Как сделать препрег своими руками

Препреги и их разновидности

Термин «препрег» с английского переводится как «предварительно пропитанный» (pre-impregnated). То есть это — уже готовый продукт, но — для дальнейшей переработки. Что же он из себя представляет?

Препрег является композитным материалом, состоящим из волокнистого армирующего наполнителя, который пропитан связующим веществом разной природы. Состав и взаимодействие между этими составляющими частями играют основную роль в процессе получения будущего изделия, чьи конечные свойства зависят именно от правильного выбора армирующего наполнителя и связующего вещества.

Тут не стоит только путать препрег с премиксом, который также представляет собой некий полуфабрикат, но состоящий из рубленых армирующих волокон, которые смешаны со связующим веществом, и имеющий консистенцию гомогенной массы.

Виды волокнистого наполнителя для препрегов

Чтобы создавать высокопрочные и высокомодульные полимерные композитные материалы, используют волокнистые наполнители: нити, жгуты, ровинги и мн. др.

из металлов (вольфрам, железо, молибден или титан);

из кварца, керамики и базальта.

Наиболее распространенными в производстве являются углеродные, стеклянные, полимерные и базальтовые волокна с круглым сечением и диаметром до 100 мкм, а также их сочетания.

Но, кроме этих, в качестве армирующих волокон используют также нитевидные кристаллы, получаемые из металлов, их окислов, карбидов и нитридов. Особенность таких волокон в том, что они наделяют будущее изделие высоким модулем упругости, а также являются очень прочными при растяжении.

Однако самыми распространенными всё же остаются углеродные нити.

Углеродные ткани в производстве препрегов

Получают углеродные волокна разными высокотехнологичными способами, описание которых попросту выйдет за рамки статьи. Но на некоторые важные моменты обратить внимание нужно.

Прежде всего следует понимать, что сегодня уже существует некоторое разнообразие текстильных структур, производимых из углеродных волокон, — например, непрерывные штапелированные нити, а также тканые и нетканые материалы. А наиболее распространенной текстильной формой сегодня являются жгуты, пряжа, ровинги, тканые и нетканые холсты.

Создание такого разнообразия тканых материалов из углеродного волокна стало возможным, так как современным технологиям удалось обойти все трудности, которые обусловливает высокий модуль упругости и малое удлинение, от чего, к тому же, стали невозможными многократные деформации.

Остальные свойства и технологии изготовления таких тканей определяются их строением, плотностью и видом плетения, характеристиками извитости пряжи и некоторыми условиями ткачества. Не углубляясь в технологический процесс, можно сказать, что, например, существует много видов плетения: как распространенные, так и редкие, специального назначения. И, выбирая какой-то конкретный вид, специалисты по карбону создают соответствующие армирующие структуры для задания разных механических свойств будущих композитов.

Благодаря всем этим качествам армирующие ткани именно из углеродных волокон сегодня наиболее распространены. По частоте использования с ними может сравниться разве что стекловолокно.

Кстати, для производства армирующих тканей для препрегов из углерода используют не только круглые в разрезе нити, но и волокна с другими типами сечения (треугольные, ромбические и др.) и называют их волокнами с профильным сечением. Также в современном производстве используют еще и полые волокна.

Зачем нужны такие сложности?

Дело в том, что таким образом можно менять плотность углепластиков, повышать их прочность при сжатии и удельную жесткость, а также менять их диэлектрические и теплоизолирующие характеристики. Полые волокна — наоборот, наиболее простой способ снизить плотность углепластика.

Связующее вещество

Это еще одна составляющая препрега, благодаря которой деталь из нее приобретает конечную форму и определенные характеристики. Такие связующие делят на термореактивные смолы и термопласты.

Термореактивные смолы

Они традиционно используются как матрица, удерживающая на месте структурное волокно. Сюда входят полиэфирные, эпоксидные, фенольные, полиимидные и другие смолы.

Самыми распространенными из таких термореактивных смол являются полиэфирная и эпоксидная смола. Их популярность обусловлена тем, что при комнатной температуре они не отверждаются и находятся в жидком состоянии, что удобно при пропитке армирующих волокон. В общем, с ними легче работать и впоследствии обрабатывать изделие. Кроме того, они демонстрируют отличные свойства при невысокой цене сырья.

Преимущества, которые обеспечивают их свойства:

устойчивость к химически агрессивным веществам и растворителям;

стойкость при нагревании и сохранение качеств в широком диапазоне температур;

устойчивость к разным видам отделки, таким как покраска или полировка;

возможность получить прочность и эластичность готового изделия.

Единственное неудобство в том, что конечные изделия потом сложно утилизировать или перерабатывать.

Термопласты

Это второй тип связующего, главное преимущество которого для препрегов заключается в неограниченном сроке хранения. Хотя, кроме этого, термопластичные матрицы обладают и другими характеристиками — например, они:

нетоксичны и взрывобезопасны;

поддаются вторичной переработке;

не требуют длительного процесса отверждения;

обладают способностью к релаксации напряжений.

Выбор связующего зависит не только от предпочтений изготовителя, но и от многих иных факторов, прежде всего — от поставленных задач.

Сроки и условия хранения препрегов

По большей части это относится к препрегам с термореактивной матрицей из-за ее химической активности при комнатной температуре. Понятно, что на сроки хранения это накладывает определенные ограничения.

Также некоторые виды препрегов в составе связующего имеют низкомолекулярные добавки, требующие условий хранения композита в оригинальной упаковке. А чтобы увеличить их срок хранения, накладываются еще и определенные температурные ограничения. Так, в морозильной камере они хранятся довольно долго, что обязательно указывается на упаковке. А размораживают их при комнатной температуре точно установленное время — чтобы избежать образования конденсата. Кроме того, при хранении в холодильной камере они маркируются и укладываются таким образом, чтобы не соприкасаться друг с другом и не деформироваться под собственным весом.

Зато препреги на основе термопластичных матриц освобождены от подобных строгих условий и могут храниться при комнатной температуре без утраты своих качеств до нескольких месяцев. Общим условием их хранения является лишь защита от попадания прямого солнечного света, влияния химически активных веществ на них и от высокой температуры окружающей среды.

Как делают препреги

Сегодня есть много способов получения препрегов. Часть из них более, а часть менее популярны. К примеру, одной из наиболее часто используемых является технология пропитки сухого армирующего материала.

Также популярен метод пропитки связующим с последующей сушкой. Метод, правда, далек от идеальных требований по соблюдению экологии, но, тем не менее, не ушел в историю и всё еще активно применяется. Пропитка в каждом случае предназначена для увлажнения наполнителя и заполнения промежутков между волокнами.

Преимущества использования препрегов

Применение препрегов делает более доступным и простым изготовление карбоновой продукции на высоком профессиональном уровне с заданными прочностными и структурными характеристиками, а также качеством поверхности.

При использовании таких композитных материалов значительно упрощается технология получения деталей даже с очень сложной геометрией. Именно поэтому сегодня стало возможным изготовление их не только на крупных предприятиях, но и в более мелких, частных компаниях.

Кроме того, это повышает производительность за счет автоматизации ряда процессов, а также значительно улучшает условия труда сотрудников.

Заключение

Препреги — универсальные и экономически выгодные материалы, применяемые во многих отраслях народного хозяйства. Технологии получения их находятся в постоянном развитии, что дает реальную надежду на то, что будет повышаться их качество и при этом снижаться цена.

В связи с этим совершенствование препрегов — задача современной науки. Многое еще предстоит усовершенствовать, но и немало уже достигнуто. Например, наука продвинулась в части повышения характеристик прочности — за счет того, что стало возможным использование металлоуглеродных наполнителей и термостойких связующих.

Источник

ПОЛУЧЕНИЕ ПРЕПРЕГА МЕТОДОМ РУЧНОЙ ПРОПИТКИ

6.1 Получение препрега методом ручной пропитки должно производиться в чистом изолированном помещении с классом чистоты не хуже 6 по ОСТ 1 41519, при температуре воздуха от +16 до +32 0 С и относительной влажности до 75 %.

6.2 При получении препрега методом ручной пропитки для получения требуемого наноса связующего используется способ дозировки определенного количества связующего на заданную площадь полотна армирующего материала с учетом «потерь» на остатки связующего на подложке и в таре для смешивания. Нормы расхода связующего ЭПС-и-108 для получения заданного объемного содержания в готовом изделии при пропитке различных текстильных форм армирующих материалов представлены в таблице 6.1. При пропитке жертвенной ткани (см. перечень вспомогательных материалов) норму расхода связующего определять из соотношения 1:1 к поверхностной плотности жертвенной ткани + 15 г/м 2 (для ткани с поверхностной плотностью 80 г/м 2 расход связующего составит 80+15=95 г на кв.м.).

Таблица 6.1 Нормы расхода связующего при получения препрега для различных текстильных форм армирующих материалов для связующего ЭПС-и-108

Объемное содержание связующего в ПКМ V_св(%)

нанос связующего на 1 м 2 поверхности армирующего материалаm_св

Углеродная ткань, нить 1К 95 г/м 2——80±4—Углеродная ткань, нить 3К 190…205 г/м 290±3115±4150±5—Углеродная ткань УТ-900, 240 г/м 2—140±5——углеродная лента УОЛ-300-2, 260 г/м 2110±4140±5——стеклоткань Э3/1-100, 110г/м 250±3———СтеклотканьТ-53(ВМП)-4с 270 г/м 290±3———Ст.ткань кремнеземная КТ-11-Э-230-ТО, 180 г/м 2———155±7

Примечание: 1. При расчете приготовляемой массы связующего следует добавлять 25…30 г/м 2 на расчетную поверхность препрега из-за «остатков» связующего на подложке для пропитки (п/э или п/п пленка) и 15…20 г – на остатки в таре.

6.3 При пропитке армирующих материалов рекомендуется использовать специальный стол с подогреваемой рабочей поверхностью для активизации процесса смачиваемости волокон жидким связующим и ускорения процесса пропитки. Использование нагрева полотна армирующего материала в процессе пропитки связующим ЭПС-и-108 несколько сокращает время жизнеспособности полученного препрега, но заметно снижает содержание воздушных включений в жгутовых нитях армирующего полотна за счет лучшего их смачивания и более высокой проницаемости связующего между филаментами армирующей нити за счет капиллярного эффекта. Рекомендуемые ограничения по времени пропитки на подогреваемом столе представлены в таблице 7.2.

Таблица 6.2 Ограничения по времени пропитки армирующих материалов на «теплом» столе

*) пропитка без подогрева

Примечание: время жизнеспособности препрега после пропитки на подогреваемом столе сокращается в среднем на 30 мин.

6.4 Последовательность переходов операции ручной пропитки при получении препрега:

— установить требуемую температуру на поверхности подогреваемого стола (см. табл.7.2);

— расстелить на поверхности стола подложку (п/э, п/п или ПЭТФ пленку толщиной 60…100 мкм );

— разложить и разровнять на подложке полотно армирующего материала, избегать появления складок и искажения рисунка текстуры полотна, смещение линий долевой нити и утка от прямолинейного и взаимно перпендикулярного положения не допускается;

— выдержать 5…10 мин. разложенное полотно армирующего материала на теплом столе для его прогрева;

— приготовить рассчитанную порцию связующего ( см. табл. 7.1 и п.5 настоящей ТИ);

— нанести связующее на поверхность армирующего материала методом выливания из тары;

— равномерно распределить связующее по поверхности полотна армирующего материала широким шпателем без нажима, исключить возможность искажения рисунка текстуры армирующего полотна;

— выдержать 3…5 минут полотно армирующего с нанесенным связующим на теплом столе для его прогрева;

— равномерными движениями шпателя с легким нажимом отжать связующее сначала вдоль долевой нити, затем вдоль уточной нити полотна армирующего материала. При пропитке однонаправленных лент отжим связующего производить только в направлении долевой нити (2..3 раза);

— контролировать равномерное и достаточное нанесение связующего по «бурунчику» связующего при отжиме ткани шпателем (см. рис. 7.1);

— качество пропитки определять по равномерной прозрачности пропитанной для полотен стеклоткани и по смачиванию подложки для полотен из углеродной или органической ткани (посмотреть, отвернув край полотна вместе с подложкой);

— максимальное время «нахождения» препрега на теплом столе определять по таблице 7.2;

— для получения препрега, защищенного с двух сторон разделительной пленкой, уложить и прикатать внешний слой п/э пленки толщиной 60…100 мкм (см. рис. 7.1);

— переместить полотно пропитанного препрега вместе с подложкой на поверхность «холодного» стола;

— после окончания процесса пропитки протереть рабочую поверхность столов и инструмента ветошью, обильно смоченной ацетоном, отсутствие остатков связующего на столе контролировать по «прилипанию» сухой ветоши к поверхности стола;

— поверхность подогреваемого стола в процессе пропитки нескольких полотен протирать ветошью, смоченной ацетоном не реже чем через 30 мин. работы.

рисунок 6.1 Схема ручной пропитки полотна армирующего материала при помощи гибкого шпателя.

6.5 Контроль наноса связующего и ожидаемого относительного объемного содержания связующего в деталипроизводить в следующей последовательности:

— взвесить полотно препрега с пленкой_. И записать полученную массу М_пр+пл;

— снять пленку с препрега и взвесить отдельно, записать М_пл;

— рассчитать фактический нанос связующегоm_свпо формуле:

— рассчитать ожидаемое относительное объемное содержание связующегоV_свпо формуле:

Источник

моя ПЕРВАЯ деталь из карбона или препрег своими руками:как готовить и есть

Никогда не вёл блогов, или подобных ЖЖшечек, но, видимо, всё бывает в первый раз.
т.к. это первая запись на драйве-пожалуй представлюсь: зовут Женя, родился мальчиком, и до сих пор своих убеждений не сменил) собссно как родился, так и обитаю по сей момент в славном городе Санкт-Петербурге.

Основной мой род занятий это звукорежиссура, а как хобби-увлечение сноубордом, мотоциклом, и всяческим рукоделием. Именно две последних страсти и толкнули меня на опыты с карбоном. ну нравится мне перебирать мотик и вешать на него всякие приблуды, а из карбона и подавно. В общем чем бы дитя не тешилось.

Долгое время я склонялся, и с восхищением смотрел на вакуумную инфузию, т.к. процесс этот действительно позволяет получать качественный результат, при должной сноровке. но с инфузией (для меня) есть ряд проблем, о которых многие говорили, из которых меня оттолкнули от этой технологии две:
-невозможность создания «кокпитовых», т.е. закрытых, объёмных изделий
-большое количество одноразовой оснастки и довольно капризный процесс, в плане качества/скорости распределения смолы и качества финальной поверхности.
ручное формование и тем более ламинация для меня отпали сразу, т.к. мне реально нравится вид именно сдавленного, сжатого полотна. хоть убейте, но о вкусах не спорят)

И так, года полтора назад, когда я ещё вовсю был настроен пробовать инфузию подвернулся мне на авито совсем новый вакуумный насос. китайчик, низкопроизводительный, но по цене «по старому курсу», что прошлой осенью было весьма актуально. В итоге я решил, что с чего-то надо начинать, и взял этого малыша за 4 тыщи на тот момент совсем деревянных.
В общем-то на этой покупке процесс и остановился.

2) материально-техническая подготовка
Этой осенью в очередной раз для меня, и моих друзей встал вопрос тёплого зимнего хранения мотоциклов, да при том с возможностью круглосуточного доступа для «кручения гаек». После довольно длительных поисков совсем не далеко от дома нашлось производственное помещение 30м2, которое как раз подходило по всем параметрам, акромя того, что это был второй этаж. Ну, мотоциклы хоть и не пушинка, но и не тонну весят, и с помощью четверых мужичков в самом расцвете сил были закачены по досочкам на второй производственный этаж (высота потолков 4,5 метра). Думали в штаны наложим, ан нет, глаза боятся, а руки (в данном случае ноги) делают. Но это лирика.
Наконец то появилось помещение, которое я два месяца приводил из состояния «голые стены» в «уютная мастерская. В принципе, отчасти мне это удалось.
Т.к. на тот момент с технологией, которую я хочу освоить я определился, а осенью, во время командировки в США, капитально закупился различными тканями, свой путь я начал с постройки печки.
вот собственно и она:

Печь представляет из себя ЯЩЪ, собранный из секций, сделанных из совейской кровельной жести 0,75мм, на каркасе из металлопрофиля для ГКЛ. в качестве теплоизолятора внутри секций заполнение базальтовой ватой.
Секции между собой крепятся винтами и уголками, в жесть запрессованы заклёпки-гайки.
Все стыки промазаны высокотемпературным силиконовым герметиком. Верхняя крышка на петлях, с поддерживающими мебельными газ-лифтами, закрывается всё это дело на защёлках-стяжках (как на ящиках).

Внутри ящика установлен 1кВт нагреватель с вентилятором (разобрал китайский тепловентиллятор, купленый за какие то копейки в Леруа-Мерлен).

На передней панели ЯЩЪ’а смонтирован блок управления: программный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ-251 и блок реле/предохранителей.
Вообще, нагревательных элементов там два, каждый по киловатту, но на 2кВт печка уж больно быстро греет, и от частых вкл/выкл реле уже ощутимо мигает свет. С 1кВт нагревателем свет уже не мигает, а печь выходит на 100 градусов примерно за 12 минут, что более чем достаточно.
Да, габариты: 101*67*77см (продиктовано размерами жестяных обрезков привезённых из дачных запасов).

В общем на постройку сего девайса у меня ушёл где то месяц работы по вечерам, и около 10килорублей денег. Что более чем бюджетно, если сравнивать с заводскими термо-шкафами.
И вот ещё- вся конструкция на колёсиках, ибо вес её весьма внушительный, просто так не передвинешь.

вакуумная станция
По известной и не раз обжёванной в интернетах схеме был создан блок автоматики для вакуумного насоса, а так же импровизированный ресивер из канализационных уличных пластиковых труб 110мм.
вот оно фото:

Источник

Препрег: описание, технологии, преимущества и недостатки

Препреговая технология на протяжении многих лет является основой производства многих материалов, изделий и конструкций.

Препрег – это полуфабрикат композиционного материала, состоящий из волокнистого армирующего наполнителя и нанесённого с двух сторон связующего. Используют в первую очередь армирующий наполнитель из стеклянных и углеродных волокон. Связующее может иметь эпоксидную основу (или другой реактопласт, например фенольное связующее), может быть изготовлено на основе термопластов – полиэтилена или ПЭТФ. В зависимости от связующего, препрег может быть мягким и липким (эпоксидная основа) или жёстким и скользким (ПЭТФ).

Существует несколько методов изготовления препрега. Самый передовой и удобный – пропитка волокнистого материала расплавом связующего или расплавный метод. Таким образом на текущий момент изготавливают большую часть препрегов. Ещё один метод – пропитка раствором связующего и дальнейшая сушка. Несмотря на устаревшую и низкоэкологичную технологию, таким образом всё ещё изготавливается значительная часть препрегов. Существуют и другие технологии изготовления препрегов.

Наибольшее распространение имеют препреги на основе высоковязких эпоксидных смол, изготовленные методом пропитки расплавом. Такой материал имеет вид двусторонней клейкой ленты с защитными плёнками с одной или двух сторон. Различные другие виды препрегов обычно применяют в специализированных областях.

Процесс изготовления детали из препрега сводится к выкраиванию слоя заданной конфигурации препрега по шаблону или на режущем плоттере с дальнейшей выкладкой препрега на оснастку слой за слоем. После набора необходимой толщины деталь либо подвергается непосредственному формованию в прессе, либо производится сборка вакуумного мешка и дальнейшее формование в термошкафу или автоклаве.

Существует несколько технологий, смежных с препреговой технологией. Аналогичный препрегу материал – семипрег – или препрег с односторонней пропиткой. Также родственными технологиями являются технология RFIи применение препрега, изготовленного «дублированием» («Sprint»). При производстве препрега методом расплавной пропитки на первом этапе процесса производится плёнка связующего с заданной поверхностной плотностью. В ходе процесса волокнистый материал в виде тканей или ровинга помещается между двумя плёнками связующего и прикатывается горячими валками. В случае производства семипрега, плёнка связующего прикатывается горячими валками только с одной стороны. А в случае изготовления дублированного препрега – плёнка связующего приклеивается непосредственно к ткани и прикатывается холодными валками, в результате чего пропитки не происходит. Отличительной чертой процесса RFIявляется метод сборки детали, когда выкладка производится путём чередования отдельных слоёв волокнистого материала и отдельных слоёв плёнки связующего. Применение дублированного препрега и процесс RFIпозволяют получать изделия с низкой пористостью даже для толстостенных конструкций в связи с лёгкостью вакуумирования выкладки – слои ткани достаточно хорошо проводят воздух, и при плавлении плёнки связующего происходит инфузия расплава в волокнистый материал.

Схема вакуумного мешка для формования препрега содержит по порядку:

Схема может меняться с учётом вида препрега, а также с учётом количества смолы, содержащейся в препреге. При значительном газообразовании применяют паропроницаемые мембраны. При полном отсутствии и газообразования и начальной пористости непосредственно поверх препрега может быть уложена неперфорированная разделительная плёнка.

Источник