Miten valita hartsi hiilikuitukomposiittimateriaalien valmistukseen

Komposiittimateriaalit koostuvat vahvistekuiduista ja muovista. Hartsin rooli komposiittimateriaaleissa on erittäin tärkeä. Hartsin valinta määrittää sarjan ominaisia prosessiparametreja, joitakin mekaanisia ominaisuuksia ja toiminnallisuutta (lämpöominaisuudet, syttyvyys, ympäristökestävyys jne.), hartsin suorituskyky on myös keskeinen tekijä komposiittimateriaalien mekaanisten ominaisuuksien ymmärtämisessä. Kun hartsi valitaan, komposiittimateriaalien prosessit ja ominaisuudet määritetään luonnollisesti.

Tällä hetkellä useimpien hiilikuitujen käyttö ja suorituskyky edellyttävät hartsin valintaa kantajaksi. Hartsin suorituskyky vaikuttaa suuresti komposiittimateriaalin yleiseen suorituskykyyn. Eri käyttöympäristöissä ja vaatimuksissa on sekoitettava hartseja eri komponenttien kanssa. Valitulla hartsilla voi olla merkittävä vaikutus valmiiseen projektiisi. Muotovartsin valinta voi vaihdella kankaan yhteensopivuuden, käyttöolosuhteiden ja valmiin osan haluttujen ominaisuuksien mukaan. Hiilikuitukomposiittien valmistuksessa on yleensä kolmenlaisia lämpövaivoja: epoksi, vinyyliesteri ja polyesteri. Tässä on laaja yleiskatsaus kaikista kolmesta, mukaan lukien niiden ominaisuudet ja mihin niitä tulisi käyttää.

epoksihartsi

Valmistajat käyttävät epoksihartseja komposiittiosissa, jotka vaativat äärimmäistä lujuutta. Sen lisäksi, että epoksit parantavat lujuusominaisuuksia, ne suosivat yleensä polyestereitä ja vinyyliestereitä mittavakauden ja paremman kiinnittymisen muihin materiaaleihin.

Etu:

Epoksihartsi, suuret lujuusominaisuudet, sopii tyhjiö-infuusiosovelluksiin, helppo käsitellä, keskinkertainen viskositeetti

Puutteet:

Ei voida käyttää pilkottuun säikeiseen mattoon, se ei ole UV-stabiloitu, se on yhdistettävä pintamaaliin altistuessaan UV-valolle

polyesterihartsi

Polyesterihartsit ovat komposiittiteollisuuden yleisimpiä hartseja. Polyesterihartsit ovat halvempia, niillä on jonkin verran korroosionkestävyyttä ja ne ovat anteeksiantavampia kuin epoksit. Suurin osa lasikuituosista on valmistettu polyesterihartseista, koska ne ovat helppokäyttöisiä, kovettuvat nopeasti ja kestävät lämpötilaa ja katalysaattorin äärimmäisyyksiä. Fiber Glast sisältää kaksi erilaista polyesterihartsia, joista jokaisella on omat etunsa ja käyttötarkoituksensa.

Helppo käsitellä, nopea märkä, korkea tiksotrooppinen indeksi (tuote ei toimi pystysuorilla pinnoilla)

Puutteet:

Matalamat fysikaaliset ominaisuudet verrattuna kalliimpiin hartseihin

Vinyyliesterihartsi

Vinyyliesterihartseja pidetään polyesterin ja epoksin sekoituksena, mikä tarkoittaa, että niiden käsittelyominaisuudet, suorituskyky ja hinta jäävät usein kahden muun väliin. Erityisesti kolmesta vinyyliesterihartsista saadaan korkein korroosionkestävyys, lämpötilankestävyys ja venyminen (sitkeys). Siksi niitä käytetään yleensä, kun vaaditaan suurta kestävyyttä, lämpöstabiilisuutta ja korroosionkestävyyttä.

Etu:

Vinyyliesterihartsi

-erittäin vakaa, -korroosionkestävä, lämmönkestävä

Puutteet:

- Lyhyt säilyvyys (3 kuukautta)

Siksi on tärkeää ymmärtää hartsien väliset erot ja miten ne vaikuttavat komposiitin ominaisuuksiin. Mutta kaikilla komposiittimateriaaleilla on yhteisiä etuja: suurempi lujuus, jäykkyys, kevyempi paino ja parempi ympäristön kestävyys. Jokainen näistä ominaisuuksista voidaan tehdä näkyvämmäksi käyttämällä täydentäviä hartseja. Sopivimman hartsin valitsemiseksi on ensin määritettävä, mitkä komposiitin tärkeimmät ominaisuudet ovat.

1. Nykyisten ominaisuuksien täydennykset

Kustannustehokkain tapa valmistaa kevyitä komposiitteja on käyttää tyydyttymättömiä polyesterihartseja. Hartsilla on suhteellisen hyvät mekaaniset, sähköiset ja kemialliset ominaisuudet, ja sitä voidaan käyttää monissa yleisissä sovelluksissa, kuten kuljetus-, rakenne- ja rakennusprofiileissa.

Jos kuitenkin vaaditaan suurempaa jäykkyyttä tai lujuutta, epoksi on kiistatta paras. Epoksihartsin ja kuitujen välinen side on vahva, mikä tarkoittaa, että suurempia leikkauskuormia voidaan siirtää kuitujen välillä, mikä antaa komposiittimateriaalille suuremmat lujuusarvot. Yhdistettynä epoksihartsien sallimaan suurempaan kuitupitoisuuteen komposiitit voidaan valmistaa erinomaisella lujuudella ja suurella jäykkyydellä, joita voidaan tarvittaessa muokata edelleen korkean lämpötilan sovelluksiin.

Vaihtoehtoisesti, jos komposiitin täytyy kestää kovia ympäristöjä jäykkyyden lisäksi, vinyyliesterihartsit voivat olla parempi valinta. Vinyyliesterien molekyylirakenne tarjoaa kemiallisen kestävyyden, joten jos komposiitteja käytetään meriympäristöissä tai teollisissa sovelluksissa, joissa on happoja tai emäksiä, vinyyliesterien käyttö parantaa komposiitin suorituskykyä.

Kun valmistetaan komposiittiprofiileja, jotka on koottava ruuveilla, komposiittimateriaalin on oltava vahva halkeamia ja rikkoutumista vastaan. Tämä voidaan saavuttaa rakenteellisella suunnittelulla, mutta oikean hartsin valitseminen voi yksinkertaistaa rakennetta, vähentää kustannuksia ja tehdä komposiitista sopivan laajemmalle sovellusalueelle. Esimerkiksi polyuretaanit ovat erittäin kestäviä tyydyttymättömiin polyestereihin verrattuna, mikä tekee niistä ihanteellisia tällaisiin sovelluksiin.

2. Lisää uusia ominaisuuksia

Komposiitin arvokkaimpia ominaisuuksia täydentävän hartsin valitseminen parantaa komposiitin suorituskykyä ja pitkäikäisyyttä. Hartsin valitsemiseen kuluva aika tekee kuitenkin paljon enemmän kuin parantaa olemassa olevia ominaisuuksia.

Hartsit voivat myös lisätä komposiittituotteisiin täysin uusia ominaisuuksia. Hartsin lisäaineita voidaan lisätä hartsiin monenlaisten etujen saavuttamiseksi: yksinkertaisista parannuksista pinnan viimeistelyyn tai väriin, monimutkaisempiin parannuksiin, kuten UV-resistenssiin, mikrobilääkkeisiin tai antiviraalisiin ominaisuuksiin.

Esimerkiksi, koska hartsit hajoavat luonnollisesti auringonvalolle altistuessaan, UV-absorbereiden lisääminen UV-säteilyltä voi parantaa komposiittien suorituskykyä kirkkaasti valaistuissa ympäristöissä, jotka usein johtavat materiaalin hauraukseen ja hajoamiseen.

Samoin antimikrobisia lisäaineita voidaan sekoittaa hartsiin bakteeri- tai sienikontaminaation estämiseksi. Tämä on hyödyllinen kaikille komposiittituotteille, joihin liittyy ihmisen manipulointia, kuten koneisiin, joukkoliikenteeseen ja lääkinnällisiin laitteisiin.

3. Muut ulkoiset vaikutukset

On syytä huomata, että joissakin tapauksissa hartsin lisäaineiden lisääminen voi muuttaa komposiitin ominaisuuksia. Esimerkiksi joissakin äärimmäisissä tapauksissa tarvitaan suuria määriä palonestoaineita tehokkaan toiminnan varmistamiseksi. Tässä vaiheessa komposiitin kuitujen määrää on vähennettävä, jolloin lujuus ja jäykkyys vähenevät vastaavasti.

Hartsin valinta on tärkeä osa komposiittisuunnittelua, eikä sitä pidä jättää huomiotta. Paras ratkaisu voidaan luoda määrittämällä komposiittimateriaalien halutuimmat ominaisuudet, sovittamalla ne sopiviin hartseihin näiden ominaisuuksien parantamiseksi ja ottamalla huomioon kuitujen ja hartsien välinen tasapaino.