I. Гаряче пресування
У процесі гарячого компресійного формування матеріал нагрівається в печі до температури, вищої за температуру плавлення (340-430 градусів, або 645-805℉), швидко (1-10 с) доставляється до формувальна форма, пресована форма, затвердіння та охолодження під тиском (700 - 7000 кПа або 100 - 1000 psi). Як показано на малюнку 42, у виробництві матриця для пресування зазвичай має опукло-увігнуту комбінацію зі сталі або алюмінію. Однак у процесі створення прототипів можна використовувати такі матеріали, як гума, дерево, фенол тощо. Повну форму можна зберігати при кімнатній температурі протягом усього циклу формування-затвердіння. Однак використання гарячих форм (120-200 градус, або 250-390℉) дозволяє контролювати швидкість охолодження (уникаючи викривлення деталей і контролюючи морфологію напівкристалічних термопластичних препрегів, таких як PEEK і поліфеніленсульфід ) і розширює формувальне вікно та сприяє кращому ковзанню укладання.
Рисунок 42: Обладнання для гарячого пресування
Основним недоліком цього методу є те, що прес чинить тиск лише в одному напрямку, що ускладнює виготовлення деталей складної форми (наприклад, бісер, закриті кути) або деталей з майже вертикальними опорами. Оскільки температуру повного набору форм не потрібно змінювати з кожною частиною, швидкий час виготовлення прототипу від 10 хвилин до 2 годин досягається за допомогою пресового формування.
II. Термопара (зонд)
Термопара (ТП) — це термоелектричний пристрій для точного вимірювання температури. Його можна під’єднати до простого пристрою для зчитування температури або до теплового зв’язку, печі чи іншого типу контролера для регулювання тепла. TC складається з одного дроту або двох дротів із різних металів, один кінець яких з’єднаний разом. . Нагрітий роз’єм генерує електричний струм, який монітор TC перетворює на показання температури. Виберіть тип дроту (J або K) і тип роз’єму, який сумісний з місцевим обладнанням для моніторингу температури (теплові з’єднувачі, печі, автоклави тощо). Проводи TC можна підключати до різних типів ізольованого обладнання; перевірте паспорт виробника продукту, щоб переконатися, що ізоляція здатна витримувати найвищі температури затвердіння. Дріт з тефлоновою ізоляцією зазвичай підходить для затвердіння при 390 ℉ (198,89 градусів) і нижче; для більш високих температур слід використовувати дріт із поліімідною (каптоновою) ізоляцією.
III. Схема термопари
Розміщення термопар протягом процесу ремонту має вирішальне значення для отримання відповідних температур затвердіння. Загалом, термопари, які використовуються для контролю температури, слід розміщувати якомога ближче до ремонтного матеріалу, не вставляючи їх у ремонтний матеріал і не створюючи вм’ятин під час ремонтного процесу. Вони також повинні бути розміщені відповідно гарячими або холодними, щоб забезпечити належне затвердіння матеріалу, але не піддаватися впливу надмірних температур, які можуть погіршити структурні властивості матеріалу. Термопари слід розміщувати якомога ближче до зони моніторингу. Під час використання термопар слід виконувати такі дії.
- Принаймні не менше трьох термопар для моніторингу циклу нагрівання.
- Розмістіть термопари поблизу центру пластиру, якщо склеюєте попередньо затверділі пластирі.
-Контрольні термопари можна розташовувати в центрі низькотемпературного (200 градусів F (93,33 градуса) або нижчого) пластиру спільного затвердіння, за умови, що вони розміщені поверх тонкого металевого листа, щоб запобігти вдавленню термопар у пластик. . Це дозволяє більш точно контролювати температуру пластиру.
-Термопари, встановлені навколо ремонтної латки, слід розташувати приблизно 0.5' від краю лінії клею.
- Розташуйте стрічку проти розливу під і над наконечниками термопар, щоб захистити їх від розливів смоли та захистити блок керування від короткого замикання живлення.
- Не розміщуйте термопари під вакуумними портами, оскільки тиск може пошкодити проводи та спричинити помилкові показання.
- Не розміщуйте дроти термопари поруч із проводами живлення теплообмінної оболонки або вздовж них, щоб запобігти виникненню помилкових показань температури через лінії магнітного потоку.
- Не розміщуйте контрольні термопари в дводюймовому перекритті теплової ковдри, щоб запобігти спробам контролера компенсувати нижчі температури.
- Завжди зберігайте провисання дротів термопари під вакуумним пакетом, щоб запобігти висмикуванню термопари з зони моніторингу під час застосування вакууму.
IV. Тепловий моніторинг зони ремонту
Щоб досягти максимального структурного зв’язаного композитного ремонту, важливо, щоб ці матеріали затверділи в рекомендованому температурному діапазоні. Невиконання затвердіння при правильній температурі може призвести до появи слабких плям або склеєних поверхонь і може призвести до невдачі ремонту під час експлуатації. Теплові вимірювання слід провести перед установкою ремонту, щоб переконатися, що досягнуто належних і рівномірних температур. Теплотехнічне обстеження визначає вимоги до опалення та теплоізоляції, а також розташування ТС в зоні ремонту. Теплові дослідження особливо корисні для визначення методів опалення (модулі гарячого повітря, нагрівальні лампи, методи теплової ковдри та вимоги до моніторингу, якщо радіатори присутні в ремонтній зоні). Необхідно протестувати всі типи методів нагрівання, щоб запобігти недостатньому, надмірному або нерівномірному нагріванню зони реставрації.
V. Перепади температури в зоні ремонту
Перепади температури в зоні реставрації можуть мати різні причини. Головними з них є тип матеріалу, товщина матеріалу та основна структура ділянки реставрації. З цих причин важливо розуміти структурний склад ділянки, що підлягає ремонту. Субструктури, наявні в зоні реставрації, відводять тепло від зони реставрації, що призводить до утворення холодної точки безпосередньо над конструкцією. Тонкі поверхні швидко нагріваються і можуть легко перегрітися. Більш товсті поверхні повільніше поглинають тепло, і їм потрібно більше часу, щоб досягти температури замочування. Теплові вимірювання можуть виявити ці проблемні зони та дозволити техніку розробити налаштування тепла та ізоляції, необхідні для рівномірного нагріву ремонтної зони.
VI. Теплові вимірювання
Під час процесу теплового вимірювання спробуйте визначити можливі гарячі та холодні зони в зоні ремонту. Тимчасово накладіть латку з такого ж матеріалу та товщини, кілька термопар, нагрівальні ковдри та вакуумний пакет на ділянку ремонту. Нагрійте область і запишіть температуру термопари після того, як температура стабілізується. Якщо температура термопари відрізняється від середньої температури більш ніж на 10 градусів, слід додати ізоляцію. Ділянки з довгими смугами та ребрами вказують на нижчу температуру, ніж у середині ділянки, оскільки вони діють як радіатори. Додайте ізоляцію на ці ділянки, щоб підвищити температуру. Як показано на малюнку 43.
Малюнок 43: Легенда температурних вимірювань
VII. Рішення проблем розсіювання тепла
У зоні ремонту можна укласти додаткову ізоляцію. Ця ізоляція також може виходити за межі зони ремонту, щоб мінімізувати відведення тепла. Матеріал вентиляційного клапана та тканина зі скловолокна добре працюють як поверх, так і всередині вакуумного мішка або на доступній задній частині конструкції. Покладіть більше ізоляції в холодних областях і менше в жарких. Якщо у вас є доступ до задньої сторони ремонтної зони, ви можете розмістити там додаткові теплові ковдри, щоб рівномірніше нагріти ремонтну зону.
VIII. Види накладного покриття
Суха тканина просочується смолою в процесі мокрого укладання. Смоляна система змішується перед виконанням ремонту. Розкладіть ремонт на шматку тканини і просочіть тканину смолою. Після просочення тканини ремонтні шари розрізають, укладають у правильному напрямку укладання та упаковують у мішки за допомогою пилососа. Мокрий ремонт часто використовується зі скловолокном для неконструкційних застосувань. Сухі тканини з вуглецевого волокна та кевлара® також можна використовувати з системами мокрого укладання. Багато смоляних систем твердіють за допомогою вологих укладок при кімнатній температурі, які легко завершувати, і матеріал можна зберігати при кімнатній температурі протягом тривалого часу. Недоліком мокрого нанесення при кімнатній температурі є те, що воно не відновлює міцність і довговічність оригінальних структур і компонентів, які були затверділі при 250 ℉ (121 градус) або 350 ℉ (176,67 градус) під час виробничого процесу. Деякі смоли для мокрого укладання мають покращені властивості завдяки високотемпературному затвердінню. Як правило, властивості матеріалів для мокрого укладання нижчі, ніж у препрегів.
Можливо, перед використанням епоксидні смоли потрібно охолодити. Це запобігає псуванню епоксидної смоли. Етикетки на контейнерах вказують правильну температуру зберігання для кожної частини. Типова температура зберігання більшості епоксидних смол коливається від 40 ℉ (4,4 градуса) до 80 ℉ (26,67 градуса). Деякі смоляні системи вимагають зберігання при температурі нижче 40 ℉ (4,4 градуса).
IX. Препрег
Препреги - це тканини або стрічки, просочені смолою в процесі виробництва. Смоляна система була змішана і знаходиться на стадії В твердіння. Препрег зберігається в морозильній камері при температурі нижче 0℉ (-17.78 градусів), щоб запобігти подальшому затвердінню смоли. Матеріал зазвичай розміщують на рулоні, а матеріал підкладки розміщують з одного боку матеріалу, щоб препреги не злипалися. Цей препрег липкий і має тенденцію прилипати до інших шарів під час укладання. Ви повинні вийняти препрег із морозильника та дати матеріалу розморозитися, що може зайняти до 8 годин для повного рулону. Зберігайте препрег в герметичному вологостійкому пакеті. Не відкривайте ці пакети, доки матеріал повністю не розморозиться, щоб запобігти забрудненню матеріалу вологою.
Після того, як матеріал розморозили, уклали та зняли з підкладки, розріжте його на ремонтні шари, складіть їх у правильному напрямку та пропилососіть. Під час укладання не забудьте зняти підкладку. Затвердіти препрег на вищому циклі затвердіння; найпоширенішими температурами є 250℉ (121 градус) і 350℉ (176,67 градус). Для затвердіння препрегів можна використовувати резервуари гарячого пресування, печі для затвердіння та гарячі сполучні речовини.
Якщо деталь виготовлена з кількох шарів препрегу, необхідне затвердіння, оскільки між кожним шаром препрегу затримується велика кількість повітря. Видаліть це захоплене повітря, накривши препрег перфорованою знімною плівкою та дихаючим шаром, і застосуйте вакуумний пакет. Пилососьте 10-15 хвилин при кімнатній температурі. Як правило, перший шар зміцненої фанери наноситься на поверхню інструменту, і процес повторюється кожні 3 або 5 шарів, залежно від товщини препрега та форми компонента.
Зберігайте препрег, клейку плівку та клейову піну в морозильній камері при температурі нижче {{0}}℉ (-17.78 градусів). Якщо ці матеріали потрібно транспортувати, помістіть їх у спеціальні контейнери, наповнені сухим льодом. Морозильна камера не повинна бути типу автоматичного розморожування; автоматичний цикл розморожування періодично нагріває внутрішню частину морозильної камери, що може скоротити термін зберігання та скоротити допустимий заводський час композитного матеріалу. Морозильні камери мають підтримувати температуру 0℉ (-17.78 градусів) або нижче; більшість домашніх морозильних камер відповідають цьому стандарту. Великі морозильні камери можна використовувати для холодного зберігання великої місткості. Якщо використання невелике, може бути достатньо морозильника. Морозильні камери використовуються для зберігання клеїв для ламінування та склеювання, і їх слід підтримувати при температурі близько 40℉ (4,4 градуса). Як показано на малюнку 44.
Незатверділі препреги мають обмеження за часом зберігання та використання. Максимальний час зберігання препрегів при низьких температурах називається терміном придатності і зазвичай становить від 6 місяців до 1 року, як показано на малюнку 45. Виробник матеріалу може перевірити матеріал і продовжити термін зберігання.
Рисунок 44: Зберігання препрегів у невеликій морозильній камері
Рисунок 45: Термін зберігання препрегів
Максимально допустимий час до затвердіння матеріалу при кімнатній температурі називається механічним терміном служби. Рекомендований час для завершення укладання та ущільнення за кімнатної температури називається терміном експлуатації. Експлуатаційний термін служби менший, ніж механічний. Механічний термін служби вимірюється між часом, коли матеріал виймають із морозильної камери, і часом, коли матеріал повертають у морозилку. Оператор повинен фіксувати час перебування та виходу з морозильної камери. Матеріал, механічний термін служби якого перевищує термін служби, необхідно викинути.
Багато технічних засобів розрізають матеріали на менші набори та зберігають їх у вологостійких пакетах, які швидше розморожуються після виймання з морозильника. Це також зменшує час, необхідний для виходу великих рулонів матеріалу з морозильної камери.
Усі заморожені препреги потрібно зберігати у вологостійких пакетах, щоб уникнути забруднення вологою. Усі препреги повинні бути захищені від пилу, масла, випарів, диму та інших забруднень. Для ремонтних робіт бажано мати чисте приміщення, але якщо воно недоступне, препреги слід зберігати в мішках або накрити пластиком. Покрийте незахищений край препрега розділовою мембраною перед початком укладання та очистіть відремонтовану ділянку безпосередньо перед укладанням ремонтного шару.
Препреги чутливі до температури. Надто високі температури призведуть до того, що матеріал почне твердіти, а надто низькі температури ускладнять його обробку. Для ремонту літака в дуже холодному або дуже жаркому кліматі місце ремонту має бути захищене наметом навколо нього. Підготуйте ремонтний шар препрегу в середовищі з контрольованою температурою та доставте його в зону ремонту безпосередньо перед використанням.
X. Спільне затвердіння
Спільне затвердіння – це процес, у якому дві частини затвердіють одночасно. Інтерфейс між двома частинами може мати або не мати сполучного шару. Спільне затвердіння зазвичай призводить до погіршення якості поверхні панелі, чому можна запобігти, використовуючи вторинний накладний матеріал спільного затвердіння в стандартному циклі затвердіння або наступну операцію гомогенізації наповнювача. Поверхні спільного затвердіння також можуть мати гірші механічні властивості, що вимагає використання нижчих проектних значень.
Типовим застосуванням спільного затвердіння є одночасне затвердіння елементів жорсткості та оболонок. Часто клейку плівку розміщують на межі між ребром жорсткості та шкірою, щоб збільшити стійкість до втоми та роздирання. Основними перевагами процесу спільного затвердіння є гарне збіг між компонентами, що з’єднуються, і забезпечення чистоти поверхні.
XI. вторинне склеювання
Вторинне склеювання використовує попередньо затверділі композитні компоненти для з’єднання двох попередньо затверділих композитних компонентів шаром клею. Стільникові сендвіч-компоненти зазвичай скріплюються за допомогою вторинного процесу з’єднання, щоб забезпечити оптимальні структурні характеристики. Ламінати спільного затвердіння на стільникових ядрах можуть мати деформовані шари, які проникли в осередки ядра. У результаті жорсткість на стиск і міцність можуть бути знижені на 10 і 20 відсотків відповідно.
Попередньо затверділі ламінати, які пройшли вторинне склеювання, зазвичай мають тонкий шар нейлонового або скловолоконного клею на поверхні склеювання. Хоча шар, що відшаровується, іноді перешкоджає неруйнівному контролю попередньо затверділих ламінатів, це було визнано найефективнішим методом забезпечення чистоти поверхні перед склеюванням. Після видалення шару шкірки утворюється незайманий інтерфейс. Легке абразивне шліфування видаляє надлишки смоли з тканини відшарованого шару, яка, якщо її зламати, може створити тріщини на лінії з’єднання.
Композитні матеріали можна використовувати для структурного ремонту, реставрації або зміцнення алюмінієвих, сталевих і титанових компонентів. Комбінована композитна арматура має здатність уповільнювати або зупиняти розширення втомних тріщин, замінювати структурні ділянки, втрачені через корозійне стирання, і структурно зміцнювати невеликі та негативні крайові ділянки. Ця техніка зазвичай використовується в поєднанні з ремонтом склеювання металу та композитного склеювання на звичайних літаках. Для цього найчастіше використовуються борні препреговані стрічки з епоксидними смолами.
XII. Кобондинг
При спільному склеюванні одна з частин попередньо затвердіє, а відповідна частина затвердіє одночасно з клеєм. Плівкові клеї часто використовуються для підвищення міцності на відрив.
Продовження буде
Джерело Громадський веб-сайт «Composites Frontier».