Procesul de Lay-Up

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Procesul Lay-Up este un proces de formare a materialelor compozite , în care produsul final este obținut prin suprapunerea unui număr specific de straturi diferite, constând de obicei din polimer continuu sau fibre ceramice și o matrice lichidă polimerică termorezistentă . [ citație necesară ] Poate fi împărțit în Lay-up uscat și Wet Lay-Up , în funcție de faptul dacă straturile sunt sau nu din material prepreg. Stratul de uscare este un proces foarte comun în sectorul aerospațial , deoarece permite obținerea unor forme complexe cu proprietăți mecanice bune (deoarece stratul de umezire nu permite să aibă țesături unidirecționale, care au proprietăți mecanice mai bune), în timp ce Wet Lay -Up este de obicei adoptat în toate celelalte domenii. [1] [2] Principalele etape ale procesului de Lay-Up sunt tăierea, laminarea și polimerizarea . Deși unele dintre etapele de fabricație pot fi automatizate, acest proces este în principal manual - motiv pentru care este adesea numit Hand Lay-Up - care duce la laminate cu costuri de producție ridicate și rate de producție scăzute în comparație cu alte tehnici. În consecință, în zilele noastre, este potrivit în principal pentru producția de serie mică, de la 10 la 1000 de piese. [2] [3]

A tăia

Decupare cu laser.
Tăiere cu jet de apă. # 1: intrare apă de înaltă presiune. # 2: bijuterie. # 3: abraziv. # 4: tub de amestecare. # 5: protecție. # 6: jet de apă. # 7: material tăiat.

Tăierea țesăturilor este prima fază a procesului de Lay-Up . Deși , în general , fibrele au o înaltă întindere rezistență , forfecare puterea este în general destul de scăzut, ceea ce face destul de ușor de tăiat. Acest proces poate fi manual, semi-automat sau complet automat. [1] În ceea ce privește uneltele, cele mai frecvente sunt foarfecele , tăietorii de cutii , cuțitele și ferăstrăul. O alternativă mai automatizată este cea care oferă mașinile de tăiat sub formă de matrițe, care permit atingerea unor rate de producție mai ridicate, menținând în același timp costuri reduse, deoarece permit tăierea mai multor straturi de țesătură în același timp. Aceste metode necesită un nivel diferit de abilitate de la operator și oferă precizări de finisare diferite, dar toate sunt proceduri mecanice și au un dezavantaj major în comun: contactul fizic între instrumentul de tăiere și fibre. [4] O alternativă care asigură o frecare mai mică este metoda cu ultrasunete , care constă în tăierea țesuturilor cu o lamă tensionată cu vibrații mecanice de înaltă frecvență, produsă de o sursă internă integrată în sistem. [1] Există, de asemenea, tehnici de tăiere fără contact, cum ar fi tăierea cu laser și tăierea cu jet de apă , ambele fiind în general încorporate pe mașinile CNC . [ citație necesară ] Primul este obținut printr-un fascicul de radiații convergente care vaporizează materialul subiacent și un gaz sub presiune pentru a îndepărta particulele volatile și materialul topit. Al doilea se bazează pe un fascicul de lichid de înaltă presiune care atinge o viteză egală cu 2,5 ori viteza sunetului, creând o presiune asupra țesăturii mai mare decât rezistența la compresiune a materialului, provocând o tăiere curată. [ Citație necesară ] Ambele metode au un dezavantaj care trebuie luat în considerare înainte de selectarea metodelor de tăiere: fasciculele creează zone de temperatură ridicată de-a lungul axelor de tăiere, zone în care caracteristicile fizice ale materialului pot fi modificate semnificativ. [1] [5]

În timpul procesului de tăiere, un parametru fundamental de luat în considerare este structura de cuibărit , adică dispunerea diferitelor forme care trebuie tăiate în țesătură, pentru a reduce deșeurile. Combinațiile sunt în general create pe un computer și, atunci când este posibil, sunt furnizate unei mașini controlate numeric sau, în caz contrar, sunt reproduse manual. [1]

Laminare

Laminarea țesăturilor este a doua fază a procesului de Lay-Up . Este procedura de suprapunere a diferitelor straturi în ordinea corectă și cu orientarea corectă. În cazul Wet Lay-Up , prepararea rășinii este inclusă în această operațiune, deoarece țesăturile nu sunt deja impregnate. Laminarea se efectuează de obicei într-o cameră curată pentru a evita incluziunile de particule între straturi, care ar interfera cu caracteristicile produsului final. [1]

Camera curată utilizată pentru producerea de microsisteme.

Cel mai important instrument este matrița , care poate fi masculină sau feminină în funcție de aplicație. Poate fi realizat cu diferite materiale, în funcție de contracția dimensională și de coeficientul de dilatare termică a materialului compozit, rigiditatea necesară, finisajul superficial necesar, unghiurile de tiraj și razele de curbură. [ Citație necesară ] În plus, matrița trebuie să fie stabilă la temperatura de rulare, să reziste la presiunea de funcționare, să fie rezistentă la uzură, să fie compatibilă cu alte instrumente utilizate, să fie rezistentă la spălarea cu solvent și să fie ușor de aplicat agenții de eliberare a agenților . [6] Primul pas în laminare este aplicarea unui agent de eliberare pe matriță, care este esențial pentru a evita aderența între rășină și matrița însăși. Dacă este necesar pentru finisarea suprafeței, se poate adăuga un strat de coajă . Peel-ply sunt, în general, folii de nylon utilizate pentru a obține o rugozitate specifică a suprafețelor pe care sunt aplicate, pentru a le proteja în timpul depozitării și pentru a prinde particulele volatile în timpul polimerizării. Ulterior, toate straturile de țesătură se suprapun urmând instrucțiunile din cartea de pliuri , care conține o listă a tuturor operațiunilor care trebuie efectuate în timpul acestui proces. De obicei, compactările intermediare se efectuează la fiecare 4 sau 5 straturi, pentru a evacua aerul și a obține un produs final cu caracteristici mecanice mai bune. [1]

Sac de vid.

După ce toate țesăturile au fost așezate în poziția corectă, se aplică deasupra un alt strat de coajă , cu același scop ca primul. Deasupra acestuia se adaugă o secvență de alte straturi: pelicula de eliberare , care separă laminatul de celelalte straturi, dar permite totuși trecerea rășinii în exces; sângeratorul , a cărui funcție principală este de a absorbi excesul de rășină; o barieră , pentru a separa sângeratorul de aerisire ; aerisirea , pentru a distribui vidul uniform între suprafețele externe și pentru a preveni transferul pliurilor sacului de vid pe laminat; punga de vid, un film polimeric flexibil, tipic din nailon, capabil să mențină vidul, creat cu o pompă de vid . [ citație necesară ] Alte elemente importante sunt supapele și plastilina utilizate pentru sigilarea ermetică a pungii. [1] [7] [8] [9] Acest proces poate fi manual, semi-automat sau complet automat. Când se face în întregime manual, laminarea este un proces lung și dificil (datorită toleranțelor strânse necesare). O alternativă este un proces semi-automat - numit și asistat mecanic -, constând dintr-o mașină care transportă straturile, care sunt apoi aplicate pe matriță de către un operator. Se numește complet automat dacă mașina, cum ar fi așa-numita mașină automată de așezare a benzii, poate poziționa și straturile în poziția și orientarea potrivite. Aceste metode automate fac posibilă obținerea unei rate de producție ridicate. [1]

Polimerizare

Polimerizarea laminatului este a treia și ultima fază a procesului de întindere . Această fază este extrem de importantă pentru a obține caracteristicile necesare ale produsului final. [1]

Polimerizare în autoclavă și cuptor industrial

Autoclavă Persico Marine.

Acest proces poate fi realizat la temperatura camerei cu o singură pompă de vid , pentru a controla vidul, cu ajutorul unui cuptor industrial conectat la o pompă de vid, pentru a controla temperatura și vidul, sau cu o autoclavă. , Pentru a controla temperatura, vidul și chiar presiune hidrostatică . [1] [10] Polimerizarea în autoclavă este o tehnică care permite obținerea laminatelor cu cele mai bune proprietăți mecanice, dar este cea mai costisitoare și permite utilizarea doar a matrițelor deschise. Avantajul se datorează faptului că presiunea ajută la legarea straturilor compozitului și la evadarea incluziunilor de aer și a altor produse volatile, crescând calitatea procesului. [8] [11] Fiecare combinație de țesătură și rășină are propriile cicluri de întărire optime, în funcție de umectabilitatea fibrelor și de proprietățile rășinii, cum ar fi vâscozitatea și punctul de gel . De obicei, cele trei cicluri de temperatură, presiune și vid sunt studiate experimental pentru a obține cea mai bună combinație a acestor trei parametri. Polimerizarea industrială a cuptorului este similară, dar fără control al presiunii. [ Citat este necesar ] Este un proces mai puțin costisitor și, prin urmare, utilizat pentru toate acele laminate care nu necesită proprietăți mecanice foarte mari. De asemenea, deoarece cuptoarele industriale, în general, sunt mai mari decât autoclavele, ele sunt utilizate pentru toate acele componente cu dimensiuni nestandardizate. [1]

Polimerizare cu presă încălzită

Polimerizarea încălzită prin presare este utilizată pentru laminatele cu geometrie plană sau simplă și poate include o pompă de vid și o sursă de căldură electrică sau hidraulică. Se compune dintr-o presă cu matrițe masculine și feminine care se apropie pentru a forma o cavitate cu forma componentei, a cărei dimensiune este ajustată pentru a controla grosimea piesei. Presa nu poate aplica presiune hidrostatică ca autoclavă, ci doar presiune verticală. Presa de încălzire a plăcii permite un control dimensional foarte ridicat, o bună finisare a suprafeței pe ambele suprafețe și rate de producție decente, dar, la rândul său, poate apărea nealinierea fibrelor și este o metodă foarte costisitoare. [1] [8] [12]

Probleme

După cum a subliniat Meola și colab. în termografia cu infraroșu în evaluarea materialelor compozite aerospațiale , "pot apărea diferite tipuri de defecte în timpul fabricării materialelor compozite, dintre care cele mai frecvente sunt nealinierea fibrelor, fibrele rupte, fisurile de rășină sau fisurile transversale, golurile, porozitatea, incluziunile de zgură, raportul volumului fibrei / rășinii neuniform, regiuni interlaminare nelegate, legături de sărutare, întărire necorespunzătoare și deteriorări mecanice în jurul găurilor și / sau tăieturilor prelucrate. " [13] Mai mult, trebuie luate în considerare trei probleme principale legate de tăierea materialelor compozite deja întărite. Primul este că fibrele de armare sunt abrazive, astfel încât instrumentele tradiționale pentru tăiere nu sunt potrivite, deoarece durata lor de viață ar fi foarte scurtă, iar marginile lor tocite ar deteriora materialele. Al doilea este că materialele compozite nu sunt conductive și acest lucru poate provoca acumularea și deformarea căldurii. Ultima este că compozitele tind să se delamineze atunci când sunt tăiate, deci acest lucru trebuie luat în considerare la alegerea metodei de tăiere. [14] [15]

Notă

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m Giuseppe Sala, Luca Di Landro și Alessandro Airoldi, Aerospace Technologies and Materials , 1st ed., Politecnico di Milano, 2015, pp. 1-24 (Capitolul 37).
  2. ^ a b William D. Callister Jr și David G. Retwisch, Știința și ingineria materialelor: o introducere , ediția a VIII-a, Wiley, pp. 626-667 (Capitolul 16), ISBN 978-0-470-41997-7 .
  3. ^ KG Swift și JD Booker, Manual de selecție a proceselor de fabricație , p. 165.
  4. ^ AN Fuchs, M. Schoeberl și J. Tremmer, Tăierea cu laser a țesăturilor din fibră de carbon , în Physics Procedia , vol. 41, 2013, pp. 372-380.
  5. ^ Fathi Masoud, SM Sapuan și Mohd Khairol Anuar Mohd Ariffin, Procese de tăiere a compozitelor polimerice armate cu fibre naturale , în Polimeri , 2020, p. 4.
  6. ^ Giuseppe Sala, Luca Di Landro și Alessandro Airoldi, Tehnologii și materiale aerospațiale , ediția I, Politehnica din Milano, 2015, pp. 1-24 (Capitolul 42).
  7. ^ coventivecomposites.com , https://coventivecomposites.com/explainers/what-is-vacuum-bagging/ .
  8. ^ a b c Geoff Eckold, Proiectarea și fabricarea structurilor compozite , Woodhead Publishing Limited, pp. 273-277, ISBN 1 85573 051 0 .
  9. ^ PK Mallick, Materiale, proiectare și fabricație pentru vehicule ușoare , editura Woodhead, pp. 227-228, ISBN 978-1-84569-463-0 .
  10. ^ osha.gov , https://www.osha.gov/dts/osta/otm/otm_iii/otm_iii_1.html .
  11. ^ Mohammad Jawaid, Mohamed Thariq și Naheed Saba, Testarea mecanică și fizică a biocompozitelor, compozite întărite cu fibre și compozite hibride , Elsevier, p. 55, ISBN 978-0-08-102292-4 .
  12. ^ Robert A. Tatara, Manual de inginerie a materialelor plastice aplicate , Elsevier, 2011, p. 289.
  13. ^ Carosena Meola, Simone Boccardi și Giovanni Maria Carlomagno, Termografie cu infraroșu în evaluarea materialelor compozite aerospațiale , Elsevier, p. 16, ISBN 978-1-78242-172-6 .
  14. ^ Mohammad Jawaid, Mohamed Thariq și Naheed Saba, Testarea mecanică și fizică a biocompozitelor, compozite întărite cu fibre și compozite hibride , Elsevier, pp. 135-136, ISBN 978-0-08-102292-4 .
  15. ^ fibreglast.com , https://www.fibreglast.com/product/composite-laminate-cutting/Learning_Center .
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Lay-Up_Process&oldid=118197940 ”