Как да изберем смола за производство на композитни материали от въглеродни влакна

Композитните материали са съставени от армиращи влакна и пластмасов материал. Ролята на смолата в композитните материали е много важна. Изборът на смола определя серия от характерни параметри на процеса, някои механични свойства и функционалност (термични свойства, запалимост, устойчивост на околната среда и др.), производителността на смолата също е ключов фактор за разбирането на механичните свойства на композитните материали. Когато смолата е избрана, серия от процеси и свойства на композитните материали се определят естествено.

Понастоящем прилагането и ефективността на повечето въглеродни влакна изискват избора на смола като носител. Ефективността на смолата значително влияе върху цялостната производителност на композитния материал. Различните среди на приложение и изисквания трябва да смесват смолите с различни компоненти. Избраната смола може да окаже значително влияние върху вашия завършен проект. Изборът на смола за формоване може да варира в зависимост от съвместимостта на тъканта, условията на обслужване и желаните свойства на завършената част. Когато се правят композити от въглеродни влакна, обикновено има три вида терморегуващи смоли, които трябва да се вземат предвид: епоксид, винил естер и полиестер. Ето широк преглед на трите, включително техните функции и за какво трябва да се използват.

епоксидна смола

За композитни части, които изискват максимална якост, производителите ще използват епоксидни смоли. В допълнение към подобряването на якостните свойства, епоксидите обикновено се предпочитат пред полиестерите и виниловите естери за стабилност на размерите и повишено свързване с други материали.

Предимство:

Епоксидна смола, свойства с висока якост, подходяща за вакуумни инфузионни приложения, лесна за работа, среден вискозитет

Недостатък:

Не може да се използва върху нарязана нишка мат, не е стабилизирана, трябва да се съчетае с горния слой, когато е изложен на ултравиолетова светлина

полиестерна смола

Полиестерните смоли са най-широко използваните смоли в композитната индустрия. Полиестерните смоли са по-евтини, имат известна устойчивост на корозия и са по-прости от епоксидите. По-голямата част от всички части от фибростъкло са изработени от полиестерни смоли, тъй като те са лесни за работа, бързо се втвърдяват и са устойчиви на температурни и катализаторни екстремности. Фибър Гласт се предлага с два различни вида полиестерни смоли, всеки със свои собствени предимства и приложения.

Лесна работа, бързо мокри, висок тиксотропен индекс (продуктът няма да работи върху вертикални повърхности)

Недостатък:

По-ниски физични свойства в сравнение с по-скъпите смоли

Смола от винилестер

Винилестерните смоли се считат за смес от полиестер и епоксид - което означава, че техните характеристики на работа, производителност и цена често падат между другите две. По-специално, от трите винилестерни смоли ще осигурят най-висока устойчивост на корозия, температурна устойчивост и удължаване (издръжливост). Ето защо те обикновено се използват, когато се изисква висока издръжливост, термична стабилност и устойчивост на корозия.

Предимство:

Смола от винилестер

-много стабилна, -устойчива на корозия, топлоустойчива

Недостатък:

- Кратък срок на годност (3 месеца)

Ето защо е важно да се разберат разликите между смолите и как те влияят върху свойствата на композита. Но всички композитни материали имат общи предимства: по-висока якост, твърдост, по-леко тегло и по-добра устойчивост на околната среда. Всяка от тези характеристики може да бъде направена по-видна чрез използването на допълващи смоли. За да изберете най-подходящата смола, първо е необходимо да се определят основните свойства, необходими за композита.

1. Допълнения към съществуващите характеристики

Най-икономичният начин да направите леки композити е да използвате ненаситени полиестерни смоли. Смолата има сравнително добри механични, електрически и химически свойства и може да се използва в редица общи приложения като транспортни, структурни и строителни профили.

Въпреки това, ако се изисква по-голяма скованост или здравина, тогава епоксидът е спорно най-добър. Връзката между епоксидната смола и влакната е силна, което означава, че по-високи срязващи натоварвания могат да бъдат прехвърлени между влакната, което дава на композитния материал по-високи стойности на якост. В комбинация с по-високото съдържание на влакна, позволено от епоксидните смоли, композитите могат да бъдат направени с отлична якост и висока твърдост, които могат да бъдат допълнително модифицирани за приложения с висока температура, ако е необходимо.

Алтернативно, ако композитът трябва да бъде устойчив на тежки среди в допълнение към твърдостта, винилестерните смоли могат да бъдат по-добър избор. Молекулярната структура на виниловите естери осигурява химическа устойчивост, така че ако композитите се използват в морска среда или в промишлени приложения, където присъстват киселини или основи, използването на винилови естери ще подобри производителността на композита.

При производството на композитни профили, които трябва да бъдат сглобени с винтове, композитният материал трябва да бъде здрав срещу пукнатини и счупване. Това може да се постигне чрез структурен дизайн, но изборът на правилната смола може да опрости структурата, да намали разходите и да направи композита подходящ за по-широк спектър от приложения. Например полиуретаните са изключително здрави в сравнение с ненаситените полиестери, което ги прави идеални за такива приложения.

2. Добавяне на нови функции

Изборът на смола, която допълва най-ценните характеристики на композита, ще подобри производителността и дълголетието на композита. Въпреки това, отделяйки време да изберете смолата си, ще ви направи много повече от подобряване на съществуващите свойства.

Смолите също могат да добавят изцяло нови свойства към композитните продукти. Смолните добавки могат да се добавят към смолите, за да се постигнат редица ползи: от прости подобрения в повърхностното покритие или цвета до по-сложни подобрения като устойчивост на ултравиолетови лъчи, антимикробни или антивирусни свойства.

Например, тъй като смолите естествено се разлагат при излагане на слънчева светлина, добавянето на абсорбатори за защита от ултравиолетовото лъчение може да даде на композитите по-добра производителност в ярко осветена среда, което често води до крехкост и разпадане на материала.

По същия начин антимикробните добавки могат да бъдат смесени в смолата, за да се предотврати бактериално или гъбично замърсяване. Това е полезно за всеки композитен продукт, който включва манипулация на човека, като машини, обществен транспорт и медицинско оборудване.

3. Други външни влияния

Струва си да се отбележи, че в някои случаи добавянето на добавки за смола може да промени свойствата на композита. Например, в някои екстремни случаи са необходими големи количества добавки за забавяне на горенето, за да функционират ефективно. В този момент броят на влакната в композита трябва да бъде намален, със съответно намаляване на якостта и сковаността.

Изборът на смола е важна част от цялостния композитен дизайн и не трябва да се пренебрегва. Най-доброто решение може да бъде създадено чрез установяване на най-желаните характеристики на композитните материали, съчетаване с подходящи смоли за подобряване на тези характеристики и отчитане на баланса между влакна и смоли.