Для достижения высоких требований к качеству композитных изделий отечественные производственные предприятия совершенствуют технологические процессы, самостоятельно тестируют материалы, изучают доступный опыт российских и зарубежных коллег. Однако, незаменимым источником знаний являются научно-исследовательские центры, занятыми прикладными вопросами развития композитной отрасли.
Одним из таких центров опережающего развития является Пермь, где на базе Пермского Национального Исследовательского Политехнического Университета (ПНИПУ) действует Научно-Образовательный Центр
Авиационных Композитных Технологий. В нескольких лабораториях этого центра занимаются разработкой новых конструкторско-технологических схем деталей и узлов из композиционных материалов для перспективных авиационных двигателей, моделированием технологических процессов изготовления деталей из композиционных материалов.
Компания «Композит-Изделия» давно сотрудничает с ПНИПУ по вопросам применения своих материалов в тех или иных технологических процессах, а также получения рекомендаций для их доработки. Более того, обе компании тесно взаимодействуют с местными производственными компаниями, видят потребности и технологические задачи, в результате чего выявилась потребность
проведения совместного образовательного мероприятия.
4 июня 2024 года, под патронажем Артемьева Вячеслава Валерьевича, Старшего преподавателя, Главного специалиста НОЦ АКТ ПНИПУ и его коллег, в одной из лабораторий был успешно проведен мастер-класс по изготовлению высокотемпературной композитной оснастки с использованием материалов компании «Композит Изделия».
Мероприятие посетили руководители производства, инженеры-технологи и инженеры-конструкторы ряда крупных уральских предприятий, на деле занимающихся импортозамещением, повышением экономической и технологической устойчивости России.
После приветственного слова Артемьева Вячеслава Валерьевича, с вводной теоретической частью выступил Власенко Федор Сергеевич, к.т.н., технический директор ООО «Композит Изделия», поделившись планами компании по расширению ассортимента конструкционных материалов и сердечников для изготовления трехслойных конструкций.
Далее, в течение нескольких часов коллеги воочию знакомились с технологией изготовления высокотемпературной композитной оснастки. Для изготовления мастер-модели была взята обработанная на 5-координатном фрезерном станке модельная плита ПМ-А-08 плотностью 800 кг/м3, на которую заранее был нанесен разделительный воск СПЛИТ-ВАКС.
В качестве конструкционного материала была представлена особая углеродная ткань 200 г/м², стабилизированная эпоксидным напылением (биндером), которое предотвращает расползание волокон в ходе нарезки и выкладки, что особенно важно в случае подготовки деталей сложной формы. Далее в ход пошли жгут КОНТУР-205, клей-спрей CP-FIXS77, жертвенная ткань Р-ТЕКС-85ПА, распределительная сетка ПРО-СЕТ-200-2, трубки, переходники, и вакуумная пленка ВАКПЛЕН, давно зарекомендовавшие себя как надежные материалы для процесса вакуумной инфузии.
Следует выделить еще один интересный материал — «умную» разделительную ткань. Это ВИМ-115 – полупроницаемая мембрана для инфузионных процессов на рабочие температуры до 150°С. В данном случае она использовалась для контроля содержания смолы в готовом изделии (оснастке), при проведении процесса инфузии. Мембрана позволяет поддерживать необходимый уровень вакуума под пакетом, не позволяя при этом выкачивать связующее, обеспечивая, тем самым, насыщение армирующего материала точным расчетным количеством связующего. В качестве связующего использовалась смола МС-ЕТ-01 (ТУ 20.16.40-032-30189225-2023).
Оснастка, изготовленная с применением вышеперечисленных материалов, позволяет обеспечить высокие технические и технологические требования, предъявляемые к конечным изделиям из угле-/ стеклопластиков, за счет размеростабильности, максимальной близости значений КЛТР в паре изделие/ оснастка, температуростойкость, ремонтопригодность, существенно меньшая масса оснастки в сравнении с альтернативными вариантами исполнения.
По завершении практики участники поблагодарили друг друга, отметив значимость подобных событий для повышения профессионального роста и эффективности производства, а также вовлечения научного сообщества в текущую производственную повестку.
При производстве деталей и конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) часто возникает ситуация, при которой применение обычного ламината в виде армирующего наполнителя, собранного в пакет согласно расчетным схемам армирования и пропитанного полимерной матрицей, является нецелесообразным. В частности, когда требуется высокая прочность и жесткость конструкции в сочетании с низким весом, или требуется значительная толщина детали, в том числе переменная, набор которой за счёт увеличения слоев армирующего наполнителя нецелесообразен или невозможен из-за чрезмерного увеличения стоимости и/или массы конструкции.
В таких случаях возможным вариантом решения проблемы является применение трёхслойной конструкции, состоящей из углепластиковых или стеклопластиковых обшивок (несущих слоев) и изотропного или анизотропного сердечника между ними.
Компанией ООО «Композит-Изделия», были подготовлены линейки материалов для изготовления трёхслойных композитных конструкций с учётом наиболее востребованных технологий изготовления ПКМ и актуальных задач, решаемых производителями изделий.
Различия в применяемых технологиях изготовления, а также требованиях к характеристикам готовых изделий определяют выбор того или иного армирующего материала и материала сердечника.
Далее рассмотрим несколько наиболее часто применяемых на сегодняшний день технологий изготовления ПКМ.
Термовакуумное формование препрега
В качестве материала композитных «обшивок» или так называемых несущих слоев трёхслойной конструкции, изготавливаемой по данной технологии, выступает препрег из углеродных или стеклянных волокон, на основе, как правило, эпоксидных связующих, разработанных с учётом параметров термовакуумного формования. Температура формования препрегов на основе связующих типа АСМ-102, ВСЭ-34, Е320/323 варьируется от 120–140°С.
В качестве материала заполнителя могут применяться конструкционные ПЭТ (полиэтилентерефталат) и PMI (полиметакрилимид) пенопласты, выдерживающие температуры формования, а также арамидный сотовый заполнитель.
В ассортименте ООО «Композит-Изделия» имеются как препреги из углеродных и стеклянных волокон на основе связующих E320/E323, так и материалы сердечника.
Вакуумная инфузия
В качестве материала композитных «обшивок» трёхслойной конструкции, изготавливаемой по данной технологии, выступают ткани из углеродного волокна, стекловолокна в сочетании со связующими на основе эпоксидной или полиэфирной/винилэфирной смолы, как правило отверждаемые при комнатной температуре или повышенной температуре в пределах 100–110°С. Пропитка сборки из слоев армирующего материала и материала сердечника проводится за один цикл. Таким образом это накладывает определенные требования на материал сердечника и исключает применение арамидного сотового заполнителя, но позволяет применять широкую номенклатуру конструкционных ПВХ, ПЭТ и PMI пенопластов.
Контактное формование и RTM
Традиционно для данных технологий применяется группа материалов компании Lantor-Soric и Coremat, отлично зарекомендовавшие себя в качестве материалов сердцевины угле- и стеклопластиковых конструкций.
В сочетании с данными материалами в качестве армирующего материала обшивок трёхслойной конструкции помимо традиционных стеклотканей и стекломатов, применяются мультиаксиальные ткани на основе различных волокон.
В настоящее время наблюдается значительный рост производства изделий из полимерных композиционных материалов. Выбор в пользу применение углепластиков и стеклопластиков, в сравнении с «традиционными» материалами, зачастую делается благодаря высокой прочности и весовой эффективности композитов, а также возможности организации производства как единичных изделий, так и крупной серии с оптимальными капитальными вложениями в оснастку и оборудование.
Компания ООО «Композит-Изделия» предлагает широкий выбор армирующих наполнителей как на основе стеклянных волокон, так и на основе углеродного волокна. Однако, помимо армирующих материалов, важной составляющей некоторых изделий из стеклопластика и углепластика являются материалы сердцевины, отличающиеся разнообразием структур и свойств, обеспечивающие решение ряда задач – от набора конструктивно необходимой толщины изделия, до получения прочных жестких и одновременно легких конструкций.
В ассортименте компании ООО «Композит-Изделия» имеется несколько групп материалов для создания трехслойных конструкций. Одна из групп материалов сердцевины трехслойных конструкций, применяющихся в технологиях контактного формования, вакуумной инфузии и RTM, с применением полиэфирных, винилэфирных и эпоксидных связующих – это материалы Soric и Coremat компании Lantor. Данные материалы на основе нетканых полиэфирных волокон в сочетании с полыми микросферами специально разработаны для композитной отрасли. Все продукты состоят из базового, химически связанного нетканого материала, который впоследствии формируется или пропитывается связывающими веществами с добавление полых микросфер. Материалы Lantor обладают уникальной гибкостью и драпируемостью, что упрощает и ускоряет процесс производства изделий из композитных материалов. При создании сэндвич-структур обычно используют пенопласт, как простой и доступный материал, но придать изогнутую форму, а тем более трехмерную структуру без механической или тепловой обработки сложно. Уникальные сотовые структуры на основе полиэфирных полотен и микросфер делают это возможным. Данные материалы поставляются в рулонах, что снижает трудоемкость операций по раскрою и монтажу материала сердцевины в сравнении с пенопластами, а также обеспечивает высокую скорость пропитки связующим в процессах закрытого формования.
Одним из преимуществ использования материалов Coremat и Soric для создания изделий из полимерных композитов является их способность заменять стекломатериалы для быстрого набора толщины. Это позволяет снизить трудозатраты, себестоимость и вес изделия без потери физико-механических свойств, конечного продукта. Гибкая сердцевина Lantor содержит до 60% полых микросфер, что дает возможность заменить несколько слоев ламината и ускорить процесс ламинирования.
Читаталям журнала «Композитный мир» компания ООО «Композит-Изделия» предлагает познакомиться с некоторым ассортиментом материалов Coremat и Soric.
Coremat Xi — это оригинальный заполнитель, используемый в процессах открытого формования, таких как ручная выкладка и напыление. Для контактного формования и процесса напыления важно чтобы материал быстро смачивался связующим, но при этом достаточное время оставался неотвержденным для последующего формования. Материал хорошо гнется и повторяет изгибы формовочной оснастки. Благодаря наличию полых микросфер в своей структуре, Coremat Xi способствует снижению веса и увеличению толщины и жесткости ламината. Материалы Содержащийся в материале индикатор пропитки по изменению цвета показывает насыщенность материала смолой, что существенно облегчает работу.
Coremat XM изготовлен на основе нерастворимого связующего и имеет сотовую структуру, что создает калиброванную толщину конечного ламината. Coremat XM очень мягок в сухом состоянии и сохраняет целостность при пропитке смолой, это позволяет укладывать предварительно пропитанный материал.
Материалы Lantor Soric предназначены для технологии инфузии и процесса RTM. Они позволят создавать изделия более высокого и стабильного качества с использованием меньшего количества материалов и меньшим количеством отходов. Soric помогает создавать более легкие продукты, заменяя и устраняя часть вспомогательных материалов (проводящая сетка) благодаря способности равномерного распространения потоков смолы. Все это благодаря уникальной структуре нетканого материала с включенными в ее состав полым микросферами. Такая структура гарантирует устойчивость к давлению, гибкость, малый вес и отличную смачиваемость.
Монтаж и крепление готовых композитных деталей является важным аспектом, поэтому выбор материалов для будущего изделия может стать ключевым фактором — будут ли это специальные марки фанеры, стеклопластик с сердечником из бальзы или с сердечником из пенопласта. Практические испытания подтвердили, что уникальная вспененная сэндвич-структура, возникающая при использовании материалов Soric, обеспечивает превосходную крепежную основу: фиксация винтов на уровне фанеры, но без потенциальных проблем с гниением.
Soric XF – имеет увеличенный размер сот и относительно большие каналы для потока смолы. Широкая линейка толщин.
Soric LRC – имеет очень крупные соты и узкие каналы для минимизации расхода смолы.
Soric TF – это материал, предотвращающий копирэффект и появление следов усадки других слоев ламината.
Все вышеописанные материалы доступны со склада или под заказ в ООО «Композит-Изделия», что позволяет в сочетании с широким выбором углеродных и стеклотканей, а также материалов для трехслойных конструкций других типов (ПВХ, PET, PMI пенопласты, арамидный сотовый заполнитель) закрывать потребность в основных материалах для изготовления трехслойных «сэндвич» конструкций из полимерных композиционных материалов под любые технологии и задачи заказчика.
При проектировании изделий как для гражданского применения (корпуса лодок, панели интерьеров для различного вида водного и наземного транспорта, спортивный инвентарь, тюнинг спортивных автомобилей и т.д.) так и аэрокосмического/специального назначения (обтекатели, крылья, лопасти несущих винтов, топливные баки, панели антенн, укрытия)
широкое применение получают конструкции с применением многослойных панелей с заполнителем различных конфигураций. Данные конструкции обладают высокой удельной прочностью, позволяют оптимизировать готовые изделия по количеству используемых материалов и деталей, весу конструкции с сохранением требуемых физико-механических характеристик готового изделия. Основной функцией сотового заполнителя в данных конструкциях является обеспечение устойчивости несущих поверхностей и передаче сдвиговых нагрузок по толщине композита. Для выполнения перечисленных функций заполнитель должен быть жестким и легким.
В частности, при подборе материала сердечника для подобных конструкций, выбор падает на сотовый заполнитель на основе синтетической арамидной бумаги и фенольной смолы. Это обусловлено рядом его неоспоримых преимуществ, таких как:
- Исключительная легкость
- Отсутствие коррозии
- Отличные характеристики ударная вязкости
- Высокая прочность
- Отличные характеристики ползучести и усталости
- Диэлектрические свойства
- Термическая стабильность
- Шумо/теплоизоляционные свойства
В настоящее время ООО «Композит-Изделия» осуществляет поставки арамидного сотового заполнителя промышленного CNC1 и аэрокосмического CNC2 класса от надежного Китайского производителя. Данный сотовый заполнитель изготавливается из арамидной бумаги Metastar, пропитанной фенольным связующим. Рабочая температура сотового заполнителя находится в диапазоне от минус 55 °С до плюс 180 °С, диэлектрическая проницаемость не более 1,5.
ООО «Композит-Изделия» поставляет сотовый заполнитель с различной плотностью и размерами ячейки, и толщины листа. Наиболее востребованные типы заполнителя имеются в наличии на складе. В случае приобретения материала под заказ компания старается обеспечить наиболее комфортные цены и сроки поставки. Каждая партия заполнителя сопровождается сертификатом качества компании и копией паспорта качества от производителя.
За более подробной информацией относительно марок и характеристик, а также для получения образцов материала просим обращаться к специалистам нашей компании.
