| Тип структуры | Характеристика | Длина волокон | Основное применение |
|---|---|---|---|
| Стекломат рубленый (CSM) | Случайно ориентированные короткие волокна с эмульсионным или порошковым связующим | 25-50 мм | Ручная выкладка, компрессионное формование, вакуумная инфузия |
| Стекломат непрерывный (CFM) | Непрерывные волокна в виде завихрений с химическим связующим | Непрерывные | RTM, компрессионное формование, пултрузия |
| Ровинг для напыления | Непрерывные нити, рубятся в процессе нанесения | 10-40 мм (после рубки) | Метод напыления (spray-up) |
| Тканый ровинг | Двунаправленное плетение из толстых жгутов волокон | Непрерывные | Ручная выкладка, вакуумная инфузия |
| Комбинированная ткань | Сочетание тканого ровинга и стекломата CSM | Комбинированная | Ускоренная ручная выкладка, многослойное ламинирование |
| Плотность (г/м²) | Толщина мата (мм) | Содержание связующего (%) | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| 100 | 0,25-0,35 | 10,5 ± 3 | Поверхностные слои, тонкие ламинаты |
| 225 | 0,35-0,55 | 4,5 ± 3 | Сантехника, корпуса лодок, авто панели |
| 300 | 0,50-0,70 | 4,0 ± 3 | Универсальное применение, строительные панели |
| 450 | 0,70-1,00 | 3,7 ± 3 | Усиленные конструкции, корпуса судов, резервуары |
| 600 | 0,90-1,20 | 3,5 ± 3 | Толстостенные изделия, градирни, кровельные панели |
| 900 | 1,30-1,80 | 3,3 ± 3 | Высоконагруженные конструкции, промышленные емкости |
| Метод формования | Длина волокон (мм) | Содержание армирования (%) | Тип связующего | Характерные изделия |
|---|---|---|---|---|
| Ручная выкладка | 12-50 (CSM) | 20-35 | Эмульсионное / порошковое | Корпуса лодок, ванны, душевые кабины |
| Напыление (spray-up) | 10-40 | 20-40 | Совместимо с полиэфиром | Крупногабаритные корпуса, крылья автомобилей |
| BMC литье | 3-12 | 10-30 | Термореактивная смола | Электротехнические корпуса, малые детали |
| SMC формование | 25-50 | 25-65 | Термореактивная паста | Авто панели класса A, крупные корпуса |
| RTM / вакуумная инфузия | Непрерывные (CFM) | 35-55 | Термореактивное | Лопасти ветрогенераторов, авиадетали |
| Компрессионное формование | Непрерывные (CFM) | 30-60 | Термопластичное / термореактивное | Панели высокого давления, конструкционные детали |
Классификация рубленых армирующих материалов
Рубленые волокна представляют собой дискретные отрезки непрерывного армирования, используемые для создания композиционных материалов с изотропными свойствами. Основная классификация базируется на длине волокон и методе их организации в полуфабрикате. Короткие волокна длиной от трех до двенадцати миллиметров применяются преимущественно в компаундах для литья под давлением, средние волокна длиной двенадцать - двадцать пять миллиметров используются в стекломатах, а длинные волокна от двадцати пяти до пятидесяти миллиметров характерны для листовых прессматериалов.
Стекломаты разделяются на два основных типа согласно структуре армирования. Маты из рубленых прядей формируются путем нанесения коротких волокон случайным образом на конвейерную ленту с последующим связыванием химическим связующим. Маты из непрерывных нитей создаются непосредственным осаждением расплавленного стекла в виде непрерывных завихрений, что обеспечивает более высокую прочность при сохранении изотропности свойств.
Выбор типа армирования определяется требованиями технологического процесса. Для открытых методов формования предпочтительны рубленые стекломаты благодаря хорошей смачиваемости и способности повторять сложные контуры матрицы. Закрытые методы, такие как трансферное формование смолы и компрессионное формование, эффективно работают с непрерывными матами, обеспечивающими лучшее заполнение формообразующей полости.
Согласно ISO 2559:2011, стекломаты классифицируются по плотности поверхности от ста до девятисот граммов на квадратный метр. Стандарт регламентирует требования к матам из рубленых и непрерывных волокон, используемым для армирования пластиков.
Стекломаты рубленые: конструкция и характеристики
Производство рубленых стекломатов начинается с резки непрерывного ровинга на отрезки заданной длины посредством вращающегося ножевого механизма. Рубленые волокна распределяются на движущейся ленте формовочной машины, создавая слой случайно ориентированных прядей. Равномерность распределения контролируется системой взвешивания и регулировки скорости подачи материала.
Типы связующих систем
Связующее вещество наносится методом распыления эмульсии или порошка на сформированный слой волокон. Эмульсионные связующие на основе акриловых или полиэфирных дисперсий обеспечивают гладкую поверхность мата и минимальное осыпание волокон при обработке. Порошковые связующие применяются для изделий со сложной геометрией, где требуется повышенная формуемость материала при сохранении целостности структуры.
Содержание связующего в стекломате регламентируется в диапазоне от трех до десяти процентов по массе в зависимости от плотности материала. Недостаточное количество связующего приводит к потере структурной целостности и повышенному пылению, избыточное содержание ухудшает смачивание волокон смолой и снижает механические свойства композита.
Технологические параметры стекломатов
Толщина рубленого стекломата варьируется от двух с половиной десятых миллиметра для материала плотностью сто граммов на квадратный метр до одной целой восьми десятых миллиметра для мата плотностью девятьсот граммов на квадратный метр. Стандартная ширина рулонов составляет пятьсот двадцать, одна тысяча сорок или одна тысяча двести пятьдесят миллиметров. Длина рулона достигает пятидесяти метров для транспортировки и хранения материала.
Совместимость связующего с матричной смолой критична для формирования качественного ламината. Связующие разработаны для растворения в стироле, содержащемся в ненасыщенных полиэфирных и винилэфирных смолах. При использовании эпоксидных систем, не содержащих стирола, применяются специальные стекломаты с совместимым связующим или непрерывные маты без химического связующего вещества.
↑ НаверхТехнология напыления композитов
Метод напыления представляет собой полумеханизированный процесс формования изделий из армированных пластиков путем одновременного нанесения рубленого стекловолокна и катализированной смолы на подготовленную поверхность матрицы. Технология обеспечивает производительность в два - четыре раза выше ручной выкладки при снижении материальных затрат за счет замены тканых материалов непрерывным ровингом.
Оборудование для напыления
Рубильный пистолет состоит из пневматической системы подачи смолы, каталитической системы дозирования и механизма резки ровинга. Непрерывный ровинг подается через направляющие ролики к вращающемуся ножевому барабану, который режет волокна на заданную длину от десяти до сорока миллиметров. Рубленые волокна смешиваются с распыляемой смолой в факеле и осаждаются на поверхность формы.
Система дозирования смолы обеспечивает точное соотношение базовой смолы и инициатора полимеризации. Современные установки оснащены датчиками расхода материалов и системами контроля массы наносимого ламината. Содержание стекловолокна в ламинате регулируется скоростью подачи ровинга и составляет двадцать - сорок процентов по массе.
Технологический цикл напыления
Подготовка формы включает нанесение разделительного агента и гелькоута для получения качественной внешней поверхности изделия. После отверждения гелькоута в течение двух - четырех часов начинается напыление армированного слоя. Оператор перемещает рубильный пистолет по поверхности формы, обеспечивая равномерное распределение материала и контролируя толщину ламината по глубинному шаблону.
Уплотнение нанесенного материала выполняется прикаточными валиками для удаления воздушных включений и улучшения смачивания волокон смолой. Критические участки, такие как углы и радиусы, требуют дополнительного контроля покрытия. После достижения проектной толщины изделие выдерживается при комнатной температуре до полного отверждения смолы в течение четырех - восьми часов.
Метод напыления не применяется с эпоксидными смолами, поскольку эмульсионные и порошковые связующие стекломатов требуют стирола для растворения. Для эпоксидных систем используются альтернативные методы формования с сухими тканями или препрегами.
SMC и BMC материалы
Листовые прессматериалы и объемные прессматериалы представляют собой полуфабрикаты на основе термореактивных смол, армированных рублеными стекловолокнами и наполненных минеральными добавками. Различие между материалами заключается в длине армирующих волокон и форме поставки полуфабриката для технологического процесса формования.
Листовые прессматериалы
Производство листовых прессматериалов осуществляется непрерывным методом на специализированном оборудовании. Смоляная паста, содержащая полиэфирную или винилэфирную смолу, наполнители, инициаторы и загустители, наносится на полиэтиленовую или нейлоновую пленку. Рубленые стекловолокна длиной двадцать пять - пятьдесят миллиметров осаждаются на пастообразный слой через пневматический рубитель непрерывного ровинга.
Содержание стекловолокна в листовых прессматериалах составляет двадцать пять - шестьдесят пять процентов по массе в зависимости от требований к механическим свойствам конечного изделия. После формирования сэндвича из двух пленок с армированной пастой между ними материал прокатывается до заданной толщины два - четыре миллиметра и сматывается в рулоны для созревания в течение сорока восьми часов.
Объемные прессматериалы
Объемные прессматериалы изготавливаются смешиванием короткого рубленого волокна длиной три - двенадцать миллиметров с термореактивной смолой и наполнителями в смесителе периодического действия. Полученная пастообразная масса фасуется в заданные порции для последующего компрессионного или инжекционного формования. Содержание армирования составляет десять - тридцать процентов по массе при значительном количестве минерального наполнителя для обеспечения текучести материала.
Преимуществом объемных прессматериалов является способность заполнения сложных формообразующих полостей с малыми радиусами и тонкими стенками. Короткое волокно обеспечивает отличные характеристики течения при сохранении достаточной прочности для электротехнических корпусов и деталей точного приборостроения.
Листовые прессматериалы с длиной волокна двадцать пять миллиметров обеспечивают модуль упругости при растяжении до четырнадцати гигапаскалей, что в два раза выше показателей объемных прессматериалов с волокном шесть миллиметров при идентичном содержании армирования.
Требования к связующим системам
Связующие системы для листовых и объемных прессматериалов разрабатываются на основе ненасыщенных полиэфирных смол изофталевого или ортофталевого типов. Выбор смоляной основы определяется требованиями к коррозионной стойкости и механическим характеристикам конечного изделия. Изофталевые смолы применяются для изделий, эксплуатируемых в агрессивных средах, ортофталевые системы используются для общепромышленных применений при оптимальном соотношении свойств и стоимости.
Компоненты смоляной системы
Загуститель на основе оксидов магния или кальция обеспечивает созревание смоляной пасты до консистенции, пригодной для обработки и формования. Время созревания составляет двадцать четыре - семьдесят два часа при комнатной температуре в зависимости от типа загустителя и содержания инициатора. Агенты низкопрофильности добавляются для минимизации усадки при отверждении и получения гладкой поверхности изделия.
Минеральные наполнители, включая карбонат кальция и алюмогидрат, вводятся в количестве тридцать - пятьдесят процентов по массе для регулирования вязкости, снижения усадки и улучшения огнестойкости материала. Размер частиц наполнителя контролируется в диапазоне пять - двадцать микрометров для обеспечения равномерного распределения в смоляной матрице без ухудшения текучести компаунда.
Совместимость с армированием
Стекловолокна для прессматериалов обрабатываются аппретами, совместимыми с матричной смолой. Силановые аппреты обеспечивают химическую связь между стеклянной поверхностью и полимерной матрицей, предотвращая деламинацию при механических нагрузках и воздействии влаги. Содержание аппрета составляет ноль целых пять - одна целая ноль десятых процента по массе волокна.
Для специальных применений используются углеродные, арамидные или базальтовые волокна с соответствующими системами аппретирования. Гибридное армирование, сочетающее различные типы волокон, позволяет оптимизировать механические свойства и стоимость композиционного материала для конкретного применения.
↑ Наверх