Некоторые методы изготовления продуктов из композитов

    Прошлый свой пост я посвятил истории композитных материалов. Я продолжаю занимать свой досуг этой теме и сегодня хочу рассказать немного о терминах и технологиях прототипирования с использованием полимерных композитов. Если вам нечем заняться длинными зимними вечерами, то вы всегда можете смастерить из углепластиковой ткани сноуборд, корпус для мотоцикла или чехол на смартфон. Конечно, процесс может в итоге выйти дороже, нежели покупка готового продукта, но интересно что-то мастерить своими руками.

    Под катом — обзор методов изготовления изделий из композитных материалов. Буду вам благодарен, если в комментариях вы меня дополните, чтобы в результате получился более полный пост.

    image


    Композиционный материал создается минимум из двух компонентов с четкой границей между ними. Есть слоистые композитные материалы — например, фанера. Во всех же других композитах можно разделить компоненты на матрицу, или связующее, и армирующие элементы — наполнители. Композиты обычно разделают по виду армирующего наполнителя или по материалу матрицы. Подробнее об использовании композитов вы можете прочитать в посте История композиционных материалов, а эта публикация посвящена методам изготовления продуктов из композитов.

    Ручное формование


    В случае с изготовлением изделий единичными экземплярами наиболее распространенным методом является ручное формование. На подготовленную матрицу наносится гелькоут – материал для получения хорошей отделки на внешней части армированного материала, позволяющий также подобрать цвет для изделия. Затем в матрицу укладывается наполнитель – например, стеклоткань – и пропитывается связующим. Удаляем пузырьки воздуха, ждем, пока все остынет, и дорабатываем напильником – обрезаем, высверливаем и так далее.

    Этот метод широко используется для создания деталей корпуса автомобилей, мотоциклов и мопедов. То есть для тюнинга в тех случаях, когда он не ограничивается наклейкой пленки «под карбон».

    image



    Напыление


    Напыление не требует раскроя стекломатериала, но взамен нужно использование специального оборудования. Данный метод часто используется для работы с крупными объектами, такими как корпусы лодок, автотранспорт и так далее. Точно так же, как и в случае с ручным формованием, сначала анносится гелькоут, затем стекломатериал.





    RTM (инжекция)


    При методе инжекции полиэфирной смолы в закрытую форму используется оснастка из матрицы и ответной формы – пуансона. Стекломатериал укладывается между матрицей и ответной формой, затем в форму под давлением вливается отвердитель – полиэфирная смола. И, конечно, доработка напильником после отверждения – по вкусу.





    Вакуумная инфузия


    Для метода вакуумной инфузии необходим пакет, в котором с помощью насоса создается вакуум. В самом пакете располагается армирующий материал, поры которого после откачки воздуха заполняются жидким связующим.

    Пример метода — для изготовления скейтборда.





    Намотка


    Метод намотки композитов позволяет сделать сверхлегкие баллоны для сжатого газа, для чего используют РЕТ-лейнер, подкачанный до 2-5 атмосфер, а также композитные трубы, используемые в нефтедобывающей отрасли, химической промышленности и в коммунальном хозяйстве. Из названия легко понять, что стеклоткань наматывают на подвижный или неподвижный объект.

    На видео — процесс намотки стеклоткани на баллон.





    Пултрузия


    Пультрузия – это “протяжка”. При этом методе происходит непрерывный процесс протягивания композиционного материала сквозь тянущую машину. Скорость процесса составляет до 6 метров в минуту. Волокна пропускаются через полимерную ванну, где пропитываются связующим, после чего проходят сквозь преформовочное устройство, получая окончательную форму. Затем в пресс-форме материал нагревается, и на выходе мы получаем окончательный затвердевший продукт.

    Процесс производства шпунтовых свай методом пултрузии.





    Прямое прессование


    Изделия из термопластов изготавливают в пресс-формах под давлением. Для этого используют высокотемпературные гидравлические прессы с усилием от 12 до 100 тонн и максимальной температурой около 650 градусов. Таким способом делают, например, пластиковые ведра.



    Автоклавное формование


    Автоклав необходим для проведения процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного с целью ускорить реакцию и увеличить выход продукта. Внутрь автоклава помещаются композитные материалы на специальных формах.





    Продукты из композитов


    Композитные материалы широко используются в авиастроении. Например, Solar Impulse построен из них.

    image

    image

    Автопром.

    image

    Протезы и ортезы.

    image

    Спорт.

    image

    Если у вас появились дополнения, то обязательно напишите о них в комментариях. Спасибо.
    Метки:
    Поделиться публикацией
    Комментарии 20
    • +5
      Есть еще такой метод:

      en.wikipedia.org/wiki/3D_braided_fabrics

      image

      image
      • 0
        Да, выглядит как звезда смерти! Только вот я не понимаю как такие изделия отверждать? Они же когда его с заготовки снимут, оно форму потеряет? А если отверждать прямо на заготовке, то как потом снять без проблем?
        И второй вопрос: что за изделия вообще в результате применения этой технологии получаются? Не трубы же… Не приходит в голову для чего именно можно использовать.
        • 0
          Процесс отверждения разный. Если сердечник можно вынуть, то вынимают после отверждения. если нельзя, то так и оставляют. Сам сердечник изготавливают из какой нить пластмассы легкой.

          Самый известный результат применения: лыжные палки.
        • 0
          Сомнительное какое-то решение. Но выглядит прикольно, да и стоит не очень дорого (почти 2800 евро).
          • 0
            Очевидно, прочностью и/или весом пожертвовали ради аэродинамики
            • +1
              … и педалями
              • 0
                Практически все крутые велосипеды продаются без педалей.
            • 0
              и задним крылом
              • 0
                Это просто концепт. Не думаю что боролись только с весом и что это был основной параметр.

                Самый легкий вот этот. 2.7 кг. шоссейник.
                samie-samie.ru/samyj-legkij-velosiped-v-mire/

                Только вот на шоссейные гонки не допускают велики легче чем кажется 6 кг… Есть ограничение в общем.
              • 0
                К этому решению пришли еще в начале 90-х. А потом законодательно запретили, предписав делать рамы только по схеме «два треугольника».

                Кстати, в некотором смысле машины Формулы-1 своего пика достигли тоже к началу 90-х. А дальше сорвавшийся с цепи технический прогресс всеми силами ограничивали и душили правилами.
                • 0
                  А потом законодательно запретили, предписав делать рамы только по схеме «два треугольника».

                  Чего? Кто запретил?

                  Тут дело в том, что такая конструкция будет только больше по весу при одинаковой жесткости!
                  • 0
                    UCI запретил, который рулит всем велоспортом.
                    Жесткость там действительно частично теряется, но всё равно остается на приемлемом уровне. А вот аэра выигрывает. На велосипедах такой конструкции, например, ехала команда Канады на олимпиаде в Барселоне. Были еще другие конструкции (можно погуглить Lotus). Потом их все запретили для всех официальных соревнований. Сейчас их выпускают только мелкие формочки очень малыми тиражами для сугубо частного использования.
                    • 0
                      Хм понятно. Не знал.
                      В любом случае такие рамы хуже чем с двумя треугольниками. Потерянную жесткости компенсируют увеличением площади поперечного сечения и как следствие весом. Аэра да выигрывает.
            • +3
              Когда «колхозят» тачку, по мне это не тюнинг, это скорее стайлинг. Тюнинг совсем другое IMHO.
              • 0
                Это смотря с какой стороны посмотреть) Тюнинг это изменение каких-либо характеристик изделия. Если мы «заколхозим» увеличение прижимной силы за счет изменения обтекаемости, то это тюнинг. Но если мы «заколхозим» то же самое, но в нашей тачке не будет, например, достаточно мощности для езды на скоростях, обеспечивающих требуемую скорость потока, когда элементы корпуса начинают работать, то это стайлинг)
                Но это чистые формальности…
                • 0
                  Суть того комментария была в том, что наколхозить увеличение прижимной силы для мелкого «гаражного» производителя практически невозможно. Аэродинамика слишком тонкая и неочевидная штука. На это способны только серьезные производители с исследованиями в тубе и так далее. Если кто-то мастырит антикрыло на глазок — с вероятностью 95% оно будет неэффективно.
                  • 0
                    А вот тут не согласен. Аэродинамика штука довольно не плохо изученная и человек, который знает ее или может рассчитать в CFD пакете может наколхозить довольно годную вещь. Может не с первого раза, но экспериментируя, например установив спойлер (антикрыло) под разными углами с возможностью поворачивать во время эксперимента. Я бы даже сказал это увлекательное занятие.
                    С дугой стороны все эти маленькие крылья и маленькие спойлеры начинают работать свыше 100-150 км в час… В зависимости от площади крыла.
                    Можно сделать большое крыло, которое начнет работать уже на 60 км в час.
              • 0
                Что-то с систематизацией материала у Вас нехорошо.
                1. Прямое прессование (литье на ВЛМ/ТПА) никаким образом не относится к композитам. Более того, оно физически невозможно на реактопластах и невозможно на композитах с сплошным материалом (стеклотканью).
                2. Автоклавное не формование, а постотверждение. В ролике видно, что препрег формуется вручную, в автоклав идет уже сформованное изделие.
                3. Полностью упущены нелистовые композиты — ПУ, ПЭ, ЭС с включением всякой белиберды, от мелкого ровинга до микросфер.

                Ну и добавки:
                1. Препрег вполне так вакуум-формуется на плоскость, даже напрямую.
                2. На литьевых композитах доступны разные виды литья, как минимум центробежное литье и ротационное литье.

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.