Jak vybrat pryskyřici pro výrobu kompozitních materiálů z uhlíkových vláken

Kompozitní materiály se skládají z výztužných vláken a plastového materiálu. Role pryskyřice v kompozitních materiálech je velmi důležitá. Volba pryskyřice určuje řadu charakteristických procesních parametrů, některé mechanické vlastnosti a funkčnost (tepelné vlastnosti, hořlavost, odolnost prostředí atd.), vlastnost pryskyřice je také klíčovým faktorem při pochopení mechanických vlastností kompozitních materiálů. Při výběru pryskyřice se přirozeně stanoví řada procesů a vlastností kompozitních materiálů.

V současné době aplikace a výkon většiny uhlíkových vláken vyžaduje výběr pryskyřice jako nosiče. Výkon pryskyřice výrazně ovlivňuje celkový výkon kompozitního materiálu. Různá aplikační prostředí a požadavky musí míchat pryskyřice s různými komponenty. Vybraná pryskyřice může mít významný vliv na váš hotový projekt. Volba formovací pryskyřice se může lišit v závislosti na kompatibilitě tkaniny, servisních podmínkách a požadovaných vlastnostech hotového dílu. Při výrobě kompozitů z uhlíkových vláken existují obecně tři typy termoplastických pryskyřic, které je třeba vzít v úvahu: epoxid, vinylester a polyester. Zde je široký přehled všech tří, včetně jejich funkcí a k čemu by měly být použity.

epoxidová pryskyřice

Pro kompozitní díly, které vyžadují maximální pevnost, budou výrobci používat epoxidové pryskyřice. Kromě zlepšení pevnostních vlastností jsou epoxidy obecně preferovány před polyestery a vinylestery pro rozměrovou stabilitu a zvýšené lepení k jiným materiálům.

Výhoda:

Epoxidová pryskyřice, vysoce pevné vlastnosti, vhodná pro vakuové infuzní aplikace, snadná manipulace, střední viskozita

Nedostatek:

Nelze použít na nasekané pramenové rohoži, není stabilizovaná UV zářením, musí být spárována s vrchním nátěrem při vystavení UV záření

polyesterová pryskyřice

Polyesterové pryskyřice jsou nejrozšířenějšími pryskyřicemi v průmyslu kompozitů. Polyesterové pryskyřice jsou levnější, mají určitou odolnost proti korozi a jsou odpouštější než epoxidy. Většina všech dílů ze skleněných vláken je vyrobena z polyesterových pryskyřic, protože se snadno pracují, rychle vytvrzují a jsou odolné vůči teplotám a extrémům katalyzátoru. Fiber Glass se dodává se dvěma různými typy polyesterových pryskyřic, z nichž každý má své vlastní výhody a použití.

Snadná manipulace, rychlé navlhčení, vysoký thixotropní index (výrobek nebude běžet na svislých plochách)

Nedostatek:

Nižší fyzikální vlastnosti ve srovnání s dražšími pryskyřicemi

Vinylesterová pryskyřice

Vinylesterové pryskyřice jsou považovány za směs polyesteru a epoxidové hmoty, což znamená, že jejich manipulační vlastnosti, výkon a cena často klesají mezi ostatní dvě. Především ze tří vinylesterových pryskyřic poskytuje nejvyšší odolnost proti korozi, teplotní odolnost a prodloužení (houževnatost). Proto se obecně používají, pokud je vyžadována vysoká odolnost, tepelná stabilita a odolnost proti korozi.

Výhoda:

Vinylesterová pryskyřice

-velmi stabilní, -korozivzdorné, tepelně odolné

Nedostatek:

Krátká doba použitelnosti (3 měsíce)

Proto je důležité pochopit rozdíly mezi pryskyřicemi a jak ovlivňují vlastnosti kompozitu. Ale všechny kompozitní materiály mají společné výhody: vyšší pevnost, tuhost, nižší hmotnost a lepší odolnost prostředí. Každá z těchto vlastností může být zvýrazněna použitím komplementárních pryskyřic. Chcete-li vybrat nejvhodnější pryskyřici, je nejprve nutné určit, jaké by měly být hlavní vlastnosti požadované pro kompozit.

1. Doplňky stávajících funkcí

Nákladově nejúspornějším způsobem, jak vyrábět lehké kompozity, je použití nenasycených polyesterových pryskyřic. Pryskyřice má relativně dobré mechanické, elektrické a chemické vlastnosti a může být použita v řadě obecných aplikací, jako jsou dopravní, konstrukční a stavební profily.

Pokud je však požadována větší tuhost nebo pevnost, pak epoxid je pravděpodobně nejlepší. Vazba mezi epoxidovou pryskyřicí a vlákny je silná, což znamená, že mezi vlákny lze přenášet vyšší smykové zatížení, což dává kompozitnímu materiálu vyšší pevnost. V kombinaci s vyšším obsahem vláken povoleným epoxidovými pryskyřicemi mohou být kompozity vyrobeny s vynikající pevností a vysokou tuhostí, které lze v případě potřeby dále upravit pro vysokoteplotní aplikace.

Alternativně, pokud musí být kompozit odolný vůči náročnému prostředí kromě tuhosti, vinylesterové pryskyřice mohou být lepší volbou. Molekulární struktura vinylesterů poskytuje chemickou odolnost, takže pokud mají být kompozity použity v mořském prostředí nebo v průmyslových aplikacích, kde jsou přítomny kyseliny nebo zásady, použití vinylesterů zlepší výkon kompozitu.

Při výrobě kompozitních profilů, které je třeba sestavit šrouby, musí být kompozitní materiál pevný proti trhlinám a zlomení. Toho lze dosáhnout prostřednictvím konstrukčního návrhu, ale výběr správné pryskyřice může zjednodušit konstrukci, snížit náklady a učinit kompozit vhodný pro širší spektrum aplikací. Například polyuretany jsou ve srovnání s nenasycenými polyestery extrémně odolné, takže jsou ideální pro takové aplikace.

2. Přidat nové funkce

Výběr pryskyřice, která doplňuje nejcennější vlastnosti kompozitu, zvýší výkon a dlouhou životnost kompozitu. Nicméně, udělat si čas na výběr pryskyřice vám mnohem víc než zlepšit stávající vlastnosti.

Pryskyřice mohou také přidávat zcela nové vlastnosti kompozitním výrobkům. Pryskyřice mohou být přidány k pryskyřicím, aby bylo dosaženo řady výhod: od jednoduchých zlepšení povrchové úpravy nebo barvy až po složitější zlepšení, jako je odolnost proti UV záření, antimikrobiální nebo antivirové vlastnosti.

Například protože se pryskyřice přirozeně rozkládají při vystavení slunečnímu záření, může přidání UV absorbérů chránit před UV zářením poskytnout kompozitům lepší výkon v jasně osvětleném prostředí, které často vedou k křehánění a rozpadu materiálu.

Podobně antimikrobiální přísady mohou být smíchány do pryskyřice, aby se zabránilo bakteriální nebo houbové kontaminaci. To je užitečné pro jakýkoliv kompozitní produkt, který zahrnuje lidskou manipulaci, jako jsou stroje, veřejná doprava a zdravotnické vybavení.

3. Ostatní vnější vlivy

Stojí za zmínku, že v některých případech může přidání pryskyřičných aditiv změnit vlastnosti kompozitu. Například v některých extrémních případech je pro efektivní fungování vyžadováno velké množství přísad zpomalujících hoření. V tomto bodě musí být snížen počet vláken v kompozitě s odpovídajícím snížením pevnosti a tuhosti.

Výběr pryskyřice je důležitou součástí celkového kompozitního designu a neměl by být přehlížen. Nejlepší řešení lze vytvořit stanovením nejžádoucích vlastností kompozitních materiálů, jejich sladěním s vhodnými pryskyřicemi ke zlepšení těchto vlastností a s ohledem na rovnováhu mezi vlákny a pryskyřicemi.