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.
