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Verbundwerkstoffe werden alle mit Verstärkungsfasern und einem Kunststoffmaterial kombiniert. Die Rolle von Harz in Verbundwerkstoffen ist von entscheidender Bedeutung. Die Wahl des Harzes bestimmt eine Reihe charakteristischer Prozessparameter, einige mechanische Eigenschaften und Funktionalität (thermische Eigenschaften, Entflammbarkeit, Umweltbeständigkeit usw.). Die Harzeigenschaften sind auch ein Schlüsselfaktor für das Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen. Bei der Auswahl des Harzes wird automatisch das Fenster bestimmt, das den Umfang der Prozesse und Eigenschaften des Verbundwerkstoffs bestimmt. Duroplastisches Harz ist aufgrund seiner guten Herstellbarkeit ein häufig verwendeter Harztyp für Harzmatrix-Verbundwerkstoffe. Duroplastische Harze sind bei Raumtemperatur fast ausschließlich flüssig oder halbfest und ähneln konzeptionell eher den Monomeren, aus denen das thermoplastische Harz besteht, als dem thermoplastischen Harz im Endzustand. Bevor duroplastische Harze ausgehärtet werden, können sie in verschiedene Formen verarbeitet werden. Sobald sie jedoch mit Härtern, Initiatoren oder Hitze ausgehärtet sind, können sie nicht mehr geformt werden, da beim Aushärten chemische Bindungen gebildet werden, wodurch kleine Moleküle in dreidimensional vernetzte Formen umgewandelt werden starre Polymere mit höheren Molekulargewichten.

Es gibt viele Arten von duroplastischen Harzen. Am häufigsten werden Phenolharze verwendet.Epoxidharze, Bis-Pferd-Harze, Vinylharze, Phenolharze usw.

(1) Phenolharz ist ein frühes duroplastisches Harz mit guter Haftung, guter Wärmebeständigkeit und dielektrischen Eigenschaften nach dem Aushärten. Seine herausragenden Eigenschaften sind hervorragende Flammschutzeigenschaften, niedrige Wärmefreisetzungsrate, geringe Rauchdichte und Verbrennung. Das freigesetzte Gas ist weniger giftig. Die Verarbeitbarkeit ist gut und die Verbundwerkstoffkomponenten können durch Formen, Wickeln, Handauflegen, Sprühen und Pultrusionsverfahren hergestellt werden. In der Innenausstattung von Zivilflugzeugen werden zahlreiche Verbundwerkstoffe auf Phenolharzbasis verwendet.

(2)Epoxidharzist eine frühe Harzmatrix, die in Flugzeugstrukturen verwendet wurde. Es zeichnet sich durch eine große Materialvielfalt aus. Verschiedene Härtungsmittel und Beschleuniger können einen Härtungstemperaturbereich von Raumtemperatur bis 180 °C erreichen; es hat höhere mechanische Eigenschaften; Guter Faseranpassungstyp; Hitze- und Feuchtigkeitsbeständigkeit; ausgezeichnete Zähigkeit; ausgezeichnete Herstellbarkeit (gute Deckkraft, mäßige Harzviskosität, gute Fließfähigkeit, Druckbandbreite usw.); geeignet für das gemeinsame Aushärten von großen Bauteilen; billig. Der gute Formprozess und die hervorragende Zähigkeit von Epoxidharz machen es zu einer wichtigen Position in der Harzmatrix fortschrittlicher Verbundwerkstoffe.

(3)Vinylharzgilt als eines der hervorragend korrosionsbeständigen Harze. Es widersteht den meisten Säuren, Laugen, Salzlösungen und stark lösenden Medien. Es wird häufig in den Bereichen Papierherstellung, chemische Industrie, Elektronik, Erdöl, Lagerung und Transport, Umweltschutz, Schiffe und Automobilbeleuchtungsindustrie eingesetzt. Es weist die Eigenschaften von ungesättigtem Polyester und Epoxidharz auf, sodass es sowohl die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von Epoxidharz als auch die gute Prozessleistung von ungesättigtem Polyester aufweist. Neben einer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit weist dieser Harztyp auch eine gute Hitzebeständigkeit auf. Es umfasst Standardtypen, Hochtemperaturtypen, flammhemmende Typen, schlagfeste Typen und andere Varianten. Die Anwendung von Vinylharz in faserverstärktem Kunststoff (FRP) basiert hauptsächlich auf der manuellen Laminierung, insbesondere bei Korrosionsschutzanwendungen. Mit der Entwicklung von SMC ist auch dessen Anwendung in dieser Hinsicht deutlich erkennbar.

(4)Modifiziertes Bismaleimidharz (als Bismaleimidharz bezeichnet) wird entwickelt, um die Anforderungen neuer Kampfflugzeuge an eine Verbundharzmatrix zu erfüllen. Zu diesen Anforderungen gehören: große Bauteile und komplexe Profile bei 130 °C Herstellung von Bauteilen usw. Im Vergleich zu Epoxidharz zeichnet sich Shuangma-Harz vor allem durch eine überlegene Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit sowie eine hohe Betriebstemperatur aus; Der Nachteil besteht darin, dass die Herstellbarkeit nicht so gut ist wie bei Epoxidharz und die Aushärtungstemperatur hoch ist (Aushärtung über 185 °C) und eine Temperatur von 200 °C erfordert. Oder über längere Zeit bei einer Temperatur über 200 ℃.
(5) Cyanid (Qing Diacoustic) Esterharz hat eine niedrige Dielektrizitätskonstante (2,8–3,2) und einen extrem kleinen dielektrischen Verlustfaktor (0,002–0,008), eine hohe Glasübergangstemperatur (240–290 °C), geringe Schrumpfung, geringe Feuchtigkeitsaufnahme, ausgezeichnet mechanische Eigenschaften und Bindungseigenschaften usw. und es verfügt über eine ähnliche Verarbeitungstechnologie wie Epoxidharz.
Derzeit werden Cyanatharze hauptsächlich in drei Bereichen eingesetzt: Leiterplatten für Hochgeschwindigkeits-Digital- und Hochfrequenz-, Hochleistungswellenübertragungs-Strukturmaterialien und Hochleistungs-Strukturverbundmaterialien für die Luft- und Raumfahrt.

Einfach ausgedrückt hängt die Leistung von Epoxidharz nicht nur von den Synthesebedingungen ab, sondern hängt hauptsächlich von der Molekülstruktur ab. Die Glycidylgruppe im Epoxidharz ist ein flexibles Segment, das die Viskosität des Harzes verringern und die Prozessleistung verbessern kann, gleichzeitig aber die Hitzebeständigkeit des ausgehärteten Harzes verringert. Die wichtigsten Ansätze zur Verbesserung der thermischen und mechanischen Eigenschaften gehärteter Epoxidharze sind niedrige Molekulargewichte und Multifunktionalisierung zur Erhöhung der Vernetzungsdichte und zur Einführung starrer Strukturen. Natürlich führt die Einführung einer starren Struktur zu einer Verringerung der Löslichkeit und einem Anstieg der Viskosität, was zu einer Verringerung der Leistung des Epoxidharzprozesses führt. Wie die Temperaturbeständigkeit des Epoxidharzsystems verbessert werden kann, ist ein sehr wichtiger Aspekt. Aus Sicht von Harz und Härter gilt: Je mehr funktionelle Gruppen vorhanden sind, desto höher ist die Vernetzungsdichte. Je höher die Tg. Spezifischer Vorgang: Verwenden Sie multifunktionales Epoxidharz oder Härter, verwenden Sie hochreines Epoxidharz. Die häufig verwendete Methode besteht darin, dem Aushärtungssystem einen bestimmten Anteil an o-Methylacetaldehyd-Epoxidharz hinzuzufügen, was eine gute Wirkung und niedrige Kosten hat. Je größer das durchschnittliche Molekulargewicht, desto enger ist die Molekulargewichtsverteilung und desto höher ist die Tg. Spezifischer Vorgang: Verwenden Sie ein multifunktionales Epoxidharz oder einen Härter oder andere Methoden mit einer relativ gleichmäßigen Molekulargewichtsverteilung.

Als Hochleistungsharzmatrix, die als Verbundmatrix eingesetzt wird, müssen ihre verschiedenen Eigenschaften, wie Verarbeitbarkeit, thermophysikalische Eigenschaften und mechanische Eigenschaften, den Anforderungen praktischer Anwendungen entsprechen. Die Herstellbarkeit der Harzmatrix umfasst die Löslichkeit in Lösungsmitteln, die Schmelzviskosität (Fließfähigkeit) und Viskositätsänderungen sowie Änderungen der Gelzeit mit der Temperatur (Prozessfenster). Die Zusammensetzung der Harzformulierung und die Wahl der Reaktionstemperatur bestimmen die Kinetik der chemischen Reaktion (Härtungsgeschwindigkeit), die chemischen rheologischen Eigenschaften (Viskosität-Temperatur im Verhältnis zur Zeit) und die Thermodynamik der chemischen Reaktion (exotherm). Verschiedene Prozesse stellen unterschiedliche Anforderungen an die Harzviskosität. Im Allgemeinen liegt die Harzviskosität beim Wickelprozess im Allgemeinen bei etwa 500 cPs; Beim Pultrusionsverfahren liegt die Harzviskosität bei etwa 800 bis 1200 cPs. Beim Vakuumeinleitungsverfahren liegt die Harzviskosität im Allgemeinen bei etwa 300 cPs und beim RTM-Verfahren kann sie höher sein, im Allgemeinen wird sie jedoch 800 cPs nicht überschreiten. Für den Prepreg-Prozess muss die Viskosität relativ hoch sein, im Allgemeinen etwa 30.000 bis 50.000 cPs. Natürlich hängen diese Viskositätsanforderungen mit den Eigenschaften des Prozesses, der Ausrüstung und der Materialien selbst zusammen und sind nicht statisch. Im Allgemeinen nimmt die Viskosität des Harzes mit steigender Temperatur im unteren Temperaturbereich ab; Mit zunehmender Temperatur schreitet jedoch auch die Härtungsreaktion des Harzes voran. Kinetisch gesehen verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit bei jedem Anstieg um 10 °C, und diese Näherung ist immer noch nützlich, um abzuschätzen, wann die Viskosität eines reaktiven Harzsystems auf a ansteigt bestimmten kritischen Viskositätspunkt. Beispielsweise dauert es 50 Minuten, bis ein Harzsystem mit einer Viskosität von 200 cPs bei 100 °C seine Viskosität auf 1000 cPs erhöht. Dann beträgt die Zeit, die das gleiche Harzsystem benötigt, um seine Anfangsviskosität von weniger als 200 cPs auf 1000 cPs bei 110 °C zu erhöhen etwa 25 Minuten. Bei der Auswahl der Prozessparameter sollten die Viskosität und die Gelzeit vollständig berücksichtigt werden. Beispielsweise muss beim Vakuumeinleitungsprozess sichergestellt werden, dass die Viskosität bei der Betriebstemperatur innerhalb des für den Prozess erforderlichen Viskositätsbereichs liegt, und die Topfzeit des Harzes bei dieser Temperatur muss lang genug sein, um sicherzustellen, dass das Harz importiert werden können. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Auswahl des Harztyps im Injektionsprozess der Gelpunkt, die Füllzeit und die Temperatur des Materials berücksichtigt werden müssen. Andere Prozesse haben eine ähnliche Situation.

Beim Formgebungsprozess bestimmen die Größe und Form des Teils (Form), die Art der Verstärkung und die Prozessparameter die Wärmeübertragungsrate und den Stoffübergangsprozess des Prozesses. Harz härtet exotherme Wärme aus, die durch die Bildung chemischer Bindungen entsteht. Je mehr chemische Bindungen pro Volumeneinheit und Zeiteinheit gebildet werden, desto mehr Energie wird freigesetzt. Die Wärmeübergangskoeffizienten von Harzen und ihren Polymeren sind im Allgemeinen recht niedrig. Die Geschwindigkeit der Wärmeabfuhr während der Polymerisation kann nicht mit der Geschwindigkeit der Wärmeerzeugung mithalten. Diese zunehmenden Wärmemengen führen dazu, dass chemische Reaktionen schneller ablaufen, was zu mehr führt. Diese sich selbst beschleunigende Reaktion führt schließlich zu Spannungsversagen oder zur Verschlechterung des Teils. Dies ist bei der Herstellung von Verbundwerkstoffteilen mit großer Dicke stärker ausgeprägt und es ist besonders wichtig, den Aushärtungsprozess zu optimieren. Das Problem des lokalen „Temperaturüberschusses“, der durch die hohe exotherme Rate der Prepreg-Aushärtung verursacht wird, und der Zustandsunterschied (z. B. Temperaturunterschied) zwischen dem globalen Prozessfenster und dem lokalen Prozessfenster sind alle auf die Steuerung des Aushärtungsprozesses zurückzuführen. Die „Temperaturgleichmäßigkeit“ im Teil (insbesondere in der Dickenrichtung des Teils) zum Erreichen einer „Temperaturgleichmäßigkeit“ hängt von der Anordnung (oder Anwendung) einiger „Einheitstechnologien“ im „Fertigungssystem“ ab. Da bei dünnen Teilen eine große Wärmemenge an die Umgebung abgegeben wird, steigt die Temperatur nur geringfügig an und manchmal wird das Teil nicht vollständig ausgehärtet. Zu diesem Zeitpunkt muss zusätzliche Wärme zugeführt werden, um die Vernetzungsreaktion abzuschließen, d. h. eine kontinuierliche Erwärmung.

Die Nicht-Autoklav-Formungstechnologie für Verbundwerkstoffe ist mit der herkömmlichen Autoklav-Formungstechnologie verwandt. Im Großen und Ganzen kann jedes Verfahren zur Formung von Verbundwerkstoffen, bei dem keine Autoklavenausrüstung verwendet wird, als Nicht-Autoklaven-Formungstechnologie bezeichnet werden. . Bisher umfasst die Anwendung der Nicht-Autoklav-Formtechnologie im Luft- und Raumfahrtbereich hauptsächlich die folgenden Richtungen: Nicht-Autoklav-Prepreg-Technologie, Flüssigformtechnologie, Prepreg-Formpresstechnologie, Mikrowellen-Härtungstechnologie, Elektronenstrahl-Härtungstechnologie, Flüssigkeitsformungstechnologie mit ausgeglichenem Druck . Unter diesen Technologien ist die OoA-Prepreg-Technologie (Outof Autoclave) näher am traditionellen Autoklavenformungsprozess und verfügt über eine breite Palette manueller und automatischer Legeprozessgrundlagen, sodass sie als Vliesstoff angesehen wird, der wahrscheinlich realisiert wird im großen Maßstab. Autoklavenformungstechnologie. Ein wichtiger Grund für die Verwendung eines Autoklaven für Hochleistungsverbundteile besteht darin, einen ausreichenden Druck auf das Prepreg auszuüben, der größer ist als der Dampfdruck eines Gases während der Aushärtung, um die Bildung von Poren zu verhindern. Dies ist die Hauptschwierigkeit dieser Technologie bei OoA-Prepregs muss durchbrechen. Ob die Porosität des Teils unter Vakuumdruck kontrolliert werden kann und seine Leistung die Leistung von autoklavgehärtetem Laminat erreichen kann, ist ein wichtiges Kriterium für die Bewertung der Qualität von OoA-Prepreg und seines Formprozesses.

Die Entwicklung der OoA-Prepreg-Technologie entstand zunächst aus der Entwicklung von Harzen. Bei der Entwicklung von Harzen für OoA-Prepregs gibt es drei Hauptpunkte: Zum einen geht es darum, die Porosität der Formteile zu kontrollieren, beispielsweise durch die Verwendung von durch Additionsreaktion gehärteten Harzen, um flüchtige Stoffe bei der Härtungsreaktion zu reduzieren; die zweite besteht darin, die Leistung der ausgehärteten Harze zu verbessern, um die durch den Autoklavenprozess gebildeten Harzeigenschaften zu erreichen, einschließlich thermischer Eigenschaften und mechanischer Eigenschaften; Die dritte besteht darin, sicherzustellen, dass das Prepreg eine gute Herstellbarkeit aufweist, z. B. sicherzustellen, dass das Harz unter einem Druckgradienten von Atmosphärendruck fließen kann, sicherzustellen, dass es eine lange Viskositätslebensdauer und eine ausreichende Raumtemperatur außerhalb der Zeit hat usw. Verhalten der Rohstoffhersteller Materialforschung und -entwicklung entsprechend spezifischer Designanforderungen und Prozessmethoden. Die Hauptrichtungen sollten Folgendes umfassen: Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, Erhöhung der Einwirkzeit, Reduzierung der Aushärtungstemperatur sowie Verbesserung der Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit. Einige dieser Leistungsverbesserungen sind widersprüchlich. , wie hohe Zähigkeit und Aushärtung bei niedriger Temperatur. Sie müssen einen Gleichgewichtspunkt finden und ihn umfassend berücksichtigen!

Neben der Harzentwicklung fördert die Herstellungsmethode von Prepreg auch die Anwendungsentwicklung von OoA-Prepreg. Die Studie ergab die Bedeutung von Prepreg-Vakuumkanälen für die Herstellung von Laminaten ohne Porosität. Nachfolgende Studien haben gezeigt, dass halbimprägnierte Prepregs die Gasdurchlässigkeit wirksam verbessern können. OoA-Prepregs sind mit Harz halbimprägniert und trockene Fasern werden als Kanäle für Abgase verwendet. Die an der Aushärtung des Teils beteiligten Gase und flüchtigen Stoffe können durch Kanäle abgeführt werden, sodass die Porosität des Endteils <1 % beträgt.
Der Vakuumverpackungsprozess gehört zum Non-Autoclave Forming (OoA)-Prozess. Kurz gesagt handelt es sich um einen Formprozess, der das Produkt zwischen der Form und dem Vakuumbeutel versiegelt und das Produkt durch Vakuumieren unter Druck setzt, um das Produkt kompakter zu machen und bessere mechanische Eigenschaften zu erzielen. Der Hauptherstellungsprozess ist

Zunächst wird ein Trennmittel oder Trenntuch auf die Auflegeform (oder Glasscheibe) aufgetragen. Das Prepreg wird gemäß dem Standard des verwendeten Prepregs geprüft, hauptsächlich einschließlich der Oberflächendichte, des Harzgehalts, der flüchtigen Bestandteile und anderer Informationen des Prepregs. Schneiden Sie das Prepreg zu. Achten Sie beim Schneiden auf die Faserrichtung. Im Allgemeinen muss die Richtungsabweichung der Fasern weniger als 1° betragen. Nummerieren Sie jede Stanzeinheit und notieren Sie die Prepreg-Nummer. Beim Auflegen von Lagen sollten die Lagen in strikter Übereinstimmung mit der auf dem Auflegeprotokollblatt vorgeschriebenen Auflegereihenfolge verlegt werden, und die PE-Folie oder das Trennpapier sollten entlang der Faserrichtung verbunden sein, und die Luftblasen sollten dies tun entlang der Faserrichtung gejagt werden. Der Schaber breitet das Prepreg aus und kratzt es so weit wie möglich heraus, um die Luft zwischen den Schichten zu entfernen. Beim Auflegen ist es manchmal erforderlich, Prepregs zu spleißen, die entlang der Faserrichtung gespleißt werden müssen. Beim Spleißvorgang sollte eine Überlappung und eine geringere Überlappung erreicht werden und die Spleißnähte jeder Schicht sollten versetzt sein. Im Allgemeinen ist der Spleißspalt von unidirektionalem Prepreg wie folgt. 1 mm; Das geflochtene Prepreg darf sich nur überlappen, nicht spleißen, und die Überlappungsbreite beträgt 10 bis 15 mm. Achten Sie als Nächstes auf die Vakuum-Vorverdichtung. Die Stärke der Vorverdichtung variiert je nach Anforderung. Der Zweck besteht darin, die in der Schichtung eingeschlossene Luft und die flüchtigen Stoffe im Prepreg abzuleiten, um die innere Qualität des Bauteils sicherzustellen. Anschließend erfolgt das Einlegen der Hilfsstoffe und das Vakuumieren. Verschließen und Aushärten des Beutels: Die letzte Voraussetzung besteht darin, dass keine Luft austreten kann. Hinweis: Die Stelle, an der es häufig zu Luftlecks kommt, ist die Dichtungsfuge.

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