Wie man Harz für die Herstellung von Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen wählt

Verbundwerkstoffe bestehen aus Verstärkungsfasern und einem Kunststoff. Die Rolle von Harz in Verbundwerkstoffen ist sehr wichtig. Die Wahl des Harzes bestimmt eine Reihe von charakteristischen Prozessparametern, einige mechanische Eigenschaften und Funktionalität (thermische Eigenschaften, Entflammbarkeit, Umweltbeständigkeit usw.), Harzleistung ist auch ein Schlüsselfaktor für das Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen. Wenn das Harz ausgewählt wird, werden eine Reihe von Prozessen und Eigenschaften von Verbundwerkstoffen auf natürliche Weise bestimmt.

Derzeit erfordern die Anwendung und Leistung der meisten Carbonfasern die Auswahl des Harzes als Träger. Die Leistung des Harzes beeinflusst stark die Gesamtleistung des Verbundmaterials. Verschiedene Anwendungsumgebungen und Anforderungen müssen Harze mit verschiedenen Komponenten mischen. Das ausgewählte Harz kann einen wesentlichen Einfluss auf Ihr fertiges Projekt haben. Die Wahl des Formharzes kann je nach Gewebeverträglichkeit, Servicebedingungen und gewünschten Eigenschaften des fertigen Teils variieren. Bei der Herstellung von Kohlefaserverbundwerkstoffen gibt es im Allgemeinen drei Arten von Duroplastharzen zu berücksichtigen: Epoxid, Vinylester und Polyester. Hier finden Sie einen umfassenden Überblick über alle drei, einschließlich ihrer Funktionen und wofür sie verwendet werden sollten.

Epoxidharz

Für Verbundteile, die höchste Festigkeit erfordern, verwenden Hersteller Epoxidharze. Neben der Verbesserung der Festigkeitseigenschaften werden Epoxide in der Regel gegenüber Polyester und Vinylestern für Dimensionsstabilität und erhöhte Bindung zu anderen Materialien bevorzugt.

Vorteil:

Epoxidharz, hochfeste Eigenschaften, geeignet für Vakuuminfusionsanwendungen, einfach zu handhaben, mittlere Viskosität

Mangel:

Kann nicht auf gehackten Strangmatten verwendet werden, ist nicht UV-stabilisiert, muss mit einem Decklack gepaart werden, wenn UV-Licht ausgesetzt

Polyesterharz

Polyesterharze sind die am häufigsten verwendeten Harze in der Composite-Industrie. Polyesterharze sind kostengünstiger, haben eine gewisse Korrosionsbeständigkeit und sind verzeihender als Epoxide. Der Großteil aller Glasfaserteile besteht aus Polyesterharzen, da sie einfach zu verarbeiten sind, schnell aushärten und beständig gegen Temperatur- und Katalysatorextreme sind. Fiber Glas kommt mit zwei verschiedenen Arten von Polyesterharzen, die jeweils ihre eigenen Vorteile und Anwendungen haben.

Einfache Handhabung, schnelle Benetzung, hoher thixotroper Index (Produkt läuft nicht auf vertikalen Oberflächen)

Mangel:

Geringere physikalische Eigenschaften im Vergleich zu teureren Harzen

Vinylesterharz

Vinylesterharze gelten als eine Mischung aus Polyester und Epoxidharz, was bedeutet, dass ihre Handhabungseigenschaften, Leistung und Preis oft zwischen den anderen beiden fallen. Bemerkenswerterweise bieten Vinylesterharze die höchste Korrosionsbeständigkeit, Temperaturbeständigkeit und Dehnung (Zähigkeit). Daher werden sie im Allgemeinen verwendet, wenn hohe Haltbarkeit, thermische Stabilität und Korrosionsbeständigkeit erforderlich sind.

Vorteil:

Vinylesterharz

-sehr stabil, -korrosionsbeständig, hitzebeständig

Mangel:

Kurze Haltbarkeit (3 Monate)

Daher ist es wichtig, die Unterschiede zwischen den Harzen zu verstehen und wie sie die Eigenschaften des Verbundes beeinflussen. Aber alle Verbundwerkstoffe haben gemeinsame Vorteile: höhere Festigkeit, Steifigkeit, geringeres Gewicht und bessere Umweltbeständigkeit. Jede dieser Eigenschaften kann durch die Verwendung von komplementären Harzen hervorgehoben werden. Um das am besten geeignete Harz auszuwählen, ist es zunächst notwendig zu bestimmen, welche Haupteigenschaften für den Verbund erforderlich sein sollten.

1. Ergänzungen zu bestehenden Funktionen

Der kostengünstigste Weg, leichte Verbundwerkstoffe herzustellen, ist die Verwendung ungesättigter Polyesterharze. Das Harz hat relativ gute mechanische, elektrische und chemische Eigenschaften und kann in einer Reihe allgemeiner Anwendungen wie Transport-, Struktur- und Gebäudeprofile verwendet werden.

Wenn jedoch eine größere Steifigkeit oder Festigkeit erforderlich ist, dann ist Epoxid wohl am besten. Die Bindung zwischen dem Epoxidharz und den Fasern ist stark, was bedeutet, dass höhere Scherlasten zwischen den Fasern übertragen werden können, was dem Verbundmaterial höhere Festigkeitswerte verleiht. In Kombination mit dem höheren Fasergehalt von Epoxidharzen können Verbundwerkstoffe mit ausgezeichneter Festigkeit und hoher Steifigkeit hergestellt werden, die bei Bedarf für Hochtemperaturanwendungen weiter modifiziert werden können.

Alternativ können Vinylesterharze eine bessere Wahl sein, wenn der Verbund neben der Steifigkeit auch gegen raue Umgebungen beständig sein muss. Die molekulare Struktur von Vinylestern bietet chemische Beständigkeit, also wenn die Verbundwerkstoffe in Meeresumgebungen oder in industriellen Anwendungen verwendet werden sollen, in denen Säuren oder Basen vorhanden sind, verbessert die Verwendung von Vinylestern die Leistung des Verbundes.

Bei der Herstellung von Verbundprofilen, die mit Schrauben montiert werden müssen, muss der Verbundwerkstoff beständig gegen Risse und Bruch sein. Dies kann durch strukturelles Design erreicht werden, aber die Wahl des richtigen Harzes kann die Struktur vereinfachen, Kosten senken und den Verbund für eine breitere Palette von Anwendungen geeignet machen. Zum Beispiel sind Polyurethane im Vergleich zu ungesättigten Polyester extrem robust und daher ideal für solche Anwendungen.

2. Neue Funktionen hinzufügen

Die Auswahl eines Harzes, das die wertvollsten Eigenschaften des Verbundes ergänzt, erhöht die Leistung und Langlebigkeit des Verbundes. Wenn Sie sich jedoch die Zeit nehmen, Ihr Harz auszuwählen, wird Ihnen viel mehr helfen, als bestehende Eigenschaften zu verbessern.

Harze können Composite-Produkten auch völlig neue Eigenschaften verleihen. Harz-Additive können zu Harzen hinzugefügt werden, um eine Reihe von Vorteilen zu erzielen: von einfachen Verbesserungen in der Oberflächenbeschaffenheit oder Farbe bis hin zu komplexeren Verbesserungen wie UV-Beständigkeit, antimikrobielle oder antivirale Eigenschaften.

Da beispielsweise Harze bei Sonneneinstrahlung auf natürliche Weise zersetzen, kann das Hinzufügen von UV-Absorbern zum Schutz vor UV-Strahlung Composites in hell beleuchteten Umgebungen eine bessere Leistung bieten, die häufig zu Versprödung und Zerfall des Materials führt.

Ebenso können antimikrobielle Zusätze in das Harz gemischt werden, um eine bakterielle oder pilzliche Kontamination zu verhindern. Dies ist nützlich für alle Verbundprodukte, die menschliche Manipulation beinhalten, wie Maschinen, öffentliche Verkehrsmittel und medizinische Geräte.

3. Andere äußere Einflüsse

Es ist erwähnenswert, dass in einigen Fällen die Zugabe von Harzadditiven die Eigenschaften des Verbundes ändern kann. Zum Beispiel sind in einigen Extremfällen große Mengen an flammhemmenden Additiven erforderlich, um effektiv zu funktionieren. An dieser Stelle muss die Anzahl der Fasern im Verbund reduziert werden, mit einer entsprechenden Verringerung der Festigkeit und Steifigkeit.

Die Auswahl der Harze ist ein wichtiger Bestandteil des Gesamtverbunddesigns und sollte nicht übersehen werden. Die beste Lösung kann geschaffen werden, indem die wünschenswertesten Eigenschaften von Verbundwerkstoffen festgelegt werden, sie mit geeigneten Harzen kombiniert werden, um diese Eigenschaften zu verbessern und das Gleichgewicht zwischen Fasern und Harzen zu berücksichtigen.