Feyè avanse Composites (I): Plastifye, Kalite Fib ak Aplikasyon

Lestrikti amine

Konpoze konpoze de yon konbinezon de materyèl ki melanje ansanm pou reyalize pwopriyete espesifik estriktirèl. Materyèl endividyèl yo pa konplètman fonn oswa fusion nan konpoze an, men yo pral aji ansanm kòm yon antye. Souvan, koòdone ki genyen ant eleman yo ka rekonèt fizikman. Pwopriyete yo nan yon materyèl konpoze yo siperyè pwopriyete yo nan materyèl endividyèl yo nan ki li konpoze.

Yon materyèl konpoze avanse fèt ak yon materyèl fib ki fonn nan yon matris résine, anjeneral laminated pa fib altènativman oryante bay fòs ak rèd nan materyèl la. Materyèl fib yo pa komen; bwa se materyèl estriktirèl fib ki pi komen lèzòm konnen.

Aplikasyon nan konpoze nan avyon gen ladan

-Deflektè

-Sifas kontwòl vòl yo

-Pòt Kovèti pou aterisaj

-Zèl ak estabilize dirijan ak fin panno kwen

-Eleman entèn yo

-Floor travès ak panno etaj

-Estrikti prensipal estabilize vètikal ak orizontal pou gwo avyon

-Principal zèl ak estrikti fuselage nan nouvo jenerasyon gwo avyon

-Turbine motè fanatik lames

-Elis

Konpozan prensipal nan laminates

Yon materyèl izotwòp gen pwopriyete inifòm nan tout direksyon (sa vle di pwopriyete izotwòp nan menm materyèl la). Pwopriyete yo mezire nan materyèl izotwòp yo endepandan de aks tès la. Aliminyòm ak Titàn, ki se materyèl metalik, yo itilize kòm egzanp pou ilistre ilistrasyon an nan materyèl izotwòp.

Fib yo se eleman prensipal ki pote chaj nan konpoze. Konpoze gen fòs ak rèd sèlman nan direksyon fib yo. Konpoze unidireksyon yo gen pwopriyete prensipalman mekanik nan yon direksyon, ke yo rekonèt kòm anisotropi, kote pwopriyete yo mekanik oswa fizik diferan de direksyon aks referans natirèl la nannan nan materyèl la. Eleman ki fèt ak fib-ranfòse konpoze ka fèt pou oryantasyon fib la pwodui pi bon pwopriyete mekanik, men yo ka sèlman apwoche pwopriyete yo vrèman izotwòp nan metal, tankou aliminyòm ak Titàn.

Matris la konpoze sipòte fib yo ak lyezon yo nan konpoze an. Matris la transfere nenpòt chaj aplike nan fib yo, kenbe fib yo nan pozisyon yo ak oryantasyon chwazi, bay rezistans nan anviwònman an nan konpoze an, epi detèmine tanperati a maksimòm sèvis nan konpoze an.

Pwopriyete

Pwopriyete estriktirèl laminates konpoze, tankou rèd, estabilite dimansyon ak fòs, depann sou lòd la anpile nan laminasyon yo. Lòd la anpile dekri distribisyon an nan oryantasyon layup nan epesè nan Plastifye la. Kòm kantite kouch ak oryantasyon chwazi ogmante, plis lòd anpile posib. Pou egzanp, yon Plastifye simetrik uit-pli ak kat oryantasyon diferan layup gen 24 lòd diferan anpile.

Direksyon fib

Fòs la ak rèd nan yon konpoze depann sou lòd nan ki kouch yo oryante. Fòs aktyèl la ak rèd nan fib kabòn varye ant valè ki ba ak segondè, tankou sa yo ki bay nan fib vè, nan valè segondè nan fòs ak rèd ki ofri pa fib Titàn. Sa a seri de valè yo detèmine pa oryantasyon an nan Plastifye nan chaj la aplike. Nan konpoze avanse, seleksyon apwopriye nan oryantasyon an layup nesesè pou bay yon konsepsyon efikas nan estrikti a. Pati a ka mande pou 0 degre pli reyaktif chay axial, ± 45 degre pli reyaktif taye chay, ak 90 degre pli reyaktif chay bò. Paske kondisyon konsepsyon fòs yo se yon fonksyon nan direksyon chaj aplike, oryantasyon an pli ak sekans pli yo dwe kòrèk. Pandan pwosesis reparasyon an, li enpòtan pou ranplase chak kouch domaje ak yon kouch menm materyèl ak oryantasyon.

Fib yo nan yon materyèl monolitik deplase nan yon direksyon, ak fòs ak rèd sèlman nan direksyon fib yo. Prepreg (fim prepreg) kasèt yo se yon egzanp oryantasyon layup inidireksyon.

Fib nan yon materyèl bi-direksyon koule nan de direksyon, anjeneral, 90 degre apa. Estrikti Plain yo se yon egzanp direksyon bi-direksyon. Direksyon layup sa yo gen fòs nan tou de direksyon, men se pa nesesèman menm fòs la. Jan yo montre nan Figi 1

Layups kazi-izotwopik yo gen sekans kouch 0 degre , -45 degre , 45 degre ak 90 degre oswa 0 degre , -60 degre ak 60 degre . Sa yo kalite oryantasyon pli simulation pwopriyete yo nan materyèl izotwòp jan yo montre nan Figi 2. Anpil estrikti ayewospasyal konpoze yo te fè nan materyèl kazi-izotwopik.

Figi 1: Bidirectionnelle ak inidirectionnelle pavaj materyèl pwopwiyete

Figi 2: Layups materyèl izotwòp simetrik

Wdireksyon arp

Direksyon an chèn refere a fib longitudinal twal la. Akòz straightness nan fib yo, direksyon chèn se direksyon fòs segondè. Direksyon chèn yo itilize pou dekri direksyon fib yo sou yon tablo, fèy spesifikasyon, oswa fèy manifakti a. Si pa gen okenn direksyon chèn sou twal la, direksyon an chèn default a zewo lè twal la soti woulo liv la. Se poutèt sa, 90 degre a zewo se lajè twal la. Jan yo montre nan Figi 3

Figi 3: Twist Lock

Fiber konfigirasyon

Tout fòm pwodwi anjeneral kòmanse ak yon liy unidireksyon nan fib anvan tout koreksyon ki chaje nan fil kontinyèl. Yon fib endividyèl yo rele yon filaman. Tèm "fil" la tou itilize pou endike yon fib vè endividyèl. Filaman yo pake yo ka klase kòm fil fil, fil oswa rovings. Fil vèr yo trese, tandiske kevlar® fil yo pa. Pakèt filaman ak rovings pa gen okenn tòde. Pifò fib yo se fib sèk epi yo bezwen enpreye ak résine anvan ou itilize (pre-enpregnasyon) oswa ak materyèl pre-enpreye kote résine a te deja aplike nan fib yo.

Fib koryas (pakèt fil)

Yon roving se yon gwoup filaman oswa pwent fib, tankou 20- oswa 60-fen vè roving. Tout filaman yo oryante nan menm direksyon an epi yo pa trese. Kabòn fib fib yo anjeneral idantifye kòm 3K, 6K oswa 12K rovings, ak K ki vle di 1000 filaman. Pifò aplikasyon pou pwodwi roving itilize yon mandrin pou likidasyon fib ak Lè sa a, résine geri nan konfigirasyon final la.

Inidireksyon (ak)

Kasèt prepreg inidireksyon yo te estanda nan endistri ayewospasyal pou anpil ane, ak fib yo anjeneral enpreye ak yon résine thermosetting. Metòd preparasyon ki pi komen an enplike nan rale kolimated kri (sèk) seksyon nan yon machin fekondasyon, kote résine cho-fonn an kole ak fil yo pa chalè ak presyon. Pwodwi kasèt la gen gwo fòs nan direksyon fib yo ak prèske pa gen fòs nan fib yo. Fib yo kenbe an plas pa résine a. Kasèt yo pi fò pase twal trikote. Jan yo montre nan Figi 4

Figi 4: kasèt ak pwodwi twal

Twal

Pou laminasyon ki gen fòm konplèks, pifò konstriksyon twal ofri plis fleksibilite pase kasèt unidireksyon dwat. Twal ofri opsyon pou enpreye résine a atravè yon solisyon oswa pwosesis fonn cho. Tipikman, twal pou aplikasyon estriktirèl itilize fib oswa fil ki gen menm pwa oswa sede nan tou de direksyon chèn (longitudinal) ak trame (transverse). Pou estrikti ayewospasyal, twal byen sere yo souvan chwa pou ekonomize pwa, diminye gwosè a nan vid résine ak kenbe oryantasyon fib pandan fabrikasyon.

Estrikti twal la anjeneral konsiste de pake ranfòsman ranfòse, seksyon oswa fil ki antrelaze pandan pwosesis la resi. Styles twal ki pi komen yo se tise plenn oswa saten mare. Estrikti Plain mare yo fòme pa fib altène anwo ak anba chak fil travèse (pakèt, pakèt oswa fil). Nan estil tise saten komen, tankou 5- oswa 8-pakèt, fil fib yo deplase ale vini nan direksyon chèn ak direksyon trame mwens souvan.

Twal saten sa yo gen mwens crimped ak pi fasil defòme pase twal plenn. Nan tise plenn ak pifò 5 oswa 8 twal pakèt, gen yon kantite egal fil fib nan direksyon chèn ak trame. Pou egzanp: 3K tise plenn anjeneral gen yon non adisyonèl tankou 12 x 12, ki vle di 12 tows pou chak pous nan chak direksyon. Deziyasyon konte sa a ka chanje pou ogmante oswa diminye pwa twal la, oswa pou akomode diferan fib nan pwa diferan. Jan yo montre nan Figi 5

Figi 5: Tipik twal tissage style

Twal ki pa tise (trikote oswa koud)

Trikote oswa koud twal ka ofri anpil nan avantaj ki genyen nan mekanik nan tep unidireksyon. Plasman fib ka dwat oswa unidireksyon, san yo pa vire yo moute-ak-desann nan twal trikote. Apre oryantasyon pre-seleksyon youn oswa plis kouch klwazon sèch, fib yo koud ansanm ak fil amann oswa fil yo kenbe fib yo an plas. Sa yo kalite twal bay yon pakèt oryantasyon milti-kouch. Pandan ke yo ka ajoute kèk pwa oswa kèk nan pwopriyete fib ranfòsman final yo ka pèdi, yo ka reyalize kèk amelyorasyon nan taye interlaminar ak pwopriyete tenasite. Gen kèk fil koud komen yo se polyestè, aramid oswa tèrmoplastik. Jan yo montre nan Figi 6

Figi 6: Materyèl ki pa tise (koud)

Kalite fib

Gfib fib

Fiberglass se souvan itilize nan estrikti segondè nan avyon, tankou karen, radomes ak wingtips. Fib vè yo itilize tou nan lam rotor elikoptè. Gen plizyè kalite fib vè yo itilize nan endistri ayewospasyal la. Elektwonik fib vè, oswa E-vè, rekonèt pou aplikasyon elektwonik sa yo. Li gen yon gwo rezistans nan kouran elektrik. E-vè fèt ak fib vè borosilikat.S-vè ak S2-vè se fib vè estriktirèl ki gen pi gwo fòs pase E-vè. Avantaj ki genyen nan fib vè yo pi ba pri pase lòt konpoze, chimik oswa rezistans elektrik, ak pwopriyete elektrik (fib vè pa fè elektrisite). Fib vè yo koulè blan epi yo ka itilize kòm twal fib sèk oswa prepregs.

Afib ramid

Kevlar se non fib aramid DuPont la. Fib Aramid yo lejè, fò ak difisil. De kalite fib aramid yo itilize nan endistri ayewospasyal la; Kevlar® 49 gen gwo rèd ak Kevlar® 29 gen rèd ki ba. Yon avantaj nan fib aramid se ke yo trè rezistan a domaj enpak, kidonk yo souvan itilize nan zòn ki sansib a domaj enpak. Dezavantaj prensipal la nan fib aramid se defisyans jeneral yo nan konpresibilite ak absòpsyon imidite. Rapò sèvis yo endike ke kèk pati ki fèt ak kevlar® absòbe jiska 8% nan pwa yo nan dlo. Se poutèt sa, pati ki fèt ak fib aramid bezwen pwoteje kont anviwònman an. Yon lòt dezavantaj se ke fib kevlar yo difisil pou fè egzèsis ak koupe. Fib yo pouse fasil epi yo mande sizo espesyal pou koupe yo.

Kevlar se souvan itilize nan aplikasyon militè balistik ak zam kò. Li gen yon koulè jòn natirèl epi li disponib kòm yon twal sèk ak prepreg. Gwosè yon pake fib aramid pa depann de kantite fib tankou fib kabòn oswa fib vè, men pito sou pwa a.

Kabòn/Graphite Fib

Premye diferans ki genyen ant fib sa a se ant fib kabòn ak grafit, byenke tèm yo souvan itilize interchangeable. Kabòn ak fib grafit yo baze sou yon rezo sèl kouch grafit (egzagonal) nan kabòn. Yon materyèl defini kòm grafit si yon sèl kouch grafit oswa plan yo anpile nan yon sekans ki genyen twa dimansyon. Tan pwolonje ak pwosesis tanperati anjeneral oblije fòme lòd sa a, fè fib grafit pi chè. Liaison ant avyon yo fèb. Twoub souvan rive konsa ke sèlman yon lòd ki genyen de dimansyon egziste nan kouch yo. Materyèl sa a defini kòm fib kabòn.

Fib kabòn se trè difisil ak 3 a 10 fwa pi rèd pase fib vè. Fib kabòn yo itilize nan aplikasyon estriktirèl avyon tankou travès anba, estabilize, kontwòl vòl, ak estrikti prensipal fuselage ak zèl. Avantaj yo enkli gwo fòs ak rezistans korozyon. Dezavantaj yo enkli pi ba konduktiviti elektrik pase aliminyòm; Se poutèt sa, pou konpozan avyon ki sansib pou frape zèklè, yo dwe enstale yon griy zèklè oswa yon kouch ki reziste. Yon lòt dezavantaj nan fib kabòn se pri segondè li yo. Fib kabòn se gri oswa nwa nan koulè epi li disponib kòm twal sèk ak prepreg. Lè yo itilize ak fikse metal ak estrikti, fib kabòn gen yon gwo potansyèl pou lakòz korozyon kouti galvanik.

Figi 7: Fib vè (gòch), fib aramid (mitwayen), materyèl fib kabòn (adwat)

Boron fib

Fib bor yo trè difisil epi yo gen gwo fòs rupture ak konpresyon. Fib yo relativman gwo an dyamèt epi yo pa pliye byen; Se poutèt sa, yo ka itilize sèlman kòm pwodwi tep prepreg. Matris résine epoksidik yo souvan itilize ak fib bor. Fib bor yo itilize pou repare boîtier avyon aliminyòm fann paske ekspansyon tèmik bore a se tou pre sa ki nan aliminyòm epi li pa gen okenn potansyèl korozyon kouti galvanik. Fib bor yo difisil pou itilize si sifas substra a gen yon fòm kontou. Fib bor yo trè chè epi yo ka danjere pou pèsonèl yo. Fib bor yo itilize prensipalman nan avyasyon militè.

Cfib eramik

Fib seramik yo itilize nan aplikasyon pou tanperati ki wo tankou lam turbine pou motè turbine gaz. Fib seramik yo ka itilize pou tanperati jiska 2200 degre F.

Lfib pwoteksyon zèklè

Avyon aliminyòm yo trè kondiktif epi yo ka gaye gwo kouran ki soti nan frape zèklè. Fib kabòn se 1,000 fwa pi rezistan a kouran pase aliminyòm, ak résine epoksidik se 1,000,000 fwa pi rezistan (sa vle di, pèpandikilè ak po a). Sifas la nan eleman ekstèn konpoze anjeneral konsiste de yon kouch oswa kouch nan materyèl kondiktif pou pwoteksyon zèklè paske konpoze yo gen mwens kondiktif pase aliminyòm. Anpil diferan kalite materyèl konduktif yo itilize, sòti nan twal grafit nikèl plake nan may metal ak fib vè aluminize ak kouch kondiktif. Materyèl la ka itilize kòm yon kouch mouye oswa prepreg.

Anplis reparasyon nòmal estriktirèl, teknisyen yo dwe rkree konsepsyon an nan konduktiviti nan eleman an. Kalite reparasyon sa yo souvan mande pou tès konduktivite ak yon mèt rezistans pou verifye rezistans minimòm tout estrikti a. Lè w ap repare kalite estrikti sa yo, li enpòtan anpil pou w itilize sèlman materyèl apwouve ki soti nan founisè otorize, tankou bagay tankou konpoze po, selan, ak adezif. Jan yo montre nan figi 8 ak 9

Figi 8: Copper may materyèl pwoteksyon zèklè

Figi 9: aliminyòm may materyèl pwoteksyon zèklè