Hur man väljer harts för att göra kolfiberkompositmaterial

Kompositmaterial består av förstärkningsfibrer och ett plastmaterial. Hartsens roll i kompositmaterial är mycket viktig. Valet av harts bestämmer en rad karakteristiska processparametrar, vissa mekaniska egenskaper och funktionalitet (termiska egenskaper, brandfarlighet, miljöbeständighet, etc.), harts prestanda är också en nyckelfaktor för att förstå de mekaniska egenskaperna hos kompositmaterial. När hartset väljs bestäms en serie processer och egenskaper hos kompositmaterial naturligt.

För närvarande kräver applicering och prestanda av de flesta kolfibrer valet av harts som bärare. Hartsens prestanda påverkar kraftigt kompositmaterialets övergripande prestanda. Olika applikationsmiljöer och krav behöver blanda hartser med olika komponenter. Det valda hartset kan ha en betydande inverkan på ditt färdiga projekt. Valet av gjutharts kan variera beroende på tygets kompatibilitet, serviceförhållanden och önskade egenskaper hos den färdiga delen. Vid tillverkning av kolfiberkompositer finns det i allmänhet tre typer av termohärdande hartser att överväga: epoxi, vinylester och polyester. Här är en bred översikt över alla tre, inklusive deras funktioner och vad de ska användas till.

epoxiharts

För kompositdelar som kräver ultimat styrka kommer tillverkarna att använda epoxihartser. Förutom att förbättra hållfastheten är epoxer generellt föredragna framför polyestrar och vinylestrar för dimensionell stabilitet och ökad bindning till andra material.

Fördel:

Epoxiharts, höghållfasta egenskaper, lämplig för vakuuminfusionsapplikationer, lätt att hantera, medium viskositet

Brist:

Kan inte användas på hackad trådmatta, är inte UV-stabiliserad, måste paras ihop med ett topplack vid exponering för UV-ljus

polyesterharts

Polyesterhartser är de mest använda hartserna inom kompositindustrin. Polyesterhartser är billigare, har viss korrosionsbeständighet och är mer förlåtande än epoxier. Majoriteten av alla glasfiberdelar är tillverkade av polyesterharts eftersom de är lätta att arbeta med, härdar snabbt och är resistenta mot temperaturer och katalysatorextrema. Fiber Glas levereras med två olika typer av polyesterhartser, var och en med sina egna fördelar och användningsområden.

Enkel hantering, snabb uttvätning, högt tixotropiskt index (produkten körs inte på vertikala ytor)

Brist:

Lägre fysiska egenskaper jämfört med dyrare hartser

Vinylesterharts

Vinylesterhartser anses vara en blandning av polyester och epoxi - vilket innebär att deras hanteringsegenskaper, prestanda och pris ofta faller mellan de andra två. Särskilt kommer vinylesterhartser att ge högsta korrosionsbeständighet, temperaturbeständighet och förlängning (seghet). Därför används de i allmänhet när hög hållbarhet, termisk stabilitet och korrosionsbeständighet krävs.

Fördel:

Vinylesterharts

-mycket stabil, -korrosionsbeständig, värmebeständig

Brist:

- Kort hållbarhet (3 månader)

Därför är det viktigt att förstå skillnaderna mellan hartserna och hur de påverkar kompositens egenskaper. Men alla kompositmaterial har gemensamma fördelar: högre hållfasthet, styvhet, lättare vikt och bättre miljöbeständighet. Var och en av dessa egenskaper kan göras mer framträdande genom användning av kompletterande hartser. För att välja det lämpligaste hartset är det först nödvändigt att bestämma vilka de viktigaste egenskaperna som krävs för kompositen ska vara.

1. Tillägg till befintliga funktioner

Det mest kostnadseffektiva sättet att göra lätta kompositer är att använda omättade polyesterhartser. Hartset har relativt goda mekaniska, elektriska och kemiska egenskaper och kan användas i en rad allmänna tillämpningar såsom transport-, struktur- och byggnadsprofiler.

Men om större styvhet eller styrka krävs är epoxi utan tvekan bäst. Bindet mellan epoxihartset och fibrerna är starkt, vilket innebär att högre skjuvbelastningar kan överföras mellan fibrerna, vilket ger kompositmaterialet högre hållfasthetsvärden. Kombinerat med den högre fiberhalt som tillåts av epoxihartser kan kompositer tillverkas med utmärkt hållfasthet och hög styvhet, som kan modifieras ytterligare för applikationer med hög temperatur vid behov.

Alternativt, om kompositen behöver vara motståndskraftig mot hårda miljöer förutom styvhet, kan vinylesterhartser vara ett bättre val. Den molekylära strukturen hos vinylestrar ger kemisk resistens, så om kompositerna ska användas i marina miljöer eller i industriella tillämpningar där syror eller baser finns, kommer användningen av vinylestrar att förbättra kompositens prestanda.

Vid tillverkning av kompositprofiler som behöver monteras med skruvar måste kompositmaterialet vara starkt mot sprickor och brott. Detta kan uppnås genom strukturell design, men att välja rätt harts kan förenkla strukturen, minska kostnaderna och göra kompositen lämplig för ett bredare användningsområde. Till exempel är polyuretaner extremt tuffa jämfört med omättade polyestrar, vilket gör dem idealiska för sådana tillämpningar.

2. Lägg till nya funktioner

Att välja ett harts som kompletterar kompositens mest värdefulla egenskaper kommer att förbättra kompositens prestanda och livslängd. Men att ta dig tid att välja ditt harts kommer att göra dig mycket mer än att förbättra befintliga egenskaper.

Hartser kan också lägga till helt nya egenskaper till kompositprodukter. Hartsintillsatser kan tillsättas till hartser för att uppnå en rad fördelar: från enkla förbättringar av ytfinish eller färg till mer komplexa förbättringar som UV-resistens, antimikrobiella eller antivirala egenskaper.

Eftersom hartser till exempel bryts ned naturligt när de utsätts för solljus, kan tillsats av UV-absorbenter för att skydda mot UV-strålning ge kompositer bättre prestanda i starkt upplysta miljöer som ofta leder till sönderdelning och sönderdelning av materialet.

På samma sätt kan antimikrobiella tillsatser blandas i hartset för att förhindra bakterie- eller svampkontaminering. Detta är användbart för alla kompositprodukter som involverar mänsklig manipulation, såsom maskiner, kollektivtrafik och medicinsk utrustning.

3. Andra yttre påverkan

Det är värt att notera att tillsatsen av hartsmaterial i vissa fall kan ändra kompositens egenskaper. I vissa extrema fall krävs till exempel stora mängder flamskyddstillsatser för att fungera effektivt. Vid denna tidpunkt måste antalet fibrer i kompositen minskas, med motsvarande minskning av styrka och styvhet.

Valet av harts är en viktig del av den övergripande kompositkonstruktionen och bör inte förbises. Den bästa lösningen kan skapas genom att fastställa de mest önskvärda egenskaperna hos kompositmaterial, matcha dem med lämpliga hartser för att förbättra dessa egenskaper och ta hänsyn till balansen mellan fibrer och hartser.