Pre -preg - Pre-preg

Pre-preg er et komposittmateriale laget av "forhåndsimpregnerte" fibre og en delvis herdet polymermatrise, for eksempel epoksy eller fenolharpiks , eller til og med termoplast blandet med flytende gummi eller harpiks . Fibrene har ofte form av en veving og matrisen brukes til å binde dem sammen og til andre komponenter under produksjonen. Den herdeherdede matrisen er bare delvis herdet for å tillate enkel håndtering; dette B-Stage-materialet krever kald lagring for å forhindre fullstendig herding. B-Stage pre-preg lagres alltid i avkjølte områder siden varme akselererer fullstendig polymerisering. Derfor vil sammensatte konstruksjoner som er bygget av forhåndspinner stort sett kreve en ovn eller autoklav for å herde. Hovedideen bak et pre-preg-materiale er bruk av anisotropiske mekaniske egenskaper langs fibrene, mens polymermatrisen gir fyllegenskaper, og holder fibrene i et enkelt system.

Pre-preg lar en impregnere fibrene på en flat, bearbeidbar overflate, eller rettere sagt i en industriell prosess, for deretter å forme de impregnerte fibrene til en form som kan vise seg å være problematisk for den varme injeksjonsprosessen. Pre-preg lar også en impregnere en bulkmengde fiber og deretter lagre den på et avkjølt område (under 20 ° C) i en lengre periode for å herde senere. Prosessen kan også være tidkrevende i forhold til den varme injeksjonsprosessen, og merverdien for for-forberedelse er på materialleverandørens stadium.

Bruksområder

Denne teknikken kan brukes i luftfartsindustrien. Som i prinsippet har prepreg potensial til å bli behandlet batchstørrelser. Til tross for at glassglass har høy anvendelighet i fly spesielt små flymotorer, brukes karbonfiber i denne typen industri med en høyere hastighet, og etterspørselen etter det øker. For eksempel håndteres karakteriseringen av Airbus A380 ved hjelp av en massefraksjon. Denne massefraksjonen er omtrent 20%, og Airbus A350XWB med en massefraksjon på omtrent 50% av karbonfiber prepregs. Karbonfiber prepregs har blitt brukt i flybladene til Airbus -flåten i mer enn 20 år.

Bruken av prepreg i bilindustrien brukes i relativt begrensede mengder i sammenligning med andre teknikker som automatisk oppsett av tape og automatisert plassering av fiber. Hovedårsaken bak dette er den relative høye prisen på prepreg -fibre så vel som forbindelsene som brukes i former. Eksempel på slike verktøy er BMC eller SMC.

Bruk av prepregs

Det er mange produkter som bruker begrepet prepreg, blant annet følgende.

Gjeldende fibertyper

Det er mange fibertyper som kan være gode kandidater for fremstilling av forhåndsimpregnerte fibre. De vanligste fibrene blant disse kandidatene er følgende fibre.

Matrise

Man skiller matrisesystemene etter deres herdetemperatur og typen harpiks. Herdetemperaturen påvirker i stor grad glassovergangstemperaturen og dermed driftstemperaturen. Militære fly bruker hovedsakelig 180 ° C -systemer

Sammensetning

Prepreg -matrisen består av en blanding av harpiks og herder, i noen tilfeller en akselerator. Frysing ved -20 ° C forhindrer harpiksen i å reagere med herderen. Hvis kaldkjeden avbrytes, starter reaksjonen og prepreg blir ubrukelig. Det er også prepregs med høy temperatur som kan lagres i en viss tid ved romtemperatur. Disse prepregs kan deretter bare herdes i en autoklav ved forhøyet temperatur.

Harpikstyper

Det brukes hovedsakelig harpikser basert på epoksyharpiks. Vinylesterbaserte prepregs er også tilgjengelig. Siden vinylesterharpikser må forhåndsaksereres med aminakselerator eller kobolt, er behandlingstiden deres ved romtemperatur kortere enn med epoksybaserte prepregs. Katalysatorer (også kalt herdere) inkluderer peroksider som metyletylketonperoksid (MEKP), acetylacetonperoksid (AAP) eller cykloheksanonperoksid (CHP). Vinylesterharpiks brukes under stor belastning.

Harpiksegenskaper

Egenskapene til harpiksen og fiberbestanddelene påvirker utviklingen av VBO (kun vakuumpose) prepreg-mikrostrukturer under herding. Generelt er imidlertid fiberegenskaper og fiberbedarkitekturer standardiserte, mens matriseegenskaper driver både prepreg- og prosessutvikling. Avhengigheten av mikrostrukturell evolusjon av harpiksegenskaper er derfor kritisk å forstå, og har blitt undersøkt av mange forfattere. Tilstedeværelsen av tørre prepreg -områder kan tyde på et behov for harpikser med lav viskositet. Ridgard forklarer imidlertid at VBO prepreg -systemer er designet for å forbli relativt tyktflytende i de tidlige stadiene av herding for å hindre infiltrasjon og la tilstrekkelige tørre områder vedvare for luftevakuering. Fordi romtemperaturvakuumtankene som brukes til å evakuere luft fra VBO -systemer noen ganger måles i timer eller dager, er det kritisk for harpiksviskositeten å hemme '' kald strømning '', noe som for tidlig kan forsegle luftevakueringsveiene. Imidlertid må den totale viskositetsprofilen også tillate tilstrekkelig strømning ved herdetemperatur for å fullstendig impregnere prepreg, for ikke å trenge gjennomgripende tørre områder i den siste delen. Videre hevder Boyd og Maskell at for å hemme bobledannelse og vekst ved lave konsolideringstrykk, må både de viskøse og elastiske egenskapene til prepreg være innstilt på de spesifikke behandlingsparametrene som oppstår under herding, og til slutt sikre at et flertall av det påførte trykket er overført til harpiksen. Til sammen må den reologiske utviklingen av VBO -harpikser balansere reduksjonen av begge hulrom forårsaket av fangede gasser og hulrom forårsaket av utilstrekkelig strømning.

Behandling

Ved romtemperatur reagerer harpiksen veldig sakte, og hvis den er frosset, vil den forbli stabil i mange år. Dermed kan Preprgs bare herdes ved høye temperaturer. De kan behandles med varmpresseteknikken eller autoklaven. Gjennom trykk økes fibervolumfraksjonen i begge teknikkene.

De beste kvalitetene kan produseres med autoklavteknikken. Kombinasjonen av trykk og vakuum resulterer i komponenter med svært lave luftinneslutninger.

Herdingen kan følges av en herdingsprosess, som tjener til fullstendig tverrbinding.

Materialfremskritt

Nylige fremskritt i ut av autoklavprosesser (OOA) lover løfte om å forbedre ytelsen og senke kostnadene for sammensatte strukturer. Ved å bruke vakuum-bag-only (VBO) for atmosfæriske trykk, lover de nye OOA-prosessene å levere mindre enn 1 prosent tomrom som kreves for primære luftfartsstrukturer. Ledet av materialforskere ved Air Force Research Lab , ville teknikken spare kostnadene ved å konstruere og installere autoklaver med store strukturer ($ 100 millioner spart på NASA) og gjøre små produksjonsserier av 100 fly økonomisk levedyktige.

Se også

Referanser