Alta tecnologia moderna. Tecnologias para produção de materiais compósitos Restauração de roda de bomba diagonal

Materiais compostos são materiais criados a partir de vários componentes. Eles são feitos principalmente de uma base plástica, enchimento de reforço e algumas outras substâncias. Como resultado, o compósito é caracterizado por alta resistência, rigidez e muitas outras propriedades úteis.

As tecnologias de compósitos poliméricos são métodos para criar materiais cuja matriz é um polímero. Possuem um grande número de tipos e espécies, o que garantiu sua prevalência e popularidade. Existem os seguintes tipos de polímeros cerâmicos:

Fibra de vidro;
plásticos reforçados com fibra de carbono;
boroplastia;
organoplásticos;
polímeros cheios de pós;
lajes de texto.

Composto materiais cerâmicos são utilizados em uma ampla variedade de áreas, entre as quais estão as seguintes:

Construção;
Engenharia elétrica;
indústria química;
construção de estrada;
telecomunicações;
indústria da aviação, etc.

A prevalência e popularidade das tecnologias compostas estão associadas às muitas vantagens deste método de fabricação de materiais. Vale a pena prestar atenção às seguintes qualidades positivas:

Melhorou características físico-químicas;
bastante baixo Gravidade Específica;
resistência à corrosão, apodrecimento ou empenamento;
baixa toxicidade durante a queima;
não inflamabilidade ou inflamabilidade difícil;
resistência química única;
baixo coeficiente de expansão linear devido à ação do calor;
faixa de temperatura de funcionalidade bastante ampla;
altas propriedades de isolamento elétrico;
maior limpeza ambiental.

EM Século XXI Os materiais compósitos à base de polímeros cerâmicos tornaram-se uma das substâncias bastante populares utilizadas para resolver vários problemas. desafios tecnológicos em uma ampla variedade de campos, tanto construção quanto engenharia ou outros tipos de indústrias. Isto foi conseguido com a ajuda de muitas vantagens que distinguem os compósitos de outros tipos de materiais populares até então.

Restaurando a roda diagonal da bomba

Materiais compósitos também podem ser usados ​​para restaurar a roda diagonal da bomba. Com um pedido semelhante de reparo do dispositivo de bombeamento Águas Residuais Sob o nome KSB Sewatec, a empresa MP Angarsky Vodokanal contactou a Ceramet.

Ao longo de três anos de operação, o desempenho da bomba caiu para 70%, a partir do primeiro dia de operação. O reparo incluiu restauração metálica, aplicação de material compósito e balanceamento dinâmico. Assim, devido ao uso de tecnologias compostas, foi possível prolongar a vida útil da bomba e obter uma economia de custos de 4,5 vezes.

Características do material Ceramet

Os materiais cerâmicos compósitos Ceramet são projetados para proteger equipamentos, prolongando sua vida útil e aumentando sua vida operacional. Isto reduz significativamente o tempo de inatividade e a necessidade de adquirir peças sobressalentes adicionais.

A peculiaridade do material Ceramet é sua ampla gama de aplicações, que inclui:

Reparar equipamento de bombeamento;
renovação de trados;
melhorar a funcionalidade dos trocadores de calor;
reparo de tubulações, calhas, etc.

Assim, o material compósito Ceramet pode ser utilizado para diversos fins, o que é mais vantajoso do que outros métodos de renovação de equipamentos.

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O artigo apresenta o estado atual da tecnologia para produção de produtos a partir de materiais compósitos, incluindo informações sobre as tecnologias utilizadas, softwares, equipamentos para criação de matrizes, equipamentos para criação de produtos compósitos, equipamentos para monitoramento da geometria dos produtos e teste não destrutivo.

materiais compósitos

Programas

equipamento para criar uma matriz

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Um material compósito é um material cuja estrutura é constituída por vários componentes com diferentes propriedades físicas e mecânicas: matrizes metálicas ou não metálicas com uma determinada distribuição de reforços nas mesmas, a sua combinação confere novas propriedades ao material compósito. De acordo com a natureza da estrutura, os materiais compósitos são divididos em materiais fibrosos, reforçados com fibras contínuas e bigodes, materiais reforçados por dispersão obtidos pela introdução de partículas dispersas de endurecedores na matriz, materiais em camadas criados por prensagem ou laminação de materiais diferentes.

Hoje, os materiais compósitos são especialmente procurados em diversas indústrias. Os primeiros navios de fibra de vidro foram fabricados na segunda metade da década de 30 do século XX. Desde a década de 50, a construção naval de fibra de vidro se difundiu no mundo; um número significativo de iates, barcos de trabalho e salvamento e embarcações de pesca, embarcações de desembarque, etc. Uma das primeiras aplicações de materiais compósitos na aviação foi a fabricação de painéis plásticos reforçados com fibra de carbono no bordo de fuga da asa da aeronave F-111A em 1967. EM últimos anos Em produtos aeroespaciais, você pode encontrar cada vez mais estruturas feitas de um “sanduíche” de três camadas com núcleo de favo de mel de alumínio e revestimentos de fibra de carbono. Atualmente, cerca de 50% do peso total de uma aeronave Boeing 787 ou Airbus A350 é composto por materiais compósitos. Na indústria automotiva, materiais compósitos são utilizados há bastante tempo, principalmente a tecnologia para fabricação de kits de carroceria aerodinâmicos foi desenvolvida. Materiais compósitos são usados ​​de forma limitada para a fabricação de peças de suspensão e motor.

No entanto, até recentemente, as empresas utilizavam principalmente o layout manual de peças compostas, e a produção em série de produtos não exigia automação profunda de processos. Hoje, com o desenvolvimento da concorrência no mercado, é impossível prescindir meios modernos preparação de projeto e produção, bem como sem equipamento eficiente para trabalhar com compósitos.

Tecnologias para criação de produtos a partir de materiais compósitos

Na maioria dos casos, uma resina termoendurecível quimicamente curada é usada como enchimento aglutinante, o processo de cura é caracterizado por exotérmico reação química. São utilizadas principalmente resinas de poliéster, epóxi, fenólicas e de alta temperatura. Na maioria das vezes, na fabricação de peças com configurações complexas, são utilizadas tecnologias cuja essência é a disposição de uma base “seca” seguida de impregnação com uma composição aglutinante; moldagem “úmida”, enrolamento, injeção, moldagem por transferência de resina / RTM) ou alternadamente colocar uma base “seca” com filme adesivo (impregnação a vácuo, Resin Film Infusion / RFI). Existem diversas tecnologias básicas para fabricação de peças a partir de materiais compósitos, incluindo métodos manuais e automatizados:

• impregnação de fibras de reforço com material de matriz;
• formação em molde de fitas de reforço e matriz obtida por enrolamento;
• prensagem a frio de componentes seguida de sinterização;
• revestimento eletroquímico de fibras com posterior prensagem;
• deposição de matriz pulverização de plasma no reforçador seguido de compressão;
• soldagem por difusão em lote de fitas monocamadas de componentes;
• laminação conjunta de elementos de reforço com uma matriz, etc.

Além disso, a tecnologia de fabricação de peças utilizando pré-impregnados (produtos semiacabados constituídos por um material de base impregnado com uma composição aglutinante) se difundiu.

Programas

A tarefa de projetar um produto a partir de materiais compósitos é a seleção correta de uma composição que proporcione uma combinação de propriedades exigidas em um caso operacional específico. Ao projetar materiais compósitos poliméricos reforçados, o processamento de dados por computador é amplamente utilizado, para o qual um grande número de produtos de software diferentes foram desenvolvidos. A sua utilização permite melhorar a qualidade dos produtos, reduzir o tempo de desenvolvimento e organização da produção das estruturas e resolver os problemas da sua concepção racional de forma abrangente, de elevada qualidade e rápida. Levar em consideração os desníveis de cargas permite projetar uma estrutura de casco em compósito reforçado com espessura diferenciada, que pode variar dezenas de vezes.

Os produtos de software modernos podem ser divididos em dois grupos: aqueles que realizam análises em lote de laminados em formulação “bidimensional” ou “feixe/placa” e em formulação tridimensional. O primeiro grupo são programas como Laminator, VerctorLam Cirrus, etc. A solução “tridimensional” é o método dos elementos finitos e há uma grande seleção entre os produtos de software disponíveis. Existem vários produtos de software no mercado de “tecnologia de modelagem de compósitos”: FiberSim (Vistagy / Siemens PLM Software), Digimat (e-Xstream / MSC Software Corp.), Helius (Firehole Composites / Autodesk), ANSYS Composite PrepPost, ESAComp (Altair Engenharia) e etc.

Quase todos os softwares especializados de diversas empresas têm a capacidade de integração com sistemas CAD alto nível- Creo Elements/Pro, Siemens NX, CATIA. Em geral, o trabalho fica assim: o material das camadas é selecionado, o Parâmetros comuns pacote de camadas, o método de formação de camadas é determinado, o método camada por camada é usado para a produção de peças simples, para produtos complexos são usados ​​​​métodos de zona ou de projeto estrutural. Durante o layout das camadas, sua sequência é definida. Dependendo do método de produção do produto (colocação manual, moldagem, colocação de fita, colocação de fibra), é realizada uma análise camada por camada do material para possíveis deformações. A composição das camadas é ajustada à largura do material utilizado.

Após concluída a formação das camadas, o usuário recebe dados sobre o produto, permitindo que sejam utilizados para diversos fins, por exemplo:

• saída na forma de documentação de projeto;
• utilizar como dados iniciais para corte de material;
• dados de origem para um projetor a laser para indicar os contornos das áreas de colocação do padrão.

A transição para tecnologias modernas de concepção e preparação da produção de produtos permite:

• reduzir o consumo de materiais compósitos através do uso de alargadores e máquinas de corte precisos;
• aumentar a velocidade e melhorar a qualidade do assentamento manual do material através do uso de blanks precisos e projeções a laser de suas áreas de assentamento;
• alcançar um alto nível de repetibilidade do produto;
• reduzir a influência do fator humano na qualidade dos produtos manufaturados;
• redução dos requisitos de qualificação do pessoal envolvido na instalação.

Equipamento para criação de matrizes

Fazer um modelo mestre em madeira é um processo trabalhoso e demorado; para reduzir o tempo de fabricação da matriz e aumentar a precisão, são utilizados: fresadoras CNC de três/cinco eixos, máquinas de controle e medição ou scanners 3D.

Pórtico de cinco eixos fresadora, (Figura 1), está disponível apenas para grandes fabricantes. Pequenas empresas eles usam complexos de fresamento robótico em unidades de robôs lineares (Fig. 2) ou fazem modelos mestres a partir de peças coladas. Neste caso, toma-se como base da peça uma moldura rígida e oca, que é colada por fora e depois totalmente processada. As empresas que não têm a oportunidade de processar todo o produto seguem um caminho diferente: primeiro, um modelo 3D simplificado do produto é construído em um sistema CAD usando planos, e um modelo rígido é projetado com base no modelo simplificado. quadro de energia de madeira compensada. Toda a superfície externa é então representada no sistema CAD como revestimento da moldura interna. As dimensões do revestimento são selecionadas de forma que possa ser fresado em uma fresadora CNC existente (Fig. 3). Então exatamente quadro montado colado revestimento de modelo. Com este método, a precisão do modelo mestre é menor e é necessário o acabamento manual das juntas de revestimento, mas permite criar produtos cujas dimensões excedem significativamente as capacidades das máquinas CNC existentes.

Arroz. 1. Fresadora de cinco eixos MR 125, capaz de processar peças de 15x5 m e altura de até 2,5 m

Arroz. 2. Complexo de fresagem robótica Kuka

Arroz. 3. Fresadora “pequena” de cinco eixos

Equipamento para criação de compósitos

O primeiro passo para mecanizar o processo de moldagem foi a utilização de máquinas de impregnação, que, além da impregnação, coletam tecidos de vidro ou fibra de vidro em sacos multicamadas com espessura total de 4 a 5 mm. Para mecanizar processos, reduzir a probabilidade de erros de pessoal e aumentar a produtividade, por exemplo, utiliza-se o método de pulverização, com o qual é possível obter revestimento externo, painéis de antepara e outras estruturas de fibra de vidro. O método de pulverização permite obter ângulos de moldagem por mecanização e proporciona maior produtividade de mão de obra em comparação aos ângulos de moldagem moldados manualmente a partir de tiras de fibra de vidro ou fibra de vidro. A próxima etapa no desenvolvimento da produção de produtos compósitos é a introdução de uma instalação para enrolamento automatizado de cargas de vidro carbono. O primeiro "robô" projetado para colocar tecidos secos tipo de rolo foi demonstrado pela empresa americana Magnum Venus Plastech. Pela primeira vez na Rússia, esse equipamento foi apresentado na JSC VASO. Este equipamento permite produzir peças compostas com comprimento de até 8 m e diâmetro de até 3 m (Fig. 4).

Para facilitar a colocação manual do tecido e reduzir o desperdício, são utilizadas máquinas de corte para cortar automaticamente o tecido/pré-impregnado, projetores a laser LAP e LPT para projeção de contorno ao colocar pré-impregnado em equipamentos de produção. Utilizando o módulo de projeção a laser (Figura 5), ​​é possível gerar automaticamente dados de projeção diretamente do modelo 3D do produto compósito. Essa forma de trabalhar reduz significativamente os custos de tempo, aumenta a eficiência dos processos, reduz a probabilidade de defeitos e erros e facilita o gerenciamento de dados. O complexo “software - máquina de corte - laser de projeção”, comparado ao assentamento tradicional, reduz a intensidade de trabalho de corte em cerca de 50%, a intensidade de trabalho de assentamento em cerca de 30%, e aumenta a taxa de utilização de materiais, ou seja, você pode economizar de 15 a 30% de material.

A moldagem de plásticos reforçados com fibra de carbono pelo método de enrolamento permite obter produtos com as maiores características de deformação e resistência. Os métodos de enrolamento são divididos em “seco” e “úmido”. No primeiro caso, são utilizados pré-impregnados na forma de fios, fios ou fitas para enrolamento. No segundo, os materiais de reforço são impregnados com um ligante diretamente durante o processo de enrolamento. Recentemente, foram desenvolvidos equipamentos que utilizam sistemas de computador. Isto permite obter produtos tubulares com curvas e forma irregular, bem como produtos com geometria complexa. Equipamento para enrolamento usando tecnologia flexível ao reforçar materiais fibrosos pode ser colocado em um mandril em qualquer direção.

Arroz. 4 Máquina para bobinagem e disposição automatizada de cargas de vidro carbono Viper 1200 FPS da MAG Cincinnati

Arroz. 5. Sistema de posicionamento a laser (contorno verde)

Equipamento para monitoramento da geometria e estrutura interna do produto

Os contornos dos produtos muitas vezes apresentam geratrizes curvilíneas, que não são possíveis de verificar pelos métodos tradicionais de “plaz”. Usando a digitalização 3D, você pode determinar até que ponto uma amostra física corresponde a um modelo de computador 3D. Para digitalização 3D, você também pode usar uma máquina de medição por coordenadas (CMM) do tipo braço ou um sistema de digitalização óptica/laser sem contato. No entanto, quando usados, os sistemas de digitalização sem contato geralmente não funcionam corretamente em superfícies espelhadas e de alto brilho. Ao utilizar “braços de medição”, serão necessárias várias reinstalações sucessivas, uma vez que o espaço de trabalho, devido ao desenho dos braços de medição, é normalmente limitado a uma esfera com um raio de 1,2-3,6 m.

Também materiais de fibra de vidro Existem várias áreas problemáticas. Um dos principais é o controle de qualidade do produto acabado (sem cavidades de ar) e corrosão durante a operação. Para testes não destrutivos de cascos de navios feitos de compósitos, os raios X são amplamente utilizados, mas estão sendo feitos esforços para reduzi-los por uma série de razões. Recentemente, começaram a aparecer publicações descrevendo a detecção de delaminação por meio de termografia infravermelha (termovisores). Ao mesmo tempo, os métodos de END de imagem térmica e de raios X que detectam delaminações não permitem medir seus tamanhos e determinar a profundidade dos defeitos, a fim de avaliar sua influência nas mudanças nas características de resistência.

Conclusão

Atualmente, o desenvolvimento intensivo da automação da montagem de produtos compósitos, incluindo equipamentos para a criação de matrizes, está quase apenas começando na Rússia. Na maioria das vezes eles apenas executam elementos individuais kit de carroceria aerodinâmica para “tuning” de carros. A implementação do sistema FiberSIM no estaleiro Srednenevo durante o projeto e construção do caça-minas de base Projeto 12700, bem como na VASO, uma máquina automática de colocação de tecidos, é um sucesso. Mas estes são exemplos individuais; para aumentar a competitividade, é necessária a introdução abrangente de novas tecnologias.

Link bibliográfico

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URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=33649 (data de acesso: 25 de novembro de 2019). Chamamos a sua atenção revistas publicadas pela editora "Academia de Ciências Naturais"

Durante este método, são utilizados enchimentos pré-preparados. Graças a este método, é garantida alta homogeneidade do produto em termos de resistência e os indicadores são controlados. Contudo, a qualidade do produto resultante depende em grande medida da habilidade e experiência dos trabalhadores.

A produção de produtos de fibra de vidro moldados manualmente é dividida em várias etapas. A primeira etapa é chamada de preparatória, durante a qual a superfície da matriz do produto esperado é limpa, depois desengordurada e por fim é aplicada uma camada de cera desmoldante. Ao final da primeira etapa, a matriz é recoberta por uma camada protetora e decorativa - gelcoat. Graças a esta camada, forma-se a superfície externa do futuro produto, fixa-se a cor e protege-se contra os efeitos do fatores prejudiciais como água, luz ultravioleta e reagentes químicos. Matrizes negativas são usadas principalmente para produzir o produto acabado. Após a secagem da camada especial de gelcoat, você pode passar para a próxima etapa, que é chamada de moldagem. Durante esta etapa, o material de vidro inicialmente cortado é colocado na matriz; outro tipo de enchimento também pode ser utilizado. Em seguida vem o processo de formação do “esqueleto” do produto esperado. Em seguida, a resina com o catalisador, pré-misturada, é aplicada ao material de vidro preparado. A resina deve ser distribuída uniformemente por meio de pincéis e rolos macios em toda a matriz. Estágio final pode ser chamado de rolante. É usado para remover bolhas de ar de um laminado que ainda não endureceu. Se não forem removidos, isso afetará a qualidade do produto acabado, por isso o laminado deve ser enrolado com rolo rígido. Após o endurecimento do produto acabado, ele é retirado do molde e submetido à usinagem, que inclui furos, corte do excesso de fibra de vidro nas bordas, etc.

Vantagens deste método:

• existe oportunidade real obter um produto de formato complexo e tamanho considerável com investimento mínimo;
• o design do produto pode ser facilmente alterado, uma vez que peças e acessórios embutidos são introduzidos no produto, e o preço do equipamento e dos equipamentos necessários é bastante baixo;
• Para fazer a matriz, utiliza-se qualquer material que consiga manter suas proporções e forma.

Desvantagens deste método:

• custos significativos trabalho manual;
• a produtividade é bastante baixa;
• a qualidade do produto dependerá da qualificação do moldador;
• Este método é adequado para a produção de produtos em pequena escala.

2. Pulverização.

Este método é adequado para produção em pequena e média escala. O método de pulverização apresenta muitas vantagens em relação à moldagem por contato, embora haja alguns custos envolvidos na aquisição de equipamentos para esse método.

Uma instalação especial permite que você aplique cobertura protetora e plástico. Com isso, não há necessidade de corte preliminar do material e preparação do ligante, com o que a parte do trabalho manual é drasticamente reduzida. Instalações especiais contam automaticamente com precisão as doses de resina e endurecedor e também cortam a mecha em pedaços tamanhos necessários(0,8 - 5cm). Após o processo de corte, partes do fio devem cair no fluxo de ligante e ficar saturadas durante a transferência para a matriz. Através de trabalho manual, o processo de compactação da fibra de vidro na matriz é realizado por meio de rolo laminador.

Uma série de vantagens na produção de fibra de vidro por pulverização:

• tempo é economizado e áreas úteis pelo fato de não haver necessidade de cortar o material e preparar o ligante;
• é possível reduzir o número de áreas de produção reduzindo o número de locais especialmente preparados para moldagem;
• a velocidade de moldagem do produto aumenta;
• o controle sobre a qualidade do produto é simplificado;
• fundo remunerações economias significativas;
• Devido ao fato de a mecha ser um material relativamente barato, o custo do produto resultante é significativamente reduzido.

Quando o aglutinante é preparado em pequenas quantidades, durante a moldagem manual, até 5% do aglutinante permanece nas ferramentas e nas paredes do recipiente, o que é bastante antieconômico. Sabe-se que a qualidade do produto resultante dependerá da habilidade e experiência do operador da instalação. Este método usa as mesmas ferramentas da moldagem manual.

3. Pultrusão.

A tecnologia de pultrusão é baseada na produção contínua de produtos de perfil orientados uniaxialmente a partir de plásticos fibrosos. Um produto perfilado com seção transversal constante feito de material adequado Isto é exatamente o que pode ser obtido por pultrusão.

Graças a uma máquina especial de pultrusão, é produzido um perfil de fibra de vidro. Tal máquina consiste em uma seção para fornecimento de materiais de reforço, uma matriz, uma seção para impregnação, uma unidade de tração e uma unidade de controle elementos de aquecimento e da seção de corte. É melhor fortalecer a embalagem de fibra orientada em estado seco e impregná-la com uma composição polimérica bombeada através da embalagem seca. Graças a esta tecnologia, o ar não entrará no material. O excesso de resina retornará à panela e será reciclado. A mecha, que é utilizada como material de reforço, é desenrolada das bobinas em estado seco e recolhida em feixe de forma especial. Em seguida, o material entra no dispositivo de impregnação - este é um banho especial com resina, onde é totalmente umedecido com poliéster, epóxi ou outro ligante. Em seguida, o material já impregnado é enviado para uma matriz aquecida, cuja tarefa é formar a configuração do perfil. Então a composição endurece na temperatura especificada. O resultado foi um perfil de fibra de vidro cuja configuração segue o formato da matriz.

Está comprovado que os produtos produzidos por pultrusão possuem propriedades superiores às peças fabricadas pelos métodos clássicos de moldagem. O aumento do custo deste método se deve a uma série de vantagens características deste processo. Os benefícios incluem controle rigoroso da tensão e direcionalidade da fibra, redução dos poros e manutenção de um conteúdo constante de fibra no compósito. É óbvio que mesmo a propriedade de cisalhamento entre camadas é claramente melhorada. Sobre este momento Diversas variantes do processo básico de pultrusão foram desenvolvidas, que são de interesse para muitos e significam muito para a indústria. Suas vantagens são boas propriedades elétricas, físicas, químicas e térmicas, alto desempenho e excelente tolerância dimensional. Um desses métodos de pultrusão destina-se precisamente à produção de produtos semiacabados de chapas e chapas permanentes.

No entanto, cada método tem suas desvantagens. Este método tem uma desvantagem como a velocidade do processo, que dependerá da temperatura e da taxa de endurecimento do ligante. Geralmente é pequeno para resinas de poliéster de baixa resistência ao calor. Outra desvantagem é que é difícil proporcionar uma secção transversal constante do produto ao longo do seu comprimento, com excepção de produtos com características não particularmente forma complexa seções - quadradas, redondas, vigas em I e outras. Para obter o produto, deve-se utilizar apenas fios ou fios. No entanto, recentemente estas desvantagens do método de produção de produtos perfilados foram gradualmente eliminadas e a utilização deste processo expandiu-se visivelmente. Uma composição à base de éteres polivinílicos e resinas epóxi é usada como matrizes poliméricas. A utilização de tais matrizes poliméricas à base de polissulfona, polietersulfona e poliimida plastificada permite atingir uma velocidade de moldagem de varetas com diâmetro de cerca de cinco mm a uma velocidade de cerca de cento e dois m/min.

Para obter produtos complexos de perfis reforçados, é necessário utilizar o método de trefilação de materiais em camadas que consistem em esteiras ou tecidos fibrosos. Atualmente, foram desenvolvidos métodos para a produção de produtos tubulares que combinam enrolamento de uma camada espiral e brochamento. Lâminas turbinas eólicas quem têm perfil complexo corte transversal, pode ser citado como exemplo do uso de materiais que possuem esquema complexo reforço Já foram desenvolvidos equipamentos para conformação de produtos semiacabados para chapas metálicas. molas de carro, que possuem superfície curva e seção transversal variável.

4. Enrolamento.

Um dos métodos mais promissores para moldagem de produtos de fibra de vidro é o método de enrolamento de fibra, pois cria a estrutura de enchimento necessária nos produtos dependendo de seu formato e características operacionais. Graças ao uso de fios, fitas, fios como enchimento, garante a máxima resistência dos produtos. Além disso, esses enchimentos são os mais baratos.

O processo de enrolamento de fibra pode ser descrito como um método relativamente simples no qual o material de reforço na forma de uma mecha permanente (estopa) ou fio (fio) é enrolado em um mandril rotativo. Mecanismos especiais monitoram o ângulo de enrolamento e a localização do material de reforço. Esses dispositivos se movem a uma velocidade que corresponde à rotação do mandril. O material é enrolado no mandril na forma de tiras que se tocam ou em algum padrão especial até que a superfície do mandril esteja completamente coberta. Camadas sucessivas podem ser aplicadas em um ângulo ou em ângulos diferentes enrolamento até atingir a espessura necessária. O ângulo de enrolamento varia de muito pequeno, denominado longitudinal, a grande - circunferencial. Esta disposição implica 90 0 em relação ao eixo do mandril, abrangendo todos os ângulos espirais deste intervalo.

A resina termoendurecível serve como aglutinante para o material de reforço. No processo de enrolamento úmido, a resina é aplicada diretamente durante o próprio enrolamento. O processo de enrolamento a seco é baseado na utilização de mecha, que é pré-impregnada com resina na etapa B. O endurecimento é realizado em temperatura elevada sem excesso de pressão. A etapa final do processo baseia-se na retirada do produto do mandril. Se necessário, podem ser realizadas operações de acabamento: processamento mecânico ou retificação. O processo básico de enrolamento é caracterizado por muitas opções, que diferem apenas na natureza do enrolamento, bem como nas características de design, combinação de materiais e tipo de equipamento. A estrutura deve ser enrolada como se fosse uma superfície de rotação. Contudo, é possível moldar produtos de outro tipo, por exemplo, comprimindo uma parte enrolada ainda não endurecida dentro de um molde fechado.

O design se parece com um cilindro, cano ou tubo liso, cujo diâmetro varia de vários centímetros a várias dezenas de centímetros. O enrolamento permite formar produtos de formatos cônicos, esféricos e geodésicos. Para obter vasos de pressão e tanques de armazenamento, uma tampa deve ser inserida no enrolamento. É possível formar produtos que funcionem sob condições de carga não padronizadas, por exemplo, pressão externa ou interna, cargas de compressão ou torque. Tubos termoplásticos e vasos metálicos de alta pressão são reforçados quando enrolados com faixas externas. Os produtos resultantes são caracterizados por um alto grau de precisão. No entanto, há um outro lado no processo de bobinagem; este processo é caracterizado por velocidades de produção mais baixas. A vantagem é que absolutamente qualquer material de reforço permanente é adequado para enrolamento.

Máquinas podem ser usadas para o processo de enrolamento tipos diferentes: desde vários tornos e máquinas acionadas por corrente até unidades informatizadas mais complexas caracterizadas por três ou quatro eixos de movimento. Também são utilizadas máquinas que produzem tubos continuamente. Para facilitar o enrolamento de grandes tanques, equipamentos portáteis devem ser projetados no local de instalação.

As principais vantagens do método de enrolamento:

• um método de assentamento de material rentável do ponto de vista econômico pela rapidez do processo;
• possibilidade de ajuste da relação resina/vidro;
• baixo peso morto, mas alta resistência;
• este método não é propenso à corrosão e apodrecimento;
• materiais relativamente baratos;
• boa estrutura dos laminados, devido ao fato dos perfis possuírem fibras direcionais, e bom teor de materiais vítreos.

5. Pressionando.

O processo de prensagem consiste em dar diretamente ao produto a forma desejada sob a influência da alta pressão, que se forma no molde na temperatura de rápido endurecimento do material. Graças a pressão externa no material prensado ocorre sua compactação e desestruturação parcial da estrutura anterior. O atrito entre as partículas de material em contato, que se forma durante a compactação, provoca a geração de energia térmica, o que certamente levará à fusão do ligante. Depois que o material entra no estado viscoplástico, ele se espalha no molde sob pressão, formando uma estrutura coerente e compactada. O processo de endurecimento baseia-se na reação de reticulação de macromoléculas devido à policondensação entre os grupos livres do ligante. A reação requer calor, durante o qual são liberadas substâncias voláteis de baixo peso molecular, como metanol, água, formaldeído, amônia, etc.

Parâmetros para tecnologia de prensagem direta:

• temperatura de pré-aquecimento;
• pressão de pressão;
• temperatura de prensagem;
• exposição temporária sob pressão;
• parâmetros de pré-impressão;

A pressão atua diretamente sobre o material na cavidade do molde durante a prensagem direta, de modo que as peças do molde podem se desgastar prematuramente. Dependendo do tamanho do produto, o ciclo de prensagem pode variar de 4 a 7 minutos. A prensagem direta de plásticos para reforço possui dois tipos, que dependem de como o enchimento de fibra é impregnado:

• São prensadas telas e tecidos secos e pré-impregnados;
• São prensados ​​​​com impregnação exatamente no molde.

O primeiro método é mais popular. Para produzir produtos de formatos relativamente simples, utiliza-se a prensagem direta. Devido às altas exigências impostas à qualidade da superfície externa da peça, foram criadas instalações automáticas para dosagem de componentes na preparação de blanks pré-impregnados. Manipuladores automáticos especiais foram projetados para carregar pacotes de peças em moldes de prensa com múltiplas cavidades. A nova geração de prensas de alta precisão está equipada com sistemas modernos controle, graças ao qual é possível obter peças com superfície de alta qualidade e seu custo é aproximadamente igual ao das peças de aço.

6. Tecnologia SMC.

Um sério obstáculo à difusão dos materiais compósitos é a má adaptação das tecnologias tradicionais para a sua produção às necessidades da produção moderna em grande escala, que também é totalmente automatizada. Hoje, as peças compostas ainda permanecem “produtos por peça”. O trabalho caro de pessoal experiente contribui alta contribuição por uma fração do custo desses materiais. Apesar disso, nos últimos anos obtivemos progressos significativos na preparação de métodos automatizados para a produção de compósitos. A tecnologia SMC se tornou um dos desenvolvimentos mais populares.

Os produtos finais que utilizam esta tecnologia passam por um processo em duas etapas. A primeira etapa da tecnologia é caracterizada pelo fato de o pré-impregnado ser produzido em uma unidade transportadora automática, e já na segunda etapa o pré-impregnado é processado em moldes de aço em peças acabadas. Vamos descrever essas etapas com mais detalhes. Resina de poliéster insaturada é usada como base para o material aglutinante. Suas vantagens incluem preço baixo e curto tempo de cura. O componente de reforço é a fibra de vidro picada, que se distribui aleatoriamente por todo o volume da chapa. O armazenamento a longo prazo durante vários meses à temperatura ambiente é garantido pelo sistema de cura da resina. Os espessantes químicos aumentam a viscosidade do aglutinante após a fibra de vidro ter sido impregnada em várias ordens de grandeza, melhorando assim a capacidade de fabricação do pré-impregnado e também aumentando sua vida útil. Cargas minerais que são adicionadas ao aglutinante em grandes quantidades, aumentar a resistência ao fogo produtos finalizados e, e a qualidade de sua superfície melhora visivelmente.

O pré-impregnado resultante pode ser processado em um processo automático graças à prensagem em moldes de aço aquecidos. Esses moldes são semelhantes em design aos moldes de injeção para termoplásticos. Graças à formulação do aglutinante, o pré-impregnado endurece a uma temperatura de 150 C e a uma pressão de 50-80 bar a uma velocidade de ~30 seg/mm de espessura. Uma retração de cura muito baixa é característica importante Tecnologias SMC. Devido ao alto teor de carga mineral e aditivos termoplásticos especiais, o encolhimento é de até 0,05%. Os produtos resultantes têm uma resistência ao impacto de 50-100 kJ/m2 e uma resistência à flexão destrutiva de 120-180 MPa. É economicamente viável usar a tecnologia SMC na obtenção de produtos de alta qualidade produtos compostos em grandes quantidades, de vários milhares a centenas de milhares por mês. Centenas de milhares de materiais semelhantes são produzidos no mercado europeu todos os anos. As indústrias de energia elétrica, automobilística e ferroviária são as maiores consumidoras desses materiais.

7. Método RTM (Moldagem por Transferência de Resina).

O método RTM baseia-se na impregnação e moldagem por injeção de compósitos, durante a qual o ligante é transferido para uma matriz fechada que já contém cargas ou pré-formas. Vários tecidos de várias tramas podem atuar como material de reforço, por exemplo, material multiaxial ou de emulsão e mantas de vidro em pó. O aglutinante é uma resina que gelifica em 50-120 minutos e possui baixa viscosidade dinâmica. GOST 28593-90 determina a viscosidade e o tempo de gelificação da resina.

Este método é perfeito para volumes padrão de 500 a 10.000 produtos por ano. O desenho matricial consiste em formas compostas ou de aço que seguem os contornos externos da peça em ambos os lados. As estruturas possuem propriedades de alta temperatura que são mantidas no lugar pelo alinhamento preciso de estruturas de aço fechadas que são apoiadas nos locais de fixação.

Este método é ideal para a produção de matrizes de 0,2m2 a 100m2. O design da matriz consiste em formas compostas ou de aço. A matriz do circuito consiste em um design mais leve e flexível. As metades da matriz são interconectadas sob a influência do vácuo.

Vantagens da tecnologia RTM:

• produção automatizada, que reduz a natureza aleatória da intervenção humana;
• há redução e controle da quantidade de matéria-prima utilizada;
• o impacto do material no meio ambiente é reduzido;
• as condições de trabalho foram melhoradas;
• produtos relativamente duráveis ​​são criados devido à melhor impregnação;
• equipamento relativamente barato.

Complexo robótico Para usinagem os produtos feitos de materiais compósitos são projetados para mecanização e automação de algumas das operações mais intensivas em mão-de-obra do ciclo tecnológico:

• Cortando e removendo flash tecnológico
• Fresamento de ranhuras, reentrâncias e posicionadores para elementos embutidos
• Perfuração e fresamento de furos de formatos complexos
• Fresamento através de furos tamanhos grandes(aberturas de janelas, escotilhas, etc.)

Complexo robótico permite que você forneça os seguintes benefícios:

• Maior velocidade de processamento em comparação com métodos manuais
• Alta repetibilidade e qualidade de processamento
• Fresamento com alta qualidade de aresta “em uma passagem”
• Melhorar as condições de trabalho
• Criação de empregos adicionais intensivos em conhecimento

No Método de contato Durante a moldagem, o material de vidro é impregnado manualmente com resina por meio de pincel ou rolo. A impregnação pode ser realizada simultaneamente à laminação no molde ou separadamente. A laminação é realizada para retirar o ar do laminado e distribuir uniformemente o ligante.