazi u kadu (3) s tekućim vezivom. Impregnirana armatura ulazi u šaht za sušenje (5), gdje se nalaze grijači (6) i ispušni uređaj (7). Ovdje armatura nekoliko puta mijenja smjer kako bi se produžilo vrijeme svog boravka u zoni visoke temperature. Kao rezultat toga, hlapljive tvari se uklanjaju iz spoja, a prostor između vlakana ispunjava se vezivom. Osušeni prepreg namotava se uz pomoć pogonskog vratila kroz zatezač (8) n; prijemni bubanj.

Za GFM s vrlo krutom armaturom (visokomodulnim grafitnim borom ili drugim vlaknima), koja ne dopušta male polumjere savijanja, prikladno je koristiti metodu impregnacije valjaka za kupanje (slika 1.27).

Riža. 1.27. Shema impregnacije s valjkom za kupanje: 1 - okovi, 2 - posuda s tekućim vezivom, 3 - posuda, 4 - valjak za kupanje

Tijekom rotacije, valjak hvata vezivo na svojoj površini i prenosi ga na armaturu.

Metoda prskanja s prisilnom impregnacijom omogućuje drastično smanjenje vremena punjenja međuvlaknastih prostora vezivom; Nanesite hidrauličku, vakuumsku i mehaničku prisilnu impregnaciju. .

U procesu hidrauličke prisilne impregnacije, tekući ev; pumpanje se pumpa kroz ventil.

Vakuumska prisilna impregnacija se provodi usisavanjem tekućine u evakuiranu komoru, gdje se nalaze armature.

Mehanička prisilna impregnacija je jednostavnija. To mogu biti ose; rad u posebnoj (klinastoj) komori ili uz pomoć lica za stiskanje. U klinastoj komori (sl. 1.28), spoj se odnosi pokretnom rukom; tura u klinastu šupljinu. Ovdje, zbog smanjenja poprečnog presjeka kanala komore: tlak tekućine raste okomito na pokretnu armaturu. Djelovanjem tog pritiska ispunjava se prostor između vlakana.

Prilikom impregnacije uz pomoć stiskajućeg valjka (slika 1.286), pritisak povezan s impregnacijom i uklanjanjem mjehurića zraka iz međuvlaknog prostora nastaje u obliku reakcije valjka na rastegnutu traku.

Riža. 1.28. Sheme mehaničke prisilne impregnacije u klinastoj komori (a) i uz pomoć valjka za stiskanje (b): 1 - armatura, 2 - vezivo, 3 - valjci

4. Kalupljenje.

Ovo je operacija davanja proizvodu zadanog oblika i veličine. Formiranje se može izvesti na prešama, kontaktnim, vakuumskim, autoklavnim metodama i namatanjem.

Prije oblikovanja na prešama, prethodno impregnirani roving ili tkanina se reže ručno ili na posebnim strojevima na komade željene duljine. Ovisno o zadanoj PCM strukturi, komadi se polažu u jednom ili više naizmjeničnih smjerova. Paket se postavlja između ploča hidrauličke preše i zbija pod pritiskom od nekoliko do desetaka atmosfera, ovisno o prirodi i strukturi komponenti. Ako je armatura impregnirana vrućim vezivom, tada se ploče za prešanje zagrijavaju. Ova metoda se obično koristi za proizvodnju pločastih materijala kao što je tekstolit.

Kontaktno oblikovanje je valjanje impregnirane trake ili tkanine valjkom. Tipično, zgušnjavanje se provodi na sobnoj temperaturi pomoću smola koje se stvrdnjavaju hladno. Ova metoda se koristi u maloj proizvodnji velikih i lagano opterećenih proizvoda.

Vakuumsko oblikovanje proizvoda iz PCM-a provodi se zbog razlike između atmosferskog i unutarnjeg (u volumenu u kojem se proizvod nalazi) tlaka. Vakuumsko oblikovanje koristi se za proizvodnju malih serija proizvoda, budući da je metoda neučinkovita i relativno skupa.

U metodi lijevanja u autoklavu, proizvod se formira blagim pritiskom koji stvara voda ili plin. Ova metoda se može koristiti za dobivanje velikih serija velikih dijelova složenog oblika.

Jedan od najčešćih načina dobivanja PCM-a i proizvoda od njih je metoda namatanja. U ovom slučaju, armatura impregnirana vezivom se namota na bubanj (trn) s napetošću. Namotavanje omogućuje automatizaciju procesa oblikovanja i programiranje anizotropije svojstava konačnog proizvoda. Namotavanje se najčešće koristi za proizvodnju proizvoda koji imaju oblik tijela okretanja (cilindri, kugle, stošci, toroidi itd.).

5. liječenju.

Tijekom stvrdnjavanja veziva stvaraju se konačne strukture; PCM, formiraju se njegova svojstva i fiksira oblik proizvoda. Glavni tehnološki parametri stvrdnjavanja su temperatura i vrijeme. Potrebno je striktno pridržavati se parametara razvijenih za svaku kombinaciju veziva i armature.

Stvrdnjavanje se može izvesti na sobnoj temperaturi (hladno* stvrdnjavanje), na povišenim temperaturama (vruće stvrdnjavanje), u električnim ili indukcijskim pećnicama s automatskom regulacijom temperature, stvrdnjavanje zračenjem.

Tijekom stvrdnjavanja uočavaju se dvije karakteristične faze kroz koje sukcesivno prolazi termoreaktivno vezivo: početni stupanj, tijekom formiranja polimerne mreže, i završni stupanj, tijekom formiranja polimerne mreže. Ove dvije faze su međusobno odvojene takozvanom gel točkom. Točka geliranja odgovara trenutku kada vezivo gubi sposobnost prijelaza u fluidno stanje s da se otopi u otapalima.

U određenom temperaturnom rasponu, tekuće vezivo prelazi u staklasto stanje. Sva svojstva veziva dramatično se mijenjaju: specifični volumen se smanjuje, tvrdoća se povećava, a javlja se otpornost na deformacije. Temperatura na kojoj se ovaj fenomen javlja naziva se temperatura staklastog prijelaza. Temperatura staklastog prijelaza nije točka, već prosječna temperatura intervala. Stakleni prijelaz nije fazni prijelaz; staklasto vezivo ima amorfnu strukturu i, s termodinamičkog stajališta, može se smatrati prehlađenom tekućinom.

Druga karakteristična točka polimernih materijala je temperatura razgradnje - temperatura na kojoj počinje primjetna razgradnja polimera, praćena prekidom molekularnih veza. Uništavanje, kao i stakleni prijelaz, događa se u temperaturnom rasponu. Održivost! vezivo na destrukciju karakterizira njegova toplinska stabilnost (termalna stabilnost, toplinska stabilnost). Ovaj koncept treba razlikovati od otpornosti na toplinu, koja odražava sposobnost polimera da omekša.

Do potpunog iscrpljivanja reaktivnih skupina, reakcija stvrdnjavanja može se nastaviti samo ako je temperatura stvrdnjavanja iznad temperature staklastog prijelaza. Inače se ne može postići potpuno stvrdnjavanje. Reaktivne skupine i dalje ostaju u polimeru, ali je njihova stopa interakcije s drugim skupinama vrlo niska zbog vrlo visoke viskoznosti sustava. Ako SHSM s nepotpuno stvrdnutim vezivom radi na povišenim temperaturama, stvrdnjavanje će se nastaviti. To dovodi do promjene oblika i dimenzija proizvoda, pojave dodatnih unutarnjih naprezanja.

Često je reakcija stvrdnjavanja popraćena oslobađanjem topline, materijal se samozagrijava, a vezivo se može potpuno stvrdnuti. Hladno stvrdnjavanje termoreaktivnih veziva temelji se na ovom principu. Međutim, za kritične proizvode, u većini slučajeva koristi se vruće stvrdnjavanje.

Armatura i vezivo u sastavu su pod djelovanjem unutarnjih naprezanja, koja se mogu podijeliti u tri vrste: strukturna, skupljajuća i toplinska.

Konstruktivna naprezanja uzrokovana su tehnološkim naprezanjem armature tijekom procesa namatanja. Prije uklanjanja s trna, strukturna naprezanja djeluju samo u vlaknima, njih nema u vezivu.

Naprezanja skupljanja nastaju u vlaknima i vezivu zbog smanjenja volumena (skupljanja) veziva tijekom njegova stvrdnjavanja. Količina skupljanja može varirati od 2 do 30 vol.% ovisno o prirodi spoja.

Toplinska naprezanja nastaju zbog razlike u koeficijentima linearne ekspanzije armature i veziva te neravnomjerne raspodjele temperatura u volumenu proizvoda. U pravilu je koeficijent linearne ekspanzije polimera znatno veći od koeficijenta vlakana.

U stvarnom PCM-u sva razmatrana naprezanja se zbrajaju i materijal je pod djelovanjem nastalih naprezanja, koja se s vremenom opuštaju. Za potpunije opuštanje naprezanja i izbjegavanje savijanja i pucanja, preporuča se polagano zagrijavanje i hlađenje PCM proizvoda.

CFRP s niskomodulnim vlaknima ne koriste se kao strukturni. Od njih se izrađuju vodljivi, toplinski zaštićeni i antifrikcijski materijali.

Strukturna ugljična plastika kao punilo sadrži ugljična vlakna visokog modula (E = 342 - 540 GPa) i visoke čvrstoće (steg - 2,5 GPa). Strukturne ugljične plastike karakteriziraju niska gustoća i koeficijent linearne ekspanzije te visoki modul elastičnosti, čvrstoće, otpornosti na toplinu, toplinske i električne vodljivosti.

Svojstva ugljične plastike određuju se vezivnim materijalom, svojstvima, koncentracijom i orijentacijom vlakana. CFRP na bazi epoksidnih smola ima visoke karakteristike čvrstoće na temperaturama ispod 200 °C (tablica 1.6). Ovi PCM-ovi se najčešće izrađuju od preprega dostupnih u trakama različitih širina. Vlačna čvrstoća i čvrstoća na savijanje za jednosmjerna ugljična vlakna mogu biti 1000 - 1600 MPa ili više, a modul elastičnosti (1 - 2,5) -10 MPa ili više. U pogledu specifične čvrstoće i krutosti, ugljična plastika ostavlja daleko iza staklene plastike, čelika, aluminija i legura titana.

Stol 1.(

Svojstva epoksi CFRP-a visokog modula i visoke čvrstoće

Indikatori	Epoxy CFRP!
	visoko modularan	velika snaga
Gustoća, kg / m 3
Čvrstoća, MPa, na pritisak, vlačnost i savijanje, međuslojni smični
Modul elastičnosti pri napetosti i savijanju, GPa
Čvrstoća na zamor pri savijanju na temelju 10 7 ciklusa, GPa

U ugljičnoj plastici namijenjenoj dugotrajnom radu na temperaturama do 250 ° C koriste se fenolne, do 300 ° C - organosilicij i do 330°C - poliimidna veziva. Razvijaju se veziva s radnim temperaturama do 420°C. Još izraženiji nedostatak plastike ojačane ugljičnim vlaknima od plastike ojačane staklom je njihova niska međuslojna smična čvrstoća. To je zbog slabog prianjanja polimera na ugljična vlakna. Za: povećanje prianjanja koristi se nekoliko metoda: jetkanje površine vlakana oksidirajućim sredstvima (na primjer, dušična kiselina), izgaranje maziva; dimenzioniranje - prethodno premazivanje vlakana tankim slojem monomera koji ih vlaže; whiskering - rastući "brkovi" (gomila) w karbonska vlakna. CFRP, u kojem se, osim orijentiranih kontinuiranih vlakana, koriste i brkovi kao punilo, ja to zovem! viscerized ili vorserized.

Anizotropija svojstava u ugljičnoj plastici još je izraženija nego u stakloplastici. S tim je povezano. da je omjer modula elastičnosti punila i veziva za plastiku ojačanu ugljičnim vlaknima (100 ili više) znatno veći nego za plastiku od stakloplastike (20–30). Osim toga, CFRPs karakterizira prisutnost razlike između elastičnih svojstava samih vlakana u smjeru duž osi i okomito na nju, što dovodi do dodatne anizotropije. Dizajni obično zahtijevaju manje mehaničke anizotropije. U ovom slučaju koriste se unakrsno ojačani materijali. Promjenom volumnog sadržaja vlakana i teksture PCM-a moguće je promijeniti svojstva sastava u vrlo širokom rasponu.

CFRP se odlikuje visokom otpornošću na opterećenja od zamora. U pogledu granice izdržljivosti po jedinici mase, ugljična plastika je znatno bolja od plastike i metala ojačane staklom. Jedan od razloga za to je manja (od npr. stakloplastike) deformacija na istoj razini naprezanja, što smanjuje pucanje polimerne matrice. Osim toga, visoka toplinska vodljivost ugljičnih vlakana doprinosi disipaciji energije vibracija, što smanjuje samozagrijavanje materijala zbog unutarnjih sila trenja.

Vrijedno svojstvo karbonskih vlakana je njihova visoka sposobnost prigušenja i otpornost na vibracije. Prema tim pokazateljima, ugljična plastika je superiornija od metala i nekih drugih konstrukcijskih materijala. Kapacitet prigušivanja može se podesiti promjenom kuta između smjerova primjene armature i opterećenja.

CFRP se koristi za izradu konstrukcija koje rade na stabilnost pod utjecajem vanjskog momenta savijanja, pritiska ili aksijalnog kompresije: lopatice rotora helikoptera, kućišta kompresora i ventilatora, lopatice ventilatora, diskovi statora i rotora niskotlačnog kompresora zrakoplovnih motora. Korištenje ugljičnih vlakana u tim jedinicama umjesto metala omogućuje smanjenje težine motora za 15-20%. U svemirskoj tehnologiji, ugljična plastika se koristi za solarne panele, visokotlačne cilindre i premaze za zaštitu od topline.

Koeficijent linearne ekspanzije visokomodulnih jednosmjernih ugljičnih plastika u uzdužnom smjeru blizu je nuli, au rasponu od 120 - 200 °C čak je negativan (-0,5-10 "6 1 / ° C). dimenzije proizvoda od ugljične plastike vrlo se malo mijenjaju tijekom zagrijavanja i hlađenja .

CFRP imaju prilično visoku električnu vodljivost, što im omogućuje da se koriste kao antistatički i električni materijali za grijanje. S povećanjem sadržaja ugljikovodika u PCM-u na određeni volumni udio (40-70%), ovisno o vrsti polimera i ugljikovodika, tekstilnom obliku ugljikovodika, uočava se povećanje čvrstoće i modula elastičnosti. Tada se ti pokazatelji počinju pogoršavati zbog nedovoljne količine polimera potrebnog za dobivanje monolitnog kompozita i uništavanje krhkih ugljikovodika u fazi formiranja pri visokom stupnju zbijanja. Maksimalni sadržaj HC u PCM-u također je ograničen slabom vlažnošću HC veziva.

U nekim slučajevima, korištenje samo ugljičnih vlakana kao punila ne osigurava potrebnu viskoznost, otpornost na eroziju, tlačnu, vlačnu i posmičnu čvrstoću. Zatim se veziva zajedno ojačavaju ugljičnim i staklenim ili ugljičnim i borovim vlaknima. Kombinirano pojačanje omogućuje proširenje asortimana! vrijednosti čvrstoće, krutosti i gustoće PCM-a.

Kemijska otpornost CFRP-a omogućuje njihovu upotrebu u proizvodnji pumpi i brtvila otpornih na kiseline. Ugljična vlakna imaju nizak koeficijent trenja, što ih omogućuje korištenje kao punilo za razna veziva od kojih se izrađuju brtveni ležajevi, čahure i zupčanici.

Razvoj tehnologije zahtijeva mehanički jake materijale otporne na toplinu. To je izazvalo poseban interes za kompozitne materijale ugljik-ugljik (CCCM) koji sadrže ugljik kako u obliku punila za pojačanje tako i u obliku matričnog materijala.

U CCCM-u, otpornost na visoke temperature kombinira se s niskom gustoćom, visokom čvrstoćom i modulom elastičnosti, otpornošću na toplinu; udarac. Ovi materijali su dugotrajni na temperaturama do 500°C (u oksidirajućem okruženju i do 3000°C u inertnoj atmosferi i u vakuumu).

Punilo i matrica CCCM, ovisno o sastavu i uvjetima karbonizacije, mogu imati različite modifikacije. U prihvaćenoj klasifikaciji prvo je naznačena struktura ugljičnog punila, zatim matrica, na primjer, ugljik-ugljik, grafit-ugljik, grafit-grafit materijal.

U CCCM-u, karbonsko punilo sadržano je u obliku diskretnih vlakana, kontinuiranih niti ili pletenica, filca, traka, tkanina s ravnim i volumetrijskim tkanjem, volumetrijskih struktura. Vlakna su nasumično raspoređena u jednosmjernom, dvosmjernom i trosmjernom smjeru. Koriste se ugljikovodici niskog modula, visokog modula i visoke čvrstoće, dobiveni od viskoznih, poliakrilonitrilnih vlakana i smole ugljenog katrana.

Kao matrica može se koristiti pirolitički ugljik, katran i polimeri za koks, koji u procesu termičke destrukcije daju više od 50 tež. % koksa. Najčešće se koriste fenolne smole (prinos koksa 54-60 tež. %). Poznato je korištenje poliimida (63 - 74 tež. %), organosilicijskih smola (84 - 87 tež. %), kondenzacijskih produkta fenola i naftena s formaldehidom (70 tež. %), oligobenzimid.sola (74 tež. %), kondenzacijskih produkta fenola i naftena s formaldehidom (70 tež. %). , furfurilne smole i drugi, polimeri. Što se više krećete i, jačina koksa, kao i snaga njegovog prianjanja na punilo, tci, to je veća kvaliteta CCCM.

, .„.„ Za dobivanje kompozita željenih svojstava potrebno je odrediti najpovoljniju kombinaciju punila i matrice, kao i najpovoljniji tehnološki režim za dobivanje yraepoj matrice.

Ovisno o faznom stanju tvari koje sadrže ugljik, razlikuju se sljedeće metode zgušnjavanja punila od ugljičnih vlakana (CFF) ugljikom:

korištenje ugljikovodika u plinovitoj ili parnoj fazi (prirodni plin, propan-butan, benzen, itd.);

korištenje tekućih ugljikovodika karakteriziranih visokim sadržajem ugljika i visokim postotkom iskorištenja koksa (smola, katran);

kombinirano, što uključuje impregnaciju poroznih okvira tekućim ugljikovodici i karbonizaciju, zatim zbijanje s pirolitičkim ugljikom dobivenim pirolizom ugljikovodika u plinskoj fazi.

Postupak brtvljenja okvira može se izvesti na nekoliko načina.

Izotermalna metoda omogućuje prolaz plina koji sadrži ugljik preko površine zagrijanog okvira pri relativno umjerenom tlaku. Nedostatak je trajanje procesa, stvaranje površinske kore koja sprječava prodiranje plina u okvir. Ova metoda je najučinkovitija za proizvode male debljine.

U drugoj metodi, razlika tlaka se uspostavlja po cijeloj debljini okvira, a plin koji sadrži ugljik se prisilno filtrira kroz njega. Prisilna filtracija ubrzava proces zbijanja i uvelike povećava debljinu impregnacije. Međutim, zbog smanjenja koncentracije plina koji sadrži ugljik u debljini sloja, struktura materijala ispada neravnomjerno gusta.

Najrasprostranjenija je termogradijentna metoda, kada se kroz cijelu debljinu poroznog okvira uspostavlja određena temperaturna razlika i plin koji sadrži ugljik prolazi sa strane površine s niskom temperaturom. U tom slučaju je isključeno stvaranje površinske kore, što pridonosi proizvodnji visokokvalitetnog materijala. Ova metoda je najučinkovitija kod zbijanja okvira srednje i velike debljine.

Tijekom termičke razgradnje ugljikovodika u plinskoj fazi istodobno se odvijaju različiti kemijski procesi, što rezultira lakšim i težim ugljikovodicima, vodikom i raznim čvrstim ugljikovim produktima. Struktura i svojstva ugljikovih proizvoda su raznoliki i ovise o uvjetima procesa. Na primjer, proizvodi toplinske razgradnje, ovisno o vanjskom geometrijskom obliku, sadrže:

slojeviti ili sjajni ugljik, nazvan pirougljik (PU);

Vlaknasti ili filamentni ugljik; ugljik u raspršenom stanju ili čađa.

Stvaranje PU odvija se u širokom temperaturnom rasponu od 700 do 3000°C. Sastav početnih plinova određuje prinos PU i brzinu njegovog taloženja. Najveći prinos PU dobiva se iz metana, koji ima najmanju molekulsku masu. Ugljikovodici visoke molekularne mase imaju povećan prinos čađe. U tom slučaju je tlak plina u reaktoru bitan.

Postoje dvije glavne vrste PU, čija je struktura i svojstva određena temperaturom formacije: niska temperatura (1000 - 1100°C) i visoka temperatura (1400 - 2200°C), koja se naziva pirografit.

Proces taloženja PU u plinskoj fazi provodi se u instalaciji (slika 1.29), koja se sastoji od vodeno hlađenog reaktora, kontrolne stanice za sustave opskrbe prirodnim plinom, stvarajući vakuum, rashladnu i energetsku opremu. Radni komad - karbonski okvir (4) postavljen je na grafitne grijače (3) ukliještene između strujnih vodova (2). Nakon evakuacije iz komore, prirodni plin se dovodi u reaktor. Zagrijavanje se provodi istosmjernom strujom koja prolazi kroz grijač (3), regulacija temperature - pokretnim!kromel-alumel termoelementima (5) smještenim u kvarcnim poklopcima.Na početku procesa termoelement se ugrađuje sa spojem na grijač površina - središte obratka prema periferiji.

U slučaju taloženja PU u plinskoj fazi, jedan od kriterija kvalitete dobivenog materijala je njegova gustoća. Funkcija je mnogih parametara i ovisi o gustoći okvira, brzini fronte pirolize, koncentraciji reagensa i tlaku plina u reaktoru.

Formiranje pirolitičkog ugljika iz plinovite faze na UHV uglavnom se provodi pri temperaturama od 1100-1500°C i smanjenom tlaku u atmosferi koja sadrži 91-93% metana i 7-9% argona. Grafitizacija se provodi u inertnoj atmosferi.

Tehnološki postupak dobivanja CCCM metodom tekuće faze!* uključuje izradu poroznog okvira, njegovu impregnaciju tekućim ugljikovodicima, karbonizaciju pod pritiskom i grafitizaciju. Prilikom odabira impregnacionog materijala za impregnaciju uzimaju se u obzir sljedeće karakteristike:

viskoznost;

ispušni koks;

mikrostruktura koksa;

Kristalna struktura koksa.

Sve ove karakteristike ovise o tlaku i temperaturi u procesu* ugljik-ugljik kompozita. Kao smole najčešće se koriste fenolne, poliamidne, polivinilsiloksanske, polifenilsiloksanske, furfurilne i epoksi novolačne smole. Progresivan i perspektivan smjer je korištenje smole podrijetlom nafte i ugljena kao materijala za impregnaciju. Ova veziva imaju sljedeće prednosti: nisku cijenu, visok sadržaj ugljika uz zadržavanje termoplastičnosti i sposobnost grafitizacije pripremljenih mezofaznih smola. Nedostaci uključuju: toksičnost, nepostojanost kvalitete.

W

Riža. 1.29. Shema ugradnje termogradijentne metode taloženja pirolitičkog ugljika u plinskoj fazi: 1 - vodeno hlađeni reaktor, 2 - strujni vodovi, 3 - grijač, 4 - ugljični okvir, 5 - termoelement u kvarcnoj cijevi, 6 - kretanje termoelementa mehanizam, 7 - vodeni plašt; struje: I - plin, II - plinoviti proizvodi pirolize, W - voda.

Kemijski sastav i svojstva smole uvelike variraju ovisno o prirodi sirovine i tehnološkim uvjetima. Pod određenim uvjetima, faza tekućeg kristala (mezofaza) može nastati i rasti u smolama, što osigurava stvaranje anizotropnog grafitizirajućeg koksa. S tim u vezi, visine se trenutno razlikuju kao izotropne (obične, nemezofazne) i anizotropne (mezofazne).

Pri niskotemperaturnoj karbonizaciji (550 - 650°C) mezofaza prelazi u čvrsti polukoks. Ovaj proces je popraćen bubrenjem pod utjecajem nastalih plinova, što dovodi do stvaranja fino porozne strukture koksa. Tijekom bubrenja dolazi do duboke deformacije koksa i povećanja broja neispravnih struktura, što tijekom naknadne toplinske obrade dovodi do pojave pukotina skupljanja.

Formiranje strukture i svojstava matrice ugljik-koksa ovisi o uvjetima toplinske obrade, koji se uvjetno mogu podijeliti u nekoliko faza:

Karbonizacija (900 - 1423°C) - razgradnja organskih spojeva

i formiranje molekularne uređene strukture ugljik-koksa

pretkristalizacija (1400 - 2000°C) - poredak atoma yi

lerod u savršeniju strukturu s formiranjem tzv<

osnovni oblici ugljika;

homogena grafitizacija (2000 - 3000°C) - prijelazna transformacija; ny oblici ugljika u kristalni grafit.

Na sl. 1.30 prikazuje dijagram instalacije za impregniranje karbonskih tkanina.

Riža. 1.30. Shema instalacije za impregnaciju ugljične tkanine: 1 - potrošna zavojnica, 2 - ugljična tkanina, 3 - tlačni valjci, 4 - električna peć, 5 - uređaj koji regulira brzinu dovoda tkanine, 6 - prijemni svitak; 7 - električni pogon, 8 - kupka

Tkanina se odmotava od dovodnog kotura (1) i prolazi kroz vaš kotur (8), u kojem tri brze miješalice intenzivno miješaju prašak smole s vodom, stvarajući stabilnu smjesu vodene smole. IIj daljnjim prolazom tkanine kroz potisne valjke (3) i elektron 1 (4), voda isparava i smola, "otapajući se, impregnira tkaninu. Dobiveni prepreg uz pomoć električnog pogona (7) i tkanine Uređaj za kontrolu brzine pomaka (5) je namotan na namotani kalem ( 6). Na izlazu iz peći traka se pritisne osovinom zagrijanom na 100 - 120 °C i istiskuje! korak u volumenu tkanine.

Predimpregnacija poroznog ugljičnog okvira s smolom može se izvesti pri tlaku od 0,5 do 3 MPa, karbonizacija - pri tlaku od 100 - 200 MPa i temperaturi od 900 - 1100°C.

Značajka CCCM-a je relativno visoka poroznost ugljične matrice, kao i njezino sjecište s pukotinama u smjeru okomitom na punilo. Pukotine u matrici nastaju kada se proizvod ohladi s proizvodne temperature (3000°C) na sobnu temperaturu zbog visokih toplinskih naprezanja. Kako bi se uklonila poroznost, operacija impregnacije-karbonizacije praćena grafitizacijom i operacija impregnacije pirougljikom ponavljaju se nekoliko puta (slika 1.31).

Nakon višekratnih ponavljanja ciklusa impregnacije-karbonizacije, gustoća materijala može doseći 2000 - 2100 kg/m 3 . Ako temperatura obrade ne prelazi 800 - 1500°C dolazi do karbonizacije veziva, a pri temperaturama od 2300 - 3000°C dobiva se grafitizirani materijal. Karbonizacija ugljičnih vlakana provodi se u struji inertnog plina ili redukcijske atmosfere s povećanim tlakom uz izotermno, dinamičko ili "stepeno zagrijavanje"; grafitizacija - u inertnoj atmosferi.

karbonska vlakna

Namotaj zavojnice 3 \ ^Proizvodnja

rasuti proizvodi za pletenje\tkanine

strukture \

Firmware

Impregnacija smole

* Karbonizacija

Ponovna impregnacija Rekarbonizacija

Grafitizacija Sl. 1.31. Shema za dobivanje CCCM metodom impregnacije

Kombinirana ili složena metoda za dobivanje CCCM može se provesti prema sljedećim shemama:

Smola impregnacija poroznog okvira, karbonizacija pod pritiskom, dodatno zbijanje PU iz plinske faze;

Zbijanje okvira PU od plinske faze do impregnacije s smolom zadane gustoće praćeno karbonizacijom, mehaničkom obradom, zgušnjavanjem PU.

Ova metoda osigurava maksimalnu gustoću, visoke fizikalne i mehaničke karakteristike i ne zahtijeva dodatnu opremu.

U slučajevima kada se karbonizacija CCCM provodi bez pritiska

Proces se može izvesti u konvencionalnom pečenju (plinska komora)

šalice, čiji je dizajn razmatran ranije. Tehnologija proizvodnje]

CCCM metodom tekuće faze u smislu karbonizacije pod tlakom limenka<

realizirati pomoću preša.

Grafitizacija (grafitizacija) se provodi u Acheson pećima, o čijem dizajnu je bilo riječi u prethodnim poglavljima.

Svojstva CCCM variraju u širokom rasponu. Snaga karboniziranog CCCM proporcionalna je gustoći. Grafitizacija karboniziranog: nogo CCCM povećava njegovu čvrstoću. Snaga CCCM baziranih na visokim: jakim CF-ovima je veća od snage CM-ova temeljenih na CF-ovima visokog modula, više! nyh pri različitim temperaturama obrade. Jedinstvena svojstva CCCM-a uključuju otpornost na visoke temperature u inertnim i redukcijskim medijima. U smislu svoje sposobnosti da zadrži svoj oblik te fizikalna i mehanička svojstva u tim medijima, CCCM nadmašuje poznate strukturne materijale. Neki CCCM, posebice oni dobiveni karbonizacijom ugljičnih vlakana na bazi organskih polimera, karakteriziraju povećanje čvrstoće s porastom radne temperature od 20 do 2700°C. Na temperaturama iznad 3000°C, CCCM rade kratko vrijeme, jer počinje intenzivna sublimacija grafita. Što je kristalna struktura grafita savršenija, to je viša temperatura i niža je stopa termodestruktivnih procesa. Svojstva] CCCM promjena u zraku uz produljeno izlaganje relativno niskim temperaturama. Dakle, na 400 - 650 ° C u zraku se događa! oksidacija CCCM i, kao rezultat, brzo smanjenje čvrstoće kao rezultat. ta povećanja poroznosti. Matrična oksidacija je ispred oksidacije HC, npr< ли последние имеют более совершенную структуру углерода. Скорость оки>CCCM se smanjuje s povećanjem temperature njihove proizvodnje i smanjenjem broja nedostataka. Učinkovito sprječava oksidaciju CCCM pr< питка их кремнийорганическими соединениями из-за образования карбида оксида кремния.

Na sl. 1.32 prikazana su područja primjene CCCM-a.

otporan na obroke

Riža. 3.32. Područja primjene CCCM u uvjetima velikih toplinskih opterećenja

Dakle, CCCM se koriste u raznim granama tehnologije u slučajevima kada su tradicionalni materijali neoperabilni, t.j. u uvjetima velikih toplinskih opterećenja i u jedinicama trenja.

Robotski kompleks za mehaničku obradu proizvoda od kompozitnih materijala namijenjen 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 kroz rupe složenog oblika
• Glodanje kroz rupe velikih veličina (prozorski otvori, otvori, 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
• Otvaranje dodatnih znanja intenzivnih radnih mjesta

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