hogyan lehet csökkenteni a kompozit szerkezetek súlyát?

Ha egy alkatrészt kompozit anyagokkal megmunkálunk, gyakran felmerül a kérdés, hogy könnyebbé tehető-e? A válasz természetesen igen, de a kompozit alkatrészek súlycsökkentésének megközelítése nem mindig rögzített. A kompozit alkatrészek esetében egyensúlyt kell teremteni a költség és a teljesítmény között.

A kompozit kialakítás vagy komponens optimalizálása előtt az összetevőt teljes mértékben meg kell vizsgálni. Még az üvegszálas alkatrészek nagyobb teljesítményű anyagokra, például szénszálra való cseréje is némi tudást igényel ahhoz, hogy az alkatrészeket egyszerűen könnyebbé tegyük. A kompozit alkatrészek csökkentésének jelenlegi fő módszerei közül néhány a következő:

1. Optimalizálja a gyanta és a megerősítő szál arányát

A meglévő kompozit alkatrészek tervezési képességének maximalizálása érdekében optimalizálható a gyanta és a megerősítő szálak aránya. Nedves elhelyezés esetén a túl kevés gyanta a szálak elégtelen impregnálását eredményezheti, ami nem megfelelő terheléseloszlást és az alkatrész esetleges teljes meghibásodását eredményezheti.

És a túl sok gyanta nem tesz jót a végső kompozit rész szerkezeti integritásának. Ezért a gyanta és a megerősítő szálak optimális arányának kutatása elengedhetetlen a leghatékonyabb kompozit szerkezeti alkatrészek előállításához.

2. Erősítő szálválasztás

Az aramidszál, a szénszál és az üvegszál három megerősítő szálának fizikai tulajdonságai és különbségei könnyen ellenőrizhetők. További kutatásokra van szükség arról, hogyan lehet ezeket a száltulajdonságokat beépíteni a szövetbe, amely a laminálás után a szövet végső anyagtulajdonságához kapcsolódik, minden egyes szál- és szövettípusnak megvannak a maga egyedi előnyei, mint például az optimális szénszálas teljesítmény, az üvegszál minimális költségének stb.

A könnyű kompozit szerkezetek elérése érdekében az üvegszálak helyett szén- vagy aramidszálak használata könnyen csökkenti bármely alkatrész súlyát, mivel az aramidszálak és a szénszálak könnyebbek és erősebbek az üvegszálakhoz képest, ami könnyebb összetevőket eredményez .

3. Használjon egyirányú övet

Az alkatrész súlyának csökkentéséhez meg kell érteni az alkatrész használatának részleteit. Fontos tudni, hogyan és hol kell alkalmazni a terhelést. Miután megértettük az alkatrész műszaki követelményeit és tervezési részleteit, a szálorientáció szerves szerepet játszik a részsúly optimalizálásában.

Az egyirányú szalagok kiváló teljesítményt nyújtanak egyetlen irányban a rakományok adott irányba történő szállításához, és a kompozitokban való használatuk lehetővé teszi az optimalizált szilárdságot, ahol szükséges. Ez egy életképes lehetőség az alkatrész merevségének és szilárdságának növelésére súlyozás nélkül.

4. Gyanta kiválasztása

Az általános szilárdság és a nagy modulus alkalmazások tekintetében a legnagyobb teljesítményű környezeti hőmérsékletű gyanta az epoxigyanta, amely jelentősen felülmúlja a poliészter és vinilészter gyantákat, különösen, ha szén- vagy aramidszálakkal használják. Nagyobb szilárdság/tömeg arány (az alkatrészek rugalmasságához többnyire poliésztergyantákat használnak).

Az epoxigyantáknak általában számos lehetőségük van, amihez a gyártó műszaki adatlapjával konzultálni kell, hogy megtaláljuk a tervezési igényeknek megfelelő gyantaanyag-tulajdonságokat. Hasonlóképpen, a kiválasztott epoxigyantában a gyanta és a szál megfelelő arányának elérése a leghatékonyabb kompozit anyagot eredményezi.

5. Kompozit anyagok optimalizálása

A legkönnyebb kompozit alkatrészek beszerzésének legjobb módja a prepreg használata. A prepregben lévő gyantát előzetesen kombinálták a rosttal, és elérte az anyag teljesítményének határát. Mivel a rost-gyanta arányt optimalizálták, olyan termékeket állít elő, amelyek egyértelműen jobbak, mint a nedves lerakási vagy infúziós folyamatok.

A prepreg kikeményedett rétegsűrűség viszonylag determinisztikus, így a prepreg szempontból tervezett termék súlya és ismételhetősége pontos a végső rész kialakításával. A nedves elhelyezési és infúziós folyamatok pontos adatai a tervezési szakaszban számos folyamattényezőtől függenek.

6. Adjon hozzá szendvicsszerkezetet

Úgy tűnik, hogy az anyagok hozzáadása nem tesz jót a súlymegtakarításnak és a könnyebb alkatrészek beszerzésének. Ha hozzáad egy magot egy meglévő kialakításhoz, az növeli a verem súlyát. A maganyagokat azonban gyakran használják az alkatrészek megerősítésére és a kompozit alkatrészek nagy merevségének növelésére. Egyes magtípusok súlyt adnak a gyantának, valamint merevséget adnak, míg egyes magtípusokat úgy terveztek, hogy a legmagasabb fokú kompozit teljesítményt érjék el.

Ismert, hogy a magok megfelelő hozzáadása egy alkatrész gyengébb területeihez erősebbé teszi az alkatrészt. Az összes rendelkezésre álló mag közül a Nomex méhsejt magszerkezet kiváló teljesítményt nyújt, a Nomex Honeycomb-tal több feldolgozást igényelhet, de az általa elért súlyerősség miatt az eredmények tagadhatatlanok. A mag egy nehezebb, gyanta-impregnált magról egy könnyebb magra is cserélhető, és a súly így könnyen csökkenthető.