Resin Transfer מוליד (RTM) הפך תהליך ייצור אבן הפינה לייצור רכיבים מורכבים ביצועים גבוהים על פני שטח, רכב, ימי, ומחדש אנרגיה מגזרי אנרגיה.התהליך כרוך בהזרקת רזין נוזלי לתוך עובש סגור המכיל סיבים יבשים preform, לאחר מכן שרף מרפא כדי ליצור חלק מורכב יותר. בעוד גורמים רבים משפיעים על האיכות הסופית של רכיב RTM - מולטיבות, לחץ על גבי תאורה, טמפרטורה יותר מאשר עיצוב מחדש של ⁇ .

(FLT:0) אוריינטציה של פייבר (FLT:1) שולט ישירות בהתנהגות המכנית של המורכב, מכתיב את הנוקשות שלו, כוח, עמידות עייפות, ואפילו מצבי הכישלון שלה.אדריכלות סיבים מעוצבים בצורה גרועה יכול לגרום לחלק שלא בהכרח או לשאת משקל מיותר, ניכוי היתרונות המסובכים מאוד נבחרים עבור.

יסודות של אוריינטציה סיבית ב-RTM

אוריינטציה סיבים מתייחסת להסדר הזוויתי של סיבים חוזרים - פחמן, זכוכית, או aramid - עם המרטריקס הפולימריאים. in RTM, הסיבים preform ממוקם לתוך חלל עובש לפני הזרקת resin.הכיוון של סיבים אלה יכול להיות מותאם באמצעות הבחירה של סוג, להציב רצף, ומדורגת שיטה נפוצה סיבים כוללים:

  • (ב) סיבים (UD) LT:1 ; כל הסיבים התואמים לאורך ציר אחד. מציעים כוח מקסימלי ונוקשות בכיוון זה, אך תכונות התעלות נמוכות מאוד.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0Random או סיבים בלתי פוסקים 1) - סיבים קצרים עם אוריינטציה אקראית, לעתים קרובות בשימוש בתרכובות עובש גיליון (SMC) אבל פחות נפוץ ב RTM מבני.

ההפצה אוריינטציה אינה תמיד אחידה. במהלך RTM, חזית הזריקה יכולה לגרום לסיבים כביסה - חוסר של סיבים מהעמדות המיועדות שלהם - במיוחד בגיאומטריה מורכבת או תנאי זרימה גבוהים.תופעה זו, יחד עם ריצוף עובש וחיתוך בד, מציג סטיית עולם אמת מן הכיוון המיועד.

כיצד ריכוז הסיבים מתקדש לנכסים מכניים

כוח Tensile ו- Modulus

ההשפעה הבולטת ביותר של אוריינטציה סיבים היא על התנהגות Tenile. Composites להפיק את הכוח הרבני בעיקר מן הסיבים, אשר הם נוקשה יותר וחזק יותר מאשר ממטריקס פולימר. כאשר סיבים מתואמים את כיוון הטעינה, המורכב יכול להגיע עד 95% של הסיבים של סיביים ב trinsic כוח בציר זה. לדוגמה, פחמן חד uniional / ⁇ יכול להוכיח את חוזקות MPot רק על ידי פרמטרים בודדים, 000.

עבור רב-צדדיות, את המודולולוציה של ה- Tenile בכיוון נתון ניתן לחזות באמצעות תיאוריה של laminate קלאסית, אשר מהווה את התרומות הנוקשות של כל אחת בזווית שלה בהתאמה.כלל התערובת ומשוואות הטרנספורמציה מאפשרות למהנדסים למקם תכונות יעילות.עם זאת, מודלים אלה מניחים חיבור מושלם ונטיות אידיאליות; בפועל, waviness ושליליות להפחית את ההפחתה של 5-15%, בהתאם להליך האיכותי.

התנהגות גמישה ומסובכת

טעינה Flexural כוללת שילוב של מתח ודחיסה על פני עובי של רכיב.סיבים אפקטים הן כוח דחיסה ואת כוח הטרחה interlaminar. במבחן תלת-פקוד שלוש נקודות, מלוטש עם סיבים מוכוונים 0 ° אל ציר הצפה להציג את הגמישות הגבוהה ביותר מודולורי, בעוד ±45 plies לשפר תאימות, אבל להפחית את הנוקשות של קומפלקסים רגישים במיוחד עבור סיביים זעירים.

התנגדות ופגיעה בסובלנות

אוריינטציה סיבים משפיעה באופן דרמטי על האופן שבו מורכב סופג אנרגיה. Unidirectional laminates נוטים לתפצל לאורך כיוון הסיבים תחת השפעה נמוכה של מחסור בצמיחה, בעוד ארכיטקטורות חוצה-ply או ארוגות יכולות לעצור את ההתפשטות ואת דלמנטון. ⁇ סיבים ב ±45° ביחס לכיוון ההשפעה הצפוי יוצר "net" אשר סופג אנרגיה באמצעות מטריקס ומושך סיבים של שבץ -45 מעלות צלזיוס לרכיבים של תרכובות של חומרים של חומרים של חומרים של כלי רכב -45 מעלות צלזיוס - עבור תרכובות - 000.

סובלנות נזק, היכולת לשמור על כוח לאחר השפעה, גם תלוי אוריינטציה.למונים עם אחוז גבוה של 0 מעלות סיבים להראות ירידה חדה כוח השגור לאחר נזק בקושי גלוי (BVID), בעוד כי קווצות quasi-isotropics להראות השפלה הדרגתית יותר.בחירה של אדריכלות סיבים חייבת לכן לאזן ביצועים מכניים prise עם קשיחות.

התנהגות שומנית

בהטעינה מחזורית, אוריינטציה סיבים קובעת את חיי העייפות של רכיבי RTM. Tests על פחמן / פקסי להלומי מראה כי plies בעלות מינון 0 מעלות יש התנגדות מעולה תחת עומס מתח, עם עקומות S-N נשאר כמעט שטוח עבור עד 106 מחזורים. עם זאת, במתח לחץ או עייפות מדכאת דחיסה, מחוץ ל-axis plies (במיוחד) כדי להיכשל במהירות על ידי חוסר תפקוד לקוי של סיביים; הוא יכול גם כן, או מכווץ מוקדם.

אופטימיזציה של סיבים נטייה לעייפות לעתים קרובות כרוך בשימוש אחוז קטן של הפסקות off-axis ל "tie" את ההלגן יחד, צמצום צמיחת הריפוי המודרנית, כגון "עיצוב הניסויים" (DoE) בשילוב עם ניתוח אלמנט סופי, יכול לזהות את השכבה הממקסימה את חיי העייפות עבור ספקטרום נתון.

אופטימיזציה של אופטימיזציה סיבים עבור יישומים ספציפיים

מבנה חלל

ברכיבי מטוסים כגון ספארים כנף, מסגרות מתפתלות, ומנועי nacelles, מסלולי טעינה מוגדרים היטב ובאופן כללי כיוון. Unidirectional ו quasi-isotropic laminates הם ply-by-ply כדי לעמוד בדרישות כוח ונוקשות תוך צמצום משקל.RTM מציע את היתרון של עובש נטו-shapeing עם ריפוי מורכב, אבל סיבים חייבים להיות מבוקר בקפידה על ידי אופטימיזציה למנוע אופטימיזציה של XDemray (התקני אבחון) לעתים קרובות).

משקל האור

עבור מבני רכב כמו רכיבי כאסאס, תיבות התרסקות, לוחות גוף, אוריינטציה סיבים מותאם לקליטת אנרגיה ונוקשות. אקראי או רב-אקסיאל שאינם מפלים (NCFs) הם פופולריים כי הם מציעים תכונות מאוזנות בתוך כוכבי הלכת והם קלים יותר לטפל ב- RTM גבוה-volume R. המוקד הוא לעתים קרובות על צמצום זמן מחזור תוך שמירה על אוריינטציה של הגוף הקדמי יכול להשתמש שכבה עבור סיבים מבניים עבור פני השטח.

אנרגיה מתחדשת וחילוץ

סירות, מטס, ו להבים טורבינות רוח לחוות עומסים מורכבים מגלים, רוח וכוח הכבידה. ביישומים אלה, נטייה סיבים חייבת להיות מתואמים עם כיוונים הלחץ העיקריים המשתנה לאורך המבנה.עבור להב טורבינות רוח, כובע הספא נשלט על ידי UD סיבים ריצה אורך, בעוד רשתות Shear להשתמש ±45 סיבים כדי לטפל עומסים שונים של תרכובות, היא מאפשרת אינטגרציה של תבניות יחיד.

המונחים: measuring and controllingfi Orientation in Production

בעוד כלים עיצוביים כמו יסוד סופי מודלים (FEM) ותוכנות סימולציה תהליכים (למשל, PAM-RTM, Moldex3D) יכולים לחזות נטייה סיבים בהתבסס על תנאי ההזרקה, חלקי ייצור בפועל עשויים להתנער בשל התפלגות:0fiber WashFLT:1, FLT:2draperphcioFLT 3, או LT:4ply חלקלקציה חלקלקה עד 5pal טכניקות בקרה:

  • (FLT:0) ניתוח מבוסס תמונה FLT:1 - מיקרוגרפים של חתך או משטחים מלוטשים ניתחו באמצעות תוכנה כדי לחלץ זוויות אוריינטציה סיבים מקומיים.
  • (FLT:0)X-ray CTeur סריקת FLT:1 - מספק מפה תלת-ממדית של חלוקת סיבים וכיוון עבור כל החלק.
  • (FLT:0) בדיקות מכניות (Mechanical TestingFLT:1) - בדיקות הרסניות כגון קופונים Tenile שנלקחו מאזורים שונים של חלק יכול לחשוף באופן עקיף את איכות הכיוון באמצעות וריאציות במודולוס.
  • (FLT:0) ניטור חומרים ניטורFLT:1 - חיישני Inline (dielectric, לחץ, טמפרטורה) לזהות אנומליות במהלך הזריקה שעשויות להצביע על עקירה סיבים.

כדי לשמור על אוריינטציה ממוקדת, יצרנים להשתמש בטכניקות טרום-פרסום כגון תרסיסים נקשרים, תפרים, או 3D גירוד. Robust עובש clamping ופרופילי הזרמת הזרקת מבוקרת גם ממזערים סיבים.עבור גיאוגרפיה מורכבת, מיקום סיבים אוטומטיים (AFP) או מיקום סיבים מותאמים (TFP) יכול למקם סיבים בדיוק לפני התחדשות.

אתגרים ומגמות מתפתחות

נאמנות וסיפוקים

(הדגשה) - מחוץ למטוס או לאוציות במטוס - היא פגם נפוץ בחלקים RTM, במיוחד ליד פינות, צמתים של צלעות, או מעברים דקים עד ל-THC. Waviness מפחית כוח דחוס באופן דרמטי ויכול ליזום כשלון מוקדם.

3D Preforms ו- Through-Thickness Reinforce

להלבין מסורתיים חסרות סיבים בכיוון עובי, מה שהופך אותם רגישים לדחמנציה. 3D- ארוג או מזייף preforms, בשימוש יותר ויותר ב RTM, לשלב סיבים עקיפים Z שמשפרים תכונות interlaminar.

תאומים ולמידה של מכונות

גישות תעשייה 4.0 מאפשרות שליטה בזמן אמת על נטייה סיבים במהלך RTM. תאומות דיגיטליות משלבות נתוני חיישן עם מודלים של תהליך כדי להתאים את הפרמטרים ההזרקה ולמנוע פגמים. אלגוריתמים למידה מכונה מאומן על נתונים היסטוריים יכולים לחזות הניחושים אופטימליים עבור חלק חדש גיאוגרפית, צמצום הניסוי-וטרור.לדוגמה, צוות באוניברסיטת נוטינגהאם פיתח רשת עצבית כי FLT:0predicts של אפקט של נטייה גיאומטריה על גבי דיוק של 95%:1F.

שיקולים של

כמחזור של חומרים מורכבים הופך קריטי יותר, נטייה סיבים משפיעה על מחזוריות. .הבקש סיבים מן הקצה של חלקי RTM לעתים קרובות יש אוריינטציה אקראית, המוביל לנכסים מכניים נמוכים יותר.מחקר לתוך מישור סיבים ממוחזרים במהלך תהליך RTM - שימוש באלקטרוסטטי או מגנטי - הוא מתמשך.

שיטות טובות ביותר עבור עיצוב וייצור

כדי לרתום את ההשפעה של אוריינטציה סיבים ביעילות, מהנדסים צריכים לעקוב אחר ההנחיות האלה:

  1. (FLT:0) ,Define עומס נתיבים מוקדמים של FLT:1 - השתמש בניתוח האלמנט הסופי כדי למפות את הלחץ הראשי.Align סיבים בתוך ±15 מעלות של הכיוון הראשי של יעילות מקסימלית.
  2. (FLT:0) להעריך את תהליך RTMFLT:1 - השתמש סימולציה של זרימה עובש כדי לחזות סיבים שטיפה ושינויים אוריינטציה עקב זרימה מחדש.Iterate על עיצוב preformate לפני חיתוך כלי.
  3. (FLT:0Validate with Physical TestingFLT:1, Extracting קופונים מחלקים נציג ולהשוות נוקשות / סטרגנטיות ממש כדי להשחית תחזיות תיאוריה.
  4. (ב) ,0) אדריכלות היברידית של קונייידר 1 (שלב UD, UD, שכבות ארוגות אקראיות-פיבר כדי לאזן נוקשות כיוון עם נזק לסובלנות.
  5. (FLT:0) פרמטרים של תהליך ההרשמה (FLT:1) - שמור על הזרקת מהירויות בינוניות (בדרך כלל 1-10 מ"מ /s) כדי להפחית את הכביסה בסיבים.

מסקנה

אוריינטציה סיבית היא הגורם המשפיע ביותר השולט בתכונות מכניות של העברת מרכיבים מעוצבים.מכוח רבילי וחיי עייפות להשפיע על ההתנגדות ויציבות דחיסה, הכיוון וההפצה של סיבים חוזרים לקבוע אם חלק עומד במטרות הביצוע שלה. בעוד כלי סימולציה מודרניים וטכנולוגיות מתקדמות המאפשרים שליטה חסרת תקדים על אוריינטציה, מציאויות ייצור - כגון שטיפת סיבים, כובד, ודרדרדרישה - תהליך מעקב קפדני ואימות.

ככל שהביקוש למבנים קלים, עמידים גדלים בתעשיות, היכולת לעצב וליצור חלקי RTM עם אוריינטציה סיבים אופטימיזציה יפריד מנהיגים מעוקבים.על ידי שילוב ידע של מדעי החומר, הנדסה תהליכים ומכניקה מבנית, מהנדסים יכולים לפתוח את מלוא הפוטנציאל של חומרים מורכבים. הדור הבא של RTM סביר אפילו לראות הפיכה הדוקה יותר בין עיצוב וייצור, עם שליטה בזמן אמת.

עבור אלה המבקשים להעמיק את הבנתם של עקרונות עיצוב מורכבים, משאב מומלץ הוא הסקירה המקוצרת של מכניקה מורכבת FLT:1 או FLT:2SAMPE glolibraryFLT 3 על שיטות ייצור בסופו של דבר, הדרך לרכיבי RTM העליון מתחיל עם שאלה אחת: איפה הסיבים הולכים, ומדוע?