K

1
Kõrgtehnoloogiamaterjalid ainekood MTX9010

• Renno Veinthal Tel [phone], e-post
  renno.veinthal_at_ttu.ee

2
Polümeerkomposiitide valmistustehnoloogiad
3

• The processing of fiber reinforced laminates can
  be divided into two main steps
• Layup
• Curing
• Curing is the drying and hardening (or
  polymerization) of the resin matrix of a finished
  composite. This may be done unaided or by
  applying heat and/or pressure.
• Layup basically is the process of arranging
  fiberreinforced layers (laminae) in a laminate
  and shaping the laminate to make the part
  desired. (The term layup is also used to refer
  to the laminate itself before curing.) Unless
  prepregs are used, layup includes the actual
  creation of laminae by applying resins to fiber
  reinforcements.

4
Märglamineerimine

• Vaigu tehnoloogilistest omadustest on
  olulisemateks
• viskoossus,
• töötlemisaeg
• lenduvate ühendite kogus.
• Neid kõiki mõjutavad välised tegurid, peamiselt
  töökeskkonna ja vaigu temperatuur ning
  õhuniiskus.

5
Vaakumkoti/surve kasutamine käsilamineerimisel
1. vorm 2. tugevdus- ja jäikusribid 3. laminaat
4. elastne membraan 5. vormi kaas 6. Kruvid 7.
survetorustik
6
Märg-lamineerimisel esinevad defektid ja nende
tavalisem põhjus
7
Prepreg- lamineerimine

• Prepreg tarnitakse kilesse või kahe kile vahele
  pakituna.
• Kile eemaldatakse vahetult enne või peale
  prepregi mõõtulõikamist.
• Prepregi kihid asetatakse vormi soovitud
  järjekorras ja suunas.
• Kihid rullitakse üksteise külge kinni võimalikult
  tihedalt vältides õhumullide jäämist kihtide
  vahele.

8
Prepreg-lamineerimise ja autoklaavkõvendamise
eelised-puudused

• Prepreg-lamineerimine koos kõvendamisega
  autoklaavis on eeskätt kasutusel
  vastutusrikkamate konstruktsioonielementide
  valmistamiseks, näiteks lennukitööstuse vajadusi
  silmas pidades.
• Eesmärgiks on suuregabariidiliste toodete
  valmistamine suure tugevusega materjalist,
  tagades toodete ühtlane kvaliteet

9
Pihustuslamineerimine

• Pihustuslamineerimise korral pihustatakse
  üheaegselt sarrus ja vaik spetsiaalse püstoli
  abil vormi pinnale.
• Roving hakitakse püstolile kinnitatud
  lõikeseadmes soovitud pikkusega kiududeks.
• Püstolis vaik ja kiud segunevad ja paisatakse
  püstoli suisest koos vormi pinnale

10
Mähkimine

• Kiudude mähkimiseks immutatakse need eelnevalt
  vaiguga ja juhitakse pöörlevale vormile
• Kui toote seinapaksus on piisav lastakse
  laminaadil kõveneda kärnil või toimetatakse koos
  kärniga kõvendusahju.
• Kärn eemaldatakse peale laminaadi kõvenemist.

11
Klaaskiudarmatuuriga mähitud torude mehaanilised
omadused
12
Mähitud komposiitide rakendused
13
Resin transfer molding (RTM)
RTM Resin transfer molding. VARTM Vacuum
assisted resin transfer molding. RIM Reaction
injection molding.. SRIM Structural reaction
injection molding.. VARI Vacuum assisted resin
injection. RRIM Reinforced reaction injection
molding. LIM Liquid injection molding

• Dry-fiber preform placed in a closed mold, resin
  injected into mold, then cured

14
RTM-Light

• LRTM process for composites is best described as
  a complimentary process to RTM (Resin Transfer
  Moulding). LRTM mould costs are basically half
  the price of equivalent RTM moulds but they
  produce, at best, at half the rate of RTM however
  the process provides moulders an attractive
  introductory route into closed mould production.
• In LRTM, resin flow rates cannot be speeded up
  above an optimum level in order to fill the mould
  more quickly as the recommended LRTM mould
  construction and the atmospheric mould clamping
  pressures limit overall in-mould pressures to
  less than 0.5 bar (8 psi).

15
Reaktsioonvalu ehk RIM-protsess

• Reaktsioonvalu, ehk RIM-protsess (Reaction
  Injection Moulding) on välja töötatud
  polüuretaanist vahtmaterjalide tootmiseks.
• Kaks põhilist komponenti segatakse ja pressitakse
  (pihustatakse) suletud vormi.
• Diskreetsete armatuurikiudude kasutamisel on
  meetodi tähisena levinud RRIM, milles esimene
  täht viitab armatuurile (Reinforced Reaction
  Injection Moulding).

16
Reaktsioonvalu ehk RIM-protsess

• RIM meetodi korral kasutatakse lähtetoorainena
  polüooli ja isotsüanaati.
• Komponendid segatakse ja tsirkuleeritakse
  torustikus pidevalt tardumise vältimiseks.
• Injektsioon viiakse läbi spetsiaalse segamispea
  abil, millesse komponendid antakse
  kõrgsurvetorustiku kaudu.
• Materjal pihustatakse vormi mõne sekundi jooksul
  sõltuvalt kasutatavatest materjalidest ja toote
  suurusest.
• Tooraine tardumisaeg on väikeste detailide puhul
  2-6 sekundit.
• Vormimisaeg on 20-200 s.
• Suurimad selle tehnoloogia abil valmistatavad
  tooted on kaaluga kuni 50 kg, millele vastab 1000
  t. koormus vormi kokkusurumiseks.

17
Tsentrifugaalvalu

• Tsentrifugaalvalu korral asetatakse armatuur
  pöördsümmeetrilise vormi sisse ja vorm pannakse
  pöörlema.
• Seejärel valatakse või pihustatakse vaik ühtlase
  kihina vormi.
• Tsentrifugaaljõu toimel imbub vaik armatuuri
  sisse ja õhumullid surutakse välja.

18
Pultrusioon (pultrusion)

• Põhiprotsess seisneb pikkade kiudude tõmbamises
  läbi
• (pull trough-gt pultrusioon)
• plastiga täidetud vanni (vaikkõvendi)-gt
• läbi tõmbesilma, milles antakse tootele kuju ja
  eemaldatakse liigne vaik-gt
• tõmbesilma, milles antakse lõplik ristlõikekuju
  ning pinnaviimistlus-gt
• Tõmmatud detaili jahutamine suruõhuga või veega
• Tõmbekiirus 0-5...2 m/min
• Tõmbesilm on reeglina pikkusega 500...1200 mm
  pikk, sisaldab tsoone eri temperatuuriga

19
(No Transcript)
20
Pultrusiooniprotsessis kasutatavad materjalid

• Armatuur
• E-klaas (punutud kiud, matt) eeliseks odavus, Rm-
  3450 MPa, E-moodul- 70 GPa, suhteline pikenemine
  34, varieeritakse kiu läbimõõtu, optimeeritakse
  pinnakatte abil nakkeomadusi
• S-klaas (punutud kiud, matt), vastutusrikkad
  konstruktsioonid, Rm- 4600 MPa, E-moodul 85 GPa
• Süsinikkiud Rm- 2050-5500 MPa, E-moodul 210830
  GPa, suhteline pikenemine 0,51,5. Eeliseks
  madal tihedus (?1,8 g/cm3)
• Orgaanilised kiud- kasutatakse suure sitkusega KM
  valmistamiseks Rm- 2750 MPa, E-moodul 130 GPa,
  suhteline pikenemine 4
• Polüesterkiud- kasutatakse klaaskiu asendajana
  juhul kui vajalik on sitkus ja löögikindlus kuid
  suur tõmbe- ja paindetugevus pole vajalikud

21
Pultrusiooniprotsessis kasutatavad materjalid

• Maatriks
• Küllastamata polüestervaik- kõveneb kiiresti-
  mitmesugused lisamanused
• Vinüül-estrid- kõrgemad meh. omadused, talub
  kõrgemaid temperatuure, 75 kallim kui polüester,
  paremad sitkusnäitajad
• Epoksüvaigud- eelmistest kallimad, paremate meh.
  Omadustega, max temperatuur kuni 150ºC ,
  kõvenemisprotsss aeglasem kui teistel,
  pultrusiooniprotsessiks seetõttu vähemsobiv
• Teised reaktoplastid - metüül-metakrülaat
  (suurem leegikindlus, hea tehnoloogilisus) ja
  fenoolvaigud
• Termoplastid
• Täitematerjalid (fillerid)- kaltsium karbonaat,
  alumiinium-silikaat

22

• Pulforming is similar to pultrusion in many ways.
  However, pultrusion is capable only of making
  straight products that have the same volume all
  along their lengths. Pulformed products, on the
  other hand, can be either straight or curved,
  with changing shapes and volumes. A typical
  pulformed product is a curved reinforced plastic
  car spring. (shown in figure.)

23
BMC ja SMC vormimine

• Kuumpressimise on mitmeid teisendeid, mida
  võidakse käsitleda omaette valmistusmeetoditena.
  
• Erinevus seisneb lähtematerjalides või
  pooltoodetes, mida pressitakse.
• BMC (Bulk Moulding Compound) kujutab endast
  taignasarnast massi, mis sisaldab armatuuri ja
  täiteaineid ning mille kõvenemine toimub
  vormimisoperatsiooni käigus.
• SMC (Sheet Moulding Compound) kujutab endast mõne
  millimeetri paksust termoreaktiivvaigul põhinevat
  painduvat leht-toorikut, mis sisaldab armatuuri
  ja täiteaineid.
• BMC hulka kuulub ka TMC (Thick Moulding
  Compound), mis sobib mõlema nii SMC- kui ka BMC
  protsessis kasutamiseks.

24
BMC ja SMC mass

• SMC/BMC is a combination of chopped glass
  strands and filled polyester resin in the form of
  a sheet/ bulk. Processing SMC by compression or
  injection molding produces bodywork or structural
  automotive components and electrical or
  electronic machine housings in large industrial
  volumes. The process is also used for other
  products such as sanitary ware (baths) and urban
  furniture (stadium and cinema seating).
• The pre-preg contains all the components needed
  to mold the final part (resin, reinforcement,
  filler, catalyst, low profile additives, etc.) in
  a malleable and non-tacky sheet.SMC pre-preg is
  made from chopped glass strands sandwiched
  between two layers of film, onto which the resin
  paste has already been applied.
• The pre-preg passes through a compaction system
  that ensures complete strand impregnation before
  being wound into rolls. These are stored for a
  few days before molding to allow the prepreg to
  thicken to a moldable viscosity.

25
Eri valmistusmeetodite piirangud mõõtmetele ja
kujule
26
Erinevate meetodite võrdlus tootmistehnilisest
seisukohast
27
Maatriksimaterjalide hinnad
28
Armatuuri ja pooltoodete hinnad
29
Eri meetodite tootlikkust iseloomustavad näitajad
ja käsitöö osa selles
30
Eri meetodite tüüpilised seadme- ja
vormiinvesteeringu vajadus