Výroba součástí z kompozitních materiálů Bc. Martin Šindelář SPŠ Na Třebešíně 2299

Kompozitní materiály Jedná se o materiál tvořen dvou a více složkami, které mají zásadně odlišné fyzikální a jiné vlastnosti Zpravidla jsou jednou složkou vlákna (např. uhlíková), které mají funkci pevnostní výztuhy. Tato vlákna jsou spojena pojivem – druhou složkou, kterou jsou polymerní matrice (např. epoxidová pryskyřice) Výsledné vlastnosti jsou: vysoká pevnost při nízké hmotnosti, chemická odolnost, elektrická a tepelná izolace, korozivzdornost Využití kompozitu je: v letectví, motosportu, výrobě lodí, sportovních pomůcek (lodě, pádla aj.)

Vlákna – složka tvořící výztuhu Jak bylo uvedeno jednou ze složek tvořící kompozit, je vlákno, které plní funkci výstuhy, a které vytváří výslednou pevnost materiálu V praxi se setkáváme např. s vlákny uhlíkovými, kevlarovými, skelnými Tato vlákna mohou být aplikovaná jako dlouhá či krátká Dlouhá vlákna se mohou aplikovat na vyráběný díl samostatně nebo vyrábíme díl z tzv. tkanin či rohoží, což jsou spletená vlákna do souvislé vrstvy Krátká sekaná vlákna je možno přimíchat do roztaveného pojiva či je aplikovat nástřikem

Struktura tkaniny ze skelného vlákna

Struktura tkaniny z kevlarového vlákna

Struktura uhlíkové tkaniny Příklady rozdílné orientace vláken

Tkanina uhlík-kevlar Příklady rozdílné orientace vláken

Příklad uhlíkového vlákna U některých metod výroby navíjíme na vyráběný díl samostatně vlákno, neaplikujeme ve formě tkaniny

Pojivo – epoxidová pryskyřice Epoxidové pryskyřice se standardně dodávají v tekutém stavu v uzavřených nádobách Pryskyřice jsou dodávány z urychlovačem – složkou, která zajistí urychlení vytvrzení

Naimpregnované tkaniny Tkaniny se dodávají také jako napuštěné pojivem, při výrobě stačí již pouze pokládat jednotlivé vrstvy, slisovat a spéci Aby nedošlo k vytvrzení pojiva při skladování, je nutné tkaninu skladovat zmraženou

Schéma linky na výrobu naimpregnované tkaniny pojivem technologií SMC

Struktura kompozitního výrobku Struktura součásti kompozitu je poměrně komplikovaná, jelikož se konečný produkt skládá z několika vrstev Vícevrstvé struktury je třeba pro dosažení požadovaných vlastností Tkanina má jasně definovaný směr vláken. Jednotlivé vrstvy tkaniny, proto skládáme, tak aby směr vláken byl jinak orientován a nebyl rovnoběžný Střídání směru vláken je nutné např. při kombinovaném namáhání (ohyb x tah) V případě navíjení samostatného vlána, také měníme směr orientace Zároveň usilujeme, aby v konečném výrobku byl eliminován podíl pojivové složky, která nezvyšuje pevnost, ale zvyšuje hmotnost

Výroba součásti z kompozitu Při výrobě součásti tedy na sebe skládáme jednotlivé vrstvy tkaniny či vlákna Pro výrobu součásti potřebujeme formu udávající tvar budoucího výrobku, do které tkaniny pokládáme nebo, na kterou navíjíme vlákno Do formy postupně nanášíme jednotlivé vrstvy, které na sebe pěchujeme Tkanina či vlákno s pojivem je dobře poddajné – samotná tkanina, vlákno má vysokou ohebnost a pojivo je v tekuté formě Po vytvrzení pojiva dojde k jeho ztvrdnutí – vlákna, tkanina jsou mezi sebou zafixována

Výroba součásti z kompozitu Zjednodušeně tedy jde např. o: napuštění tkaniny v pojivu (pryskyřici), umístění napuštěné tkaniny do formy, přitlačení na stěnu formy. Takto postupně nanášet jednotlivé vrstvy, poté nechat výrobek za pokojové teploty vytvrdit, vyjmout z formy a očistit. Pokud, ale chceme výrobu automatizovat, chceme eliminovat podíl pojiva ve struktuře, využíváme různé způsoby výroby Dále bude některé z metody vyjmenovány a popsány

Ruční aplikace Jednotlivé vrstvy tkaniny (3) pokládáme na vnitřní povrch formy (1), válečkem roztíráme na tkanině pojivo, snažíme se tkaninu na povrch co nejvíce přitlačit Dále usilujeme vymačkání vzduchových bublin z tekutého pojivá, aby nedošlo k tvorbě pórů

Základní sada pro ruční výrobu

Základní sada pro ruční výrobu kompozitu

Výroba kompozitu z tkaniny Uvedená metoda na předchozím snímku je principem obdobná pro ostatní způsoby výroby součástí z tkaniny Jednotlivé metody se liší např. pěchováním – k přitlačení nedochází ručně válečkem a lisováním formy Nanášení pojiva nemusí probíhat až ve formě, tkaninu nejdřív napouštíme, a poté až aplikujeme do formy Pro výrobu užíváme také již naimpregnovanou tkaninu pojivem, v takovém případě probíhá lisování zatepla – spékání, jelikož tkanina je dodávána zmražená

Tkanina s pojivem Nanesení pojiva na tkaninu, které bude dále roztíráno po celém povrchu tkaniny

Schéma ručního kladení

Nanášení tkaniny Tkaninu je nutné zpravidla ořezávat na požadovaný tvar

Vakuová technologie Při vakuové technologii se snažíme eliminovat podíl pojiva, tak že jej pod tlakem vysáváme a odvádíme z formy

Schéma vysokotlakého vstřikování pojiva

Výroba rotačních součástí Tento způsoby užíváme např. výrobě trubek Jde o navíjení samostatného vlákna (1) na válec (3) udávající vnitřní tvar výrobku Vlákno je před navíjením napuštěno pojivem (2) Navíjení jednotlivých vláken probíhá za rotace a posuvového pohybu, aby došlo rozdílné orientaci vláken

Schéma rotačního navíjení vlákna na jádro

Nástřik krátkých vláken Při výrobě součásti z krátkého sekaného vlákna lze využít tuto metodu Pistolí, která má dvě trysky míříme na povrch formy (1) V pistoli dochází k sekání vlákna (4), které je dopravováno z cívky Tryskou č.2 je přiváděn stlačený vzduch a tryskou č. 3 pojivo Sekané vlákno s pojivem je soustředěno na povrch formy, kde ulpívá

Příklad využití – disk jízdního kola

Kruhová trubka z uhlíku

Osmihranná trubka z uhlíku

Použité zdroje https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=84979 https://www.coroflot.com/schimkat/UCF-FSAE-Full-Composite-Wheel