Одним из наиболее продвинутых методов изготовления композитных компонентов является использование препрегового армирования из углеродного волокна, отверждённого под воздействием тепла и давления. Используя препреги, становится доступным производство деталей профессионального исполнения с высоким качеством поверхности, низким содержанием смолы и отличными структурными характеристиками. Пропитанное углеродное волокно легко обрабатывается, карбон разрезается и точно укладывается в детализированные сложные формы. В общем, препреговая технология — процесс идеальный для изготовления небольших сложных деталей, которые намного сложнее делать при использовании альтернативных процессов, например, традиционного ламинирования, вакуумной упаковки или заливки смолой.
СОДЕРЖИМОЕ ПУБЛИКАЦИИ :
Что следует понимать под термином «препрег»?
Собственно, препрег (prepreg) — это композитный армирующий материал, подобный углеродному волокну, предварительно пропитанный активированной смолой. Система смол под использование представляет практически безальтернативный вариант — эпоксидную смолу. Предполагается, что эпоксидная смола смешана с отвердителем на стадии производства, перед тем как начинается пропитка сухой армирующей ткани для армирования «препрега».
Наиболее распространенный способ изготовления композитной детали из армированного препрега сопровождается следующими действиями:
- Наложить неотверждённый армированный материал на форму,
- Создать вакуумный пакет для формы и ламината,
- Обработать в автоклаве или печи.
Промышленные автоклавы выходят за рамки бюджета частных лиц и большинства малых предприятий. Между тем, отверждение препрегов в печи (вне автоклава), рассматривается вполне эффективным и доступным способом в рамках технологии. Такой подход способен освоить практически любой предприниматель.
Специальный состав эпоксидной смолы гарантирует, что при температуре окружающей среды процесс отверждения проходит медленно (до нескольких недель). Если же температура среды ниже нулевой отметки (- 20°C), процесс отверждения практически полностью прекращается.
Поэтому количеством времени нахождения смолы при комнатной температуре до того момента, как произойдет заметное частичное отверждение, рассматривают «сроком службы материала». Другой значимый технический момент — препрег может храниться в морозильной камере и оставаться пригодным для использования после оттаивания. Этот, так называемый «срок хранения морозильной камеры», определяет «срок годности» системы.
Как обрабатывать препрег?
При комнатной температуре системы на препреговых смолах имеют настолько высокую вязкость, что даже если изготовлены из неотверждённой смолы, позволяют легко обращаться с прототипом. Вязкость при комнатной температуре и другие свойства конкретной системы смол определяют уровень «липучести» препрега. Более мягкие препреги требуют деликатного обращения, так как прилипают к поверхностям пресс-формы. Менее липкие препреги обрабатываются легче, учитывая меньшую степень липучести к поверхности формы.
Только при повышенных температурах (температура отверждения) эпоксидная смола действительно начинает реагировать и твердеть должным образом, поэтому препреги всегда необходимо отверждать в печи. Типичные температуры отверждения для препрегов находятся в диапазоне от 60-180°С. Причём наиболее распространенная температура отверждения для предварительно создаваемых автоклавных препрегов составляет около 100°С.
Температуры отмеченного диапазона достаточно легко получать в конструкциях бытовых и коммерческих печей, используемых для приготовления пищи. Также применимы печи других типов, включая установки сушки краски и порошковых покрытий. Допустимо успешно отверждать препреги (частично), не имея активной вакуумной линии в составе печи, но, применение вакуумной линии является предпочтительным фактором.
Начальные моменты рабочего процесса
Как и для многих композитных процессов, ключ к успешному изготовлению деталей из препрега на основе углеродного волокна заключается в использовании правильных материалов и технологий на протяжении всего процесса. Изменения типовых применяемых материалов:
- разделительной плёнки,
- разделительного агента,
- углеродного волокна,
способно оказать существенное влияние на конечный результат. Поэтому на первых порах освоения технологии препрега, желательно применять материалы, упоминаемые в этой статье.
Процесс производства карбоновых препрегов вне автоклава не требует специального оборудования. Как правило, достаточно иметь:
- печь,
- соответствующие формы,
- базовые инструменты.
Относительно используемых печей упоминалось выше, поэтому рассмотрим момент рабочей формы.
Форма для организации производства препрега
Поскольку препрег необходимо отверждать при температуре около 100°С, важно, чтобы форма, на которую будет ламинироваться препрег, могла выдерживать эту температуру без размягчения, деформации или ухудшения. Система смолы, используемая в препреге, является эпоксидной, и поэтому также важно, чтобы материал пресс-формы был совместим с эпоксидной смолой.
По этим двум причинам стандартные полиэфирные формы не подходят для изготовления деталей на основе углеродного волокна и не могут использоваться в деле. Вместо этого рабочие формы допускается готовить, применяя:
- высокотемпературные эпоксидные смолы,
- металл (алюминий или нержавеющую сталь),
- систему высокотемпературных инструментов под винил-эфиры (Uni-Mold).
Вариант последний в списке обеспечивает хорошую совместимость, доступен по цене.
Базовый инструментарий для работы с препрегами
Базовым инструментом для работы с препрегами является набор, включающий:
- Маркер.
- Нож «Стэнли» или другой.
- Ножницы.
- Тепловую пушку.
- Изоляционную ленту.
Материалы и оборудование на примере набора «Easy Composites»
В основном такого рода материалы предназначены для отверждения при очень высоком давлении в автоклаве и, благодаря таким условиям, получается чистый продукт — без раковин и отверстий. Однако если обработка до твёрдого состояния в печи выполняется только под вакуумом, велика вероятность дополнительной поверхностной обработки по удалению такого рода дефектов.
По этой причине в качестве поверхностного слоя используется специальная заготовка «Easy-Preg», разработанная специалистами «Easy Composites». Этот специальный препрег имеет слой твёрдой полимерной плёнки на одной стороне материала, полностью и плотно соприкасающийся с поверхностью формы. На обратной стороне находится сухая ткань. Такое структурное построение под вакуумом обеспечивает полное удаление воздуха.
Специальный поверхностный слой комбинируется с одним или несколькими слоями препрега «Vari-Preg», разработанного для идеального совместного отверждения с «Easy-Preg» при помощи совершенно прозрачной эпоксидной смолы. Таким способом ещё больше улучшается внешний вид отверждённого ламината.
С помощью этой специальной комбинации компонентов «Easy Composites» удаётся достичь профессионального качества деталей из углеродного волокна, используя только вакуумное давление и процедуру отверждение в печи. Толщина стенки готового продукта получается около 0,75 мм, что является идеальным параметром для многих неструктурных или наполовину структурных широко распространённых деталей:
- совков и лопаток,
- элементов воздуховодов,
- элементов внутренней отделки,
- деталей автомобильных корпусов,
- крышек и других комплектующих.
Для более толстых, конструктивно габаритных деталей нужно лишь добавить дополнительные слои подложки, благодаря чему достигается желаемая толщина.
Технологией предполагается использовать материалы:
- «Easy-Preg»,
- «Vary-Preg»,
- неперфорированную пленку,
- вакуумную плёнку,
- вакуумную клейкую ленту,
- вакуумную ткань,
- «Easy-Lease» — химический анти-адгезив.
Технологией предполагается использовать оборудование:
- Композитный вакуумный насос.
- Разъём пакетный.
- Силиконовый вакуумный шланг с внутренним диаметром 8 мм.
- Шланговые Разъемы «Barbie» 2х8 мм.
Все вышеуказанные материалы и оборудование доступны в продаже, например, как стартовый набор «Easy Composites» для производства на основе углеродного волокна.
Хранение технологических препрегов
Препрег «Easy-Preg» и «Vari-Preg» набора «Easy Composites» долгое время хранится в замороженном виде (-18ºC) в запечатанных пакетах. Перед использованием материал извлекают из морозильной камеры, дают прогреться до комнатной температуры, оставленным в герметичном мешке (так предотвращается образование конденсата).
После достижения комнатной температуры материал готов к использованию и допускает хранение в условиях комнатной температуры в течение нескольких недель без ухудшения качества. Либо материал можно повторно упаковать в мешки и возвратить на длительное хранение в морозильную камеру.
Препреги — демонстрационное видео по теме
Ниже представлен видеоролик, наглядно демонстрирующий технологические возможности обработки углеродного волокна. Посредством такой технологии доступно создавать изделия различной конфигурации для современной техники:
При помощи информации: EasyCompositesTV