מרוכבים מדריכים השוואה בין מאפייני שרף

השוואה בין תכונות שרף

הבחירה במערכת שרף שתשמש בכל רכיב תלויה במספר תכונותיו, להלן ככל הנראה החשובות ביותר ברוב המבנים המורכבים:

1. מאפייני מליטה

2. תכונות מכניות

3. התנגדות סדק מיקרוסקופית

4 כוח עייפות

5. השפלה של קורוזית מים

מאפייני מליטה

נדון כיצד מאפייני ההדבקה של מערכת השרף חשובים להשגת מגוון התכונות המכניות המלאות של המורכב. במבני כריך חשובה הדבקה של מטריצת השרף לחיזוק הסיבים או חומר הליבה.

לשרפי פוליאסטר בדרך כלל יש את תכונות ההדבקה הנמוכות ביותר של שלוש המערכות המתוארות כאן. שרפים ויניל לסטר מציגים תכונות מליטה טובות יותר מאשר פוליאסטרים, אך מערכות שרף אפוקסי מספקות את הביצועים הטובים ביותר של כל הדבקים ולכן הם נמצאים לעתים קרובות בהרבה דבקים בעלי חוזק גבוה. זה נובע מההרכב הכימי שלהם ונוכחות של קבוצות הידרוקסיל ואתר. מכיוון ששרפי אפוקסי מתרפאים בקצב הצטמקות נמוך, המגעים השונים שנקבעו בין שרף הנוזל לדבקים אינם מופרעים במהלך תהליך הריפוי. תכונות המליטה של ​​שרפים אפוקסי מועילים במיוחד בבניית למינציה ליבת חלת דבש, כאשר שטח פנים מליטה קטן פירושו שנדרש מליטה מקסימאלית.

חוזק הקשר בין שרף וסיבים סיבים תלוי לא רק בתכונות המליטה של ​​מערכת השרף, אלא מושפע גם מציפוי פני השטח של הסיבים המחזקים.

תכונות מכניות

שתי תכונות מכניות חשובות של כל מערכת שרף הם חוזק מתיחה וקשיחות. איורים 22 ו -23 מראים את תוצאות הבדיקות המתבצעות על מערכות פוליאסטר, ויניל לסטר ואפוקסי שרף אפוקסי שנרפא כ- 20 מעלות ו -80 מעלות.

לאחר תקופת ריפוי של שבעה ימים בטמפרטורת החדר, ניתן לראות כי שרפי אפוקסי טיפוסיים מציעים ביצועים גבוהים יותר מבחינת חוזק ונוקשות כאחד מאשר פוליאסטרים טיפוסיים ואסטרי ויניל. ניתן לראות גם את ההשפעות המועילות של ריפוי במשך חמש שעות לאחר 80 מעלות.

חשוב לא פחות למעצבים ובונים מורכבים הוא כמות הצטמקות השרף במהלך הריפוי ואחריו. הצטמקות נובעת מהסדר מחדש וכיוון מחדש של מולקולות שרף בשלבי הנוזל והג'ל. פוליאסטרים ואסטרי ויניל דורשים כמות משמעותית של סידור מחדש מולקולרי כדי להגיע למצב נרפא ויכולים להראות הצטמקות של עד 8%. עם זאת, האופי השונה של תגובת האפוקסי מביא לארגון מחדש מעט מאוד והיעדר מוצרים דו-נדיפים נדיפים, ומפחיתים את הצטמקות האפוקסי האופיינית לכ -2%. במידה מסוימת, היעדר הצטמקות אחראים לתכונות המכניות הטובות יותר של אפוקסי מאשר פוליאסטר, שכן הצטמקות קשורה ללחצים פנימיים שיכולים להחליש את החומר.

בנוסף, הצטמקות בעובי הרבד מובילה ל"הדפסה "של דפוס הסיבים החיזוק, שהוא פגם קוסמטי קשה ויקר לביטול.

סדקים מיקרוסקופיים

כוחו של לרבד נחשב בדרך כלל במונחים של כמה עומס הוא יכול לעמוד לפני שהוא נכשל לחלוטין. חוזק או חוזק שבירה אולטימטיבי זה הוא הנקודה בה השרף מציג שבר קטסטרופלי וסיבי החיזוק נשברים.

עם זאת, לפני שיגיע חוזק אולטימטיבי זה, הרבד יגיע לרמת לחץ בה השרף יתחיל להיסדק משכבות חיזוק הסיבים שאינן מיושרות עם העומס המופעל, וסדקים אלה יתפשטו דרך מטריצת השרף. זה מכונה "מיקרו -סריקים רוחביים" ולמרות שהלמד טרם נכשל לחלוטין, תהליך הקרע כבר החל. מהנדסים שרוצים מבנה עמיד חייבים אפוא להבטיח שהלמין שלהם לא יעלה על נקודה זו תחת עומסי שירות רגילים.

המתח שרבד יכול להשיג לפני מיקרו-סחירה תלוי מאוד בתכונות הקשיחות והקשרים של מערכת השרף. עבור מערכות שרף שבירות, כמו מרבית הפוליאסטרים, זה מתרחש הרבה לפני שהרבד נכשל, ולכן מגביל את המתח שלמינציות כאלה יכולות לעמוד. לדוגמה, בדיקות אחרונות הראו כי עבור למינציה של פוליאסטר\/זכוכית ארוג למינציה, מיקרו -אריקים מתרחשים בדרך כלל בערך 0. 2% זן, כאשר נזק סופי אינו מתרחש עד 2. 0%. זה תואם לחוזק שמיש של 10% בלבד מהכוח האולטימטיבי. מכיוון שהעוצמה האולטימטיבית של הרבד תחת המתח נקבעת על ידי חוזק הסיבים, מיקרו -סרקי שרף אלה אינם מצמצמים מייד את הביצועים האולטימטיביים של הרבד.

עם זאת, בסביבות כמו מים או אוויר לח, למינציה מיקרו -קרקע תספוג יותר מים מאשר למינציה לא מרוסקת. זה יביא לעלייה במשקל, לחות בשרף ובחומר גודל הסיבים, ירידה בקשיחות וירידה בביצועים האולטימטיביים לאורך זמן.

העלייה בהדבקה של שרף\/סיבים נובעת בדרך כלל מהכימיה של השרף ותאימותו לטיפול פני השטח הכימי המיושם על הסיבים. כאן, המאפיינים הידועים של דבקי אפוקסי עוזרים למינציה להשיג זני מיקרו-סריקים גבוהים יותר. כאמור, קשה למדוד את קשיחות השרף, אך מצוין באופן נרחב על ידי מאמץ הכישלון האולטימטיבי שלו. השוואה בין מערכות שרף שונות מוצגת באיור 25.

כוח עייפות

באופן כללי, לקומפוזיציות יש עמידות מצוינת לעייפות בהשוואה לרוב המתכות. עם זאת, מכיוון שלעתים קרובות נגרם כישלון עייפות כתוצאה מהצטברות הדרגתית של כמות קטנה של נזק, התנהגות העייפות של כל חומר מורכב תושפע מקשיחות השרף, התנגדותו למיקרו, ומספר החללים והפגמים האחרים המתרחשים בתהליך הייצור. מסיבה זו, למינציות בסיס אפוקסי נוטות להפגין עמידות טובה מאוד לעייפות בהשוואה לפוליאסטר ויניל אסתר, וזו אחת הסיבות העיקריות לשימוש בהן במבנים אירופליים.

השפלה של קורוזית מים

מאפיין חשוב של כל שרף, במיוחד בסביבה הימית, הוא יכולתו לעמוד השפלה על ידי מים נכנסים. כל השרפים סופגים מעט מים, מוסיפים משקל למינציה, אך חשוב מכך כיצד המים הספגים משפיעים על שרף וקשר שרף\/סיבים ברבד, מה שמוביל לאובדן הדרגתי וארוך טווח של תכונות מכניות. שרפי פוליאסטר וגם ויניל אסטר רגישים להשפלת מים כתוצאה מנוכחות קבוצות אסטר הידרוליזיות במבנה המולקולרי.

כתוצאה מכך, ניתן לצפות למינציה של פוליאסטר דק ישמרו רק על 65% מכוח הגזירה הבין -שכבתית שלהם לאחר שנה של טבילה במים, ואילו למינציה של שרף אפוקסי ישמרו על כ- 90% לאחר שנה של טבילה.

איור 26 מראה את השפעת המים על למינציה של זכוכית ארוגה אפוקסי ופוליאסטר שהיו שקועים במים ב 100 מעלות. טבילה בטמפרטורה גבוהה זו מעניקה למינציה שקועה תכונות השפלה מואצות.

חֲדִירוּת

כל למינציה בסביבה הימית מאפשרים כמויות קטנות מאוד של מים לעבור דרכם בצורה של אדים. כאשר מים עוברים דרכם, הם מגיבים עם כל רכיבים הידרוליזיים בתוך הרבד ליצירת תאים זעירים של תמיסה מרוכזת. תחת המחזור האוסמוטי, יותר מים עוברים דרך הממברנה החציית של הרבד בניסיון לדלל תמיסה זו. מים אלה מגדילים את לחץ הנוזל בתוך התא ל 700 psi. בסופו של דבר, הלחץ יעוות או קרע את הרבד או את המעיל העשוי ועלול לגרום למשטח "אבעבועות רוח" טיפוסיות. רכיבים הידרוליזיים ברבד עשויים לכלול לכלוך ופסולת שנלכדו בתהליך הייצור, אך עשויים לכלול גם קשרי אסטר בפוליאסטר המרפא, ובמידה פחותה, ויניל לאט.

השימוש בשכבה עשירה בשרף ליד מעיל ג'ל חיוני עבור שרפים פוליאסטר כדי להפחית סוג זה של השפלה, אך בדרך כלל התרופה היחידה ברגע שהתהליך מתחיל הוא להחליף את החומר המושפע. על מנת למנוע התרחשות של הסתננות מלכתחילה, יש צורך להשתמש בשרף שיש לו גם חדירות נמוכה וגם עמידות גבוהה לשחיקת מים. ניתן לבטל כמעט את שלפוחית ​​השימוש בשילוב עם חומר חיזוק שיש לו עמידות דומה לטיפול פני השטח ומינון לרמה גבוהה מאוד. שרשראות פולימריות עם שרשראות מבוססות אפוקסי מתנגדות להשפעות של מים הרבה יותר טוב ממערכות שרף רבות אחרות. מערכות כאלה הוכחו כעל עמידות כימית ומים מעולה, חדירות מים נמוכה ותכונות מכניות טובות מאוד.

סיכום תכונות שרף השוואתי

שרפי הפוליאסטר, הוויניל ואנשי האפוקסי שנדונו כאן מייצגים ככל הנראה כ 90% מכל מערכות שרף התרמוסט המשמשות במרכיבים מבניים. לסיכום, היתרונות והחסרונות העיקריים של סוגים אלה הם:

שרפים אחרים למרוכבים

בנוסף לפוליאסטר, ויניל אסתר ושרפי אפוקסי, ישנן מערכות שרף מיוחדות רבות אחרות בהן יש צורך בתכונות הייחודיות שלהן.

שרפים פנוליים

משמש בעיקר במקום בו נדרשת עמידות גבוהה באש, שרפים פנוליים שומרים על תכונותיהם היטב בטמפרטורות גבוהות. לחומרים שנרפאו בטמפרטורת החדר, השימוש בחומצות קורוזיביות מוביל לטיפול לא נעים. האופי המרוכז של תהליך הריפוי שלהם נוטה לגרום להכללת חללים רבים ומומים פנימיים, השרף נוטה להיות שביר ובעל תכונות מכניות ירודות. עלות אופיינית: £ 2-4\/kg.

פניל איזוציאנט

משמש בעיקר בענף התעופה והחלל. התכונות הדיאלקטריות המצוינות של החומר הופכות אותו לאידיאלי לשימוש בסיבים דיאלקטריים נמוכים כמו קוורץ, המשמשים לייצור רדומים. החומר הוא גם יציב טמפרטורה עד 200 מעלות רטובות. עלות אופיינית: £ 40\/ק"ג.

שרפים סיליקון

  Synthetic resins with silicon as the base material rather than carbon as the organic polymer. Good resistance to fire and high temperatures. Requires high temperature curing. Used in missile applications. Typical cost: >£ 15\/ ק"ג.

פוליאוריטן

חומר רקיע מאוד, לעיתים מעורבב עם שרפים אחרים, בגלל תכונות מכניות למינציה נמוכות יחסית בדחיסה. משתמש באיזוציאנאטים מסוכנים כסוכני ריפוי. עלות אופיינית: £ 2-8\/kg.

Bismaleimide (BMI)

  Mainly used in aircraft composites requiring higher temperatures (230°C wet/250°C dry). For example, engine inlets, high speed aircraft flight surfaces. Typical cost:>£ 50\/ק"ג.

פולימיד

  Used where operation at higher temperatures is required than bismaleimide can withstand (use up to 250°C wet/300°C dry). Typical applications include missile and aircraft engine components. Extremely expensive resin (>£ 80\/ק"ג) עם חומרי גלם רעילים המשמשים בתהליך הייצור. קשה לעבוד עם הפולימידדים עקב תגובת העיבוי המשחררת מים במהלך תהליך הריפוי, והם יחסית שבירים לאחר הריפוי. PMR15 ו- LARC160 הם שני הפולימידים הנפוצים ביותר בחומרים מרוכבים.

מקור "גבולות במרכיבים"