автоклав для карбона и углепластика

Автоклав для карбона и углепластика

Автоклавы горизонтальные для производства деталей из углеродного волокна (углепластик)

Назначение: В автоклаве при высокой температуре расплавляется связующее и «включает» полимеризацию, вакуумный мешок удаляет воздух и излишки смолы, а повышенное давление в камере прижимает все слои ткани к матрице.

Автоклавное формование: Препрег или многослойный пакет из препрега на основе углеродных волокон выкладывают на форму, вместе с ней помещают в вакуумный мешок и создают разряжение. Метод, при котором отверждение проводят, создавая градиент давления по отношению к атмосферному, называют формованием с помощью вакуумного мешка. Так как нередко избыточное внешнее давление создают с помощью автоклава, то этот метод также называют автоклавным формованием. Первоначально он использовался для склеивания деталей самолетов.

Препреги получают пропиткой волокнистой основы (ткани, сетки и т. п.) предкатализированной полимерной системой — связующим. Наиболее распространенной техникой при формовании конечной детали с использованием препрегов с термоотверждаемыми связующими является трехстадийный процесс: укладка препрега по заданной форме; нагрев в вакууме до температуры перехода смолы в вязкотекучее состояние (например, для эпоксидных связующих 120–180 °С), в результате чего материал принимает нужную форму; дальнейший нагрев до температуры отверждения связующего.

Применение углеволокна (карбона): Авиация, автомобилестроение, яхты и катера, космическая промышленность.

Процесс автоклавного формования состоит из следующих основных этапов:

Особенности метода автоклавного формования:

СТОИМОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ:

Стоимость оборудования рассчитывается индивидуально для каждого заказа, в зависимости от сложности технической комплектации, согласно оформленной онлайн заявке. Для расчета стоимости оборудования заполните «ОНЛАЙН ЗАЯВКУ».

Работа автоклава, производство деталей из углеволокна.

Источник

моя ПЕРВАЯ деталь из карбона или препрег своими руками:как готовить и есть

Никогда не вёл блогов, или подобных ЖЖшечек, но, видимо, всё бывает в первый раз.
т.к. это первая запись на драйве-пожалуй представлюсь: зовут Женя, родился мальчиком, и до сих пор своих убеждений не сменил) собссно как родился, так и обитаю по сей момент в славном городе Санкт-Петербурге.

Основной мой род занятий это звукорежиссура, а как хобби-увлечение сноубордом, мотоциклом, и всяческим рукоделием. Именно две последних страсти и толкнули меня на опыты с карбоном. ну нравится мне перебирать мотик и вешать на него всякие приблуды, а из карбона и подавно. В общем чем бы дитя не тешилось.

Долгое время я склонялся, и с восхищением смотрел на вакуумную инфузию, т.к. процесс этот действительно позволяет получать качественный результат, при должной сноровке. но с инфузией (для меня) есть ряд проблем, о которых многие говорили, из которых меня оттолкнули от этой технологии две:
-невозможность создания «кокпитовых», т.е. закрытых, объёмных изделий
-большое количество одноразовой оснастки и довольно капризный процесс, в плане качества/скорости распределения смолы и качества финальной поверхности.
ручное формование и тем более ламинация для меня отпали сразу, т.к. мне реально нравится вид именно сдавленного, сжатого полотна. хоть убейте, но о вкусах не спорят)

И так, года полтора назад, когда я ещё вовсю был настроен пробовать инфузию подвернулся мне на авито совсем новый вакуумный насос. китайчик, низкопроизводительный, но по цене «по старому курсу», что прошлой осенью было весьма актуально. В итоге я решил, что с чего-то надо начинать, и взял этого малыша за 4 тыщи на тот момент совсем деревянных.
В общем-то на этой покупке процесс и остановился.

2) материально-техническая подготовка
Этой осенью в очередной раз для меня, и моих друзей встал вопрос тёплого зимнего хранения мотоциклов, да при том с возможностью круглосуточного доступа для «кручения гаек». После довольно длительных поисков совсем не далеко от дома нашлось производственное помещение 30м2, которое как раз подходило по всем параметрам, акромя того, что это был второй этаж. Ну, мотоциклы хоть и не пушинка, но и не тонну весят, и с помощью четверых мужичков в самом расцвете сил были закачены по досочкам на второй производственный этаж (высота потолков 4,5 метра). Думали в штаны наложим, ан нет, глаза боятся, а руки (в данном случае ноги) делают. Но это лирика.
Наконец то появилось помещение, которое я два месяца приводил из состояния «голые стены» в «уютная мастерская. В принципе, отчасти мне это удалось.
Т.к. на тот момент с технологией, которую я хочу освоить я определился, а осенью, во время командировки в США, капитально закупился различными тканями, свой путь я начал с постройки печки.
вот собственно и она:

Печь представляет из себя ЯЩЪ, собранный из секций, сделанных из совейской кровельной жести 0,75мм, на каркасе из металлопрофиля для ГКЛ. в качестве теплоизолятора внутри секций заполнение базальтовой ватой.
Секции между собой крепятся винтами и уголками, в жесть запрессованы заклёпки-гайки.
Все стыки промазаны высокотемпературным силиконовым герметиком. Верхняя крышка на петлях, с поддерживающими мебельными газ-лифтами, закрывается всё это дело на защёлках-стяжках (как на ящиках).

Внутри ящика установлен 1кВт нагреватель с вентилятором (разобрал китайский тепловентиллятор, купленый за какие то копейки в Леруа-Мерлен).

На передней панели ЯЩЪ’а смонтирован блок управления: программный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ-251 и блок реле/предохранителей.
Вообще, нагревательных элементов там два, каждый по киловатту, но на 2кВт печка уж больно быстро греет, и от частых вкл/выкл реле уже ощутимо мигает свет. С 1кВт нагревателем свет уже не мигает, а печь выходит на 100 градусов примерно за 12 минут, что более чем достаточно.
Да, габариты: 101*67*77см (продиктовано размерами жестяных обрезков привезённых из дачных запасов).

В общем на постройку сего девайса у меня ушёл где то месяц работы по вечерам, и около 10килорублей денег. Что более чем бюджетно, если сравнивать с заводскими термо-шкафами.
И вот ещё- вся конструкция на колёсиках, ибо вес её весьма внушительный, просто так не передвинешь.

вакуумная станция
По известной и не раз обжёванной в интернетах схеме был создан блок автоматики для вакуумного насоса, а так же импровизированный ресивер из канализационных уличных пластиковых труб 110мм.
вот оно фото:

Источник

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Детали из карбона

Первые углеродные нити появились в 1880 г., благодаря Томасу Эдисону и с тех пор прошли большой путь, в течении которого они изменились и усовершенствовались. Ажиотаж на изделия из углепластика, а это и есть карбон, начался в 2004 году и продолжается до сих пор.

Его бешеная популярность началась с производства ракетных двигателей, а сегодня он используется практически во всех областях производства: самолетостроение, спортивные автомобили, автотюнинг, дизайн интерьеров, производство сотовых телефонов, аксессуары для компьютеров, кроссовки и даже сумки и еще много сфер применения.

Так, что же такое углеволокно?

Углеволокно – это сплетённые слоями нити углерода под разным углом. Толщина нитей в диаметре составляет 0,005 — 0,010 мм. Они одновременно хрупкие и прочные. Поэтому их легко сломать, но практически невозможно порвать.

• Карбонизация – нагревание волокон аргоном или азотом при температуре 1500 град С, цель – получение графитоподобных структур. Этому этапу углеволокно и обязано своему народному названию, carbon, что в переводе с английского – уголь.

• Графитизация – нагревание в инертной среде при температуре от 1600 до 3000 град С, цель – доведение количества углерода до 99%.

Благодаря своему сложному многоступенчатому производству детали из карбона значительно дороже стекловолокна. Кроме того, само производство углеродного волокна связано с большими энергозатратами, что еще больше подчеркивает высокую себестоимость деталей из карбона.

Не смотря на это карбон стремительно расширяет свое применение на всех рынках, так рамы практически всех топовых велосипедов уже сегодня изготавливаются из карбона.

Методы изготовления деталей

На качество деталей из карбона на прямую влияет, какое сырье Вы использовали при изготовлении углеволокна (скорость застывания смолы и плотность углеродного полотна). В итоге, изготовление деталей из карбона обладает множеством тонкостей, которые необходимо учитывать. Начиная от производства углеволокна и заканчивая технологией его применения для получения детали с заданными характеристиками.

• формование из препрегов (полуфабрикатов) в автоклаве, автоклавное формование;

• формование в форме с помощью вакуумного мешка;

• Формование препрегов в штампе;

• Метод намотки нитями;

• Ручное формование валиками и кистью.

Разберем несколько из них.

Формование из препрегов в автоклаве или автоклавное формование

Его производят на производстве в автоклаве. Автоклав – это специальный аппарат, в котором осуществляют нагрев под давлением выше атмосферного. Автоклавы для карбона способны обеспечить давление 32 атмосфер при температуре 1600-3000 °С. Такие условия обеспечивают ускорение реакции и повышение производительности. Автоклавы оборудованы запорной арматурой высокого давления, различными контрольно-измерительными приборами и другими средствами для обеспечения безопасности, надежности и долговечности работы автоклава.

— на данную форму накладывают необходимое количество слоев препрега;

— помещают это все в автоклав, и под воздействием высокого давления и температуры осуществляется отверждение препрега;

— отвержденное изделие подвергают отделке и зачистке.

Часто при этом дополнительно используют и вакуумный мешок, это менее безопасно, но имеет ряд преимуществ. Подробнее о использовании вакуумного мешка будет сказано в следующем методе.

При формовании из препрегов одновременно протекают несколько сложных процессов:

• полимеризация компаунда – или отверждение;

• вакуумное удаление излишков смолы и воздуха;

• прижатие слоев к матрице под высоким давлением (порядка 20 атмосфер) для их уплотнения и выравнивания.

Этот метод производства деталей из карбона довольно сложный и финансово затратный процесс, не подходит для массового и серийного производства деталей.

Формование в форме с помощью вакуумного мешка

Вакуумный Мешок можно использовать и без автоклава, если поместить все в вакуумный мешок и создать внешнее давление, то мешок равномерно прижмет препрег к форме. Это как поместить деталь в пакет и выкачать из него воздух. Такое формование имеет название формование с помощью вакуумного мешка.

Весь процесс можно разделить на 6 этапов:

• Покрытие формы разделительным веществом (воск, грунтовка и т.д.).

• Раскладывание абсолютно ровно углеткани в форме без морщин, пузырей и других дефектов.

• Каждый слой пропитывается смолой. Слои можно чередовать со стеклотканью, базальтовой тканью и другими композиционными материалами.

• Укладка перфорированной пленки для отжима смолы и воздуха.

• Укладывается впитывающий слой.

• Размещение в вакуумном мешке и подключение насоса.

Аппликация

Этот метод используют для домашнего производства деталей. Он состоит из пяти этапов:

• Подготовительный, включает в себя зашкуривание формы. Обезжиривание и сглаживание острых углов.

• Нанесение соединительного вещества, например, эпоксидной смолы с отвердителем. В противовес предыдущим методам, в которых наоборот наносят разделительные вещества для легкого извлечения карбоновой детали из формы.

• Приклеивание слоев углеткани с помощью эпоксидной смолы и отвердителя.

• Нанесение защитного покрытия (лак или краска).

В результате этого метода карбон утолщает оклеиваемую деталь. Таким методом часто упрочняют капоты, бамперы, приборные доски в автотининге, а также в силу простоты получают и всевозможные другие детали. Даже применяют оклеивание формы из пенопласта, который и остается внутри детали, но оболочка довольно прочная.

Другие методы

Существует множество других методов, и они постоянно развиваются и совершенствуются. Идет постоянный поиск новых технологий, позволяющих снизить энергозатраты, количество ручного труда и других издержек.

Так, новой технологией стало производство крыльев и хвоста Российского гражданского самолета МС-21. Технология была куплена у австрийской компании FACC. Данная технология является самой передовой в мире, так как обеспечивает экономическую эффективность при обеспечении необходимых свойств материала, все остальные технологии отличаются дороговизной производимых деталей.

Новая технология, называемая как трансферное формование пластмасс с помощью вакуума (VaRTM), позволяет экономически выгодно наладить серийное производство таких ответственных деталей самолета, как крылья, хвост и т.д. К этим деталям предъявляются самые жесткие требования, прочность таких деталей должна быть 6000 МПа.

Укрепление углеволокна пластиком по данной технологии позволило добиться получение материала, отвечающим всем требования авиастроения. Кроме того, это позволило снизить себестоимость производства самолетов в целом. Ни одна фирма в мире раньше не производила такие большие и ответственные детали по данной технологии.

А есть ли у карбона недостатки?

У карбона достаточно много положительных качеств, чтобы сделать выбор в его пользу для изготовления деталей:

• при ударе и повреждении не дает острых осколков;

• высокая термоустойчивость, не поддается деформации до температуры 20000С;

• не подвержен коррозии;

Но на ряду с достоинствами у изделий из карбона есть ряд существенных недостатков:

• довольно чувствительны к точечным ударам;

• сложный восстановительный процесс при повреждениях;

• подвержен выгоранию от солнечных лучей, правда этот недостаток научились минимизировать с помощью защитного лака;

• долгий и сложный процесс изготовления;

• при стыковке с металлом для предотвращения коррозии последнего приходится применять стекловолокно;

• невозможность повторного использования и утилизации.

Проектирование деталей из карбона

Использование CAD систем для проектирования деталей из карбона значительно облегчило производство, и минимизировала риски производства брака. Но к таким системам предъявляются очень большие требования. Так выбирая CAD системы для проектирования оснастки из углепластика нужно обязательно учитывать дизайнерский замысел и технические особенности. Требуется система с очень хорошими средствами именно поверхностного моделирования.

Будущее за карбоном

Уже сегодня нельзя представить себе такие отрасли, как автомобилестроение, самолетостроение и многие другие без карбона. А в будущем тем более. Из него изготавливают кузовные детали, тормозные диски, диски сцепления автомобилей, и даже целые крылья самолетов. И все это обеспечивает как снижение себестоимости и повышение надежности изделий, так и экономию эксплуатации таких изделий.

Так как именно высокая стоимость и техническая сложность производства являются основными причинами не массовости этого материала, то уже сегодня созданы целые группы разработчиков новых технологий для удешевления этого процесса.

Они стремятся механизировать, автоматизировать процесс и сделать итоговую стоимость углеволокна значительно дешевле, тогда его можно будет применять и при изготовлении дешевых автомобилей, не только не увеличивая цену, но и наоборот еще более снижая ее.

Это кажется не реальным, но когда-то так же думали про литиевые батареи и их все-таки удалось сделать доступнее. Так что ждем дальнейший прорыв в этой сфере.

Источник

Технологии получения изделий из карбона

Производимые карбоновые изделия идеально подходят по своим характеристикам для эксплуатации в любых (даже экстремальных) условиях. Возможность совмещения производства материала с последующим формованием только повысила рентабельность многих предприятий.

Как получают многослойные изделия из препрегов?

Для справки: слово «препрег» имеет английские корни — pre-impregnated, или prepreg. Это полуфабрикат, из пропитанных смолой (в большинстве случаев эпоксидной) волокон или тканей, используемых в производстве. Вообще препреги могут иметь в основе различные (не только углеродные) волокна с пропиткой. Но в данном случае нас интересуют препреги на основе именно углеродного (или карбонового) волокна.

Далее приведем часто используемые технологии изготовления карбоновых изделий.

Прессование препрегов методом штамповки

В основе технологии лежит процесс выкладки препрега в подогреваемую пресс-форму с дальнейшим прессованием. Это — наиболее старый метод, известный как основной при формовании пластмассовых деталей. Для производства изделий из препрегов технология остается популярной. Ведь тут нет необходимости перераспределять компоненты в объеме материала и не требуется использовать высокое давление, как например при использовании инжекционных методов, что дает возможность применять относительно дешевые формы из металла и оборудование.

При этом технология позволяет получать не только изделия заданной формы, но и с идеально точными размерами. Используемые армирующие материалы значительно усиливают характеристики прочности и жесткости, а нарушение ориентации волокон (как следствие перетекания связующего вещества) вообще отсутствует при правильной укладке материала.

В углепластиках данного типа, как правило, применяются связующие, основу которых составляют эпоксидные смолы. Помимо этого могут применяться полиимиды, ненасыщенные полиэфирные смолы и некоторые другие виды полимеров.

Но у технологии есть главный, хотя и некритичный, недостаток — довольно низкая производительность и большое количество этапов производства:

1) Выбор схемы ориентации волокон с последующим раскроем препрега;

2) Укладка раскроенного материала в пакет. На данном этапе существует также много нюансов, связанных с соблюдением ориентации волокон, что может потребовать дополнительных операций по укладке их в тетроновую ткань;

3) Укладка пакета в металлическую форму и, если применяются в качестве связующих вещества на основе эпоксидных смол, его предварительное прогревание. Только после этого запускают процесс прессования, устанавливая величину давления в зависимости от сложности формы (плоский это будет лист или форма с криволинейными поверхностями). Используемая полимерная система предопределяет температуру и время термической обработки;

4) Извлечение изделия и осуществление его зачистки. В ряде случаев проводят дополнительное отверждение полученного изделия в термокамере.

Метод формования в автоклаве

Суть заключается в процедуре укладки препрега (или пакета) на форму. Всю конструкцию размещают в вакуумном мешке с последующим изменением давления. Поэтому технология отверждения, подразумевающая создание градиента давления относительно атмосферного, носит название формование с применением вакуумного мешка.

Основные этапы формовки:

1) На форму помещают требуемое количество слоев препрега;

2) Используя автоклав, запускают процесс отверждения;

3) Обрезают полученные изделия.

Необходимо заметить, что от типа вакуумного мешка, способа выкладки на форму и других нюансов напрямую зависят и характеристики будущего изделия.

К явным преимуществам и возможностям метода можно отнести следующие:

Формование изделий больших размеров;

Получение равномерного показателя толщины;

Идеальное качество поверхности;

Критически малая пористость.

А вот недостаток технологии заключается в ее дороговизне, поэтому для массового производства ее пока нельзя назвать рентабельной. Хотя в этом направлении постоянно идет работа. Кроме этого, технология считается пожароопасной, что требует повышенного внимания к безопасности, — но, естественно, это касается только производителя, а не заказчика изделий.

Технология изготовления трубчатых изделий

Суть в следующем: между двумя нагреваемыми столами располагается оправка в форме цилиндра, на который происходит намотка однонаправленного препрега. Процесс равномерной и точной намотки достигается смещением столов на заданную величину. Впоследствии препрег проходит процесс отверждения в термошкафу, после чего вынимают оправку и проводят дальнейшую обработку полученной трубки. К недостатку технологии можно отнести только то, что она не позволяет получать трубки больших диаметров.

В остальном же метод имеет ряд преимуществ:

невысокая стоимость оборудования;

возможность получения форм конуса;

сохранение стабильного содержания компонентов при использовании препрегов;

более благоприятные условия труда за счет отсутствия связующего в жидком состоянии.

Технология намотки с использованием нитей

Вообще метод популярен тем, что полученные изделия обладают высокими деформационно-прочностными параметрами, стабильными свойствами и оптимальной структурой. А использование современных станков с ЧПУ вообще предоставляет возможность производить изделия, имеющие сложную геометрию и идеально точные размеры.

Технология пултрузии (протяжка)

Данный метод используется, когда необходимо получить однонаправленные профили. И приятен метод не только простотой, но и полной автоматизацией. Это дает отличные перспективы промышленного производства профилированных изделий.

Однако есть у него и недостатки:

Технология позволяет работать только с нитями либо жгутами;

Существуют трудности в обеспечении одинакового сечения на всей длине, если речь идет о простых формах;

Довольно низкая скорость процесса, ориентированная на скорость отверждения связующего вещества и его температуры, особенно когда используются низкотеплостойкие полиэфирные смолы.

Однако разработки последних лет позволили существенно продвинуться в преодолении этих недостатков разными способами. Тема заслуживает отдельного рассмотрения.

Инжекционная технология

Метод не новый, но с большим списком достоинств, хотя для получения углепластика его используют реже, чем для получения изделий из пластиков.

1) Подготовка пресс-формы, включая очистку и обработку антиадгезионным веществом;

2) Укладка армирующих материалов в пресс-форму (или закладных элементов);

3) Соединение пресс-формы жесткой фиксацией;

4) Впрыск под высоким давлением связующего вещества внутрь пресс-формы;

5) Процесс отверждения;

6) Раскрытие и извлечение полученного изделия с использованием сжатого воздуха;

7) Финишная обработка.

Стоит заметить, что для производств такая технология привлекательна низкими энергозатратами и невысокой стоимостью оборудования, а также экологической чистотой процесса, поскольку связующее вещество находится практически в изолированном от внешней среды состоянии.

Технология формования листовых материалов

Этот процесс проходит под высоким давлением. Но, с учетом сложности площади проекции изделий, числовое значение давления может различаться. Этот факт влияет и на конструкцию пресс-формы, и даже на выбор оборудования. Однако это не единственное, что влияет на выбор пресса. Немало требований предъявляется также к металлически формам и к последовательности технологических операций, поскольку в конечном итоге всё это влияет на прочность и внешний вид конечного изделия. И несмотря на то, что повысить прочность изделия также можно выбрав материал с большим содержанием армирующего волокна, технология не исключает дефекты.

Надо также отметить, что при увеличении количества армирующих волокон снижаются реологические параметры композиции — а именно, на поверхности можно видеть волокна, не обработанные связующим веществом.

Но, несмотря на большое количество условий и требований, технология позволяет производить изделия сложных форм за непродолжительное время формования. Однако если требуется получить изделия с высокими параметрами жесткости и прочности, данная технология не используется.

Литье под давлением термопластов с углеродным волокном

Также как и экструзионная технология, литье под давлением сегодня является наиболее распространенным методом для работы с полимерами. С его помощью удается получать изделия из углепластиков, имеющих сложные геометрические формы.

Самые основные нюансы производства такие:

Выбирая марку термопласта или вид полимера, следует ориентироваться на назначение получаемых изделий, поскольку их физические свойства будут напрямую зависеть от содержания и направленности волокон. Это влияет на степень усадки;

По причине малого диаметра, небольшого удлинения и высокого значения модуля упругости волокно из углерода при литье часто ломается. Это нужно учитывать при выборе оборудования;

Армированные волокном термопласты крайне плохо поддаются сварке. При этом не имеет значения чем армировать — углеродным волокном или стекловолокном. Сварные швы не выдерживают больших нагрузок.

Штамповка термопластов армированных углеродным волокном

Метод схож с методом прессования листовых формовочных материалов с тем отличием, что течение материала во время переработки листовых наполненных термопластов значительно ниже. Кроме этого, метод похож на метод запрессовки между металлическими плитами. В некоторой степени он имеет много общего и с методом вакуумного формования. Но отличается тем, что требует высокого давления и разъемной формы, которая включает в себя позитивную и негативную металлические матрицы.

Заключение

Вообще, пожалуй, главным недостатком карбоновых изделий является высокая себестоимость самого углеродного волокна. И, тем не менее, это с лихвой компенсируется результатом, а именно — потрясающими эксплуатационными характеристиками.

Источник