Materiāli un tehnoloģijas

26. februāris

AUDUMI

Stikla šķiedras mats

(Chopped Strand Mat jeb
 CSM). Parasti izmanto detaļās, kurām nav nepieciešama augsta mehāniskā izturība. Pastāv pulvera un emulsijas mati. Lieto kombinācijā ar poliestera, vinilestera sveķiem. Izplatītākais biezums: 300 un 450 g/m2. Lamināts, kas veidots no stikla šķiedras mata uzsūc sveķi attiecībā 1kg audums : 2,5kg sveķu.


Stikla šķiedras audumi

Pastāv dažāda veida stikla šķiedras audumi. Izturība ir augstāka kā stikla šķiedras matam. Stikla šķiedras audumi ir ļoti populāri dēļ savas cenas un izturības attiecības. Stikla šķiedras izstrādājumiem piemīt ļoti liela lieces izturība. Audumu svars sākot no 25g/m2. Viss biežāk izmanto 300g/m2 Rowing.


Vienvirziena audumi

Ja nepieciešama detaļas izturība kādā noteiktā virzienā, tad izmanto vienvirziena stikla šķiedru, kurai lielākā daļa diegu ir vienā virzienā (šķērsām esošie diegi tikai satur kopā pirmos).


Multi-aksiālā stikla šķiedra 

Šķiedras ir nevis saaustas, bet atsevišķās kārtas ir sašūtas. Izmanto detaļās, kurām nepieciešama augstas mehāniskās īpašības. Apzīmē, piemēram +45/-45... 45 ir leņķis kādā novietotas šķiedras attiecībā pret auduma asi.


Oglekļa audumi

Oglekļa šķiedra
 (carbon fiber) savienojumā ar epoksīda sveķiem veido materiālu ar augstu stiepes, lieces izturību un zemu blīvumu. Oglekli iespējams savienot ar epoksīda, vinilestera un uretāna sveķiem.

Vispopulārākie ir Twill un Plain audumu pinumi, bet šie audumi no oglekļa saimes ir visdekoratīvākie ne mehāniski labākie. Augstas kvalitātes izstrādājumos ar mehāniskām slodzēm viss biežāk izmanto vienvirziena vai multiaksiālos audumus.



Kevlāra audumi

Kevlāra audumiem piemīt zems blīvums, ļoti liela stiepes un berzes noturība. Kevlāra šķiedra ir ļoti robusta tādēļ to ir ļoti grūti Slīpēt un griezt.

Kevlāra audumi ir savienojmi ar epoksīda, vinilestera un uretāna sveķiem


Hibrīda audumi

Lai apvienotu dažādu materiālu labās īpašības, tiek ražoti audumi (hibrīdi), kuri satur dažādu materiālu diegus. Vispopulārākais ir oglekļa/kevlāra audums, kas ir ļoti populārs auto sporta aprindās, dēļ savas izturības, cietības un svara attiecības.

PVC sendvičmateriāls

Lai iegūtu vieglu detaļu ar augstu cietību un lai izvairītos no stiprības ribām izmanto sendviča konstrukciju. PVC sendvičmateriālus var savienot ar jebkuru audumu vai sveķi, tikai vakuuma vai vakuuma infūzijas tehnoloģijā.
 



TEHNOLOĢIJAS


Ir dažādas kompozītmateriālu laminēšanas tehnoloģijas, katra paredzēta savām kvalitātes prasībām.
 
 
Rokas formēšana: 

Armatūras materiālu (oglekļa, aramida vai stikla šķiedru) liek iepriekš sagatavotās veidnēs un piesūcina ar sveķiem, izmantojot mīkstos rullīšus vai otas. Kad izstrādājums ir sacietējis, to var izņemt no veidnes.
 

Priekšrocības: vienkāršs aprīkojums, instrumenti, izmaksas.
 

Trūkumi: sakarā ar augsto sveķu saturu (60-70%) izstrādājumā, salīdzinot ar citām tehnoloģijām, tam piemīt zema mehāniskā izturība; noteicošais ir cilvēciskais faktors- izstrādājuma kvalitāte atkarīga no strādnieka prasmēm.



Vakuuma tehnoloģijas 

Sveķi kompozītmateriālā pilda saistvielas funkciju starp armatūras materiāla sķiedrām. Bet tā kā sveķu mehāniskā izturība ir ievērojami zemāka par armatūras materiāla izturību, tad lai paaugstinātu izstrādājuma izturību, mērķis ir panākt pēc iespējas zemāku sveķu saturu izstrādājumā, vēlams līdz 25...30%. Ar kontaktformēšanas metodi šādus rādītājus nav iespējams sasniegt, tādēļ tiek izmantota vakuuma formēšana un vakuuma infūzija.



Vakuuma formēšana 

Vakuuma formēšanas pamatā ir kontakta formēšana. Papildus tai piesūcinātais armatūras materiāls tiek pārklāts ar perforētu plēvi, sveķus uzsūcošu salveti un ievietots vakuuma plēvē, no kuras ar vakuuma sūkņa palīdzību tiek izsūknēts gaiss. Liekie sveķi no auduma caur perforēto plēvi iesūcas salvetē. Kad sveķi sacietējuši, izstrādājumu atbrīvo no plēvēm un salvetes. Izstrādājumu izņem no veidnes.
 

Priekšrocības: tiek iegūts viegls izstrādājums ar augstu mehānisko izturību. Sveķu saturs: ~50%.





Vakuuma infūzija 

Veidnē ieklāj sausu armatūras materiālu; ar vakuuma palīdzību tas tiek piesūcināts ar sveķiem.
 

Priekšrocības:
 
o iegūst kvalitatīvu izstrādājumu ar ļoti augstu mehānisko izturību (sveķu saturu var samazināt līdz ~40%);
 
o iespējams precīzi regulēt izmantojamo sveķu daudzumu, kā rezultātā iegūst vieglu detaļu un netiek tērēti lieki sveķi;
 
o izmaksas nepārsniedz vakuuma formēšanas izmaksas;
 
o tīrība videi un veselībai 


Pre-preg tehnoloģija

Pre-preg ir iepriekš ar epoksīda sveķiem piesūcināti audumi, parasti to saturā ir 30% sveķu. Šie audumi tiek glabāti sasaldēti.

Pre-preg ir vismodernākais un kvalitatīvākais risinājums kompozītu industrijā, pre-preg audumi sacietē tikai pēc karsēšanas un tos var savienot tikai vakuuma procesā.

Pre-preg tehnoloģijas nodrošināšanai ir nepieciešama kompozītu krāsns vai autoklāvs ar vakuuma pieslēgumu.


SVEĶI

Poliestera sveķi 

Ļoti populāri sveķi zemās cenas dēļ . Tiek izmantoti stikla šķiedras izstrādājumos, kuri nav pakļauti lielai slodzei un augstai temperatūrai. Kā viens no galvenajiem trūkumiem ir augstais rukuma koeficients, kas nozīmē, ka izstrādājums deformājas cietēšanas laikā. Poliestera sveķiem rukuma koeficients parasti ir 7...8%. Sastāvā ir ~40% stirols, tāpēc strādājot
 jāievēro īpaša piesardzība: aizsargmaska, cimdi, labi ventilēta telpa utml. 

Epoksīda sveķi 

Detaļas, kas pakļautas slodzei un augstai temperatūrai, izgatavo no oglekļa, aramid šķiedras un epoksīda sveķiem. Tie ir ne tikai mehāniski izturīgāki par poliestera sveķiem, bet arī labāk saistās ar armējošo materiālu. Līdz ar to starp armatūras auduma kārtām ir labāka saķere. Atkarībā no sveķu markas, tempreatūras izturība var pārsniegt 200ºC. Rukuma koeficients: 1...2%.

Vinilestera sveķi

Vinilestera sveķi savu mehānisko īpašību ziņā ir tikai nedaudz zemāki par epoksīda sveķiem, sveķu lielākais plus ir iespēja tos savienot ar jebkuru gelcoat, kā trūkumu jāmin sveķu rukums līdzīgs kā polietserim.

Uretāna sveķi

Jaunākā sveķu paaudze ir tieši uretāna sveķi, šie sveķi mehānisko slodžu noturība pārsniedz visus iepriekš minētos, tos var savienot ar jebkuru gelcoat. Sveķu trūkums šobrīd ir ka tos ir iepējams izmantot tikai infūzijas tehnoloģijā. Sveķi strādā izcili ar jebkuru audumu un sendviča materiālu.

Šobrīd vienīgais uretāna sveķu ražotājs ir "Scott Bader" Crestapol.


FORMAS IZGATAVOŠANA

Atkarībā no detaļu ražošanai izmantojamās tehnoloģijas attiecīgi izvēlas formas materiālus. Aplūkosim diezgan vienkāršu un salīdzinoši lētu veidnes izgatavošanas paņēmienu. 

Instrumenti:


1. Otas (~5cm platas);
 
2. Krāsas rullīši, tikai lai nav no porolona - stirols tos šķīdina;
 
3. Metāla rullīši pēc sirds patikas - gaisa burbuļu izspiešanai no samitrinātās šķiedras;
4. Svari vai mērtrauki cietinātāja dozēšanai;
 
5. Šķēres auduma griešanai.

Process:


1) Ievasko modeli, ja nepieciešams uzklāj šķirkārtu (spirta atdalītājs); 
2) Uzklāj krāsu (Gelcoat) ar otu vai ar pūšanu, 1. kārtai ļauj apžūt līdz cietai, bet nedaudz lipīgai kondīcijai; tad klāj otru kārtu. 
3) Kad gelcoat nožuvis, ņem vinilestera skincoat sveķus un stikla šķiedras matu 300-450g/m2 CSM (viena kārta). ļauj nožūt līdz nākamajai dienai. Ja iespējams, žāvē 40*C temperatūrā. 
4) Pamatkārtas. Izmanto formas sveķus Crystic RTR 4000, kam piemīt zems rukuma koeficients- veidne pēc sacietēšanas nesavērpsies.Iepakojumā 25kg.  Kā armējošo materiālu izmanto 450g/m2 CSM. Paredzētais biezums vismaz 5-6mm, jeb 4-6 kārtas.  
5) 24h  karsē 40*C temperatūrā 
6) Izveido ap formu stiprības ribas koka, vai metāla rāmis.  
7) Atkal karsējot ļauj nostāvēties, ņem veidni nost no modeļa, apzāģē. ja nepieciešams, slīpē, pulē.