Výroba součástí z kompozitních materiálů

Prezentace na téma: "Výroba součástí z kompozitních materiálů"— Transkript prezentace:

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

2 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.)

3 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

4 Struktura tkaniny ze skelného vlákna

5 Struktura tkaniny z kevlarového vlákna

6 Struktura uhlíkové tkaniny
Příklady rozdílné orientace vláken

7 Tkanina uhlík-kevlar Příklady rozdílné orientace vláken

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

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

10 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

11 Schéma linky na výrobu naimpregnované tkaniny pojivem technologií SMC

12 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

13 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

14 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

15 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

16 Základní sada pro ruční výrobu

17 Základní sada pro ruční výrobu kompozitu

18 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

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

20 Schéma ručního kladení

21 Nanášení tkaniny Tkaninu je nutné zpravidla ořezávat na požadovaný tvar

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

23 Schéma vysokotlakého vstřikování pojiva

24 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

25 Schéma rotačního navíjení vlákna na jádro

26 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

27 Příklad využití – disk jízdního kola

28 Kruhová trubka z uhlíku

29 Osmihranná trubka z uhlíku

30 Použité zdroje