Стеклопластик
Карбон
Ручное (контактное) формование
Метод RFI (Resin Film Infusion)
Технологии, используемые мотокарбоном
Что такое стеклопластик?
Если просто, то этот материал представляет собой стекловолокно, пропитанное некой смолой. Смолы бывают разные, для разных условий работы и необходимых характеристик готового изделия. Есть смолы, которые застывают при комнатной температуре, а есть такие, которым необходим нагрев. Смола и специальный катализатор(отвердитель) тщательно смешиваются в определенной пропорции, и затем этим составом пропитывают полотно, состоящее из особых стекловолокон.Сама смола довольно хрупкая штука, и именно стекловолокно придает ей необходимую прочность и гибкость. Для получения изделий из стекловолокна часто придется изготавливать специальные матрицы, но об этом далее.
К слову о прочности. Как странно это ни прозвучит - но чем меньше смолы в стекловолокне (при условии его полной пропитки и отсутствии пузырьков), тем прочнее будет готовое изделие и тем меньше окажется его вес. Технологий производства изделий из стекловолокна существует несколько. Стоит сразу оговориться, что эти методы используется при работе с другими армирующими материалами, такими как карбон, кевлар. Ручное (контактное) формование. Этот способ самый простой и дешевый (если не считать затрат на квалифицированную рабочую силу). Пропитка стекловолокна осуществляется валиком или кистью, которые должны быть стойкими к смолам. Волокно или сразу укладывается в форму , или уже после пропитки. Обработка стекловолокна разбивочными валиками способствует лучшему распределению смолы между волокнами. Затем прикаточными валиками производят окончательную прикатку стеклоткани, выдавливая пузырьки воздуха и равномерно распределяя смолу по всему обьему. Крайне важно не допустить, чтобы под слоем стеклоткани оставались пузырьки воздуха. Если изделие застынет с таким браком, это место будет ослаблено вплоть до возможного сквозного продавливания. Такие брачки также могут помешать дальнейшей обработке изделия, потребовать его восстановления или полной замены. В любом случае будут затрачены дополнительные материалы, труд, а также деньги.
Метод препрегов
В данном случае используется не отдельные смола и ткань, а так называемые прегреги - предварительно пропитанная смолами стеклоткань. Стекловолокно предварительно пропитывается предкатализированной смолой под высокой температурой и большим давлением. При низкий температурах такие заготовки могут храниться недели и даже месяцы. При этом смола в пределах находится в полутвердом состоянии. При формовании препреги укладываются в матрицу и закрываются ваккумным мешком. После нагрева до 120-180 смола переходит в текучее состояние, и препрег под действием вакуума принимает нужную форму. При дальнейшем повышении температуры смола застывает.
- Формование изделий из армированных полимерных материалов разл. методами:
- а-вакуумным
- б - вакуумно-автоклавным
- Описание элементов
- 1-пуансон
- 2-заготовка изделия
- 3-цулага; 4-дренажный слой
- 5-эластичный мешок (чехол)
- 6-разделит. слой
- 7-крепление эластичного мешка
- 8-матрица
- 9-термошкаф
- 10-автоклав
Вся проблема этого метода в необходимости нагревательного оборудования, особенно автоклава. По этой причине изготавливать большие детали очень сложно. Но и плюсы очевидны. Использование вакуума позволяет значительно снизить вероятность появления воздушных пузырьков и существенно сократить долю смолы в готовом изделии. Существуют и иные технологии-пультрузия,RFI,RTM и др. -практически на все случаи жизни.
Что дает стеклопластик? Прежде всего-вес. И хотя для создания по - настоящему крепких деталей порой приходится их делать толстыми, а это лишние килограммы, но, в отличии от стали или алюминия, стеклопластик способен возвращаться в исходную форму после ударов, не повлекший за собой разрушения элемента. Незначительные трещины могут быть заклеены изнутри смолой, с наложением листа стеклоткани или мата. Большие повреждения можно восстановить, уложив деталь снова в матрицу и восстановив по порядку нужный сегмент. Но такой способ может не дать хорошего качества, и велика вероятность повреждения матрицы, а этого никак нельзя допускать. Проше сделать новый элемент. Хотя стеклопластиковые детали можно восстанавливать старым способом: шпаклевка, штапель, шкурка, и вода. К недостаткам следует отнести высокую стоимость материалов. Но что самое плохое высокая токсичность. При работе с этим материалом крайне важно соблюдать технику безопасности. Желательно пользоваться распиратором, поскольку пары эпоксидных смол совсем небезвредны.
Как бы то ни было, стеклопластики по сей день остается самым популярным материалом мирового тюнинга. И хотя разнообразные кевлары, карбоны, пенополиуретаны, базальтовое волокно и т.п. начинают все сильнее его теснить, думается, что стеклопластик еще долго будет востребован.
В современном автомобилестроении других областях народного хозяйства, экстерьере и интерьере различных машин слова кевлар и карбон встречаются все чаще. Эти материалы уже давно используются при производстве кокпитов для болитов Формулы-1 и кабин самолетов, корпусов и матч катеров и яхт. Вокруг этих материалов сложился некий ореол загадочности. Что же это за чудо современной химии?
Карбон
Карбон-каменноугольный период палеозойской эры (начало-360 млн.лет , конец-286 млн. лет назад) Но нас интересует другой карбон, а именно композитный материал. Он относится в классу углепластиков-материалов, обьединяющий в себе несколько тысяч различных рецептур. Все эти материалы роднит одно - наполнителем в них являются углеродные(графитные) частицы, чешуйки, и волокна.
Основу угле-тканей составляют нити углерода (углерод-это, к примеру, грифель карандаша). Только такие нити довольно тонкие. Сломать ее просто, но порвать ой как нелегко. Из них шьются ткани, где углеродные нити скрепляются параллельно друг друга. Смолы нужны более качественные и дорогие. Для работы с кевларом и карбоном простая полиэфирка не совсем подходит. Кроме того, чтобы полностью использовать все преимущества этих материалов, необходимо применять вакуумные технологии, термообработку, задействовать сложное оборудование, к примеру такое, как автоклав. Но игра, как говорится стоит свеч. Карбон на 40% легче стали и на 20% - алюминия.
Углепластиковые детали легче и прочнее стеклопластиковых. С тех пор, как в 1981г. Джон Барнард впервые использовал карбоновое волокно при создании моноккока на McLaren MP4/1, этот материал прочно вошел в современный мотоспорт. Мода на карбоновые накладки также пошла со спортивных автомобилей, они имеют четкое назначение: максимум прочности при минимальном весе.
В карбоне, который идет на строительство мачт и других изделий, где необходима высокая прочность, в структуре ткани явно превалируют углепластиковые волокна. Нити, их скрепляющие, практически не видны. В деталях углеволокно уже выглядит как ткань с различными вариациями. Эти углеткани можно выклеивать в один слой. После застывания и полировки (если необходимо) получается очень симпатичный орнамент. При работе с ним есть один сложный момент: четкий геометрический рисунок материи предполагает более внимательное и тщательное изготовление деталей, так как на горизонтальной поверхности любое искривление будет сразу заметно.
Учитывая, что углеродные волокна черные, а нити могут быть различными, появляется простор для дизайнерской мысли. Но в настоящий момент определение под "под карбон" чаще всего характеризует черно-серую "шахматку". Пленок подобного рисунка появилось уже привеликое множество. Но непосредственно карбон - это действительно легкий, практичный и красивый материал.
Возвращаясь конструкционному карбону, хотя чисто декоративным, учитывая характеристики, этот материал назвать довольно сложно, стоить сказать и о недостатках, а они, к сожалению, есть. Карбон имеет очень маленькое относительное удлинение. Т.е. не растягивается. Хрупкость и боязнь точечных ударов делают его в определенной мере "нежным ранимым".
Для того чтобы изделие из карбона работало как надо, необходимо точно рассчитать множество параметров: толщину слоя, направление нитей углеволокна , количество смолы и т.д..
Ручное (контактное) формование
При этом методе стеклоармирующий материал вручную пропитывается смолой при помощи кисти или валиков. Затем пропитанный стекломат укладывается в форму, где он прикатывается прикаточными валиками. Прикатка осуществляется с целью удаления из ламината воздушных включений и равномерного распределения смолы по всему объему. Отверждение ламината происходит при обычной комнатной температуре, после чего изделие извлекается из формы и подвергается мехобработке (обрезка облоя, высверливание отверстий и т.д.)
Применяемые материалы:
Смолы: Любые, например эпоксидные, полиэфирные, винилэфирные.
Волокна: Любые.
Наполнители: Любые, стойкие к используемым смолам.
Основные преимущества:
Широко используется в течении многих лет.
Простота процесса.
Недорогие используемые инструменты, если используются смолы, отверждаемые при комнатной температуре.
Основные недостатки:
Качество смеси смолы и катализатора, качество ламината, содержание стеклообразующего в ламинате очень зависят от квалификации рабочих.
Высокая вероятность воздушных включений в ламинате.
Малая производительность метода.
Метод RFI (Resin Film Infusion)
Сухие ткани выкладываются вместе со слоями полутвердой пленки из смолы. Весь полученный пакет закрывается специальной пленкой. Сначала между пленкой и формой создается вакуум, после чего форму помещают в термошкаф или автоклав. Под воздействием температуры смола переходит в текучее состояние и благодаря вакууму пропитывает материал. После некоторого времени смола полимеризуется.
Применяемые материалы:
Смолы: Только эпоксидная смола.
Волокна: Любые.
Наполнители: Почти все, хотя ПВХ пена нуждается в
специальной обработке из-за высоких температур процесса.
Основные преимущества:
Могут быть получены ламинаты с высоким содержанием стекла и с минимальным содержанием пустот.
Высокие физико-механические характеристики из-за твердого начального состояния полимера и
высоких температур отверждения.
Большей изотропией механических свойств обладают стеклопластки с неориентированным
расположением волокон: гранулированные и спутанно-волокнистые пресс-материалы; материалы
на основе рубленых волокон, нанесённых на форму методом напыления одновременно со связующим,
и на основе холстов (матов). Стеклопластки на основе полиэфирных смол можно эксплуатировать до 60-150 С,
эпоксидных - до 80-200 C, феноло-формальдегидных - до 150-250 С, полиимидов - до 200-400 С. Диэлектрическая
проницаемость стеклопластиков 4-14, тангенс угла диэлектрических потерь 0,01-0,05, причём при нагревании
до 350-400 С показатели более стабильны для стеклопластиков на основе кремнийорганических и полиомидных связующих.
Технологии, используемые мотокарбоном
Мотокарбон использует метод RFI. Как правило, готовое изделие имеет 4 слоя, -
внутрений и внешний слои с рисунком цветов синий, черный, красный,желтый,алюмокарбон
(основа у этих тканей карбон,остальные нити арамид или кевлар), соотношение 50% карбона 50% кевлара.
Внутри изделия лежит силовой (технический карбон) 2 слоя.
Стеклопластиковая деталь так же содержит 4 слоя (2слоя конструкционной стеклоткани)