복합재료의 원료로는 수지, 섬유, 심재 등이 있다.다양한 선택이 가능하며 각 재료마다 고유한 강도, 강성, 인성 및 열 안정성이 있으며 비용과 출력도 다릅니다.
그러나 전체적으로 복합 재료의 최종 성능은 수지 매트릭스 및 섬유(및 샌드위치 구조의 코어 재료)와 관련이 있을 뿐만 아니라 구조 재료의 설계 방법 및 제조 공정과 밀접한 관련이 있습니다. .
이 기사에서는 일반적으로 사용되는 복합 제조 방법, 각 방법의 주요 영향 요인 및 다양한 공정에 대한 원료 선택 방법을 소개합니다.
방법 설명:촙드 섬유강화재와 수지계를 동시에 금형에 분사한 후 상압에서 경화시켜 열경화성 복합제품을 성형하는 성형공정.
재료 선택:
수지: 주로 폴리에스터
섬유: 거친 유리 섬유 털실
심재: 없음, 라미네이트와 별도로 결합해야 함
주요 이점:
1) 장인 정신은 오랜 역사를 가지고 있습니다.
2) 저비용, 빠른 섬유 및 수지 부설
3) 낮은 금형 비용
주요 단점:
1) 적층판은 수지부화영역 형성이 용이하고 중량이 상대적으로 높다.
2) 절단된 섬유만 사용할 수 있어 라미네이트의 기계적 특성이 심각하게 제한됩니다.
3) 분무가 용이하기 위해서는 복합재료의 기계적, 열적 특성을 상실할 정도로 수지의 점도가 낮아야 한다.
4) 스프레이 수지의 스티렌 함량이 높다는 것은 작업자에게 잠재적인 위험이 높다는 것을 의미하며, 점도가 낮다는 것은 수지가 직원의 작업복에 쉽게 침투하여 피부에 직접 닿는다는 것을 의미합니다.
5) 공기 중에 휘발되는 스티렌의 농도가 법적 요건을 충족하기 어렵다.
전형적인 신청:
간단한 펜싱, 컨버터블 차체, 트럭 페어링, 욕조 및 소형 보트와 같은 저하중 구조 패널
방법 설명:수지로 섬유를 수동으로 함침시킵니다.섬유는 직조, 편조, 재봉 또는 접착으로 보강할 수 있습니다.핸드 레이업은 일반적으로 롤러나 브러시로 수행한 다음 고무 롤러로 수지를 압착하여 섬유를 관통합니다.라미네이트를 상압 하에서 경화시켰다.
재료 선택:
수지: 요구 사항 없음, 에폭시, 폴리에스테르, 폴리비닐 에스테르, 페놀 수지 허용
Fiber : 필요없으나 평량이 큰 Aramid 섬유는 Hand Lay-up으로 침투하기 어려움
핵심 재료: 요구 사항 없음
주요 이점:
1) 장인 정신은 오랜 역사를 가지고 있습니다.
2) 배우기 쉽다
3) 상온 경화 수지를 사용하면 금형 비용이 저렴하다.
4) 재료 및 공급업체의 다양한 선택
5) 높은 섬유 함량, 사용되는 섬유는 분무 공정보다 길다.
주요 단점:
1) 수지 혼합, 수지 함량 및 라미네이트의 품질은 작업자의 숙련도와 밀접한 관련이 있어 수지 함량이 낮고 다공성이 낮은 라미네이트를 얻기가 어렵습니다.
2) 수지의 건강 및 안전 위험.핸드 레이업 수지의 분자량이 낮을수록 잠재적인 건강 위협이 커집니다.점도가 낮을수록 레진이 작업자의 작업복에 침투하여 피부에 직접 닿기 쉬움
3) 통풍이 잘 되는 설비가 설치되어 있지 않으면 폴리에스터와 폴리비닐에스터에서 휘발된 스티렌이 공기 중으로 농축되어 법적 요건을 충족하기 어렵습니다.
4) 핸드 레이업 수지의 점도가 매우 낮아야 하므로 스티렌이나 기타 용매의 함량이 높아야 복합재료의 기계적/열적 특성을 잃게 된다.
일반적인 애플리케이션:표준 풍력 터빈 블레이드, 양산 보트, 건축 모형
방법 설명:진공 백 공정은 위에서 언급 한 핸드 레이 업 공정의 확장입니다. 즉, 플라스틱 필름 층이 몰드에 밀봉되어 핸드 레이드 라미네이트를 진공화하고 라미네이트에 대기압을 가하여 달성합니다. 배기 및 압축의 효과.복합 재료의 품질을 향상시킵니다.
재료 선택:
수지: 주로 에폭시 및 페놀수지, 폴리에스테르 및 폴리비닐 에스테르는 진공 펌프로 휘발되는 스티렌을 함유하고 있기 때문에 적합하지 않습니다.
섬유: 요구 사항 없음, 기본 중량이 큰 섬유도 압력 하에서 습윤될 수 있음
핵심 재료: 요구 사항 없음
주요 이점:
1) 표준 핸드 레이업 공정보다 높은 섬유 함량 달성 가능
2) 공극률이 표준 핸드 레이업 공정보다 낮다.
3) 음압 조건에서 수지의 전체 흐름은 섬유의 젖음 정도를 향상시킵니다.물론 수지의 일부는 진공 소모품에 의해 흡수됩니다.
4) 건강 및 안전: 진공 백 공정은 경화 중 휘발성 물질의 방출을 줄일 수 있습니다.
주요 단점:
1) 추가 공정으로 인해 인건비 및 일회용 진공백 재료비 증가
2) 운영자에 대한 더 높은 기술 요구 사항
3) 수지 혼합 및 수지 함량의 제어는 작업자의 숙련도에 크게 좌우됩니다.
4) 진공 백은 휘발성 물질의 방출을 감소시키지만 작업자의 건강 위협은 여전히 주입 또는 프리프레그 공정보다 높습니다.
일반적인 애플리케이션:대형 1회 한정 요트, 경주용 자동차 부품, 조선 핵심소재 접착
Deyang Yaosheng 복합 재료 Co., Ltd.다양한 유리섬유 제품을 생산하는 전문기업입니다.이 회사는 주로 유리 섬유 로빙, 유리 섬유 다진 스트랜드 매트, 유리 섬유 천/로빙 패브릭/해양 천 등을 생산합니다. 저희에게 연락 주시기 바랍니다.
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방법 설명:와인딩 공정은 기본적으로 파이프 및 탱크와 같은 중공, 원형 또는 타원형 구조 부품을 제조하는 데 사용됩니다.섬유 다발에 수지를 함침시킨 후 여러 방향으로 맨드릴에 감아 와인딩 머신과 맨드릴 속도로 공정을 제어합니다.
재료 선택:
수지: 에폭시, 폴리에스테르, 폴리비닐 에스테르 및 페놀 수지 등과 같은 요구 사항 없음.
섬유: 요구 사항 없음, 크릴의 섬유 번들을 직접 사용, 섬유 천으로 짜거나 바느질할 필요 없음
코어 소재: 요구 사항은 없지만 스킨은 일반적으로 단일 레이어 복합 소재입니다.
주요 이점:
1) 생산속도가 빠르고 경제적이고 합리적인 축성방식이다.
2) 수지 탱크를 통과하는 섬유 다발에 함유된 수지의 양을 측정하여 수지 함량을 제어할 수 있습니다.
3) 섬유 비용 최소화, 중간 직조 공정 없음
4) 선형 섬유 다발을 다양한 하중 방향으로 포설할 수 있어 구조적 성능이 우수하다.
주요 단점:
1) 이 공정은 원형 중공 구조로 제한됩니다.
2) 섬유가 부품의 축 방향을 따라 정확하게 배열되기가 쉽지 않습니다.
3) 대형 구조 부품의 맨드릴 수 금형 비용이 상대적으로 높습니다.
4) 구조물의 외면이 금형면이 아니므로 미관이 나쁘다.
5) 저점도 수지 사용시 화학적 성능 및 보건안전성능에 주의가 필요하다.
일반적인 애플리케이션:화학 물질 저장 탱크 및 전달 파이프, 실린더, 소방관 호흡 탱크
방법 설명:크릴에서 인출된 섬유 다발은 침지되어 열판을 통과하고 수지가 열판의 섬유에 침투하여 수지 함량이 조절되고 마지막으로 재료가 필요한 모양으로 경화됩니다.다양한 길이로 기계적으로 절단된 형태 고정형 경화물입니다.섬유는 0도 이외의 방향으로도 열판에 들어갈 수 있습니다.
Pultrusion은 연속 생산 공정이며 제품의 단면은 일반적으로 고정된 모양을 가지므로 약간의 변화가 허용됩니다.핫플레이트를 통과한 프리웨트 재료를 고정하고 금형에 펴서 즉시 경화시킵니다.이 프로세스는 연속성이 좋지 않지만 단면 모양을 변경할 수 있습니다.
재료 선택:
수지: 일반적으로 에폭시, 폴리에스테르, 폴리비닐 에스테르 및 페놀 수지 등
섬유: 요구 사항 없음
핵심 재료: 일반적으로 사용되지 않음
주요 이점:
1) 생산 속도가 빠르고 재료를 미리 적셔 경화시키는 경제적이고 합리적인 방법입니다.
2) 수지 함량의 정밀한 제어
3) 섬유 비용 최소화, 중간 직조 공정 없음
4) 섬유다발이 일직선으로 배열되어 섬유체적분율이 높아 구조적 성능이 우수하다.
5) 섬유 침투 부위를 완전히 밀봉하여 휘발성 물질의 방출을 줄일 수 있습니다.
주요 단점:
1) 이 과정은 단면 형상을 제한합니다.
2) 가열판의 비용이 상대적으로 높다.
일반적인 애플리케이션:주택 구조, 교량, 사다리 및 울타리용 빔 및 트러스
6. 수지 이송 성형(RTM)
방법 설명:하부 금형에 마른 섬유를 깔고 섬유가 금형의 모양에 최대한 맞도록 미리 압력을 가한 후 접합하는 단계;그런 다음 상부 금형을 하부 금형에 고정하여 캐비티를 형성한 다음 금형 캐비티에 수지를 주입합니다.
진공 보조 수지 주입 및 섬유 침투, 즉 진공 보조 수지 주입 공정(VARI)이 일반적으로 사용됩니다.섬유 침투가 완료되면 수지 도입 밸브가 닫히고 복합재가 경화됩니다.수지 주입 및 경화는 실온 또는 가열 조건에서 수행할 수 있습니다.
재료 선택:
수지: 일반적으로 에폭시, 폴리에스테르, 폴리비닐 에스테르 및 페놀 수지, 비스말레이미드 수지는 고온에서 사용할 수 있습니다.
섬유: 요구 사항 없음.섬유 번들 갭이 수지 전달을 용이하게 하기 때문에 스티칭된 섬유가 이 공정에 더 적합합니다.수지 흐름을 촉진하기 위해 특별히 개발된 섬유가 있습니다.
코어 재료: 허니컴 셀이 수지로 채워지고 압력으로 인해 폼이 붕괴되기 때문에 허니컴 폼은 적합하지 않습니다.
주요 이점:
1) 높은 섬유 부피 분율 및 낮은 다공성
2) 수지가 완전히 밀봉되어 있어 건강하고 안전하며 작업환경이 깨끗하고 깔끔하다.
3) 노동력 사용 감소
4) 구조부의 상하가 금형면으로 되어 있어 후속 표면처리가 용이하다.
주요 단점:
1) 함께 사용되는 금형은 고가이며, 더 큰 압력을 견디기 위해 무겁고 상대적으로 번거롭다.
2) 소형 부품 제조에 한함
3) 젖지 않는 부분이 나타나기 쉬우므로 많은 양의 스크랩이 발생합니다.
일반적인 애플리케이션:작고 복잡한 우주 왕복선 및 자동차 부품, 기차 좌석
7. 기타 관류 과정 – SCRIMP, RIFT, VARTM 등
방법 설명:RTM 공정과 유사한 방법으로 마른 섬유를 깔고 이형천과 배수망을 깔아줍니다.레이업이 완료된 후 진공 백으로 완전히 밀봉하고 진공이 일정 요구 사항에 도달하면 전체 레이 업 구조에 수지를 도입합니다.라미네이트의 수지 분포는 가이드 네트를 통해 수지 흐름을 안내하여 달성되며 최종적으로 건조 섬유는 위에서 아래로 완전히 침투됩니다.
재료 선택:
수지: 보통 에폭시, 폴리에스터, 폴리비닐 에스테르 수지
섬유: 모든 일반 섬유.섬유 번들 갭이 수지 전달 속도를 높이므로 스티칭된 섬유가 이 공정에 더 적합합니다.
심재: 허니컴 폼 적용 불가
주요 이점:
1) RTM 공정과 동일하나 한쪽 면만 금형면임
2) 금형의 한쪽은 진공 백으로 금형 비용을 크게 절감하고 금형이 압력을 견딜 필요가 없습니다.
3) 대형 구조 부품은 섬유 부피 분율이 높고 다공성이 낮을 수도 있습니다.
4) 표준 수동 적층 공정 금형을 수정 후 이 공정에 사용할 수 있습니다.
5) 샌드위치 구조를 한 번에 성형할 수 있다.
주요 단점:
1) 대형 구조물의 경우 상대적으로 공정이 복잡하고 보수를 피할 수 없다.
2) 수지의 점도가 매우 낮아야 하므로 기계적 특성도 저하됩니다.
3) 젖지 않는 부분이 나타나기 쉬우므로 많은 양의 스크랩이 발생합니다.
일반적인 애플리케이션:소형 보트, 기차 및 트럭용 차체 패널, 풍력 터빈 블레이드의 시작 생산
방법 설명:상기 섬유 또는 섬유포는 촉매가 포함된 수지를 소재 제조사에서 미리 함침시키고 제조방법은 고온 고압법 또는 용제 용해법이다.촉매는 상온에서 잠재되어 있어 상온에서 몇 주 또는 몇 달의 저장 수명을 제공합니다.냉장보관하면 유통기한을 연장할 수 있습니다.
프리프레그는 손이나 기계로 금형의 표면에 놓은 다음 진공 백으로 덮고 120-180°C로 가열할 수 있습니다.가열 후 수지가 다시 흐르고 결국 경화될 수 있습니다.오토클레이브를 사용하여 일반적으로 최대 5기압까지 재료에 추가 압력을 가할 수 있습니다.
재료 선택:
수지: 일반적으로 에폭시, 폴리에스테르, 페놀 수지, 폴리이미드, 시아네이트 에스테르 및 비스말레이미드와 같은 고온 내성 수지도 사용할 수 있습니다.
섬유: 요구 사항 없음.섬유 다발 또는 섬유 천을 사용할 수 있습니다.
코어 재료: 요구 사항은 없지만 발포체는 고온 및 고압에 대한 내성이 필요합니다.
주요 이점:
1) 수지 대 경화제 및 수지 함량의 비율은 공급자가 정확하게 설정하므로 섬유 함량이 높고 다공성이 낮은 라미네이트를 얻는 것이 매우 쉽습니다.
2) 소재의 보건 및 안전 특성이 우수하고 작업 환경이 깨끗하여 자동화 및 인건비 절감 가능성이 있음
3) 단방향 소재 섬유의 원가를 최소화하고, 섬유를 천으로 직조하는 중간 공정이 필요하지 않음
4) 제조공정상 점도가 높고 습윤성이 우수하며 기계적 및 열적 특성이 최적화된 수지가 요구됨
5) 상온에서의 작업시간 연장으로 구조적 최적화 및 복잡한 형상의 적층도 용이함
6) 자동화 및 인건비 절감 가능성
주요 단점:
1) 재료비가 상승하지만 적용요건 충족을 위해 불가피한 경우
2) 경화를 완료하기 위해서는 오토클레이브가 필요하여 비용이 많이 들고 작업시간이 길며 크기의 제약이 있다.
3) 금형은 높은 공정 온도를 견뎌야 하며 코어 재료는 동일한 요구 사항을 갖습니다.
4) 두꺼운 부품의 경우 프리프레그를 적층할 때 층간 기포를 제거하기 위해 사전 진공이 필요합니다.
일반적인 애플리케이션:우주 왕복선 구조 부품(예: 날개 및 꼬리), F1 경주용 자동차
9. 프리프레그 – 비오토클레이브 공정
방법 설명:저온 경화 프리프레그 제조 공정은 오토클레이브 프리프레그와 정확히 동일하지만 차이점은 수지의 화학적 특성으로 인해 60-120°C에서 경화된다는 것입니다.
저온 60°C 양생의 경우 재료의 작업 시간은 단 1주일입니다.고온 촉매(>80°C)의 경우 작업 시간이 몇 달에 이를 수 있습니다.레진 시스템의 유동성으로 인해 오토클레이브를 사용하지 않고 진공 백만 사용하여 경화할 수 있습니다.
재료 선택:
수지: 일반적으로 에폭시 수지만
섬유: 요구 사항 없음, 기존 프리프레그와 동일
코어 재질: 요구 사항은 없지만 표준 PVC 폼을 사용할 때 특별한 주의를 기울여야 합니다.
주요 이점:
1) 전통적인 오토클레이브 프리프레그의 모든 장점을 가지고 있습니다. ((i.))-((vi.))
2) 양생온도가 낮아 목재와 같은 금형재료가 저렴하다.
3) 대형 구조 부품의 제조 공정이 단순화되어 진공 백을 가압하고 오븐의 뜨거운 공기를 순환시키거나 금형 자체의 뜨거운 공기 가열 시스템을 순환시켜 경화 요구 사항을 충족하기만 하면 됩니다.
4) 일반적인 폼 재료도 사용할 수 있으며 프로세스가 더 성숙합니다.
5) 오토클레이브에 비해 에너지 소비량이 적다.
6) 첨단 기술은 우수한 치수 정확도와 반복성을 보장합니다.
주요 단점:
1) 수지 비용은 항공우주 프리프레그보다 낮지만 재료 비용은 여전히 건조 섬유보다 높습니다.
2) 금형은 인퓨전 공정보다 높은 온도(80-140°C)를 견뎌야 합니다.
일반적인 애플리케이션:고성능 풍력 터빈 블레이드, 대형 경주용 보트 및 요트, 구조 항공기, 기차 부품
10. semi-preg SPRINT/빔 prepreg SparPreg의 무오토클레이브 공정
방법 설명:두꺼운 구조물(>3mm)에 프리프레그를 사용할 경우 경화 과정에서 층간 또는 중첩 층간 기포 배출이 어렵다.이러한 어려움을 극복하기 위해 축성공정에 사전진공법을 도입하였지만, 공정시간이 대폭 늘어났다.
최근 몇 년 동안 Gurit는 특허 기술을 통해 일련의 개선된 프리프레그 제품을 출시하여 고품질(낮은 다공성) 두꺼운 라미네이트를 단일 단계 공정으로 완성할 수 있게 했습니다.semi-preg SPRINT는 수지 필름 샌드위치 구조의 층을 샌드위치하는 두 개의 건조 섬유 층으로 구성됩니다.재료를 금형에 넣은 후 수지가 가열되어 섬유를 부드럽게 하고 적시기 전에 진공 펌프가 공기를 완전히 배출할 수 있습니다.응고.
빔 프리프레그 SparPreg는 진공 상태에서 경화될 때 결합된 2겹 재료에서 기포를 쉽게 제거할 수 있는 개선된 프리프레그입니다.
재료 선택:
수지: 주로 에폭시 수지, 기타 수지도 사용 가능
섬유: 요구 사항 없음
심재 : 대부분이지만 표준 PVC 발포체 사용시 고온에 특별한 주의를 기울여야 함
주요 이점:
1) 더 두꺼운 부품(100mm)의 경우 높은 섬유 부피 분율과 낮은 다공성을 여전히 정확하게 얻을 수 있습니다.
2) 수지계의 초기상태가 견고하고 고온경화 후 성능이 우수하다.
3) 저가의 고평량 섬유포(예: 1600g/m2) 사용 가능, 레이업 속도 증가, 제조원가 절감
4) 공정이 매우 진보하고 작업이 간단하며 수지 함량이 정밀하게 제어됩니다.
주요 단점:
1) 수지 비용은 항공우주 프리프레그보다 낮지만 재료 비용은 여전히 건조 섬유보다 높습니다.
2) 금형은 인퓨전 공정보다 높은 온도(80-140°C)를 견뎌야 합니다.
일반적인 애플리케이션:고성능 풍력 터빈 블레이드, 대형 경주용 보트 및 요트, 구조 항공기
게시 시간: 2022년 12월 13일
