پیشرفت در شیمی رزین برای درمان سریع تر و قطعات قوی تر

قالب سازی انتقال رزین (RTM) همچنان یک فرآیند تولید سنگ بنای برای اجزای کامپوزیت با کارایی بالا در سراسر بخش های هوافضا، خودرو و کالاهای ورزشی است.پیشرفت های اخیر در فرمول بندی شیمی رزین در حال تبدیل فرآیند است، ارائه سرعت های درمان به طور چشمگیری تسریع و خواص مکانیکی برتر این نوآوری ها اجازه می دهد تا تولید کنندگان برای کاهش زمان چرخه، مصرف انرژی پایین تر، و تولید قطعات با قدرت پیشرفته، و درک استراتژی های خاص برای بهبود ساختار شیمیایی ضروری برای این است.

هسته نوآوری رزین در تنظیم دقیق تر از ژن های پلیمری سازی سنتی سیستم های اپوکسی سنتی اغلب نیاز به چرخه های درمانی طولانی در دماهای بالا، ایجاد تنگنا در تولید شیشه ای بالا و یکپارچگی مکانیکی پیشرفته است که سیستم های کاتالیزور پیشرفته را تحت تاثیر قرار می دهد، تقویت کننده های ساختاری را اصلاح می کند و دیلونت های واکنشی که سریعتر پیوند متقابل را ترویج می کنند و یا بهبود دماهای انتقال نهایی و یکپارچگی مکانیکی را با استفاده از مواد شیمیایی سخت، بدون نیاز به جای استفاده از مواد شیمیایی سخت، درمان های سخت، بهبود می دهند.

رزین های سریع-Cure Epoxy: شیمی و عملکرد

رزین سریع-cure به سرعت خود را از طریق سیستم های اولیه طراحی شده به دست می آورد.به عنوان مثال، عوامل درمان دیرین که در طول تزریق باقی می مانند، اما تحت حرارت کنترل شده یا نور UV فعال می شوند، ژل سریع و درمان کامل در عرض دو تا پنج دقیقه در دمای متوسط (80 تا 120 درجه سانتیگراد) این سیستم ها اغلب شامل مشتقات imidazole یا مجتمع های سه گانه تر هستند که فعالیت های استثنایی را بدون کاهش زمان واکنش به طور معمول در مقایسه می کنند.

فراتر از سرعت، این رزین ها چگالی اتصال بالا را حفظ می کنند، نقاط قوت کششی بیش از 120 PSI و flexural moduli در بالای 7 GPa. یکنواختی درمان همچنین تشکیل و میکروکلیف را کاهش می دهد، که منجر به بهبود مقاومت در برابر سرعت دستگاه های اپوکسی می شود.

افزودنی های با کارایی بالا: سفت و سخت و تقویت

افزودنی ها نقش مهمی در متعادل کردن درمان سریع با استحکام مکانیکی ایفا می کنند. ( ذرات لاستیکی هسته ای و عوامل سخت کننده تر تروپلاستی معمولاً برای بهبود سختی شکستگی بدون سرعت درمان به طور قابل توجهی عقب مانده است.این ذرات یک پراکندگی ایجاد می کنند که شکاف را دستگیر می کند، افزایش میزان انتشار انرژی حیاتی (G otherment]) توسط 150-200٪ فشرده سازی و یا کاهش دهنده های حرارتی، در حالی که باعث افزایش میزان انتشار انرژی مایع می شوند.

یکی دیگر از کلاس های افزودنی در حال ظهور استفاده از پلیمرهای hyperbranched است که به عنوان هر دو سخت کننده و اصلاح کننده جریان عمل می کنند. این ماکرومولکول ها باعث کاهش ویسکوزیته در طول تزریق، بهبود فیبر مرطوب، و سپس پیوند به طور مداوم به شبکه اپوکسی 1، ارائه تقویت نانو مقیاسی تولید هندسه های پیچیده با دیوارهای نازک (به عنوان پایین) در حالی که حفظ قدرت تحقیق سخت تر است، و به دنبال استراتژی های سخت تر است.

تکنیک های فرمول بندی نوآورانه: نانو-Modification و Pre-Polymerization

فراتر از تغییرات شیمیایی مستقیم، روش های فرمول بندی جدید بهینه سازی رفتار رزین در طول فرآیند RTM است.دو تکنیک که توجه قابل توجهی دریافت می کنند نانو سازگار سازی و پیش از پلیمریزاسیون کنترل شده است، هر دو رابطه اساسی بین ویژگی های پردازش رزین و خواص نهایی را هدف قرار می دهند و تولید کنندگان را به نتایج قابل پیش بینی تر و سازگار تر ارائه می دهند.

رزین های نانو-Modified: Graphene و سیلیکا

تقسیم نانو ذرات به میکروسه ها یکی از موثرترین راه ها برای افزایش عملکرد مکانیکی و حرارتی است در حالی که همچنین بر روی درمان kinetics. Graphene نانوصفحه ها، نانولوله های کربنی و نانوذرات سیلیس عملکردی شده کاندیداهای بالا هستند، در بارگیری به عنوان کم 0.5-2٪، این نانو مواد یک شبکه یکپارچه ایجاد می کند که سرعت انتقال گرما را در طول درمان افزایش می دهد، و تقویت قدرت همزمان در سنتز، به سرعت در حال افزایش می رسد.

نانو-modification همچنین به چالش های رایج RTM مانند خونریزی رزین و میکرو (ککند کردن) سطح بالا از نانو ذرات با گروه های قطبی رزین ارتباط برقرار می کند، فاز interstitial را ضخیم می کند و علاوه بر این، ثبات حرارتی کامپوزیت ها بهبود می یابد، با افزایش دمای تجزیه تا 20-40 درجه سانتیگراد برای تولید، تولید کنندگان استفاده از تکنیک های پردازش نانو و یا تجزیه و تحلیل بیشتر در تجزیه و تحلیل داده های مشابه.

رزین های پیش ازPolymerized: کنترل Advancing برای سازگاری

پیش پلیمریزاسیون، که به عنوان B-staging یا درمان جزئی نیز شناخته می شود، شامل پیشرفت رزین به یک ویسکوزیته خاص و چگالی متقابل لینک قبل از تزریق به قالب است.این تکنیک باعث تثبیت پنجره پردازش رزین، کاهش حساسیت به نوسانات دما و تغییرات فشار تزریق می شود. با درمان بخشی از رزین به حالت نیمه جامد، تولید کنندگان می توانند آخرین بار تحت شرایط دقیق درمان، دقیق تر، در نتیجه یکنواخت بیشتر استفاده کنند.

در عمل، پیش پلیمریزاسیون زمان درمان قالب نهایی را تا 30٪ کاهش می دهد، زیرا بخش قابل توجهی از واکنش بیرونی قبلا رخ داده است.همچنین خطر فرار بیرونی در لمینت های ضخیم را کاهش می دهد، که یک علت رایج از جنگ و فشارهای داخلی است. پیش پلیمریزاسیون به ویژه برای قطعات ساختاری بزرگ مانند تیغه های باد یا توربین پیشرفته است که اجازه می دهد تا تجزیه و تحلیل دقیق با کیفیت بالا را از طریق درمان حالت B.

تاثیر بر قابلیت های تولید RTM و کیفیت بخش

نوآوری های جمعی در تکنیک های شیمی رزین و فرمول بندی، تولید RTM را تغییر می دهند. چرخه های درمان سریع تر به طور مستقیم به تولید بالاتر از طریقput ترجمه می کنند – یک محرک کلیدی اقتصادی برای صنایع مانند خودرو، که در آن زمان چرخه پنج تا ده دقیقه در هر بخش نرخ رقابتی قابل مقایسه با مواد منفجره فلزی را کاهش می دهد، یکی دیگر از مزایای قابل توجه است؛ از سیستم های سریع در دما پایین تر و مدت زمان کوتاه تر انرژی می توانند به میزان 40٪ کاهش یابند.

افزایش قدرت مکانیکی از فرمول های پیشرفته اجازه می دهد تا مهندسان به طراحی ساختارهای سبک تر، نازک بدون به خطر انداختن ایمنی یا دوام، این کاهش وزن به ویژه برای برنامه های هوافضا و وسایل نقلیه الکتریکی ارزشمند است، که در آن هر کیلوگرم ذخیره شده دامنه یا بار اضافی را گسترش می دهد، توانایی پر کردن زمین های پیچیده، نازک با حداقل نقص گسترش طراحی، ترکیب ویژگی های مانند گرما، برش مستقیم یا قطعات کامپوزیت به طور مستقیم.

سازگاری در درمان و خواص مکانیکی نیز کاهش نرخ های ضایعات سنتی RTM گاهی اوقات از درمان ناقص مرطوب یا ناهموار به دلیل تنوع رزین رنج می برد. با فرمول های پیشرفته و تکنیک هایی مانند نانو-modification و pre-پلیتریزاسیون، تولید کنندگان به کنترل سفت تر بر ویسکوزیته، زمان ژل و قدرت نهایی می رسند.این قابلیت اطمینان برای صدور گواهینامه در هوافضا (به عنوان مثال، F.A) و کاهش قابل اعتماد به نفس 25، ضروری است.

با این حال، اتخاذ این نوآوری ها نیازمند بهینه سازی دقیق فرآیند است.فعالیت های بالاتر ممکن است پنجره تزریق را کاهش دهد، خواستار سرعت تزریق سریع تر و مدیریت دقیق دما شود. رزین های نانو- ⁇ می توانند ویسکوزیته را افزایش دهند، به طور بالقوه نیاز به فشار تزریق بالاتر یا طرح های قالب اصلاح شده دارند. Pre-پلیمیکیشن یک مرحله پردازش اضافی را اضافه می کند که باید به دقت کنترل شود تا از بیش از حد پیشرفته، و با استفاده از این ابزار های شبیه سازی شده است.

مسیر های آینده در فرمول های رزین برای RTM

با نگاهی به جلو، چندین روند وعده می دهد تا قابلیت های RTM را افزایش دهد. مونومرهای اپوکسی مبتنی بر Bio-based مشتق شده از lignin، Cardanol یا آنaconic acid به دست آوردن کشش به عنوان جایگزین های پایدار، ارائه عملکرد قابل مقایسه با کاهش ردپای زیست محیطی، محققان همچنین در حال توسعه سیستم های رزین خود شفا دهنده هستند که میکروکیل یا شبکه های عروقی را برای تعمیر قطعات کوچک، گسترش می دهد.

مرز دیگر استفاده از یادگیری ماشین برای تسریع توسعه فرموله رزین است.با مدل های آموزشی در مجموعه داده های بزرگ از درمان kinetics، rheology و نتایج تست مکانیکی، شیمیدانها می توانند فرمول های بهینه را برای مناطق خاص جغرافیایی و شرایط فرآیند پیش بینی کنند. این روش داده محور چرخه های آزمایشی و تروریستی را کاهش می دهد و رزین های جدید را به بازار سریع تر می آورد.

در نهایت، ادغام با تولید افزودنی (3D چاپ) مورد بررسی قرار می گیرد، که در آن رزین های قابل درمان UV یا عایق حرارتی می توانند با لایه تزریق شده توسط لایه به پیشفرم های فیبر، فعال کردن ساختارهای چند ماده ای یا عملکردی درجه بندی شده، چنین فرآیندهای هیبریدی می تواند سرعت RTM را با آزادی طراحی تولید افزودنی ترکیب کند، باز کردن برنامه های جدید در ایمپلنت های پزشکی، رباتیک و کالاهای مصرف کننده بالا.

سرعت نوآوری در فرمول های رزین برای RTM با در نظر گرفتن شیمی دان های سریع، نانو-modification و پیش از پلیمریزاسیون کنترل شده، تولید کنندگان می توانند سریع تر، قوی تر و قابل اعتماد تر تولید کنند.[۳] مهندسان علوم و دانشمندان مواد باید این پیشرفت ها را نظارت کنند تا در بازار رقابتی بمانند که نیاز به عملکرد بالاتر در هزینه های پایین تر دارد.