Technologie kompozytowe i renowacja pomp przemysłowych. Nowoczesne technologie intensywnie wykorzystujące naukę Technologie kompozytowe

Poświęciłem się historii materiałów kompozytowych. Wciąż zajmuję się tym tematem i dzisiaj chcę trochę opowiedzieć o terminach i technologiach prototypowania z użyciem kompozytów polimerowych. Jeśli nie masz nic do roboty w długie zimowe wieczory, zawsze możesz zrobić z włókna węglowego deskę snowboardową, skorupę motocykla lub etui na smartfona. Oczywiście proces ten może okazać się droższy niż zakup gotowego produktu, ale ciekawie jest zrobić coś własnymi rękami.

Pod cięciem - przegląd metod wytwarzania produktów z materiałów kompozytowych. Byłbym wdzięczny za dodanie mnie w komentarzach, aby wynik był pełniejszy.

Materiał kompozytowy powstaje z co najmniej dwóch składników z wyraźną granicą między nimi. Istnieją warstwowe materiały kompozytowe - na przykład sklejka. We wszystkich pozostałych kompozytach składniki można podzielić na osnowę lub spoiwo oraz elementy wzmacniające - wypełniacze. Kompozyty dzieli się zwykle ze względu na rodzaj wypełniacza wzmacniającego lub materiału osnowy. Więcej o zastosowaniu kompozytów przeczytasz w poście Historia materiałów kompozytowych, a ten post dotyczy metod wytwarzania produktów z kompozytów.

formowanie ręczne

W przypadku produkcji pojedynczych elementów najczęstszą metodą jest formowanie ręczne. Na przygotowaną matrycę nakładany jest żelkot - materiał do uzyskania dobrego wykończenia zewnętrznej części wzmocnionego materiału, co również pozwala na dobór koloru produktu. Następnie w matrycy umieszczany jest wypełniacz - na przykład włókno szklane - i impregnowany spoiwem. Usuwamy bąbelki powietrza, czekamy, aż wszystko ostygnie, uszlachetniamy pilnikiem - wycinamy, wiercimy i tak dalej.

Ta metoda jest szeroko stosowana do tworzenia części karoserii samochodów, motocykli i motorowerów. Czyli do tuningu w przypadkach, w których nie ogranicza się do przyklejenia folii „pod węglem”.

Rozpylający

Rozpylanie nie wymaga cięcia materiału szklanego, lecz wymaga użycia specjalnego sprzętu. Ta metoda jest często używana do pracy z dużymi obiektami, takimi jak kadłuby łodzi, pojazdy itp. Podobnie jak w przypadku formowania ręcznego najpierw nakładany jest żelkot, a następnie materiał szklany.

RTM (wtrysk)

Przy metodzie wtrysku żywicy poliestrowej do zamkniętej formy wykorzystuje się oprzyrządowanie z matrycy i formy odwrotnej - stempla. Szklany materiał umieszcza się pomiędzy matrycą a obustronną formą, a następnie pod ciśnieniem wlewa się do formy utwardzacz - żywicę poliestrową. I oczywiście wykończenie pilnikiem po utwardzeniu jest do smaku.

Infuzja próżniowa

Metoda infuzji próżniowej wymaga worka, w którym za pomocą pompy wytwarzana jest próżnia. Samo opakowanie zawiera materiał wzmacniający, którego pory po wypompowaniu powietrza wypełniane są płynnym spoiwem.

Przykładową metodą jest wykonanie deskorolki.

meandrowy

Metoda nawijania kompozytów umożliwia wykonanie ultralekkich butli na sprężony gaz, do których stosuje się liner PET pompowany do 2-5 atmosfer, a także rur kompozytowych stosowanych w przemyśle naftowym, chemicznym i użyteczności publicznej. Z nazwy łatwo zrozumieć, że włókno szklane jest owinięte wokół poruszającego się lub nieruchomego obiektu.

Na wideo - proces nawijania włókna szklanego na balon.

pultruzja

Pultruzja to „ciągnięcie”. Dzięki tej metodzie następuje ciągły proces przeciągania materiału kompozytowego przez ciągarkę. Szybkość procesu wynosi do 6 metrów na minutę. Włókna przechodzą przez kąpiel polimerową, gdzie są impregnowane spoiwem, po czym przechodzą przez preformer, uzyskując ostateczny kształt. Następnie materiał jest podgrzewany w formie, a na wyjściu otrzymujemy gotowy utwardzony produkt.

Proces produkcji grodzic metodą pultruzji.

bezpośrednie prasowanie

Wyroby termoplastyczne wytwarzane są w formach pod ciśnieniem. W tym celu wykorzystywane są wysokotemperaturowe prasy hydrauliczne o sile od 12 do 100 ton i maksymalnej temperaturze około 650 stopni. W ten sposób powstają np. plastikowe wiaderka.

Formowanie w autoklawie

Autoklaw jest niezbędny do prowadzenia procesów z ogrzewaniem i pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego w celu przyspieszenia reakcji i zwiększenia wydajności produktu. Materiały kompozytowe umieszczane są wewnątrz autoklawu na specjalnych formach.

Produkty kompozytowe

Materiały kompozytowe są szeroko stosowane w przemyśle lotniczym. Na przykład zbudowany jest z nich Solar Impulse.

Przemysł samochodowy

Protezy i ortezy.

Jeśli masz dodatki, koniecznie napisz o nich w komentarzach. Dziękuję Ci.

1

W artykule przedstawiono aktualny stan technologii wytwarzania wyrobów z materiałów kompozytowych, w tym informacje o stosowanych technologiach, oprogramowaniu, oprzyrządowaniu do tworzenia matryc, sprzęcie do tworzenia wyrobów kompozytowych, sprzęcie do kontroli geometrii wyrobu oraz badaniach nieniszczących .

materiały kompozytowe

oprogramowanie

sprzęt do produkcji matryc

1. Nowoczesne materiały kompozytowe / wyd. P. Krok i L. Brouman; za. z angielskiego. - M., 1978.

2. Konstrukcja i wytrzymałość kadłubów statków i statków wykonanych z włókna szklanego. Zagraniczny przemysł stoczniowy w latach 1965 - 1973 // Przemysł stoczniowy, 1973.

3. Frolov S.E. Metody tworzenia nowych makroniejednorodnych materiałów kompozytowych i rozwiązania technologiczne do wytwarzania z nich konstrukcji kadłubowych // Przemysł stoczniowy nr 3 2003, s. 55-59.

4. CAE - technologie 2012: przegląd osiągnięć i analiza rynku. – Obserwator CAD/CAM/CAE #4 (80) / 2013.

5. Wywiad z V.A. Seredka i A.Yu. Sofronowa do obserwatora CAD/CAM/CAE #2 (78) / 2013.

6. Inteligentne technologie dla przemysłu lotniczego. Zwiększanie konkurencyjności krajowych przedsiębiorstw produkujących samoloty na przykładzie wspólnych projektów firmy Solver i JSC VASO // CAD i grafika, nr 1. 2011. str. 56-62.

7. Łukjanow N.P. Doświadczenie w stosowaniu materiałów kompozytowych do budowy statków PMO // Przemysł stoczniowy. nr 3. 2007. S. 19-26.

Materiał kompozytowy to materiał, którego struktura składa się z kilku składników różniących się właściwościami fizycznymi i mechanicznymi: osnowy metalicznej lub niemetalicznej z określonym rozkładem utwardzaczy, ich połączenie nadaje materiałowi kompozytowemu nowe właściwości. W zależności od charakteru struktury, materiały kompozytowe dzielą się na włókniste, wzmocnione ciągłymi włóknami i wiskerami, materiały wzmocnione dyspersyjnie otrzymane przez wprowadzenie do matrycy rozproszonych cząstek utwardzaczy, materiały warstwowe powstałe przez prasowanie lub walcowanie materiałów niepodobnych.

Obecnie materiały kompozytowe są szczególnie poszukiwane w różnych gałęziach przemysłu. Pierwsze statki z włókna szklanego powstały w drugiej połowie lat 30. XX wieku. Od lat 50. przemysł stoczniowy z włókna szklanego stał się powszechny na świecie, zbudowano znaczną liczbę jachtów, łodzi roboczych i ratowniczych oraz łodzi rybackich, desantowych itp. Jednym z pierwszych zastosowań w lotnictwie materiałów kompozytowych była produkcja paneli z włókna węglowego w 1967 roku na krawędź spływu skrzydła samolotu F-111A. W ostatnich latach w produktach lotniczych coraz częściej można spotkać konstrukcje wykonane z trójwarstwowej „kanapki” z aluminiowym wypełniaczem o strukturze plastra miodu i powłokami z włókna węglowego. Obecnie około 50% całkowitej masy Boeinga 787 lub Airbusa A350 to materiały kompozytowe. W branży motoryzacyjnej od dawna stosowane są materiały kompozytowe, głównie opracowano technologię wytwarzania aerodynamicznego zestawu karoserii. Materiały kompozytowe są wykorzystywane w ograniczonym zakresie do produkcji części zawieszenia i silnika.

Jednak do niedawna przedsiębiorstwa stosowały głównie ręczne układanie części z kompozytów, a seryjna produkcja wytwarzanych wyrobów nie wymagała głębokiej automatyzacji procesów. Dziś, wraz z rozwojem konkurencji na rynku, nie można obejść się bez nowoczesnych narzędzi do projektowania i przygotowania produkcji, a także bez efektywnego sprzętu do pracy z kompozytami.

Technologie tworzenia produktów z materiałów kompozytowych

W większości przypadków jako wypełniacz wiążący stosuje się żywicę termoutwardzalną utwardzaną chemicznie, proces utwardzania charakteryzuje się egzotermiczną reakcją chemiczną. Stosowane są głównie żywice poliestrowe, epoksydowe, fenolowe i wysokotemperaturowe. Najczęściej przy produkcji części o złożonej konfiguracji stosuje się technologie, których istotą jest ułożenie „suchej” podstawy, a następnie impregnacja spoiwem (formowanie na mokro, nawijanie, wtrysk, formowanie żywicą / RTM) lub naprzemiennie układanie „suchego” podłoża za pomocą kleju do folii (impregnacja próżniowa, infuzja żywicy / RFI). Istnieje kilka głównych technologii wytwarzania części z materiałów kompozytowych, w tym metody ręczne i automatyczne:

• impregnacja włókien wzmacniających materiałem matrycowym;
• tworzenie w formie taśm utwardzacza i osnowy otrzymanej przez nawijanie;
• prasowanie na zimno elementów, a następnie spiekanie;
• elektrochemiczne powlekanie włókien z późniejszym prasowaniem;
• osadzanie matrycy przez natryskiwanie plazmowe na utwardzacz, a następnie prasowanie;
• partiami zgrzewania dyfuzyjnego jednowarstwowych taśm komponentów;
• wspólne walcowanie elementów zbrojeniowych z matrycą itp.

Ponadto upowszechniła się technologia wytwarzania części z wykorzystaniem prepregów (półfabrykatów, które są materiałem bazowym impregnowanym kompozycją wiążącą).

Oprogramowanie

Zadaniem projektowania produktu z materiałów kompozytowych jest właściwy dobór składu zapewniającego kombinację właściwości wymaganych w konkretnym przypadku eksploatacyjnym. Przy projektowaniu wzmocnionych polimerowych materiałów kompozytowych szeroko stosuje się komputerowe przetwarzanie danych, dla którego opracowano wiele różnych produktów oprogramowania. Ich zastosowanie pozwala na poprawę jakości wyrobów, skrócenie czasu opracowywania i organizacji produkcji konstrukcji, kompleksowe, sprawne i szybkie rozwiązywanie problemów ich racjonalnego projektowania. Uwzględnienie obciążeń nierównomiernych pozwala na zaprojektowanie konstrukcji kadłuba ze wzmocnionego kompozytu o zróżnicowanej grubości, która może się zmieniać dziesiątki razy.

Nowoczesne oprogramowanie można podzielić na dwie grupy: te, które wykonują analizę wsadową laminatów w formule „dwuwymiarowej” lub „belka/płyta” oraz w formule trójwymiarowej. Pierwsza grupa to programy takie jak Laminator, VerctorLam Cirrus itp. Rozwiązaniem „trójwymiarowym” jest metoda elementów skończonych, a wśród dostępnych produktów programowych jest duży wybór. Na rynku „technologii modelowania kompozytów” dostępne są różne produkty programowe: FiberSim (Vistagy / Siemens PLM Software), Digimat (e-Xstream / MSC Software Corp.), Helius (Firehole Composites / Autodesk), ANSYS Composite PrepPost, ESAComp (Altair Inżynieria) itp. .

Prawie każde specjalistyczne oprogramowanie różnych firm ma możliwość integracji z wysokopoziomowymi systemami CAD - Creo Elements/Pro, Siemens NX, CATIA. Ogólnie rzecz biorąc, praca jest następująca: wybierany jest materiał warstwowy, określane są ogólne parametry pakietu warstwowego, określana jest metoda tworzenia warstwy, metoda warstwa po warstwie służy do wytwarzania prostych części, do produktów złożonych, stosowane są metody projektowania strefowego lub konstrukcyjnego. W procesie układania warstw ustalana jest ich kolejność. W zależności od metody produkcji wyrobu (ręczne układanie, formowanie, układanie taśmy, układanie włókna) przeprowadzana jest analiza warstwa po warstwie materiału pod kątem ewentualnych odkształceń. Skład warstw dostosowany jest do szerokości użytego materiału.

Po zakończeniu formowania warstw użytkownik otrzymuje dane o produkcie, pozwalające na wykorzystanie ich do różnych celów, np.:

• wyjście w postaci dokumentacji projektowej;
• używać jako danych wyjściowych do cięcia materiału;
• dane początkowe dla projektora laserowego do zaznaczania konturów miejsc do układania wzorów.

Przejście na nowoczesne technologie projektowania i przygotowania produkcji wyrobów pozwala:

• zmniejszyć zużycie materiałów kompozytowych dzięki zastosowaniu precyzyjnych rozwiertaków i maszyn do cięcia;
• zwiększyć szybkość i poprawić jakość ręcznego układania materiału dzięki zastosowaniu precyzyjnych wykrojów i laserowych rzutów miejsc ich układania;
• osiągnięcie wysokiego poziomu powtarzalności produktu;
• zmniejszenie wpływu czynnika ludzkiego na jakość wytwarzanych produktów;
• zmniejszenie wymagań do kwalifikacji personelu zajmującego się układaniem.

Sprzęt do produkcji matryc

Wykonanie wzorca z drewna jest procesem czasochłonnym i czasochłonnym, aby skrócić czas wykonania matrycy i zwiększyć dokładność, wykorzystuje się frezarki CNC trzy/pięcioosiowe, maszyny kontrolno-pomiarowe czy skanery 3D.

Frezarka portalowa pięcioosiowa (rys. 1) jest dostępna tylko dla dużych producentów. Małe firmy wykorzystują frezujące kompleksy robotyczne na blokach liniowych (liniowa jednostka robota) (rys. 2) lub wykonują modele wzorcowe z sklejonego przedmiotu obrabianego. W tym przypadku podstawą przedmiotu obrabianego jest sztywna pusta rama, która jest sklejana na zewnątrz, a następnie całkowicie przetwarzana. Firmy, które nie mają możliwości obróbki całego produktu, podążają inną ścieżką: Najpierw budowany jest uproszczony model 3D produktu przy użyciu płaszczyzn w systemie CAD, a na podstawie uproszczonego modelu projektowana jest sztywna rama ze sklejki. Cała powierzchnia zewnętrzna jest następnie przedstawiana w systemie CAD jako okładzina ramy wewnętrznej. Wymiary okładziny dobierane są w taki sposób, aby można było ją wyfrezować na istniejącej frezarce CNC (rys. 3). Następnie dokładnie zmontowaną ramę oklejamy okładziną modelową. Dzięki tej metodzie dokładność wzorcowego modelu jest mniejsza i wymagane jest ręczne wykańczanie połączeń okładziny, ale pozwala to na tworzenie produktów, których gabaryty znacznie przekraczają możliwości istniejących maszyn CNC.

Ryż. 1. Frezarka pięcioosiowa MR 125, zdolna do obróbki detali o wymiarach 15x5 m i wysokości do 2,5 m

Ryż. 2. Kompleks robotów frezujących Kuka

Ryż. 3. "Mała" pięcioosiowa frezarka

Sprzęt do tworzenia kompozytów

Pierwszym krokiem w mechanizacji procesu formowania było zastosowanie maszyn impregnujących, które oprócz impregnacji montują tkaniny szklane lub włókno szklane w wielowarstwowe worki o łącznej grubości 4–5 mm. Aby zmechanizować procesy, zmniejszyć prawdopodobieństwo błędu personelu i zwiększyć wydajność, na przykład stosuje się metodę natryskiwania, którą można wykorzystać do uzyskania zewnętrznej powłoki, paneli grodziowych i innych konstrukcji z włókna szklanego. Metoda natryskowa umożliwia zmechanizowane uzyskiwanie kwadratów formierskich i zapewnia wyższą wydajność pracy w porównaniu z kwadratami formowanymi ręcznie z pasków włókna szklanego lub włókna szklanego. Kolejnym etapem rozwoju produkcji wyrobów z kompozytów jest wprowadzenie instalacji do automatycznego nawijania układu wypełniaczy z włókna węglowego. Pierwszego „robota” przeznaczonego do układania tkanin typu suchej rolki zademonstrowała amerykańska firma Magnum Venus Plastech. Po raz pierwszy w Rosji taki sprzęt został wprowadzony w JSC VASO. Urządzenie to umożliwia produkcję części kompozytowych o długości do 8 m i średnicy do 3 m (rys. 4).

Aby ułatwić ręczne układanie tkanin i zmniejszyć ilość odpadów, do automatycznego cięcia tkanin/prepregów stosuje się maszyny tnące, projektory laserowe LAP i LPT do rzutowania konturów podczas układania prepregu na sprzęcie produkcyjnym. Za pomocą modułu do projekcji laserowej (rys. 5) możliwe jest automatyczne generowanie danych do projekcji bezpośrednio z modelu 3D produktu kompozytowego. Taki schemat pracy znacząco obniża koszty czasu, zwiększa wydajność procesów, zmniejsza prawdopodobieństwo defektów i błędów oraz ułatwia zarządzanie danymi. Laserowy kompleks laserowy do cięcia oprogramowania, w porównaniu do tradycyjnego układania, zmniejsza pracochłonność cięcia o około 50%, pracochłonność układania o około 30%, zwiększa stopień wykorzystania materiałów, czyli można zaoszczędzić na 15 do 30% materiału.

Formowanie tworzyw sztucznych wzmocnionych włóknem węglowym metodą nawijania umożliwia uzyskanie produktów o najwyższych parametrach odkształcenia i wytrzymałości. Metody nawijania dzielą się na „suche” i „mokre”. W pierwszym przypadku do nawijania stosuje się prepregi w postaci nici, wiązek lub taśm. W drugim przypadku materiały wzmacniające są impregnowane spoiwem bezpośrednio podczas procesu nawijania. Ostatnio opracowano sprzęt, który wykorzystuje systemy komputerowe do kontrolowania wzorca orientacji włókien. Umożliwia to otrzymanie wyrobów rurowych o zagięciach i nieregularnych kształtach, a także wyrobów o złożonej geometrii. Sprzęt do nawijania jest opracowywany przy użyciu elastycznej technologii, w której wzmacniające materiały włókniste można układać na trzpieniu w dowolnym kierunku.

Ryż. Nawijarka z włókna węglowego 4 MAG Cincinnati Viper 1200 FPS

Ryż. 5. Laserowy system pozycjonowania (zielony kontur)

Sprzęt do sprawdzania geometrii i wewnętrznej struktury produktu

Kontury produktów często mają krzywoliniowe tworzące, których nie można zweryfikować tradycyjnymi metodami „plaz”. Korzystając ze skanowania 3D, możesz określić, jak bardzo fizyczna próbka pasuje do trójwymiarowego modelu komputerowego. Do skanowania 3D można również wykorzystać współrzędnościową maszynę pomiarową typu ramię (CMM) lub bezdotykowy optyczny/laserowy system skanowania. Jednak przy zastosowaniu bezdotykowych systemów skanowania z reguły nie mogą one poprawnie pracować z powierzchniami lustrzanymi i o wysokim połysku. Przy stosowaniu „ramion pomiarowych” konieczne będzie kilka kolejnych resetów, gdyż przestrzeń robocza, ze względu na konstrukcję ramion pomiarowych, jest zwykle ograniczona do kuli o promieniu 1,2-3,6m.

Ponadto materiały z włókna szklanego mają wiele problemów. Jednym z głównych jest kontrola jakości gotowego produktu (brak pustek powietrznych) oraz korozja podczas pracy. Do badań nieniszczących kadłubów statków wykonanych z kompozytów szeroko stosuje się promienie rentgenowskie, ale z wielu powodów mają one tendencję do ograniczania go. Ostatnio zaczęły pojawiać się publikacje opisujące wykrywanie rozwarstwień za pomocą termografii w podczerwieni (termografy). Jednocześnie zarówno termowizyjne, jak i rentgenowskie metody NDT wykrywające rozwarstwienia nie pozwalają na pomiar ich rozmiarów i określenie głębokości defektów w celu oceny ich wpływu na zmianę charakterystyk wytrzymałościowych.

Wniosek

Obecnie w Rosji prawie dopiero rozpoczyna się intensywny rozwój automatyzacji montażu wyrobów kompozytowych, w tym urządzeń do tworzenia matryc. Najczęściej do „tuningu” samochodów wykonywane są tylko pojedyncze elementy aerodynamicznego zestawu nadwozia. Sukcesem zakończyło się wdrożenie systemu FiberSIM przy projektowaniu i budowie trałowca bazowego projektu 12700 oraz automatycznej układaczu tkanin VASO. Są to jednak odosobnione przykłady, aby zwiększyć konkurencyjność konieczne jest kompleksowe wprowadzenie nowych technologii.

Link bibliograficzny

Czernyszow E.A., Romanow AD. NOWOCZESNE TECHNOLOGIE DO WYTWARZANIA WYROBÓW Z MATERIAŁÓW KOMPOZYTOWYCH // Nowoczesne technologie intensywnie wykorzystujące naukę. - 2014 r. - nr 2. - str. 46-51;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33649 (dostęp 25.11.2019). Zwracamy uwagę na czasopisma wydawane przez wydawnictwo „Akademia Historii Naturalnej”

T technologia kompozytowa rozwiązuje problem uzyskiwania utwardzonych materiałów. Słowo technologia pochodzi od dwóch greckich słów: techne – rzemiosło i logos – słowo, nauczanie. Zwykle w tego typu nazwach druga część „logia” odpowiada pojęciu „nauki”. Na przykład zoologia to nauka o zwierzętach, geologia to nauka o budowie Ziemi. Przez analogię technikę należy zdefiniować jako naukę o rzemiośle.

Technologia Kompozytów - Sekcja Technologii Materiałów

Ale słowo „nauka” obok słowa „technologia” pojawiło się stosunkowo niedawno. Technologia jest zwykle definiowana jako zestaw metod. Jeśli chodzi o technologia materiałów, to jest to zestaw metod pozyskiwania i przetwarzania materiałów.
Włókna jako składniki materiału. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu można by zgodzić się z taką definicją. A dziś z pewnością wymaga wyjaśnienia. Dziś technologia materiałowa to nie tylko zbiór metod, ale także nauka o otrzymywaniu i przetwarzaniu materiałów, która posiada własne podstawy teoretyczne (teoria procesów metalurgicznych, teoria obróbki ciśnieniowej, teoria obróbki cieplnej itp.) , własne metody badawcze, własne zasady. A tworzenie nowych materiałów jest nie do pomyślenia bez wykorzystania jego osiągnięć. Ale pamiętając o tym, nie powinniśmy zapominać o pierwszej części słowa. Jednak technologia to także umiejętności. A rzemiosło jest jak sztuka. Aby zostać dobrym technologiem, oprócz wiedzy trzeba mieć zarówno pomysłowość, jak i pomysłowość. I wymaga więcej talentu. Jednak te cechy nie są zbyteczne w żadnym biznesie. W tworzeniu materiałów biorą udział ludzie różnych specjalności. Teoretycy materiałów to fizycy, chemicy i mechanicy, którzy badają ogólne prawa rządzące zachowaniem materiałów. Technolodzy materiałowi to specjaliści, którzy wykorzystują te prawa do tworzenia nowych materiałów i opracowywania metod ich produkcji. Są łącznikiem między teorią a praktyką. Są też technolodzy produkcji, którzy pracują bezpośrednio w fabrykach i opracowują procesy otrzymywania produktów w warunkach przemysłowych. Porozmawiamy o pracy materiałoznawców-technologów.

Technologia kompozytów to zadanie dla specjalisty

Weź na przykład specjalista ds. technologii kompozytowych. Jakie zadania ma do rozwiązania? Oto jeden z nich. Duńczycy: włókna boru nawinięte na szpulki; aluminium (w dowolnej formie - blachy, drut, proszek, stop) można wybrać według własnego uznania. Wymagane: połączenie włókien i matrycy aluminiowej ze sobą, przy jednoczesnym uzyskaniu wysokiej wytrzymałości borowo-aluminiowej. Technik musi zdecydować, jak to zrobić. Mówiąc dokładniej, porozmawiajmy o tym, jak uzyskać taki kompozyt w postaci arkusza, w którym wszystkie włókna są rozłożone równomiernie na przekroju i ułożone równolegle do siebie. Rozwiązaniem problemu jest odpowiedź na trzy podstawowe pytania:

1. Jak zapewnić układanie włókien w zadanym kierunku?
2. Jak wprowadzić włókna do matrycy, aby uzyskać arkusz o wymaganej strukturze i właściwościach?
3. Jak zapobiegać zmiękczaniu i niszczeniu włókien w procesie wytwarzania materiału, jednocześnie zapewniając ich silne związanie z osnową?

Pytanie „jak?” nieustannie goni technologów. A obok niego zawsze pojawia się stały towarzysz - „dlaczego?”. Odpowiedz na pytanie "dlaczego?" - oznacza znalezienie przyczyny powodującej to lub inne zjawisko. I odpowiedź na pytanie „jak?” powinien wskazywać, jak rozwiązać problem. Każdy specjalista zajmujący się nauką jest nieustannie zmuszony do szukania odpowiedzi na te pytania i nie ma nadziei na pozbycie się ich. Gdy tylko odpowiesz na jedno, pojawia się inny, a on z kolei powoduje lawinę nowego „dlaczego?” I jak?". A jeśli przestaną się martwić, przestanie być naukowcem. Jednak dla technologa najważniejsza jest dokładna odpowiedź na pytanie „jak?”. To jego praca. Sformułowano trzy główne pytania, które należy wziąć pod uwagę przy rozwiązywaniu problemu technologii. Spróbujmy na nie odpowiedzieć.

Jak zorientować włókna w kompozycie

Zacznijmy w kolejności. Jak zorientować włókna w kompozycie? Gdyby były wystarczająco grube, jak pręty stalowe, którymi są wzmocnione, nie byłoby specjalnych problemów. Możesz umieszczać pojedynczo w specjalnie przygotowanych gniazdach.
Włókna jako podstawa kompozytów. Ale mamy do czynienia z cienkimi włóknami o średnicy około 100 μm. W arkuszu o grubości 5 mm i szerokości 500 mm będzie ich ponad 100 tysięcy, a ułożenie każdego włókna ręcznie w przewidzianym do tego miejscu jest zdecydowanie nierealistycznym zadaniem. Może to zrobić maszyna. Należy wziąć pod uwagę, aby włókna nie stykały się ze sobą, powinny znajdować się w pewnej odległości od siebie, aby zapewnić odpowiednią koncentrację w osnowie. Tutaj możesz zaoferować kilka opcji, ale prawdopodobnie jedną z najlepszych - taką, która jest dziś szeroko stosowana w praktyce - metoda nawijania. Pobiera się cylindryczny bęben, którego obwód jest równy długości przyszłego arkusza, zainstalowanego na tokarce i nawiniętego na niego z określoną odległością włókien. Pomysł polega na przecięciu wszystkich włókien wzdłuż tworzącej cylindra i rozłożeniu ich w płaszczyźnie, uzyskując jedną warstwę równoległych włókien. Długość tej warstwy jest równa obwodowi bębna. Aby zachować wzajemne ułożenie włókien w warstwie, należy je jakoś połączyć przed cięciem. Możesz na przykład posmarować klejem i przeciąć wzdłuż tworzącej po wyschnięciu. Jednocześnie wybierz klej, aby w razie potrzeby można go było łatwo usunąć, powiedzmy, wypalić przez ogrzewanie.

Jak wstawić włókna do matrycy

Ale lepiej zrobić to inaczej. Użyj samego materiału matrycy jako łącznika. Następnie możesz wykonać jednocześnie dwa zadania w celu prawidłowego utrzymania technologii kompozytowej: naprawić włókna w pożądanej pozycji i jednocześnie wprowadź je do matrycy, czyli odpowiedzieć na drugie główne pytanie naszego zadania. Myśl jest dobra. Ale znowu pojawia się ta sama obsesyjna - jak? Jak to zrobić? Nie możesz się obejść bez wiedzy z zakresu fizyki i chemii.

Metoda elektrochemiczna

Może być zastosowane metoda elektrochemiczna, nakładając galwaniczną powłokę z metalu osnowy na bęben z nawiniętymi na niego włóknami. W zasadzie nie jest to trudne, ale:

1. zabiera dużo czasu
2. nie wszystkie metale da się w ten sposób zastosować,
3. w przypadku stopów złożonych trudno jest zapewnić pożądany skład osnowy.

Ale w przypadku niektórych kompozytów, na przykład z matrycami miedzi lub niklu, metoda jest całkiem akceptowalna. Chociaż lepiej byłoby znaleźć coś bardziej uniwersalnego. Możesz wymyślić inny sposób. Wystarczy zanurzyć bęben z nawiniętymi włóknami w stopionym aluminium i po wyjęciu szybko schłodzić aż do skrystalizowania. Niby proste, ale ta prostota jest zwodnicza. Ciekły metal spłynie, w związku z czym nie będzie możliwe równomierne pokrycie całej monowarstwy matrycą. Ponadto w niektórych przypadkach stopiony metal może aktywnie oddziaływać z samym bębnem, powodując korozję jego powierzchni i powierzchni włókien, co jest wysoce niepożądane, ponieważ bęben straci swoje wymiary, a włókna osłabną i staną się kruche .

Natryskiwanie plazmowe powłok

A oto najbardziej odpowiednia opcja. Posługiwać się natryskiwanie plazmowe powłok. Tą metodą materiał osnowy topi się strumieniem plazmy niskotemperaturowej (zjonizowany gaz o średniej temperaturze ok. 10 000 K), tym samym strumieniem jest on rozpylany i przenoszony na powierzchnię bębna pokrywając włókna i wypełniając luki między nimi. Przepływ plazmy uzyskuje się za pomocą specjalnego urządzenia - palnika plazmowego, w którym gaz roboczy (azot, argon, wodór, hel itp.) ulega jonizacji pod wpływem wyładowania łukowego. Chociaż plazma utworzona w konwencjonalnych plazmotronach nazywana jest niskotemperaturową, ta „niska” temperatura (10 000 K) jest wystarczająca do stopienia dowolnego materiału, który istnieje w przyrodzie. Kropelki stopionego metalu docierają do zimnego bębna i pod wpływem ciepła krystalizują, tworząc jednolitą powłokę na bębnie, jeśli jest on równomiernie obracany. Materiał do napylania (w naszym przypadku aluminium) jest zwykle wprowadzany do strumienia plazmy w postaci proszku lub drutu. Zewnętrznie proces nakładania powłok plazmowych przypomina malowanie aerografem. Tylko zamiast aerografu - palnik plazmowy, a zamiast farby - stop matrycy. W zasadzie nie jest konieczne użycie do tego celu plazmy, można sobie poradzić z palnikiem gazowym lub innym urządzeniem, jednak natryskiwanie plazmowe jest bardzo wygodne i ma szerokie zastosowanie przy tworzeniu kompozytów. Wzmocniona monowarstwa uzyskana po natrysku jest cięta wzdłuż jednej z tworzących cylindra i rozkładana na płaszczyznę. Wytrzymałość powłoki jest wystarczająca, aby zapobiec przemieszczaniu się włókien względem siebie, ale niewystarczająca, aby zapewnić wysoką wytrzymałość kompozytu. Grubość powstałych monowarstw wynosi zwykle półtora do dwóch średnic włókien, czyli około 200 mikronów, a my, przypomnijmy, potrzebujemy arkusza o grubości 5 mm. Jak być? Znowu „jak?”.

Walcowanie monowarstw

Tym razem nie trzeba długo szukać odpowiedzi: z otrzymanych monowarstw trzeba zrobić ciasto francuskie, czyli zebrać je w worek o wymaganej grubości i jakoś zagęścić, łącząc je nierozłącznie ze sobą. Można to zrobić na przykład toczenia monowarstw lub prasowanie na gorąco. W pierwszym przypadku opakowanie jest podgrzewane w piecu i przepuszczane pomiędzy obracającymi się rolkami. Podczas walcowania monowarstwy są łączone w materiał monolityczny, a materiał osnowy jest zagęszczany w każdej monowarstwie, co prowadzi do wzrostu wytrzymałości osnowy i siły jej wiązania z włóknami.

Prasowanie monowarstw na gorąco

Czasami bardziej celowe jest zagęszczanie paczek monowarstw nie przez walcowanie, ale przez prasowanie na gorąco. W tym celu umieszcza się je w formie, której długość i szerokość płaszczyzny roboczej odpowiada wymiarom monowarstw, i są prasowane od góry za pomocą stempla. Forma jest podgrzewana, aby można było utrzymać wymaganą temperaturę procesu. Ogrzane opakowanie jest zagęszczane, stąd nazwa - prasowanie na gorąco. Aby między monowarstwami powstało silne wiązanie i aby wszystkie cząstki osadzonego metalu osnowy zespawały się ze sobą, tworząc monolit, konieczne jest utrzymywanie pod ciśnieniem, co pozwala na wykonanie pracy procesów dyfuzyjnych. To właśnie te procesy wraz z ciśnieniem zapewniają wysokie właściwości mechaniczne naszego ciasta francuskiego. Dlatego ta metoda otrzymywania kompozytów jest czasami nazywana spawaniem dyfuzyjnym.

Technologia kompozytów w postaci pręta lub złożonego profilu

W związku z postawionym zadaniem odpowiedzieliśmy na drugie pytanie - jak wprowadzić włókna do matrycy. Ale co, jeśli potrzebujesz kompozytu w postaci pręta lub złożonego profilu? Kolejne „jak”. Możesz ponownie skorzystać z toczenia opakowań z monowarstw, ale nie w gładkich rolkach, ale w skalibrowanych, to znaczy ze specjalnymi wycięciami, które odpowiadają wymaganej konfiguracji. Lub możesz użyć tzw metody fazy ciekłej gdy matryca jest w stanie ciekłym w procesie otrzymywania kompozytu. Włókna odwijające się ze zwojów (liczba zwojów jest równa liczbie włókien w kompozycie), przechodzą bez stykania się przez kąpiel z roztopionym metalem osnowy, są przez nią zwilżane i wchodzą do dyszy przędzalniczej, która tworzy pręt żądanej sekcji. Następnie pręt jest chłodzony, metal osnowy twardnieje, tworząc materiał kompozytowy z włóknami. W ten sposób można uzyskać pręty o szerokiej gamie profili. Produkty o złożonym profilu, takie jak łopatki turbin, są dogodnie otrzymywane przez impregnację. Włókna umieszcza się w formie, której wnęka robocza odpowiada kształtowi ostrza (jak to zrobić to osobna kwestia, której teraz nie będziemy się zastanawiać, ale można to zrobić, choć niełatwo), a następnie płyn metal osnowy wlewa się do formy. Szczeliny między włóknami są zwykle małe i stopionym metalem trudno je wypełnić, ale konieczne jest ich wypełnienie i to tak szybko, jak to możliwe, aby włókna nie miały czasu na rozpuszczenie się w osnowie. Dlatego w większości przypadków impregnację przeprowadza się pod ciśnieniem. Forma odlewnicza jest opróżniana, a ciekły metal wchodzi do niej pod ciśnieniem atmosferycznym. Z reguły do ​​szybkiej i niezawodnej impregnacji wystarcza różnica ciśnień rzędu jednej atmosfery. Ale dzieje się tak tylko w przypadku, gdy włókna są zwilżane przez roztopiony metal osnowy. Jeśli tak się nie stanie, musisz podjąć działania. Na przykład włókna węglowe nie są zwilżane ciekłym aluminium, dlatego też węgla i aluminium nie można uzyskać po prostu przez impregnację włókien grafitowych aluminium. Ale jeśli te nici zostaną wstępnie pokryte najcieńszą warstwą chromu lub niklu (wystarczy nałożyć powłokę o grubości jednego mikrometra), która jest dobrze zwilżona aluminium, impregnacja będzie zapewniona i można uzyskać kompozyt. Głównym zajęciem technologa jest odpowiedź na pytanie „jak?”. Jak zrobić? Prawidłowe odpowiedzi na to pytanie można udzielić, jeśli znane są odpowiedzi na pytanie „dlaczego?”. Jeśli wyobrazisz sobie mechanika samochodowego, który wie, jak dokręcać śruby i nakrętki, ale nie zna budowy samochodu. Bezwartościowe dla niego. Podobnie, gorszym specjalistą jest technolog, który nie rozumie fizyki procesów zachodzących przy otrzymywaniu materiału. Na przykład technolog wie, że w wielu przypadkach kompozyt mięknie po podgrzaniu. Problem pojawia się od razu – jak sobie z nim poradzić? To pytanie jest podobne do trzeciego pytania „jak?” na początku rozmowy. Aby rozwiązać ten problem, musisz wiedzieć, dlaczego następuje zmiękczenie kompozytu. Odpowiedzi na te pytania dostarcza technologia kompozytowa.

Kompleks robotów do obróbki mechanicznej wyrobów z materiałów kompozytowych przeznaczony jest do mechanizacji i automatyzacji jednej z najbardziej pracochłonnych operacji w cyklu technologicznym:

• Przycinanie i usuwanie błysku technologicznego
• Frezowanie rowków, wgłębień i pozycjonerów pod elementy wpuszczane
• Wiercenie i frezowanie otworów o skomplikowanym kształcie
• Frezowanie otworów o dużych rozmiarach (otwory okienne, włazy itp.)

Kompleks robotów umożliwia zapewnienie następujących korzyści:

• Zwiększona prędkość przetwarzania w porównaniu do przetwarzania ręcznego
• Wysoka powtarzalność i jakość obróbki
• Frezowanie z wysoką jakością krawędzi „w jednym przejściu”
• Poprawa warunków pracy
• Tworzenie dodatkowych miejsc pracy wymagających dużej wiedzy

Na metoda kontaktu Po uformowaniu materiał szklany jest ręcznie impregnowany żywicą za pomocą pędzla lub wałka. Impregnację można przeprowadzić jednocześnie z rolowaniem w formie lub osobno. Walcowanie odbywa się w celu usunięcia powietrza z laminatu i równomiernego rozprowadzenia spoiwa.

Materiały kompozytowe to materiały utworzone z kilku komponentów. Są wykonane głównie z plastikowej podstawy, wypełniacza wzmacniającego, a także kilku innych substancji. Dzięki temu kompozyt charakteryzuje się dużą wytrzymałością, sztywnością i wieloma innymi użytecznymi właściwościami.

Technologie kompozytów polimerowych to metody wytwarzania materiałów, których osnowę stanowi polimer. Mają ogromną liczbę rodzajów i gatunków, co zapewniło ich rozpowszechnienie i popularność. Istnieją następujące rodzaje polimerów ceramicznych:

włókno szklane;
włókno węglowe;
boroplastyka;
organoplastyka;
polimery wypełnione proszkami;
tablice tekstowe.

Kompozytowe materiały ceramiczne są stosowane w wielu różnych obszarach, między innymi:

Budowa;
Inżynieria elektryczna;
przemysł chemiczny;
budowa dróg;
telekomunikacja;
przemysł lotniczy itp.

Powszechność i popularność technologii kompozytowych wiąże się z wieloma zaletami tej metody wytwarzania materiałów. Warto zwrócić uwagę na następujące pozytywne cechy:

Ulepszone właściwości fizyczne i chemiczne;
raczej niski ciężar właściwy;
odporność na zjawiska korozyjne, gnicie lub wypaczenie;
niska toksyczność podczas spalania;
niepalność lub trudnopalność;
wyjątkowa odporność chemiczna;
niski współczynnik rozszerzalności liniowej dzięki działaniu ciepła;
dość szeroki zakres temperatur funkcjonalności;
wysokie właściwości elektroizolacyjne;
zwiększona przyjazność dla środowiska.

W XXI wieku materiały kompozytowe na bazie polimerów ceramicznych stały się jedną z najpopularniejszych substancji, za pomocą której rozwiązują różne problemy technologiczne w różnych dziedzinach, takich jak budownictwo, inżynieria czy inne gałęzie przemysłu. Udało się to osiągnąć dzięki wielu zaletom, które wyróżniają kompozyty spośród innych popularnych do tej pory materiałów.

Odbudowa koła ukośnego pompy

Materiały kompozytowe można również wykorzystać do przywrócenia ukośnego wirnika pompy. Z podobnym zleceniem naprawy przepompowni ścieków KSB Sewatec, do Cerametu zwróciło się przedsiębiorstwo MP Angarsk Vodokanal.

W ciągu trzech lat eksploatacji wydajność pompy spadła do 70%, począwszy od pierwszego dnia jej eksploatacji. W ramach naprawy odtworzono metal, zastosowano materiał kompozytowy oraz wyważenie dynamiczne. Tym samym, dzięki zastosowaniu technologii kompozytowych, możliwe było wydłużenie żywotności pompy i uzyskanie 4,5-krotnej oszczędności kosztów.

Cechy materiału Ceramet

Kompozytowe materiały ceramiczne Ceramet są przeznaczone do ochrony sprzętu, przedłużając jego żywotność i zwiększając jego żywotność. To znacznie ogranicza przestoje i konieczność zakupu dodatkowych części zamiennych.

Cechą materiału Ceramet jest dość szeroki zakres zastosowań, na który składają się:

Naprawa sprzętu pompującego;
odnowienie śrub;
poprawa funkcjonalności wymienników ciepła;
naprawa rurociągów, rynien itp.

Dzięki temu materiał kompozytowy Ceramet może być wykorzystywany do wielu różnych celów, co jest korzystniejsze niż stosowanie innych metod odnowy sprzętu.