I materiali compositi sono tutti combinati con fibre di rinforzo e un materiale plastico. Il ruolo della resina nei materiali compositi è cruciale. La scelta della resina determina una serie di parametri caratteristici del processo, alcune proprietà meccaniche e funzionali (proprietà termiche, infiammabilità, resistenza ambientale, ecc.), le proprietà della resina sono anche un fattore chiave per comprendere le proprietà meccaniche dei materiali compositi. Quando viene selezionata la resina, viene determinata automaticamente la finestra che determina la gamma di processi e proprietà del composito. La resina termoindurente è un tipo di resina comunemente usata per i compositi a matrice di resina grazie alla sua buona producibilità. Le resine termoindurenti sono quasi esclusivamente liquide o semisolide a temperatura ambiente e concettualmente somigliano più ai monomeri che compongono la resina termoplastica che alla resina termoplastica allo stato finale. Prima che le resine termoindurenti vengano polimerizzate, possono essere lavorate in varie forme, ma una volta polimerizzate utilizzando agenti indurenti, iniziatori o calore, non possono essere modellate nuovamente perché durante la polimerizzazione si formano legami chimici, rendendo le piccole molecole trasformate in reticoli tridimensionali polimeri rigidi con pesi molecolari più elevati.
Esistono molti tipi di resine termoindurenti, comunemente usate sono le resine fenoliche,resine epossidiche, resine bis-horse, resine viniliche, resine fenoliche, ecc.
(1) La resina fenolica è una resina termoindurente precoce con buona adesione, buona resistenza al calore e proprietà dielettriche dopo l'indurimento e le sue caratteristiche eccezionali sono eccellenti proprietà ritardanti di fiamma, basso tasso di rilascio di calore, bassa densità di fumo e combustione. Il gas rilasciato è meno tossico. La lavorabilità è buona e i componenti in materiale composito possono essere fabbricati mediante processi di stampaggio, avvolgimento, stratificazione manuale, spruzzatura e pultrusione. Un gran numero di materiali compositi a base di resina fenolica vengono utilizzati nei materiali per la decorazione degli interni degli aerei civili.
(2)Resina epossidicaè una delle prime matrici di resina utilizzata nelle strutture degli aerei. È caratterizzato da un'ampia varietà di materiali. Diversi agenti di polimerizzazione e acceleratori possono ottenere un intervallo di temperature di polimerizzazione dalla temperatura ambiente a 180 ℃; ha proprietà meccaniche più elevate; Buon tipo di abbinamento della fibra; resistenza al calore e all'umidità; ottima tenacità; eccellente producibilità (buona copertura, moderata viscosità della resina, buona fluidità, larghezza di banda pressurizzata, ecc.); adatto per lo stampaggio complessivo di co-indurimento di componenti di grandi dimensioni; economico. Il buon processo di stampaggio e l'eccezionale tenacità della resina epossidica le fanno occupare una posizione importante nella matrice resinosa dei materiali compositi avanzati.
(3)Resina vinilicaè riconosciuta come una delle eccellenti resine resistenti alla corrosione. Può resistere alla maggior parte degli acidi, degli alcali, delle soluzioni saline e dei solventi forti. È ampiamente utilizzato nella fabbricazione della carta, nell'industria chimica, nell'elettronica, nel petrolio, nello stoccaggio e nel trasporto, nella protezione ambientale, nelle navi e nell'industria dell'illuminazione automobilistica. Ha le caratteristiche del poliestere insaturo e della resina epossidica, quindi ha sia le eccellenti proprietà meccaniche della resina epossidica che le buone prestazioni di processo del poliestere insaturo. Oltre all'eccezionale resistenza alla corrosione, questo tipo di resina ha anche una buona resistenza al calore. Comprende il tipo standard, il tipo ad alta temperatura, il tipo ignifugo, il tipo resistente agli urti e altre varietà. L'applicazione della resina vinilica nella plastica rinforzata con fibre (FRP) si basa principalmente sulla laminazione manuale, soprattutto nelle applicazioni anticorrosione. Con lo sviluppo di SMC, anche la sua applicazione in questo senso è abbastanza evidente.
(4) La resina bismaleimide modificata (denominata resina bismaleimide) è stata sviluppata per soddisfare i requisiti dei nuovi aerei da combattimento per la matrice di resina composita. Questi requisiti includono: componenti di grandi dimensioni e profili complessi a 130 ℃ Produzione di componenti, ecc. Rispetto alla resina epossidica, la resina Shuangma è principalmente caratterizzata da una resistenza superiore all'umidità e al calore e da un'elevata temperatura operativa; lo svantaggio è che la producibilità non è buona come quella della resina epossidica e la temperatura di polimerizzazione è elevata (polimerizzazione superiore a 185 ℃) e richiede una temperatura di 200 ℃. O per lungo tempo a una temperatura superiore a 200 ℃.
(5) La resina estere di cianuro (qing diacustico) ha una bassa costante dielettrica (2,8~3,2) e una tangente di perdita dielettrica estremamente piccola (0,002~0,008), elevata temperatura di transizione vetrosa (240~290℃), basso restringimento, basso assorbimento di umidità, eccellente proprietà meccaniche e proprietà di legame, ecc., e ha una tecnologia di lavorazione simile alla resina epossidica.
Attualmente, le resine cianatiche vengono utilizzate principalmente in tre aspetti: circuiti stampati per materiali strutturali digitali ad alta velocità e ad alta frequenza, ad alte prestazioni per la trasmissione delle onde e materiali compositi strutturali ad alte prestazioni per l'aerospaziale.
Per dirla semplicemente, resina epossidica, le prestazioni della resina epossidica non sono solo legate alle condizioni di sintesi, ma dipendono principalmente anche dalla struttura molecolare. Il gruppo glicidilico nella resina epossidica è un segmento flessibile, che può ridurre la viscosità della resina e migliorare le prestazioni del processo, ma allo stesso tempo ridurre la resistenza al calore della resina indurita. Gli approcci principali per migliorare le proprietà termiche e meccaniche delle resine epossidiche polimerizzate sono il basso peso molecolare e la multifunzionalizzazione per aumentare la densità di reticolazione e introdurre strutture rigide. Naturalmente, l'introduzione di una struttura rigida porta ad una diminuzione della solubilità e ad un aumento della viscosità, che porta ad una diminuzione delle prestazioni del processo della resina epossidica. Come migliorare la resistenza alla temperatura del sistema di resina epossidica è un aspetto molto importante. Dal punto di vista della resina e dell'agente indurente, maggiore è il numero dei gruppi funzionali, maggiore è la densità di reticolazione. Più alta è la Tg. Operazione specifica: utilizzare resina epossidica multifunzionale o agente indurente, utilizzare resina epossidica di elevata purezza. Il metodo comunemente utilizzato consiste nell'aggiungere una certa proporzione di resina epossidica o-metil acetaldeide nel sistema di indurimento, che ha un buon effetto e un basso costo. Maggiore è il peso molecolare medio, più stretta è la distribuzione del peso molecolare e maggiore è la Tg. Operazione specifica: utilizzare una resina epossidica multifunzionale o un agente indurente o altri metodi con una distribuzione del peso molecolare relativamente uniforme.
Essendo una matrice di resina ad alte prestazioni utilizzata come matrice composita, le sue varie proprietà, come lavorabilità, proprietà termofisiche e proprietà meccaniche, devono soddisfare le esigenze delle applicazioni pratiche. La producibilità della matrice resinosa include la solubilità nei solventi, la viscosità del fuso (fluidità) e le variazioni di viscosità, nonché le variazioni del tempo di gelificazione con la temperatura (finestra di processo). La composizione della formulazione della resina e la scelta della temperatura di reazione determinano la cinetica della reazione chimica (velocità di polimerizzazione), le proprietà reologiche chimiche (viscosità-temperatura rispetto al tempo) e la termodinamica della reazione chimica (esotermica). Processi diversi hanno requisiti diversi per la viscosità della resina. In generale, per il processo di avvolgimento, la viscosità della resina è generalmente intorno ai 500cPs; per il processo di pultrusione, la viscosità della resina è di circa 800~1200cPs; per il processo di introduzione del vuoto, la viscosità della resina è generalmente di circa 300 cP e il processo RTM può essere superiore, ma in genere non supererà gli 800 cP; per il processo di prepreg, la viscosità deve essere relativamente elevata, generalmente intorno a 30.000~50.000 cPs. Naturalmente, questi requisiti di viscosità sono legati alle proprietà del processo, delle apparecchiature e dei materiali stessi e non sono statici. In generale, all'aumentare della temperatura, nell'intervallo di temperature più basse, la viscosità della resina diminuisce; tuttavia, all'aumentare della temperatura, anche la reazione di indurimento della resina procede, cineticamente parlando, con la temperatura. La velocità di reazione raddoppia per ogni aumento di 10°C e questa approssimazione è ancora utile per stimare quando la viscosità di un sistema di resina reattiva aumenta fino a determinato punto critico di viscosità. Ad esempio, sono necessari 50 minuti affinché un sistema di resina con una viscosità di 200 cPs a 100 ℃ aumenti la sua viscosità a 1000 cPs, quindi il tempo necessario allo stesso sistema di resina per aumentare la sua viscosità iniziale da meno di 200 cPs a 1000 cPs a 110 ℃ è circa 25 minuti. La selezione dei parametri di processo dovrebbe considerare pienamente la viscosità e il tempo di gelificazione. Ad esempio, nel processo di introduzione del vuoto, è necessario garantire che la viscosità alla temperatura operativa rientri nell'intervallo di viscosità richiesto dal processo, e il pot life della resina a questa temperatura deve essere sufficientemente lungo da garantire che la resina può essere importato. In sintesi, la scelta del tipo di resina nel processo di iniezione deve considerare il punto di gelificazione, il tempo di riempimento e la temperatura del materiale. Altri processi hanno una situazione simile.
Nel processo di stampaggio, la dimensione e la forma della parte (stampo), il tipo di rinforzo e i parametri di processo determinano la velocità di trasferimento del calore e il processo di trasferimento di massa del processo. La resina polimerizza il calore esotermico, generato dalla formazione di legami chimici. Quanti più legami chimici si formano per unità di volume per unità di tempo, maggiore è l’energia rilasciata. I coefficienti di scambio termico delle resine e dei loro polimeri sono generalmente piuttosto bassi. La velocità di rimozione del calore durante la polimerizzazione non può corrispondere alla velocità di generazione del calore. Queste quantità incrementali di calore fanno sì che le reazioni chimiche procedano a un ritmo più veloce, con conseguente maggiore reazione autoaccelerata che alla fine porterà al cedimento da stress o al degrado della parte. Ciò è più evidente nella produzione di parti composite di grande spessore ed è particolarmente importante ottimizzare il percorso del processo di polimerizzazione. Il problema del “superamento della temperatura” locale causato dall’elevato tasso esotermico della polimerizzazione del preimpregnato e la differenza di stato (come la differenza di temperatura) tra la finestra del processo globale e la finestra del processo locale sono tutti dovuti al modo in cui controllare il processo di polimerizzazione. L'“uniformità della temperatura” nella parte (specialmente nella direzione dello spessore della parte), per ottenere l'“uniformità della temperatura” dipende dalla disposizione (o applicazione) di alcune “tecnologie unitarie” nel “sistema di produzione”. Per le parti sottili, poiché una grande quantità di calore verrà dissipata nell'ambiente, la temperatura aumenterà leggermente e talvolta la parte non sarà completamente polimerizzata. A questo punto, è necessario applicare calore ausiliario per completare la reazione di reticolazione, ovvero il riscaldamento continuo.
La tecnologia di formatura non in autoclave del materiale composito è relativa alla tradizionale tecnologia di formatura in autoclave. In generale, qualsiasi metodo di formatura di materiale composito che non utilizza apparecchiature in autoclave può essere chiamato tecnologia di formatura non in autoclave. . Finora, l'applicazione della tecnologia di stampaggio non in autoclave nel campo aerospaziale comprende principalmente le seguenti direzioni: tecnologia di prepreg non in autoclave, tecnologia di stampaggio a liquido, tecnologia di stampaggio a compressione di prepreg, tecnologia di polimerizzazione a microonde, tecnologia di polimerizzazione con fascio di elettroni, tecnologia di formatura di fluidi a pressione bilanciata . Tra queste tecnologie, la tecnologia di prepreg OoA (Outof Autoclave) è più vicina al tradizionale processo di formatura in autoclave e presenta un'ampia gamma di basi per processi di posa manuale e automatica, quindi è considerata un tessuto non tessuto che è probabile che venga realizzato su larga scala. Tecnologia di formatura in autoclave. Un motivo importante per utilizzare un'autoclave per parti composite ad alte prestazioni è fornire una pressione sufficiente al prepreg, maggiore della pressione di vapore di qualsiasi gas durante la polimerizzazione, per inibire la formazione di pori, e questo è il prepreg OoA. La principale difficoltà che la tecnologia ha bisogno di sfondare. Se la porosità della parte può essere controllata sotto pressione del vuoto e le sue prestazioni possono raggiungere le prestazioni del laminato polimerizzato in autoclave è un criterio importante per valutare la qualità del preimpregnato OoA e del suo processo di stampaggio.
Lo sviluppo della tecnologia prepreg OoA ha avuto origine inizialmente dallo sviluppo della resina. Ci sono tre punti principali nello sviluppo di resine per preimpregnati OoA: uno è controllare la porosità delle parti stampate, ad esempio utilizzando resine polimerizzate con reazione di addizione per ridurre le sostanze volatili nella reazione di polimerizzazione; il secondo è migliorare le prestazioni delle resine indurite. Per ottenere le proprietà della resina formate dal processo in autoclave, comprese le proprietà termiche e meccaniche; il terzo è garantire che il preimpregnato abbia una buona producibilità, ad esempio garantire che la resina possa fluire sotto un gradiente di pressione pari alla pressione atmosferica, garantire che abbia una lunga durata di viscosità e una temperatura ambiente sufficiente al di fuori del tempo, ecc. I produttori di materie prime conducono ricerca e sviluppo di materiali in base a specifici requisiti di progettazione e metodi di processo. Le direzioni principali dovrebbero includere: miglioramento delle proprietà meccaniche, aumento del tempo esterno, riduzione della temperatura di polimerizzazione e miglioramento della resistenza all'umidità e al calore. Alcuni di questi miglioramenti delle prestazioni sono contrastanti. , come l'elevata tenacità e la polimerizzazione a bassa temperatura. È necessario trovare un punto di equilibrio e considerarlo in modo completo!
Oltre allo sviluppo della resina, il metodo di produzione del preimpregnato promuove anche lo sviluppo applicativo del preimpregnato OoA. Lo studio ha rilevato l'importanza dei canali del vuoto preimpregnati per la produzione di laminati a porosità zero. Studi successivi hanno dimostrato che i preimpregnati semi-impregnati possono migliorare efficacemente la permeabilità ai gas. I preimpregnati OoA sono semi-impregnati di resina e le fibre secche vengono utilizzate come canali per i gas di scarico. I gas e le sostanze volatili coinvolte nell'indurimento della parte possono essere scaricati attraverso canali tali che la porosità della parte finale sia <1%.
Il processo di confezionamento sottovuoto appartiene al processo di formatura non in autoclave (OoA). In breve, si tratta di un processo di stampaggio che sigilla il prodotto tra lo stampo e il sacchetto sottovuoto e pressurizza il prodotto mediante aspirazione per rendere il prodotto più compatto e con migliori proprietà meccaniche. Il principale processo di produzione è
Innanzitutto, allo stampo di stratificazione (o alla lastra di vetro) viene applicato un agente distaccante o un panno distaccante. Il prepreg viene ispezionato secondo lo standard del prepreg utilizzato, comprendendo principalmente la densità superficiale, il contenuto di resina, le sostanze volatili e altre informazioni del prepreg. Tagliare il preimpregnato a misura. Durante il taglio prestare attenzione alla direzione delle fibre. Generalmente, la deviazione della direzione delle fibre deve essere inferiore a 1°. Numerare ciascuna unità di cancellazione e registrare il numero di preimpregnato. Quando si stendono gli strati, gli strati devono essere stesi in stretta conformità con l'ordine di stesura richiesto sul foglio di registrazione della stesura, e la pellicola in PE o la carta distaccante devono essere collegate lungo la direzione delle fibre e le bolle d'aria devono essere inseguito lungo la direzione delle fibre. Il raschiatore stende il preimpregnato e lo raschia il più possibile per rimuovere l'aria tra gli strati. Durante la posa, a volte è necessario giuntare i preimpregnati, che devono essere giuntati lungo la direzione delle fibre. Nel processo di giunzione, si dovrebbe ottenere una sovrapposizione o una minore sovrapposizione e le giunzioni di giunzione di ciascuno strato dovrebbero essere sfalsate. In generale, lo spazio di giunzione del preimpregnato unidirezionale è il seguente. 1mm; il preimpregnato intrecciato può solo sovrapporsi, non giuntare, e la larghezza di sovrapposizione è di 10~15 mm. Successivamente, prestare attenzione alla precompattazione del vuoto e lo spessore del prepompaggio varia in base alle diverse esigenze. Lo scopo è scaricare l'aria intrappolata nel layup e le sostanze volatili nel preimpregnato per garantire la qualità interna del componente. Poi c'è la stesura dei materiali ausiliari e l'insacco sottovuoto. Sigillatura e polimerizzazione del sacchetto: il requisito finale è che non ci siano perdite d'aria. Nota: il punto in cui si verificano spesso perdite d'aria è il giunto sigillante.
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Orario di pubblicazione: 23 maggio 2022
