Nachricht

Verbundwerkstoffe bestehen aus Verstärkungsfasern und einem Kunststoff. Die Rolle des Harzes ist dabei entscheidend. Die Wahl des Harzes bestimmt eine Reihe charakteristischer Prozessparameter, einige mechanische Eigenschaften und Funktionalitäten (z. B. thermische Eigenschaften, Entflammbarkeit, Umweltbeständigkeit). Die Harzeigenschaften sind auch ein Schlüsselfaktor für das Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Verbundwerkstoffen. Mit der Harzwahl wird automatisch der Bereich festgelegt, der die Verarbeitungsmöglichkeiten und Eigenschaften des Verbundwerkstoffs bestimmt. Duroplastische Harze sind aufgrund ihrer guten Verarbeitbarkeit 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 thermoplastische Harze bestehen, als dem thermoplastischen Harz im fertigen Zustand. Vor der Aushärtung können duroplastische Harze in verschiedene Formen gebracht werden. Nach der Aushärtung mit Härtern, Initiatoren oder durch Wärme lassen sie sich jedoch nicht mehr umformen, da während der Aushärtung chemische Bindungen entstehen. Kleine Moleküle werden in dreidimensional vernetzte, starre Polymere mit höheren Molekulargewichten umgewandelt.

Es gibt viele Arten von Duroplasten, am häufigsten werden Phenolharze verwendet.Epoxidharze, Bis-Pferde-Harze, Vinylharze, Phenolharze usw.

(1) Phenolharz ist ein frühhärtendes Duroplast mit guter Haftung, hoher Wärmebeständigkeit und guten dielektrischen Eigenschaften nach der Aushärtung. Zu seinen herausragenden Merkmalen zählen hervorragende Flammschutzeigenschaften, geringe Wärmefreisetzungsrate, niedrige Rauchentwicklung und geringe Verbrennungsgase. Die freigesetzten Gase sind weniger toxisch. Phenolharz ist gut verarbeitbar, und die Bauteile können durch Spritzgießen, Wickeln, Handlaminieren, Spritzen und Pultrusion hergestellt werden. Zahlreiche Phenolharz-basierte Verbundwerkstoffe werden in der Innenausstattung von Zivilflugzeugen eingesetzt.

(2)EpoxidharzEpoxidharz ist ein frühes Matrixharz, das in Flugzeugstrukturen eingesetzt wird. Es zeichnet sich durch eine große Materialvielfalt aus. Verschiedene Härter und Beschleuniger ermöglichen einen Aushärtungstemperaturbereich von Raumtemperatur bis 180 °C. Es besitzt hohe mechanische Eigenschaften, eine gute Faserverträglichkeit, Beständigkeit gegenüber Hitze und Feuchtigkeit, ausgezeichnete Zähigkeit und hervorragende Verarbeitbarkeit (gute Deckkraft, moderate Harzviskosität, gute Fließfähigkeit, Druckfestigkeit usw.). Es eignet sich für das einteilige Aushärten großer Bauteile und ist kostengünstig. Die guten Formgebungseigenschaften und die herausragende Zähigkeit von Epoxidharz machen es zu einem wichtigen Bestandteil moderner Verbundwerkstoffe.

(3)VinylharzVinylharz gilt als eines der besten korrosionsbeständigen Harze. Es ist beständig gegen die meisten Säuren, Laugen, Salzlösungen und starke Lösungsmittel. Es findet breite Anwendung in der Papierherstellung, der chemischen Industrie, der Elektronik, der Erdölindustrie, im Lager- und Transportwesen, im Umweltschutz, im Schiffbau sowie in der Automobil- und Beleuchtungsindustrie. Es vereint die Eigenschaften von ungesättigtem Polyester und Epoxidharz und bietet somit sowohl die hervorragenden mechanischen Eigenschaften von Epoxidharz als auch die gute Verarbeitbarkeit von ungesättigtem Polyester. Neben seiner herausragenden Korrosionsbeständigkeit zeichnet sich dieses Harz auch durch eine gute Hitzebeständigkeit aus. Es ist in Standard-, Hochtemperatur-, flammhemmenden und schlagfesten Ausführungen sowie weiteren Varianten erhältlich. Die Anwendung von Vinylharz in faserverstärkten Kunststoffen (FVK) basiert hauptsächlich auf dem Handlaminieren, insbesondere im Korrosionsschutz. Mit der Entwicklung von SMC (Self-Matrix-Verbundwerkstoffen) gewinnt seine Anwendung in diesem Bereich zunehmend an Bedeutung.

(4) Modifiziertes Bismaleimidharz (im Folgenden: Bismaleimidharz) wurde entwickelt, um die Anforderungen neuer Kampfflugzeuge an Verbundwerkstoffmatrixen zu erfüllen. Zu diesen Anforderungen gehören unter anderem die Fertigung großer Bauteile und komplexer Profile bei 130 °C. Im Vergleich zu Epoxidharz zeichnet sich das Bismaleimidharz hauptsächlich durch seine überlegene Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit sowie seine hohe Betriebstemperatur aus. Der Nachteil besteht in der geringeren Verarbeitbarkeit im Vergleich zu Epoxidharz und der hohen Aushärtungstemperatur (über 185 °C), die eine Temperatur von 200 °C oder eine längere Aushärtung bei über 200 °C erfordert.
(5) Cyanid (Qing-Diakustik)-Esterharz besitzt 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, ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und Hafteigenschaften usw. und weist eine ähnliche Verarbeitungstechnologie wie Epoxidharz auf.
Gegenwärtig werden Cyanatharze hauptsächlich in drei Bereichen eingesetzt: Leiterplatten für Hochgeschwindigkeits-Digital- und Hochfrequenztechnik, Hochleistungs-Wellenübertragungs-Strukturmaterialien und Hochleistungs-Strukturverbundwerkstoffe für die Luft- und Raumfahrt.

Vereinfacht gesagt, hängt die Leistungsfähigkeit von Epoxidharz nicht nur von den Synthesebedingungen, sondern maßgeblich von der Molekularstruktur ab. Die Glycidylgruppe im Epoxidharz ist ein flexibles Segment, das die Viskosität des Harzes reduzieren und die Verarbeitungseigenschaften verbessern kann, gleichzeitig aber die Wärmebeständigkeit des ausgehärteten Harzes verringert. Die wichtigsten Ansätze zur Verbesserung der thermischen und mechanischen Eigenschaften ausgehärteter Epoxidharze sind ein niedriges Molekulargewicht und die Multifunktionalisierung, um die Vernetzungsdichte zu erhöhen und starre Strukturen einzuführen. Die Einführung starrer Strukturen führt jedoch zu einer geringeren Löslichkeit und einer höheren Viskosität, was die Verarbeitungseigenschaften des Epoxidharzes beeinträchtigt. Die Verbesserung der Temperaturbeständigkeit des Epoxidharzsystems ist daher ein sehr wichtiger Aspekt. Je mehr funktionelle Gruppen Harz und Härter aufweisen, desto höher ist die Vernetzungsdichte und desto höher ist die Glasübergangstemperatur (Tg). Konkrete Vorgehensweise: Multifunktionale Epoxidharze oder Härter sowie hochreine Epoxidharze verwenden. Die gängige Methode besteht darin, dem Härtungssystem einen bestimmten Anteil o-Methylacetaldehyd-Epoxidharz zuzusetzen. Dies ist effektiv und kostengünstig. Je höher das mittlere Molekulargewicht, desto enger die Molekulargewichtsverteilung und desto höher die Glasübergangstemperatur (Tg). Spezielle Vorgehensweise: Verwenden Sie ein multifunktionales Epoxidharz oder einen Härter bzw. andere Methoden mit einer möglichst gleichmäßigen Molekulargewichtsverteilung.

Als Hochleistungsharzmatrix für Verbundwerkstoffe muss sie hinsichtlich ihrer verschiedenen Eigenschaften, wie Verarbeitbarkeit, thermophysikalischen und mechanischen Eigenschaften, den Anforderungen praktischer Anwendungen gerecht werden. Die Verarbeitbarkeit der Harzmatrix umfasst die Löslichkeit in Lösungsmitteln, die Schmelzviskosität (Fließfähigkeit) und deren Änderung sowie die Änderung der Gelierzeit mit der Temperatur (Prozessfenster). Die Zusammensetzung der Harzformulierung und die Wahl der Reaktionstemperatur bestimmen die chemische Reaktionskinetik (Aushärtungsgeschwindigkeit), die chemischen rheologischen Eigenschaften (Viskositäts-Temperatur-Zeit-Verhalten) und die chemische Reaktionsthermodynamik (exotherm). Unterschiedliche Verfahren stellen unterschiedliche Anforderungen an die Harzviskosität. Im Allgemeinen liegt die Harzviskosität beim Wickelverfahren bei etwa 500 cP, beim Pultrusionsverfahren bei etwa 800–1200 cP, beim Vakuuminjektionsverfahren bei etwa 300 cP und kann beim RTM-Verfahren höher sein, überschreitet aber im Allgemeinen nicht 800 cP. Für das Prepreg-Verfahren ist eine relativ hohe Viskosität erforderlich, üblicherweise zwischen 30.000 und 50.000 cP. Diese Viskositätsanforderungen hängen natürlich von den Eigenschaften des Prozesses, der Anlagen und der verwendeten Materialien ab und sind nicht statisch. Im Allgemeinen sinkt die Viskosität des Harzes im unteren Temperaturbereich mit steigender Temperatur. Gleichzeitig schreitet jedoch die Aushärtungsreaktion des Harzes voran. Kinetisch betrachtet verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit mit jedem Temperaturanstieg um 10 °C. Diese Näherung ist dennoch nützlich, um abzuschätzen, wann die Viskosität eines reaktiven Harzsystems einen bestimmten kritischen Wert erreicht. Beispielsweise benötigt ein Harzsystem mit einer Viskosität von 200 cP bei 100 °C 50 Minuten, um seine Viskosität auf 1000 cP zu erhöhen. Die Zeit, die dasselbe Harzsystem benötigt, um seine Anfangsviskosität von unter 200 cP auf 1000 cP bei 110 °C zu erhöhen, beträgt dann etwa 25 Minuten. Bei der Auswahl der Prozessparameter müssen Viskosität und Gelierzeit unbedingt berücksichtigt werden. Beispielsweise muss beim Vakuum-Einspritzverfahren sichergestellt sein, dass die Viskosität bei der Betriebstemperatur im erforderlichen Viskositätsbereich liegt und die Verarbeitungszeit des Harzes bei dieser Temperatur ausreichend lang ist, um ein erfolgreiches Einbringen des Harzes zu gewährleisten. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bei der Auswahl des Harztyps im Injektionsverfahren Gelierpunkt, Füllzeit und Temperatur des Materials berücksichtigt werden müssen. Ähnliche Anforderungen gelten auch für andere Verfahren.

Beim Formgebungsprozess bestimmen Größe und Form des Formteils, die Art der Verstärkung und die Prozessparameter die Wärme- und Stofftransportrate. Harze härten exotherm aus, wobei durch die Bildung chemischer Bindungen Wärme 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 Wärmeabfuhr während der Polymerisation kann die Wärmeerzeugung nicht kompensieren. Diese zusätzlichen Wärmemengen beschleunigen die chemischen Reaktionen und führen zu einer stärkeren Belastung. Diese sich selbst beschleunigende Reaktion führt schließlich zu Spannungsrissen oder Materialermüdung. Dies tritt besonders deutlich bei der Herstellung dicker Verbundbauteile auf, weshalb die Optimierung des Aushärtungsprozesses von entscheidender Bedeutung ist. Das Problem des lokalen Temperaturanstiegs aufgrund der hohen Exothermierate der Prepreg-Aushärtung sowie die Zustandsdifferenzen (z. B. Temperaturdifferenzen) zwischen dem globalen und dem lokalen Prozessfenster hängen alle von der Steuerung des Aushärtungsprozesses ab. Die Erzielung einer gleichmäßigen Temperaturverteilung im Bauteil (insbesondere in Dickenrichtung) hängt von der Anordnung (bzw. Anwendung) bestimmter Prozessschritte im Fertigungssystem ab. Bei dünnen Bauteilen wird viel Wärme an die Umgebung abgegeben, wodurch die Temperatur nur langsam ansteigt und das Bauteil unter Umständen nicht vollständig aushärtet. In diesem Fall ist eine zusätzliche Wärmezufuhr erforderlich, um die Vernetzungsreaktion abzuschließen – also eine kontinuierliche Erwärmung.

Die Formgebungstechnologie für Verbundwerkstoffe ohne Autoklav steht in engem Zusammenhang mit der traditionellen Autoklavenformung. Allgemein gesprochen kann jedes Formgebungsverfahren für Verbundwerkstoffe, das keine Autoklavenanlage verwendet, als Formgebungstechnologie ohne Autoklav bezeichnet werden. Bisher umfasst die Anwendung dieser Technologie im Luft- und Raumfahrtbereich hauptsächlich folgende Bereiche: Prepreg-Technologie ohne Autoklav, Flüssigformung, Prepreg-Pressformung, Mikrowellenhärtung, Elektronenstrahlhärtung und Formgebung mit ausgeglichenem Druck. Unter diesen Technologien ist die OoA-Prepreg-Technologie (Out-of-Autoclave) dem traditionellen Autoklavenformverfahren am ähnlichsten und bietet eine breite Palette an manuellen und automatisierten Prozessschritten. Daher gilt sie als vielversprechende Technologie für die großflächige Herstellung von Vliesstoffen. Ein wichtiger Grund für den Einsatz eines Autoklaven für Hochleistungs-Verbundbauteile ist die Bereitstellung eines ausreichenden Drucks für das Prepreg, der den Dampfdruck aller Gase während der Aushärtung übersteigt. Dadurch wird die Porenbildung verhindert, was die größte Herausforderung für OoA-Prepreg-Technologien darstellt. Ob die Porosität des Bauteils unter Vakuumdruck kontrolliert werden kann und ob seine Leistung die von autoklavgehärteten Laminaten erreicht, ist ein wichtiges Kriterium für die Bewertung der Qualität von OoA-Prepreg und seines Formgebungsprozesses.

Die Entwicklung der OoA-Prepreg-Technologie begann mit der Entwicklung von Harzen. Drei Hauptaspekte spielen dabei eine Rolle: Erstens die Kontrolle der Porosität der Formteile, beispielsweise durch additionsvernetzende Harze, um die Flüchtigkeit der Aushärtungsreaktion zu reduzieren. Zweitens die Verbesserung der Eigenschaften der ausgehärteten Harze, um die durch den Autoklavenprozess erzielten Eigenschaften, einschließlich der thermischen und mechanischen Eigenschaften, zu erreichen. Drittens die Sicherstellung einer guten Verarbeitbarkeit des Prepregs, beispielsweise durch Gewährleistung der Fließfähigkeit des Harzes unter atmosphärischem Druckgradienten, einer langen Viskositätsstabilität und ausreichender Aushärtungszeit bei Raumtemperatur. Rohstoffhersteller betreiben Materialforschung und -entwicklung entsprechend den spezifischen Designanforderungen und Prozessmethoden. Die wichtigsten Ziele sind: Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, Verlängerung der Aushärtungszeit, Senkung der Aushärtungstemperatur sowie Verbesserung der Feuchtigkeits- und Hitzebeständigkeit. Einige dieser Leistungsverbesserungen stehen im Widerspruch zueinander, wie beispielsweise hohe Zähigkeit und Aushärtung bei niedrigen Temperaturen. Es gilt, einen ausgewogenen Kompromiss zu finden und alle Aspekte umfassend zu berücksichtigen.

Neben der Harzentwicklung fördert auch das Herstellungsverfahren von Prepregs die Anwendungsentwicklung von OoA-Prepregs. Die Studie belegte die Bedeutung von Vakuumkanälen in Prepregs für die Herstellung porenfreier Laminate. Weiterführende Untersuchungen zeigten, dass halbimprägnierte Prepregs die Gasdurchlässigkeit effektiv verbessern können. OoA-Prepregs werden mit Harz halbimprägniert, wobei trockene Fasern als Abgaskanäle dienen. Die bei der Aushärtung des Bauteils entstehenden Gase und flüchtigen Bestandteile können durch diese Kanäle abgeführt werden, sodass die Porosität des fertigen Bauteils unter 1 % liegt.
Das Vakuumsackverfahren zählt zu den nicht-autoklavischen Formgebungsverfahren. Kurz gesagt, es handelt sich um ein Formgebungsverfahren, bei dem das Produkt zwischen Form und Vakuumsack eingeschlossen und durch Vakuumierung unter Druck gesetzt wird, um es kompakter zu machen und seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Der Hauptherstellungsprozess ist

Zunächst wird ein Trennmittel oder Trenngewebe auf die Laminierform (oder Glasplatte) aufgebracht. Das Prepreg wird gemäß der verwendeten Prepreg-Norm geprüft, insbesondere hinsichtlich Flächengewicht, Harzgehalt, flüchtiger Bestandteile und weiterer Informationen. Das Prepreg wird zugeschnitten. Dabei ist auf die Faserrichtung zu achten. Die Abweichung der Faserrichtung sollte in der Regel weniger als 1° betragen. Jede Stanzeinheit wird nummeriert und die Prepreg-Nummer notiert. Beim Laminieren sind die Lagen exakt nach der im Laminierprotokoll vorgegebenen Reihenfolge zu verlegen. Die PE-Folie oder das Trennpapier sind in Faserrichtung zu verbinden, und Luftblasen sind ebenfalls in Faserrichtung zu entfernen. Mit einem Rakel wird das Prepreg verteilt und so gut wie möglich von der Luft zwischen den Lagen befreit. Gegebenenfalls müssen beim Laminieren Prepregs gespleißt werden. Die Spleißung muss in Faserrichtung erfolgen. Beim Spleißen ist auf möglichst geringe oder gar keine Überlappung zu achten, wobei die Spleißnähte der einzelnen Lagen versetzt angeordnet sein sollten. Der Spleißspalt von unidirektionalem Prepreg beträgt üblicherweise 1 mm; geflochtenes Prepreg darf nur überlappen, aber nicht gespleißt werden, die Überlappungsbreite liegt bei 10–15 mm. Anschließend ist auf die Vakuumvorverdichtung zu achten, deren Dicke je nach Anforderung variiert. Ziel ist es, die im Laminat eingeschlossene Luft und die flüchtigen Bestandteile des Prepregs zu entfernen und so die innere Qualität des Bauteils zu gewährleisten. Danach werden die Hilfsmaterialien aufgebracht und das Prepreg vakuumverpackt. Abschließend muss die Vakuumversiegelung luftdicht verschlossen werden. Hinweis: Häufig treten Luftlecks an den Dichtfugen auf.

Wir produzieren auchGlasfaser-Direktroving,Glasfasermatten, Glasfasergewebe UndGlasfasergewebe.

Kontaktieren Sie uns:

Telefonnummer: +8615823184699

Telefonnummer: +8602367853804

Email:marketing@frp-cqdj.com