תהליך יצירת חומר מרוכב נפוץ ביותר! מצורף חומרים עיקריים ומבוא ליתרונות וחסרונות

יש מבחר רחב של חומרי גלם לחומרים מרוכבים, כולל שרפים, סיבים וחומרי ליבה, ולכל חומר תכונות ייחודיות משלו של חוזק, קשיחות, קשיחות ויציבות תרמית, עם עלויות ותפוקות משתנות. עם זאת, הביצועים הסופיים של חומר מרוכב בכללותו אינם קשורים רק למטריצת השרף ולסיבים (כמו גם לחומר הליבה במבנה חומר סנדוויץ'), אלא גם קשורים קשר הדוק לשיטת התכנון ותהליך הייצור של החומרים במבנה. במאמר זה נציג את שיטות הייצור הנפוצות לחומרים מרוכבים, את גורמי ההשפעה העיקריים של כל שיטה וכיצד נבחרים חומרי גלם לתהליכים שונים.

יציקה בהתזה
1, תיאור השיטה: חומר חיזוק סיבים קצרים ומערכת שרף מרוססים בו זמנית בתבנית, ולאחר מכן מתרפאים תחת לחץ אטמוספרי לתוצרת מרוכבת תרמוסטית בתהליך יציקה.
2. בחירת חומרים:
שרף: בעיקר פוליאסטר
סיבים: חוט סיבי זכוכית גסים
חומר ליבה: אין, צריך להיות משולב עם דיקט בלבד
3. יתרונות עיקריים:
1) היסטוריה ארוכה של אומנות
2) פריסה מהירה וקלה של סיבים ושרף
3) עלות עובש נמוכה
4, החסרונות העיקריים:
1) דיקט קל ליצירת אזור עשיר בשרף, משקל גבוה
2) ניתן להשתמש רק בסיבים קצרי גזרה, דבר המגביל באופן משמעותי את התכונות המכניות של דיקט.
3) על מנת להקל על הריסוס, צמיגות השרף צריכה להיות נמוכה מספיק, מה שאובד את התכונות המכניות והתרמיות של החומר המרוכב.
4) תכולת הסטירן הגבוהה של שרף הריסוס משמעותה סכנה פוטנציאלית גבוהה למפעיל, והצמיגות הנמוכה משמעותה שהשרף יכול לחדור בקלות לבגדי העבודה של העובד ולבוא במגע ישיר עם העור.
5) ריכוז הסטירן הנדיף באוויר קשה לעמוד בדרישות החוק.
5. יישומים אופייניים:
גידור פשוט, לוחות מבניים בעלי עומס נמוך כגון מרכבי מכוניות עם גג נפתח, חיפויי משאיות, אמבטיות וסירות קטנות.

יציקת יד
1, תיאור השיטה: החדרת השרף ידנית לסיבים, ניתן לארוג, לקלוע, לתפור או לחבר את הסיבים בשיטות חיזוק אחרות, יציקת שכבה ידנית מתבצעת בדרך כלל באמצעות רולים או מברשות, ולאחר מכן השרף נלחץ בעזרת רולר דבק כדי לחדור לתוך הסיבים. דיקט מופעל תחת לחץ רגיל להתקשות.
2. בחירת חומרים:
שרף: אין דרישה, אפוקסי, פוליאסטר, אסטר מבוסס פוליאתילן, שרפים פנוליים זמינים
סיבים: אין דרישות, אך משקל הבסיס של סיבי הארמיד הגדולים יותר קשה לחדור לתוך השכבה המונחת ביד
חומר ליבה: אין דרישה
3, היתרונות העיקריים:
1) היסטוריה ארוכה של טכנולוגיה
2) קל ללמידה
3) עלות עובש נמוכה אם משתמשים בשרף ריפוי בטמפרטורת החדר
4) מבחר רחב של חומרים וספקים
5) תכולת סיבים גבוהה, סיבים ארוכים יותר בשימוש מאשר תהליך ריסוס
4, חסרונות עיקריים:
1) ערבוב שרף, תכולת שרף הלמינציה ואיכותה קשורים קשר הדוק למיומנותו של המפעיל, קשה להשיג תכולת שרף נמוכה ונקבוביות נמוכה של הלמינציה.
2) סכנות בריאותיות ובטיחותיות של שרף, ככל שמשקל המולקולרי של שרף הנחת הידיים נמוך יותר, כך גדל הסיכון הבריאותי הפוטנציאלי, ככל שהצמיגות נמוכה יותר פירושה שהשרף נוטה יותר לחדור לבגדי העבודה של העובדים וכך לבוא במגע ישיר עם העור.
3) אם לא מותקן אוורור טוב, קשה לעמוד בדרישות החוק בריכוז הסטירן המתאדה מאסטרים מבוססי פוליאסטר ופוליאתילן לאוויר.
4) צמיגות השרף המודבק ידנית צריכה להיות נמוכה מאוד, ולכן תכולת הסטירן או ממסים אחרים חייבת להיות גבוהה, ובכך תאבד את התכונות המכניות/תרמיות של החומר המרוכב.
5) יישומים אופייניים: להבי טורבינות רוח סטנדרטיים, סירות המיוצרות בייצור המוני, מודלים אדריכליים.

תהליך אריזה בשקיות ואקום
1. תיאור השיטה: תהליך איטום בשקית ואקום הוא הרחבה של תהליך האריזה הידנית הנ"ל, כלומר איטום שכבת סרט פלסטיק על התבנית יהיה אריזה ידנית של דיקט בוואקום, הפעלת לחץ אטמוספרי על הדיקט כדי להשיג את אפקט המתיחה והידוק, על מנת לשפר את איכות החומר המרוכב.
2. בחירת חומרים:
שרף: בעיקר שרפים אפוקסי ופנוליים, אסטר מבוסס פוליאסטר ופוליאתילן אינו רלוונטי, מכיוון שהם מכילים סטירן, מה שגורם להתנדפות לתוך משאבת הוואקום.
סיבים: אין דרישה, גם אם משקל הבסיס של הסיבים הגדולים יותר יכול להסתנן תחת לחץ
חומר ליבה: אין דרישה
3. יתרונות עיקריים:
1) ניתן להשיג תכולת סיבים גבוהה יותר מאשר תהליך הנחת יד סטנדרטי
2) יחס החללים נמוך יותר מתהליך הנחת היד הסטנדרטי.
3) תחת לחץ שלילי, השרף זורם מספיק כדי לשפר את מידת חדירת הסיבים, כמובן, חלק מהשרף ייספג על ידי חומרי הוואקום המתכלים.
4) בריאות ובטיחות: תהליך אריזה בוואקום יכול להפחית את שחרור החומרים הנדיפים במהלך תהליך הריפוי
4, חסרונות עיקריים:
1) תהליך נוסף מגדיל את עלות העבודה וחומר שקית הוואקום החד פעמית
2) דרישות מיומנות גבוהות יותר עבור מפעילים
3) ערבוב שרף ובקרה על תכולת השרף תלויים במידה רבה במיומנות המפעיל
4) למרות ששקיות ואקום מפחיתות את שחרור החומרים הנדיפים, הסיכון הבריאותי למפעיל עדיין גבוה יותר מזה של תהליך העירוי או הפרפרג.
5, יישומים אופייניים: יאכטות גדולות, מהדורה מוגבלת אחת, חלקי מכוניות מרוץ, תהליך בניית ספינות של חיבור חומר הליבה.

יציקת מתפתל
1. תיאור השיטה: תהליך הליפוף משמש בעיקרו לייצור חלקים מבניים חלולים, עגולים או אליפסים כגון צינורות ותעלות. צרורות הסיבים ספוגים בשרף ולאחר מכן נלפפים על גבי מנדל בכיוונים שונים. התהליך נשלט על ידי מכונת הליפוף ומהירות המנדל.
2. בחירת חומרים:
שרף: אין דרישה, כגון אפוקסי, פוליאסטר, אסטר מבוסס פוליאתילן ושרף פנולי וכו'.
סיבים: אין דרישות, שימוש ישיר בחבילות סיבים של מסגרת הסליל, אין צורך לארוג או לתפור ארוג בבד הסיבים
חומר ליבה: אין דרישה, אך הקליפה היא בדרך כלל חומר מרוכב בעל שכבה אחת
3. היתרונות העיקריים:
(1) מהירות ייצור מהירה, היא דרך חסכונית וסבירה של layups
(2) ניתן לשלוט בתכולת השרף על ידי מדידת כמות השרף הנישאת על ידי צרורות הסיבים העוברים דרך חריץ השרף.
(3) עלות סיבים ממוזערת, ללא תהליך אריגה ביניים
(4) ביצועים מבניים מצוינים, מכיוון שניתן להניח את צרורות הסיבים הליניאריים לאורך כיווני נשיאת עומס שונים
4. חסרונות עיקריים:
(1) התהליך מוגבל למבנים חלולים עגולים.
(2) הסיבים אינם מסודרים בקלות ובדייקנות לאורך הכיוון הצירי של הרכיב
(3) עלות גבוהה יותר של יציקה חיובית של מנדרל עבור חלקים מבניים גדולים
(4) המשטח החיצוני של המבנה אינו משטח עובש, ולכן האסתטיקה גרועה יותר
(5) בעת שימוש בשרף בעל צמיגות נמוכה, יש לשים לב לתכונות מכניות ולביצועי הבריאות והבטיחות.
יישומים אופייניים: מיכלי וצינורות אחסון כימיים, צילינדרים, מיכלי נשימה של כבאים.

יציקת פולטרוזיה
1. תיאור השיטה: ממחזיק הסליל נמשכים צרור סיבים ספוג בדבק דרך לוח החימום, בלוח החימום משלימים את חדירת השרף לסיבי החימום, ושולטים בתכולת השרף, ובסופו של דבר החומר יירפא לצורה הנדרשת; צורה זו של המוצר הנרפא נחתכת מכנית לאורכים שונים. הסיבים יכולים להיכנס ללוח החם גם בכיוונים אחרים מלבד 0 מעלות. שחול ויציקה מתיחה הם תהליך ייצור רציף וחתך הרוחב של המוצר בדרך כלל בעל צורה קבועה, המאפשר שינויים קלים. החומר הרטוב מראש עובר דרך לוח החימום ויפורש מיד לתוך התבנית וייבש. למרות שתהליך כזה פחות רציף, ניתן להשיג שינוי צורת חתך הרוחב.
2. בחירת חומרים:
שרף: בדרך כלל אפוקסי, פוליאסטר, אסטר מבוסס פוליאתילן ושרף פנולי וכו'.
סיבים: אין דרישה
חומר ליבה: לא בשימוש נפוץ
3. יתרונות עיקריים:
(1) מהירות ייצור מהירה, היא דרך חסכונית וסבירה להרטבה מוקדמת וריפוי חומרים
(2) שליטה מדויקת בתכולת השרף
(3) מזעור עלויות הסיבים, ללא תהליך אריגה ביניים
(4) תכונות מבניות מצוינות, מכיוון שצרורות הסיבים מסודרים בקווים ישרים, שבר נפח הסיבים גבוה
(5) ניתן לאטום לחלוטין את אזור חדירת הסיבים כדי להפחית את שחרור החומרים הנדיפים
4. החסרונות העיקריים:
(1) התהליך מגביל את צורת החתך
(2) עלות גבוהה יותר של פלטת חימום
5. יישומים אופייניים: קורות ומסבכים של מבני דיור, גשרים, סולמות וגדרות.

תהליך יציקת העברת שרף (RTM)
1. תיאור השיטה: סיבים יבשים מונחים בתבנית התחתונה, אשר ניתן להפעיל לחץ מראש כדי להתאים את הסיבים לצורת התבנית ככל האפשר ולהיות דביקים; לאחר מכן, התבנית העליונה מקובעת על התבנית התחתונה ליצירת חלל, ולאחר מכן מוזרק השרף לחלל. הזרקת שרף בסיוע ואקום והחדרת הסיבים, המכונה הזרקת שרף בסיוע ואקום (VARI), נפוצה. לאחר השלמת חדירת הסיבים, שסתום הכנסת השרף נסגר והחומר המרוכב מתקשה. הזרקת שרף והקשייה יכולים להתבצע בטמפרטורת החדר או בתנאי חום.
2. בחירת חומרים:
שרף: בדרך כלל אפוקסי, פוליאסטר, פוליוויניל אסטר ושרף פנולי, ניתן להשתמש בשרף ביסמלאימיד בטמפרטורה גבוהה
סיבים: אין דרישה. סיבים תפורים מתאימים יותר לתהליך זה, מכיוון שהרווח בין צרורות הסיבים תורם להעברת שרף; ישנם סיבים שפותחו במיוחד שיכולים לקדם זרימת שרף.
חומר ליבה: קצף תאי אינו מתאים, מכיוון שתאי חלת הדבש יתמלאו בשרף, והלחץ יגרום גם לקצף לקרוס.
3. היתרונות העיקריים:
(1) שבר נפח סיבים גבוה יותר, נקבוביות נמוכה
(2) בריאות ובטיחות, סביבת פעולה נקייה ומסודרת מכיוון שהשרף אטום לחלוטין.
(3) צמצום השימוש בכוח אדם
(4) הצדדים העליונים והתחתונים של החלקים המבניים הם משטחים יצוקים, דבר שקל לטפל בהם לאחר מכן.
4. חסרונות עיקריים:
(1) התבניות המשמשות יחד הן יקרות, כבדות ומגושמות יחסית על מנת לעמוד בלחץ גדול יותר.
(2) מוגבל לייצור חלקים קטנים
(3) אזורים לא רטובים עלולים להיווצר בקלות, וכתוצאה מכך נוצר מספר רב של גרוטאות
5. יישומים אופייניים: מעבורות חלל קטנות ומורכבות וחלקי רכב, מושבי רכבת.