КАКИЕ МАТЕРИАЛЫ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОЗИТОВ?
Полиэфирные смолы
Полиэфирные смолы представляют собой семейство полимеров, используемых для производства широкого спектра продуктов.. Термореактивные полиэфиры известны как ненасыщенные полиэфирные смолы.. Они доступны в нескольких составах для конкретных применений.. Эти составы обычно обозначаются основным исходным материалом, который определяет эксплуатационные характеристики полученной полимерной основы.. Общие составы ненасыщенных полиэфирных смол включают:
я. Ортофталевой
II. Терефталевая
III.изофталевый
IV. Дициклопентадиен(DCPD)
В. Хлорендик
VI. Бисфенол А фумарат Полиэфиры
VII.Виниловый эфир
На самом базовом уровне эти смолы состоят из ненасыщенного полиэфирного полимера, растворенного в сшивающем мономере, и различных добавок, которые нарушают «систему смолы».. Технически, полиэфирная смола является продуктом реакции ненасыщенной двухосновной кислоты, обычно малеиновый ангидрид, с гликолем. Характеристики смолы изменяются путем добавления насыщенной двухосновной кислоты, такой как ортофталевой ангидрид., изофталевая кислота или адипиновая кислота.
Системы полиэфирных смол
Основа из полиэстера (ортофталевой, изофталевый, и т.п.) сочетается со сшивающим мономером для создания смолы в обычно используемой жидкой форме. Самый распространенный мономер – стирол.. Другие распространенные мономеры включают: Метилметакрилат (ММА), винил толуол (ВТ), альфа-метилстирол (АМС), параметилстирол (ПМС), и диаллилфталат (ДАП). Они часто используются в сочетании со стиролом для оптимизации свойств.. Дополнительные мономеры продолжают изучаться для минимизации воздействия на окружающую среду..
Ингибиторы – Из-за склонности ненасыщенных полиэфиров к самополимеризации ингибиторы добавляются как в мономер, так и в состав смолы.. Ингибиторы замедляют реакцию отверждения, реагируя со свободными радикалами до того, как они вызовут образование поперечных связей между полимером и мономером. Общие ингибиторы включают хиноны. (Штаб-квартира, МТБХК, шашлык, или THQ) и п-трет-бутилкатехин (уточняется).
промоутеры – Иногда их называют ускорителями, эти материалы способствуют эффективному отверждению при комнатной температуре . Промотор реагирует с инициатором во время формования.. Промоторы включают соединения кобальта, используется с инициаторами MEKP; и анилиновые соединения, используется для ко-промоторов в системе MEKP и в качестве основного промотора в условиях окружающей среды с инициаторами BPO. Полиэфирные смолы доступны в предварительно промотированной форме., где производитель смолы включает промоутер в продукт; или в нерекламируемых рецептурах, где формовщик добавляет промоутер перед обработкой.
Инициаторы – Иногда неправильно называют катализатором. При добавлении в полиэфирную смолу инициатор вступает в реакцию со смолой и разлагается., образуя молекулы свободных радикалов. Эти свободные радикалы преодолевают ингибитор и начинают каскадную реакцию полимеризации., также известный как лечение.
Функциональные добавки – Характеристики и производительность смолы могут быть изменены путем добавления ряда добавок. Это включает: Огнезащитные добавки, тиксотропы, пигменты, подавители паров, и другие добавки.
Продукт Смолы
Изофталевая полиэфирная смола
Изофталевые полиэфирные смолы представляют собой широкий класс смол, изготовленных из изофталевой кислоты., гликоли, и малеиновый ангидрид. Конкретная спецификация смолы выбирается для придания желаемых свойств и коррозионной стойкости.. Эти смолы можно использовать для обеспечения умеренной коррозионной стойкости в диапазоне температур около 180°F.. Изофталевые смолы обладают хорошей водостойкостью., кислоты, слабые основания, и углеводороды, такие как бензин и масло.
Винилэфирная смола
Технически винилэфирные смолы представляют собой полиэфирную смолу., однако они обычно классифицируются отдельно от полиэфиров из-за их улучшенных механических свойств и коррозионной стойкости.. Эпоксидные винилэфирные смолы на основе бисфенола А представляют собой метакрилированные эпоксиполиэфиры Эпоксидно-винилэфирные смолы Novolac улучшают эпоксидный компонент, что приводит к более высоким характеристикам.. Винилэфиры обеспечивают повышенную прочность и, как правило, лучшую ударопрочность и стойкость к тепловому удару, чем полиэфирные смолы.. В то время как стандартные эпоксивинилэфирные смолы ограничены 220 – 250° F в большинстве случаев применения, другие версии с более высокой плотностью сшивания подходят для температур выше 250° F.. Эти смолы обладают отличной устойчивостью к кислотам., щелочи, гипохлориты, и многие растворители.
Полиэфирная смола бисфенола А фумарат
Полиэфирная смола фумарата бисфенола А производится путем взаимодействия бисфенола А с оксидом пропилена и фумаровой кислотой с получением смолы, которая особенно устойчива к щелочным средам.. Эта смола используется в основном для приложений, связанных с горячими щелочными растворами.. Подходит для работы с кислотами, выбранные органические растворители и растворы солей в диапазоне температур около 250 ° F.
Хлорендиковая полиэфирная смола
Хлорендиковые смолы ненасыщенные., галогенированные полиэфирные смолы. Они особенно хорошо подходят для оборудования, работающего при повышенных температурах или в сильно окисляющих средах, таких как горячие, влажный хлор. Эти смолы особенно хорошо подходят для облицовки дымоходов., дымоход, хромированные баки, травильные баки, и коллекторы хлора.
Фенольные смолы
Фенольный полимер представляет собой одну из первых коммерческих термореактивных смол и впервые появился в конце 1800-х годов.. Фенольные смолы образуются в результате реакции фенола и формальдегида. Обычно это термоотверждаемые термореактивные смолы.. Существует два типа фенольных смол – резол. (один шаг) и новолак (два шага). Резоли представляют собой катализируемые основанием термореактивные смолы, которые являются самосшивающимися.. Новолаки катализируются кислотами, и для их термоотверждаемости требуется гексаминовый сшивающий агент.. Фенолы обладают высокой термостойкостью.; отличная стойкость к хлорированным растворителям и соленой воде; отличные свойства огня/дыма.
Фурановая смола или фурфуроловая спиртовая смола
Фурановые смолы, также известные как смола фурфуролового спирта, основаны на полимерном производном фурфуролового спирта.. Эти смолы отличаются от типичных полиэфирных или винилэфирных смол тем, что они отверждаются с использованием специальных смесей кислотных катализаторов, поставляемых производителем смолы.. Из-за этого требуются различные меры предосторожности. Смола также отверждается в результате реакции конденсации, что означает выделение воды при отверждении смолы.. Эти смолы должны подвергаться пост-отверждению медленно, чтобы избежать расслоения во время нагревания смолы.. Эти полимеры обеспечивают превосходную стойкость к сильным щелочам и кислотам, содержащим хлорированные органические вещества, и превосходят полиэфиры и эпоксивиниловые эфиры по стойкости к растворителям.. Из-за этого фурфуроловые спиртовые смолы используются для изготовления резервуаров для хранения химикатов, когда нельзя использовать винилэфирные смолы или полиэфирные смолы.. Эти смолы подходят для использования при температуре до 250°F для многих коррозионно-активных применений.. Смола на основе фурфуролового спирта не подходит для окисляющих химикатов и не может использоваться в средах, содержащих хромовую или азотную кислоты., пероксиды или гипохлориты.
Эпоксидные смолы
Эпоксидные смолы очень похожи на виниловые эфиры.. Однако, в то время как полиэфирная смола имеет двойные участки связи углерод-углерод, эпоксидные смолы характеризуются наличием эпоксидной группы (трехчленное кольцо, два углерода и один кислород). Существует еще одно различие между эпоксидными смолами и полиэфирами, которое заключается в количестве активных центров вдоль основной цепи полимера.. В эпоксидных смолах, эти сайты находятся только на концах каждого полимера или разветвленной цепи, в то время как двойные углерод-углеродные связи в основной цепи полиэфира встречаются много раз вдоль полимерной цепи.. Эпоксидные смолы обеспечивают отличное сцепление волокон (матрица к волокну) что улучшает прочность на сжатие, предел прочности при изгибе, увеличивает межламинарный сдвиг ,и повышает прочность (улучшить ударную вязкость, лучшая устойчивость к повреждениям).
Усиление продукта
Армирующие материалы комбинируются с полимерными матричными системами в различных формах для создания ламинатов, используемых в коррозионных приложениях. Различные формы армирования были адаптированы к конкретным технологическим процессам., или метод был построен вокруг типа армирования. Есть два основных волокна, используемых в качестве армирующих материалов для коррозионной промышленности.: стекловолокно и карбон.
Стекловолокно
Непрерывные стеклянные нити формируются путем протягивания расплавленного стекла, лежащего на платино-родиевых втулках, через тысячи отверстий соответствующего диаметра волокна. (5 к 25 микроны), угасший, размеры, и намотать на нити либо 102 или же 204 нити. Проклейка действует как связующее вещество для связывания смолы со стекловолокном во время пропитки смолой..
Типичные составы стекла, используемые в коррозионных применениях:
Е-стекло – (известково-алюминиевый боросиликат) является наиболее часто используемой арматурой в индустрии композитов из-за ее хороших прочностных свойств., устойчивость к разложению водой и относительная стоимость.
S-стекло - Высокая сила
C-стекло - Сопротивление ржавчине
Углерод
Углеродные волокна производятся из органических прекурсоров, включая ПАН (полиакрилонитрил), район, и поля. PAN — коммерчески доступное волокно., а пек - это остаток от перегонки каменноугольной смолы или нефти.. Он должен быть сформирован в волокно до производства углеродного волокна.. Процесс изготовления углеродных волокон, пригодных для изготовления коррозионностойких композитов, начинается со «стабилизации» волокон.. Волокна PAN или Pitch вытягиваются, под напряжением через нагретый воздух (400ºF до 750ºF). Этот процесс сшивает и перестраивает волокна, чтобы они не плавились при последующей обработке.. Затем материал подвергается гораздо более высоким температурам. (900ºF – 2700ºF) называется стадией карбонизации или пиролиза в атмосфере азота., все еще под напряжением. Волокна, все еще под напряжением и в атмосфере азота, подвергаются еще более высоким температурам (3600ºF – 6000ºF) на стадии графитации. Наконец-то, волокна очищаются в электролитической ванне, а потом размерчик (полимерное покрытие для совместимости с полимерной матрицей) применяемый, высушивают и наматывают на катушки.
Углеродные волокна обладают самой высокой прочностью и жесткостью среди всех армирующих волокон.. Высокотемпературные характеристики особенно важны для углеродных волокон.. Основным недостатком волокон на основе ПАН является их высокая относительная стоимость., что является результатом стоимости основного материала и энергоемкого производственного процесса.
Текстиль
Важность армирования для конечных характеристик конечного продукта очень важна для производителя композитных материалов.. Свойства этих тканей также играют очень важную роль в выборе процесса изготовления.. Продукты, которые могут иметь очень хорошие свойства для продукта ручной укладки, могут быть непригодны для вакуумной инфузии., но легко адаптируется к RTM.
Существует множество типов и форм армирования, используемых при изготовлении композитов.. Некоторые из них доступны напрямую от производителей волокна., другие превращаются из основного волокна в специализированную продукцию производителями текстиля.. Свойства, демонстрируемые этими различными формами армирования, будут зависеть от многих факторов.. Эти факторы могут включать тип переплетения, вес волокон на единицу площади, толщина ткани, число потоков, диаметр волокна, и тип волокна.
Тканые подкрепления
Плетеное композитное армирование сотканы на ткацком станке с волокнами, обычно выровненными в машинном направлении (деформация). ткачество, над и под волокнами основы выполняется автоматически на относительно высоких скоростях. Это переплетение перекрещивающихся волокон называется наполнителем.. Если используется дополнительное плетение, которое пересекает волокна под углом 45º, это называется предвзятостью.
Тканые композитные армирующие материалы обычно относятся к категории ткани или ровинга.. Ткани легче по весу, обычно из 6 к 10 унций на квадратный ярд. Это наиболее распространенный тип арматуры, используемый для больших конструкций, потому что он доступен в довольно больших весах. (24 унций на квадратный ярд является наиболее распространенным), что позволяет быстро нарастить толщину. Текстильные ткачи разработали продукты, обеспечивающие желаемые характеристики для изготовления композитов.. Открытость относится к пространству между параллельными волокнами, и является мерой плотности плетения. Это обратно пропорционально количеству деформации и заполнения.. Драп арматуры относится к тому, насколько хорошо материал соответствует форме формы.. Эти и другие характеристики зависят не только от свойств волокна., но и от способа их плетения.
Трикотажные усиления
Трикотаж представляют собой тканые армирующие материалы, в которых волокна основы и наполнителя переплетены для создания ткани с высокой драпируемостью и эластичностью.. Эти усиления обеспечивают большую прочность и жесткость на единицу толщины по сравнению с тканым ровингом..
Мат из рубленого волокна и усиление из рубленого волокна
Армирующие маты представляют собой изделия из рулонного материала, используемые при изготовлении ручной укладки.. Мат из рубленого волокна состоит из случайно ориентированных нити из стекловолокна 1 к 2 дюймов в длину, которые удерживаются вместе растворимым в стироле связующим. Мат из непрерывных прядей похож на мат из рубленых прядей., за исключением того, что волокно является непрерывным и уложено в виде завитка. Как при ручной укладке, так и при напылении получаются слои с одинаковыми физическими свойствами.. Это очень экономичный способ нарастить толщину., особенно со сложными формами.
Непрерывное армирование ровницы
Стеклянные волокна, используемые для непрерывное бродяжничество обычно имеют диаметр от 0,00035” до 0,00090” (9 к 23 микроны). Они начинаются как расплавленное стекло (2500°F). Эти волокна протягиваются через платиновые втулки на очень высоких скоростях. (200 миль в час) Их может быть сколько угодно 4,000 из этих крошечных волокон сделать одну нить. Затем эти нити собираются в пучки., называемые нити. Их скрепляют специальным связующим или проклейкой..
Ровинги с несколькими концами состоят из множества отдельных нитей, которые можно нарезать и случайным образом уложить в полимерную матрицу.. Такие процессы, как напыление листовой формовочной массы, использовать многосторонний ровинг. Намотка нитей и пултрузия также могут использовать многосторонние ровницы..
В процессах, в которых используется однонаправленное армирование, такое как намотка нитью или пултрузия, будет использоваться односторонняя ровница.. Этот продукт состоит из множества отдельных нитей, намотанных в одну нить..
Другие коррозионно-активные материалы
Поверхностные вуали
Вуаль — это легкий нетканый материал, который используется в производстве армированных волокном пластиков.. Нетканые вуали (также известный как маты или ткани) часто используются для создания коррозионных барьеров в композитных резервуарах, трубы, воздуховоды, стеки гриппа, арматура, и корпуса насосов/клапанов. Нетканые вуали обычно изготавливаются из C-стекловолокна., углеродное или другое синтетическое волокно.
Использование вуали препятствует образованию микротрещин на композитных поверхностях.. Для высококоррозионных сред, эти вуали обычно изготавливаются из C-стекла или углеродного волокна..
Завеса может придать детали из FRP следующие характеристики или свойства.:
Улучшенный внешний вид и профиль поверхности
повышенная коррозионная стойкость и срок службы
Улучшенная стойкость к истиранию и ударопрочность
Улучшенные характеристики теплового удара
Улучшенный износ красителя и уменьшенное тяговое усилие при пултрузии.
Предотвратить выцветание подстилающего стекла выветрившихся деталей из стеклопластика на поверхность
Служить блокировщиком печати нижележащих подкреплений
Обеспечивают электропроводность
Углеродные вуали
Углеродные вуали обеспечивают повышенную химическую стабильность, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что он также является электропроводным. Углеродные завесы используются в композитных конструкциях для заземления., минимизировать накопление статического электричества. Рассеивание статического электричества особенно важно в композитных резервуарах и трубах, которые перекачивают взрывоопасные жидкости и газы..
ядра
Сэндвич-композит состоит из очень легкого материала, помещенного между двумя слоями композита.. Материал в центре называется ядром., в то время как композитные слои называются скинами. В сэндвич-конструкции (материал сердцевины, облицованный с каждой стороны армирующей оболочкой из стекла/смолы) обеспечивает большую механическую прочность и жесткость, фунт за фунтом, чем любой другой структурный вариант, независимо от используемых материалов. В дальнейшем, большое разнообразие доступных типов основного материала, от бальзы до пенопластов и сот, обеспечивает широкий спектр плотностей материалов, геометрия, варианты обработки, затраты и физические характеристики.
Существует четыре основных основных материала, широко используемых в коррозионных приложениях.: торцовая бальза, стирол акрилонитрил (САН) мыло, поливинил хлорид (ПВХ) пенопласт и полиэтилентерефталат (ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ) мыло. Бальза с торцевыми волокнами популярна, потому что она недорогая, а ее «сотовая» структура торцевых волокон обеспечивает надежные механические свойства. Механические свойства бальзы в основном определяются ее структурой торцевых волокон.. Сердечники из САН и ПВХ менее плотные, чем из бальзы. (о 4 фунт/фут³), но обычно дороже. И САН, и ПВХ представляют собой термореактивные составы, обеспечивающие структурную поддержку.. ПЭТ в качестве структурной пены требует немного более высокой плотности, чтобы соответствовать механической прочности и жесткости САН и ПВХ., и значительно более высокая плотность, чтобы соответствовать бальзе.
Некоторые материалы сердцевины обеспечивают лучшие механические свойства, но добавить дополнительные расходы на лезвия. Существуют экономичные основные материалы, которым не хватает механической прочности.. Эти переменные требуют тщательного анализа спецификаций и требований к характеристикам детали.. Основные материалы также могут быть специфичными для процесса, Например, соты не поддаются настаиванию.