Процессы формования композиционных материалов

Требования к характеристикам смол в различных процессах контактного формования:
Метод формования Требования к характеристикам смолы

Подготовка гелькоута
1. Не растекается во время формования, легко удаляется пена
2. Равномерный оттенок цвета, отсутствие плавающих пигментов
3. Быстрое отвердевание, отсутствие морщин, хорошая адгезия к смоле для наложения

Ручное наложение
1. Хорошая пропитываемость, легко насыщает волокна, облегчает удаление пузырьков
2. Быстрое отверждение после укладки, низкая экзотермическая реакция, минимальная усадка
3. Низкое содержание летучих веществ, нелипкая поверхность
4. Отличная межслойная адгезия

Формование распылением
1. Соответствует всем требованиям к ручному формованию
2. Более быстрое восстановление тиксотропности.
3. Минимальное влияние температуры на вязкость смолы.
4. Увеличенный срок годности; вязкость не должна увеличиваться после добавления ускорителя.

Формование в мешковом прессе
1. Отличные смачивающие свойства, легко пропитывает волокна и удаляет пузырьки воздуха.
2. Быстрое отверждение с низкой экзотермической реакцией.
3. Минимальный поток смолы, прочная межслойная адгезия.
(3) Вспомогательные материалы
Вспомогательные материалы в процессах контактного формования в основном включают наполнители и пигменты, в то время как отвердители, разбавители и упрочняющие агенты относятся к системе матрицы смолы.

2. Формы и разделительные агенты
(1) Формы
Формы являются основным оборудованием в различных процессах контактного формования. Качество форм напрямую влияет на качество и стоимость продукции, что требует тщательного проектирования и изготовления.
При проектировании форм необходимо всесторонне учитывать следующие требования:
① Соответствие требованиям точности конструкции изделия, с точными размерами и гладкими поверхностями;
② Достаточная прочность и жесткость;
③ Легкость извлечения из формы;
④ Достаточная термостойкость;
⑤ Легкий вес, использование легкодоступных материалов и экономическая эффективность.
Конструкция пресс-форм Контактные пресс-формы подразделяются на три типа: матрицы, штампы и сопрягаемые пресс-формы. Независимо от типа, пресс-формы могут быть спроектированы как моноблочные или сборные узлы в зависимости от размера и требований к формованию.
Материалы для пресс-форм Выбор материала для пресс-форм должен удовлетворять следующим критериям:
① Способность удовлетворять требованиям к точности размеров, качеству поверхности и сроку службы продукта;
② Достаточная прочность и жесткость для предотвращения деформации или повреждения во время эксплуатации;
③ Устойчивость к коррозии смолы и отсутствие влияния на отверждение смолы;
④ Хорошая термостойкость для предотвращения деформации во время отверждения и нагрева продукта;
⑤ Простота изготовления и облегчение извлечения из формы;
⑥ Минимизация веса формы для удобства производства;
⑦ Экономичность и доступность материалов. Материалы, подходящие для ручной формовки, включают: древесину, металл, гипс, цемент, металлы с низкой температурой плавления, жесткие пенопласты и стеклопластиковые композиты.
Разделительные агенты для форм должны в основном:
1. Не вызывать коррозию форм, не влиять на отверждение смолы, с прочностью сцепления со смолой ниже 0,01 МПа;
② Быстро образовывать пленку с равномерной толщиной и гладкой поверхностью;
③ Быть безопасными в использовании и не оказывать токсического воздействия;
④ Быть термостойкими и выдерживать температуры термического отверждения;
⑤ Быть простыми в обращении и экономичными.
Разделительные средства для процессов контактного формования в основном включают разделительные средства пленочного типа, жидкие разделительные средства и разделительные средства на основе пасты/воска.

Процесс ручной формовки
Процесс ручной формовки выглядит следующим образом:

(1) Подготовка к производству
Рабочее пространство: размер рабочего пространства для ручной формовки должен определяться исходя из размеров продукта и суточной производительности. Помещение должно быть чистым, сухим и хорошо вентилируемым, с температурой воздуха в пределах 15–35 °C. Участок последующей обработки должен быть оборудован вытяжной вентиляцией, системой удаления пыли и системой распыления воды.
Подготовка формы
Подготовительные работы включают очистку, сборку и нанесение разделительного агента.
Подготовка смоляного компаунда
Два ключевых момента при приготовлении компаунда:
① Предотвращение попадания воздуха в смоляную смесь;
② Избегайте избыточных размеров партий; каждая партия должна быть использована до гелеобразования смолы.
Подготовка армирующего материала
Выберите тип и характеристики армирующего материала в соответствии с требованиями проекта.
(2) Наплавка и отверждение
Ручное нанесение Ручное нанесение включает в себя влажный и сухой методы: ① Сухое нанесение Используя препрег в качестве сырья, разрежьте предварительно пропитанный материал (ткань) в соответствии с требованиями к шаблону. Во время нанесения нагрейте материал для его размягчения, а затем нанесите слой за слоем на форму, обеспечивая плотное прилегание и устраняя межслойные воздушные карманы для плотной укладки. Этот метод в основном используется в процессах автоклавного и мешочного формования. ② Мокрое укладка: армирующие материалы пропитываются смолой непосредственно на форме. Слои наносятся последовательно, плотно прижимаются к поверхности формы, а пузырьки удаляются для достижения уплотнения. Этот метод преобладает в процессах ручной укладки. Мокрое укладка далее подразделяется на нанесение гелевого покрытия и нанесение структурного слоя.
Инструменты для ручного укладки Инструменты для ручного укладки значительно влияют на качество продукта. К ним относятся шерстяные валики, валики из свиной щетины, спиральные валики, а также электропилы, электродрели и шлифовальные/полировальные машины.
Отверждение Отверждение продукта состоит из двух этапов: затвердевания и старения. Переход от гелеобразования к разрыву геля обычно занимает 24 часа, после чего отверждение достигает 50–70 % (твердость по Бакаллу 15), что позволяет извлечь изделие из формы. После извлечения из формы естественное отверждение в течение 1–2 недель придает изделию механическую прочность — это называется старением — и достигает более 85 % отверждения. Нагрев ускоряет процесс отверждения. Для полиэфирных стеклопластиковых композитов эффективен нагрев при 80 °C в течение 3 часов; для эпоксидных стеклопластиковых композитов температура последующего отверждения должна контролироваться на уровне ниже 150 °C. Существуют различные методы нагрева: изделия небольшого и среднего размера могут отверждаться в нагревательных печах, а для крупных изделий может использоваться нагрев в форме или инфракрасный нагрев.
(3) Извлечение из формы и отделка
При извлечении из формы необходимо обеспечить, чтобы изделие осталось неповрежденным. Методы извлечения из формы включают: ① Извлечение с помощью выталкивателя: предварительно установленные в форме выталкивающие механизмы активируются вращающимися винтами для извлечения изделия. ② Извлечение с помощью давления: сжатый воздух или вода (0,2 МПа) впрыскиваются между формой и изделием через предварительно установленные отверстия, а для их отделения используются деревянные и резиновые молотки. ③ Крупногабаритные изделия (например, лодки): используются такие инструменты, как домкраты, краны и клинья из твердой древесины. ④ Сложные изделия: используется ручное извлечение из формы. На форму наносятся два или три слоя стекловолоконного ламината, дают отвердеть, а затем снимают форму. Заменяют ламинат и продолжают наращивать до требуемой толщины. После отвердевания изделие легко извлекается из формы.
Обрезка и ремонт Обрезка и ремонт включают в себя два аспекта: обрезку по размерам и устранение дефектов. ① Обрезка по размерам Обрежьте готовое изделие до проектных размеров, удалив лишний материал. ② Устранение дефектов Включает в себя ремонт перфораций, пузырей, трещин и укрепление поврежденных участков.