Проектирование системы отвода смолы и дренажа для отверждения углеволокна: выбор расходных материалов, коэффициент отвода и контроль толщины

Введение

В производстве деталей из углеволокна тот единственный слой сето-, отслойного полотна и вакуумного мега, который лежит поверх ламината, — далеко не одноразовый удобство, а механизм, управляющий тем, сколько смолы выйдет, насколько полно будет удален воздух и в конечном счете какой толщиной и насколько беспористой станет деталь. Система отвода смолы и дрожа, выполнена из инженерных тканей, а не из отходов, превращает сырую углеродную ткань и смолу в однородный, несущий композит с той объемной долей волокна, которую инженер указал на чертеже.

При этом этот набор расходников обычно задается по привычке, а не по инженерии. Цех, использовавший поглощающий слой 25 граммов на квадратный ярд для одной панели, продолжает применять его для всех панелей, независимо от того, является ли целевая доля волокна 58% для вертолетной детали или 45% для декоративной накладки. Эта статья разбирает физику проекта системы отвода и дрожа, количественно оценивает свойства расходников и дает воспроизводимую процедуру согласования выбора поглотителя и дрожа с измеренной целевой толщиной.

Как отвод смолы и дрож работают вместе

Во время отвержения в автоклаве или печи, внешний стек из расходников, расположенный вне ламиата, выполняет три различные задачи:

• Отслойного пленка отделяет отверженную деталь от "отвода", чтобы готовый ламель легко освобождался. Она также оставляет воспроизводимую шероховатую поверхность, идеальную для постотверECHEN цементного склеивания и вторичной адгезион формовки.
• Отводной слой (bleeder) поглощает избыточную смолу, выжатую из ламеата при нагрете и давлении, когда матрица становится текучей. Его толщина и впитывающая способность определяют, сколько смолы может потерять ламеар, что непосредственно управляет объемной долей волокна и толщиной.
• Слой дрожа обеспечивает непрерывный путь для вакуума, чтобы достичь каждой точки ламиата, и для выхода воздуха и летучих веществ. Поскольку он находится между пленкой и отводом, его проницаемость управляет равномерностью распределения вакуума под всем вакуумным мегитом — источник равномерности, напрямую влияет на коробление, смоляно-богатые участки и качество кромок.

Выбор расходников по поверхностной плотности и проницаемости

Системы отвода смолы классифицируются по своей "поверхностной плотности" (масса на единицу площади) и проницаемости, измеряемых стандартными тестовыми методами. Таблица ниже сопоставляет типичные ткани отвода и дрожа с процессом, которому они подходят:

Расходник	Поверхностная плотность (г/м²)	Роль	Типичные условия отверждения	Ключевое свойство
Стеклоткани отвода (E-glass)	100-500	Контроль отвода смолы	Автоклав, 100-180 °C	Высокая впитываемость, термостабильность, устойчивость к морщинам
Полиэфирный нетканый дрож	200-600	Отвод+сетка для потока	Печь или автоклав	Хорошая проницаемость, низкая стоимость, одноразовый
Нейлоновый дрож	300-700	Дрож и отрыв	Вакуумный мегер, RTM, низкочдавляющее отверждение	Высокая проницаемость, устойчивость к повреждениям
Дрож с PTFE-покрытием	Термосклеиваемый	Неприлипающий отрыв+дрож	Высокответмпературный автоклав, 180-220 °C	Химстойкость, без прилипания
Углеродный (графитовый) отвод	150-400	Высокотемп. отвод	Автоклав >200 °C	Стабилен при высоких темп., проводящий

Наибольшее значение при выборе имеют две величины: (1) общая впитывающая способность пакета отводных слоев — максимальный обьем смолы, который он может удержать на квадратный метр, прежде чем смола вернется в ламиар, и (2) вертикальная проницаемость дрожа, определяющая, быстро или медленно вытявается воздух.

Коэффициент отвода и управление толщиной

"Коэффициент отвода" — это отношение поверхностой плотности отвода к объему волокна, уложенного на инструмент, обычно выражается как процент от общего содержания смолы, которое должно быть удалено. Если отводить слишком мало, деталь получится богатой смолой и слишком толстой. Если отводить слишком много, ламецит обедняется смолой, появляются сухие зоны, и объемная доля волокна превышает расчетную, при этом в бедных смолой участках возникают поры.

В стабилизированных претрегах зависимость линейна и прогнозируема. Для типового претрега с исходной объемной долей олети составляющей около 35-38%, коэффициент отвода 5-10% обычно обеспечивает объемную долю волокна 55-60%. Таблица ниже дает зависимости, которые инженеры используют в качестве первичной оценки:

Целевая доля волокна	Приблизительный коэффициент отвода (% удаляемой смолы)	Типичное изменение толщины от нетифровой
55%	3-6%	Нетифровая толщина без изменений
58%	6-9%	−2% до −4%
60%	9-12%	−5% до −7%
62%	12-16%	−8% до −10%

На практике инженеры подсчитывают суммарную смолу, которую могут впитать слои отводка, как функцию от их плотности, и рассчитывают числа слоев отвода так, чтобы суммарное их поглощение равняло целедому весу отвода. Инженерный нюанс: отделка отвода и режим отверждения определяют только потенциальную скорость, а фактический отвод ограничен впитывающей способностью отвода. Поэтому удаление любого слоя отвода или замена материала отвода изменяют объемную долю волокна отверженной детали на несколько процентов.

Размещение слоя дрожая и управление утечками воздуха

Даже правильно подобранный отвод не сможет работать, если дрожу не удается обеспечить согласованный вакуум в центре детали. Доминирующий отказ определяет "замок" дрожа — когда дрожь сжимается под давлением консолидации, и у краев или в центральной зоне остаются карманы воздуха. Три правила надежного дрожа:

• Всегда прокладывать путь к порту вакуум. Простой дрожа-путь прямо к порту, не перегораженный крышкой, и позволяет воздуху проходить. Не блокируйте непрерывность дрожа липпичными линиями или выступающими фланцами.
• Дайте дрожу достаточную толщину. Под давлением автоклава легкий из 300 г/м² дрож может сжаться на 30-40%, теряя проницаемость именно на когда смола наиболее текучей. Полиэфирная сетка с высокой пушистости 600 г/м² предотвращает этот коллапс.
• Покрывайте острые кромки. Область вокруг шва и острых углов нагревается и отвергнется первой; если дрож не доходит до каждой впадины, ламиин локально утолщается, давая смоляный карман или выпуклость. Держите болт-дрож в пределах 1-3 мм от края с острым радиусом.

Кроме того, равномерность температуры в стеке расходников — управляющая переменная. Слои отвода действуют как поглотители тепла во время начального подъема; поэтому мы также используем термоинтегратор, чтобы отвод и дрож не охлажденные, что ограничивает поток смолы. Поэтому существующие цехи предпочитают чуть более толстый, сохраняющий пух при нагреве дрож, а не самый тонкий.

Предотвращение пор и контроль качества

Конечная проверка связаны отвод/дрож — сколько пористости остается в отверженной детали. Воздух, который дрожу не удалось удалить в течение 10-12 минутного окна остекленения, задерживается в смоле и появляется как поры в микрофотографии. Основные противоэритетные меры живут в стек-дизайна:

• Вытягивайте воздух от нижней точки к верхнему порту, чтобы о подготовленных пузырьков эвакуировались вверх, а не к компакту.
• Применяйте рекомендуемые сухие пленочные или вакуумные деизлуоибо стабилизации до укладывания в мегер; они усиливают ламист, пока матрица имеет низкую вязкость.
• Проверяйте на утечку мегер при 6-8 кПа под контролем, чтобы перед подъемом температуры доказать работу отвода и пути дрожа.

После отверждения используются микрофотография сечения или кислотное разложение для измерения доли волокна и подтверждения плоти, соответствуют требованиям спецификации. Микрофото в 300x одновременно показывает: а факт ли отвод дал целевую матрицу, и достаточен ли дрож для почти нулевых пор.

Часто задаваемые вопросы

Насколько сильно коэффициент отвода влияет на конечную толщину панели?

Это прямое и часто значимое. Для тканевой системы увеличение коэффициента отвода с 8% до 14% обычно повышает долю волокна с приблизительно 58% до 62% и может изменить толщину на 5-10% в зависимости от базовой. Поскольку толщина является явным требованием многих углеродных деталей (например, обвязка 2,0 мм), коэффициент отвода следует рассматривать как технологическую переменную, а не фиксированную установку. Измерьте долю волокна на тест-панели и отрегулируйте количество слоев отвода до заданной толщины.

Должен ли одноразовый дрож всегда быть смолной? Можно ли его переиспользовать?

Не следует переиспользовать отвод или дрожь, впитавшие смолу. Как только смола застыла во волокне, расходник становится хрупким, теряет проницаемость и не может больше обеспечить эффективный путь для воздуха; повторное использование почти гарантирует смутную ячейку с запаенными пузыврами и плохой поверхностью. Дрож в нейтральной (не загрюченной) зоне, который никогда не касался ламиата, иногда можно переиспользовать, если смола не пропитала его, но швы и точки контакта делают это трудногарантным. Большинство регулируемых цехов отнести всех слоев от и дрожи к одной партии; вынутые из мешечных газообменной стороны иногда можно повторно, но вряд ли это экономически оправдано ценой.

Что будет, если использовать слишком многие слои дрожание, а вакуум сжимать стек?

Если дрож сжимается, а не сохраняет свою сеть, возникают три проблемы: вакуум не может больше достичь центрального ламата, волокно становится плохим при высоком давлении воздуха, а краевые и угловые зоны комплектуются с видимой по ией. Совокупно это дает панель толще плановой, богатую смолой в центре, а прочность на сдвиг связи прочности сечения ниже спецификации. Решение — добавить высокий пух (>600 г/м²) дрож или грубая средина, и повторить вакуумный проверку без утечек до цикла. Для массового производства слой дрожащение — самый большой переменный фактор качества; согласуйте его с давлением процесса.

Заключение

Хорошо продуманная система отвода смолы и дрожа — разница между структурной панелью, которая соответствует своей доли волокна и толщине на чертеже, и тритребующей переработку на пору. Коэффициент отвода, определяемый впитывающей способностью и поверхностной плотностью отвода, задает долра волокна; дрож проницаемость и раскладка гарантируют равномерный вакуум; а строгая микрофотография после отверждения подтверждает намеренный результат. Для любой температуры отверждения выше 150 °C или для толщине-чувствительной детали стек расходников следует рассматривать как инженерный штамб.

Проектирование отвод/дрож — процесс опытный, но полностью воспроизводим, когда есть инженерные ткани и данные. Изучите наш ассортимент углеволоконного претрега и расходников для вакуумного мега, или свяжитесь с нашей технологической группой для проверки матрицы отвода и рецепта стека для вашего точного приложения и профиля.