Hoe hars te kiezen voor het maken van koolstofvezelcomposietmaterialen

Samengestelde materialen zijn samengesteld uit versterkende vezels en een kunststof materiaal. De rol van hars in composietmaterialen is erg belangrijk. De keuze van hars bepaalt een reeks karakteristieke procesparameters, sommige mechanische eigenschappen en functionaliteit (thermische eigenschappen, ontvlambaarheid, milieubestendigheid, enz.), harsresultaten zijn ook een sleutelfactor bij het begrijpen van de mechanische eigenschappen van composietmaterialen. Wanneer de hars wordt geselecteerd, worden een reeks processen en eigenschappen van composietmaterialen op natuurlijke wijze bepaald.

Momenteel vereisen de toepassing en prestaties van de meeste koolstofvezels de selectie van hars als drager. De prestaties van de hars hebben grote invloed op de algemene prestaties van het composietmateriaal. Verschillende toepassingsomgevingen en vereisten moeten harsen met verschillende componenten mengen. De geselecteerde hars kan een aanzienlijke impact hebben op uw afgewerkte project. De keuze van giethars kan variëren afhankelijk van de compatibiliteit van de stof, de servicevoorwaarden en de gewenste eigenschappen van het afgewerkte onderdeel. Bij het maken van koolstofvezelcomposieten, zijn er over het algemeen drie soorten thermohardende harsen te overwegen: epoxy, vinylester en polyester. Hier is een breed overzicht van alle drie, inclusief hun functies, en waarvoor ze moeten worden gebruikt.

epoxyhars

Voor composietonderdelen die ultieme sterkte vereisen, zullen fabrikanten epoxyharsen gebruiken. Naast het verbeteren van de sterkte eigenschappen, hebben epoxies over het algemeen de voorkeur boven polyesters en vinylesters voor dimensionale stabiliteit en verhoogde hechting aan andere materialen.

Voordeel:

Epoxyhars, hoge sterkte eigenschappen, geschikt voor vacuüm infusie toepassingen, gemakkelijk te hanteren, medium viscositeit

Tekortkoming:

Kan niet worden gebruikt op gehakte strengenmat, is niet UV gestabiliseerd, moet worden gecombineerd met een topcoat wanneer blootgesteld aan UV-licht

polyesterhars

Polyesterhars zijn de meest gebruikte harsen in de composietindustrie. Polyesterhars zijn goedkoper, hebben enige corrosiebestendigheid en zijn vergevingsgezinder dan epoxies. Het merendeel van alle glasvezel onderdelen is gemaakt met polyesterhars omdat ze gemakkelijk te werken zijn, snel uitharden en bestand zijn tegen extreme temperaturen en katalysatoren. Fiber Glas wordt geleverd met twee verschillende soorten polyesterhars, elk met hun eigen voordelen en toepassingen.

Gemakkelijke hantering, snel nat maken, hoge thixotrope index (product loopt niet op verticale oppervlakken)

Tekortkoming:

Lagere fysische eigenschappen in vergelijking met duurdere harsen

Vinylesterhars

Vinylesterharsen worden beschouwd als een mix van polyester en epoxy, wat betekent dat hun handling eigenschappen, prestaties en prijs vaak tussen de andere twee vallen. Met name, van de drie, zullen vinylesterharsen de hoogste corrosieweerstand, temperatuurweerstand, en verlenging (taaiheid) verstrekken. Daarom worden ze over het algemeen gebruikt wanneer hoge duurzaamheid, thermische stabiliteit en corrosiebestendigheid vereist zijn.

Voordeel:

Vinylesterhars

-zeer stabiel, -corrosiebestendig, hittebestendig

Tekortkoming:

– Korte houdbaarheid (3 maanden)

Daarom is het belangrijk om de verschillen tussen de harsen te begrijpen en hoe ze de eigenschappen van het composiet beïnvloeden. Maar alle composietmaterialen hebben gemeenschappelijke voordelen: hogere sterkte, stijfheid, lichter gewicht en betere milieubestendigheid. Elk van deze kenmerken kan prominenter worden gemaakt door het gebruik van complementaire harsen. Om de meest geschikte hars te selecteren, is het eerst noodzakelijk om te bepalen wat de belangrijkste eigenschappen voor het composiet moeten zijn.

1. Aanvullingen op bestaande kenmerken

De meest kosteneffectieve manier om lichtgewicht composieten te maken is het gebruik van onverzadigde polyesterhars. De hars heeft relatief goede mechanische, elektrische en chemische eigenschappen en kan worden gebruikt in een reeks algemene toepassingen zoals transport-, constructie- en bouwprofielen.

Als echter grotere stijfheid of sterkte vereist is, dan is epoxy waarschijnlijk het beste. De band tussen de epoxyhars en de vezels is sterk, wat betekent dat hogere schuifbelastingen tussen de vezels kunnen worden overgedragen, waardoor het composietmateriaal hogere sterktewaarden krijgt. Gecombineerd met het hogere vezelgehalte dat door epoxyharsen wordt toegestaan, kunnen composieten worden gemaakt met uitstekende sterkte en hoge stijfheid, die indien nodig verder kunnen worden aangepast voor toepassingen op hoge temperaturen.

Als het composiet naast stijfheid bestand moet zijn tegen ruwe omgevingen, kunnen vinylesterharsen een betere keuze zijn. De moleculaire structuur van vinylesters biedt chemische weerstand, dus als de composieten in mariene omgevingen of in industriële toepassingen worden gebruikt waar zuren of basen aanwezig zijn, zal het gebruik van vinylesters de prestaties van het composiet verbeteren.

Bij het produceren van composietprofielen die met schroeven moeten worden gemonteerd, moet het composietmateriaal sterk zijn tegen scheuren en breuk. Dit kan worden bereikt door structureel ontwerp, maar het kiezen van de juiste hars kan de structuur vereenvoudigen, kosten verlagen en het composiet geschikt maken voor een breder scala aan toepassingen. Polyurethanen zijn bijvoorbeeld extreem taai in vergelijking met onverzadigde polyesters, waardoor ze ideaal zijn voor dergelijke toepassingen.

2. Nieuwe functies toevoegen

Het selecteren van een hars die de meest waardevolle eigenschappen van het composiet aanvult, zal de prestaties en levensduur van het composiet verbeteren. Echter, de tijd nemen om uw hars te kiezen zal u veel meer doen dan bestaande eigenschappen verbeteren.

Harsen kunnen ook geheel nieuwe eigenschappen toevoegen aan composietproducten. Harsadditieven kunnen worden toegevoegd aan harsen om een reeks voordelen te bereiken: van eenvoudige verbeteringen in oppervlakteafwerking of kleur tot complexere verbeteringen zoals UV-resistentie, antimicrobiële of antivirale eigenschappen.

Aangezien harsen bijvoorbeeld op natuurlijke wijze afbreken wanneer ze worden blootgesteld aan zonlicht, kan het toevoegen van UV-absorbers ter bescherming tegen UV-straling composieten betere prestaties geven in helder verlichte omgevingen die vaak leiden tot brokkeling en desintegratie van het materiaal.

Ook antimicrobiële additieven kunnen in de hars worden gemengd om bacteriële of schimmelbesmetting te voorkomen. Dit is handig voor elk samengestelde product dat menselijke manipulatie impliceert, zoals machines, openbaar vervoer en medische apparatuur.

3. Andere externe invloeden

Het is vermeldenswaard dat in sommige gevallen de toevoeging van harsadditieven de eigenschappen van het composiet kan veranderen. In sommige extreme gevallen zijn bijvoorbeeld grote hoeveelheden vlamvertragende additieven nodig om effectief te kunnen functioneren. Op dit punt moet het aantal vezels in het composiet worden verminderd, met een overeenkomstige vermindering van sterkte en stijfheid.

Harskeuze is een belangrijk onderdeel van het algehele composietontwerp en mag niet over het hoofd worden gezien. De beste oplossing kan worden gecreëerd door de meest wenselijke eigenschappen van composietmaterialen vast te stellen, ze te matchen met geschikte harsen om deze eigenschappen te verbeteren, en rekening te houden met de balans tussen vezels en harsen.