Суть метода вакуумирования полимерных композитов: описание метода, технология, установка и оборудование

описание метода, технология, установка и оборудование

Композитные материалы не первый год используются в разных сферах промышленности и строительства. Изделия такого рода значительно повышают характеристики элементной базы в технике, электронных приборах и стройматериалах. При этом композиты различаются между собой по эксплуатационным свойствам, определяемым технологией изготовления. Внедрение в производственный процесс вакуумной техники изготовления материала, к примеру, позволяет получать высококачественный карбон. Однако до недавнего времени сохранялась проблема исключения лишней смолы, присутствие которой обуславливало ломкость изделия. Для максимизирования физических свойств материала посредством устранения смол применяется вакуумная инфузия, которая хоть и не гарантирует полного исключения негативных технологических факторов, но позволяет с небольшими затратами наделить конечный продукт оптимальными техническими качествами.

Общие сведения о методе

Суть метода заключается в создании разряжения внутри рабочей полости, благодаря которому происходит пропитка армирующего материала и втягивание смол. Как и при других современных методах получения композитов, в качестве формовочной полости задействуется вакуум – как правило, для организации процесса используют специальную пленку-мешок. В отличие от распространенного метода контактного формования, установка вакуумной инфузии, включающая специальную матрицу с сухим наполнителем, позволяет выпускать стеклопластики с минимальным содержанием пористых включений и более высокой степенью армирования. Для некоторых потребителей важно и другое отличие данной методики. Она предполагает существенное снижение эмиссии вредных веществ. В частности, сокращается количество стирола, наличие которого нередко становится препятствием при использовании изделий в строительстве жилых домов.

Технология выполнения

Первым делом на подготовленную оснастку с вакуумом выкладывают наполнитель, который может быть представлен и специальными веществами, и комбинированными полотнами. Затем укладываются технологические пласты, благодаря которым в дальнейшем должно обеспечиваться равномерное распределение связующего компонента. Далее на технологический пакет направляется разряжение, открывается канал допуска связующего, под воздействием уже активного вакуума происходит одновременное заполнение пустот и пропитка наполнителем. Процент пористости зависит от температуры окружающей среды, при которой выполняется вакуумная инфузия. Технология осуществления метода в промышленных условиях в среднем обеспечивает сохранение 1-0,5% пор относительно общей массы композитного изделия.

Оборудование для установки вакуумной инфузии

Основой для установки инфузии выступает упомянутая выше матрица. Это в некотором роде платформа, средние размеры которой могут соответствовать и обычной панели ламината квадратной формы, и площади производственного цеха. С точки зрения качества получаемого композита важнее обортовка матрицы, от которой зависит качество подачи связующего и функция вакуума. За формирование разряжения в системе отвечает вакуумный насос для инфузии, с помощью которого обеспечивается равномерное прижатие расходных материалов в платформе матрицы. Иными словами, он создает эффект всасывания связующих компонентов.

Для захвата смолы также применяется специальная ловушка, представляющая собой герметичную емкость. Данный технологический элемент осуществляет сбор излишков смолы, формируемых в процессе пропитки армирующего материала. Ловушка оберегает и насос от проникновения в него тех же смол. Работа инфузии невозможна и без качественной арматуры. Инфраструктуру этой части представляют фитинги и трубки, организующие работу каналов подачи связующего материала.

Наполнители для матрицы

Материалы, используемые для размещения в базовой оснастке, относятся к средствам армирования. Собственно, они и формируют основу будущего изделия и в наибольшей степени определяют его эксплуатационные свойства. В зависимости от направленности производства это могут быть углетканные наполнители, базальтовые ткани для изоляционных материалов, кевларовые арамиды и т. д. Отдельной группой представлены материалы для вакуумной инфузии, из которых в дальнейшем получаются стеклопластики. В нее входят традиционные стеклоткани, стеклоровинговые полотна, стекловуали и стекломаты. Все большее распространение получают и комбинированные ткани. В частности, благодаря сочетанию разных технико-физических свойств пользуются популярностью арамидно-карбоновые и арамидно-базальтовые наполнители.

Вспомогательные материалы

Эта группа материалов применяется только для организации самого процесса инфузии и не входит в состав конечного продукта. По мере завершения операции такие вещества удаляются. Основным компонентом этого типа является жертвенная ткань, которая предназначена для формирования ровной внутренней полости заготовки, которую образует вакуумная инфузия. Оборудование также защищается этой тканью от вытесняемых смол. Защитная функция жертвенного материала обуславливается стойкостью ее структуры к внешним воздействиям и минимальной адгезией. Кроме того, в список обязательных вспомогательных материалов входит проводящая сетка, предназначенная для вывода воздуха и подводки смолы к армирующей основе. При подготовке матрицы также используют вакуумную пленку. Ее отличает повышенный модуль растяжения порядка 400% и способность выдерживать температуру свыше 100 °C.

Связующий компонент

На связующее вещество ложится большая ответственность, поэтому к нему предъявляются высокие требования. Это должен быть материал с низкой степенью вязкости и экзотермического пика, и в то же время высокой жизнеспособностью. Соответствующее этим параметрам вещество обеспечит быстрое впитывание армирующего материала и сохранит оптимальную рабочую структуру. Для этого используют специальные смолы, благодаря которым вакуумная инфузия может обеспечивать пропитывание основ толщиной до 10 мм. Высокая жизнеспособность имеет особое значение в работе с крупными изделиями – это качество помогает завершать процесс до наступления желатинизации.

Организация подачи связующего

Практикуется организация процесса инфузии по двум схемам: кольцевой и параллельной. В первом случае размещение канала осуществляется по периметру матрицы, а места подачи связующего располагают в нише вакуумного кольца. В результате движение смолы организуется в направлении от центральной точки к периметру. При этом исключается натекание воздушных потоков, так как вакуумная инфузия будет замыкать канал в кольцо.

Организация параллельного распределения связующего предполагает противоположное размещение вакуумного канала и точки подачи смолы. В этом случае движение смолы происходит от одной стороны к другой. К минусам данной схемы относится как раз натекание воздуха по периметру оснастки, которое исключается при кольцевой подаче смолы.

Факторы определения качества изделия

Минимизировать риск получения конечного продукта неудовлетворительного качества позволит контроль нескольких параметров организации производственного процесса. В первую очередь, к ним относится герметичность вакуума – материал оболочки не должен иметь дыр или мест неплотного прилегания к наполнителю. Далее учитывается показатель вязкости смолы, который не должен быть выше 600 мПа*с, иначе процесс будет выполняться медленно и с большей вероятностью допустит образование пустот. Многое зависит и от качества выкладки тканевых слоев. Заводской метод вакуумной инфузии особенно требователен к распределению слоев углеродного материала. Правильная выкладка без неровных участков повысит шансы на получение сбалансированного по своей внутренней структуре композита.

Заключение

Искусственные материалы активно сменяют на рынке традиционное сырье. Этот процесс охватывает самые разные направления. Обуславливается распространение синтетических пластиков выгодными эксплуатационными свойствами, которыми наделяется тот же карбон или стеклопластик. В данном контексте вакуумная инфузия является лишь одним из технологических средств, позволяющих обеспечить высокие технико-физические качества получаемого материала. Изначально технологи разрабатывали этот метод как инструмент для избавления от негативных аспектов производства. В частности, инфузия сокращала наличие пустот в структуре материала. В дальнейшем метод продемонстрировал и другие положительные качества, которые выразились и в повышении экологической чистоты, и в снижении финансовых затрат на производство.

Вакуумная инфузия — Библиотека — rus

Вакуумная инфузия в настоящее время является наиболее перспективной технологией получения композитов.

Использование вакуумной инфузии, как процесса для получения изделий из композиционных материалов обусловлено рядом причин:

• 
  Получение композита с высоким содержанием армирующего материала;
• 
  Низкая пористость;
• 
  Отсутствие материалов с малым сроком жизни (препрегов), время подготовки и сборки вакуумного мешка неограниченно;
• 
  Отсутствие необходимости в дорогостоящих автоклавах или прессах и инжекционных системах;
• 
  Возможность изготовления больших деталей целиком без разделения на составные части.

Данные факторы способствовали развитию технологии вакуумной инфузии, а также обусловливают ее широкий потенциал для дальнейшего применения.

Процесс вакуумной инфузии заключается в заполнении жидким связующим пор в предварительно отвакуумированном армирующем материале.

Пакет, подготовленный к вакуумной инфузии

Заполнение всех пустот во время пропитки

После пропитки происходит отверждение жидкой смолы с образованием жесткой полимерной матрицы, обусловливающей равномерное распределение нагрузки в композитном изделии. Типичными армирующими материалами являются стеклоткань и углеродная ткань. В качестве связующего могут применятся эпоксидные, полиэфирные, эпоксивинилэфирные и др. связующие. При выборе связующего необходимо знать при каком уровне вакуума связующее может закипеть. Например, стирол, содержащийся во всех полиэфирных связующих, закипает при комнатной температуре, если давление в вакуумном пакете составляет менее 50 мм рт. ст. тогда как эпоксидные связующие не закипят даже при 1 мм рт. ст. Также необходимо убедиться, что связующее не содержит растворители, которые также будут закипать в процессе инфузии, способствовать образованию пор и понижению прочности изделия.

Технологический пакет для вакуумной инфузии, как правило, включает следующие слои изображенные на рисунке:

Ключевыми технологическими факторами влияющими на качество конечного изделия являются:

• 
  Герметичность пакета

При наличии дырок или неплотного прилегания жгута композит будет пористым, иметь плохую поверхность, а также процесс инфузии может не пройти до конца

• 
  Уровень вакуума

При недостаточном вакууме (более 100 мм рт. ст.) армирующий материал сжимается недостаточно плотно и содержание связующего в изделии может быть завышенным, также может возрастать пористость.

• 
  Вязкость смолы

Высоковязкая смола (с вязкостью выше 500-600 мПа*с) пропитывает материал слишком медленно, и может образовывать незаполненные пустоты (поры), как внутри композита так и на его поверхности

• 
  Время гелирования смолы

Быстрое гелирование смолы может привести к тому, что инфузия не успеет дойти до конца. Вязкость начинает возрастать гораздо раньше гелирования, поэтому связующее необходимо выбирать с большим запасом по времени гелирования. Желательно, что бы время гелирования было не менее 5 часов.

• 
  Правильное распределение смолы с помощью проводящих сеток

При расположении проводящих связующее материалов желательно чтобы от окончания проводящей сетки до вывода вакуума во всех точках было примерно равное расстояние 2-5 см. длина сетки без подвода связующего не более 1 метра. Существует несколько стандартных стратегий для крупногабаритных изделий по распределению подводящих трубок к пропитываемой форме, такие как, рыбий скелет или параллельные последовательно открываемые вводы. Также для крупногабаритных изделий часто применяют моделирование пропитки.

• 
  Аккуратная выкладка слоев ткани и вспомогательных материалов

При получении композита методом вакуумной инфузии большое внимание следует уделять выкладыванию слоев углеродной ткани, вспомогательных материалов и сборке вакуумного мешка.

Углеродная ткань должна быть плотно прилегать к оснастке или гелькоату. При необходимости лучше произвести подклейку ткани к оснастке при помощи клея (спрея) или липкой ленты. Необходимо избегать возникновения натянутостей или точек неполного прилегания ткани к оснастке или гелькоату, так как это может вызывать изменение геометрических размеров внутренней части изделия, а также приводит к увеличению веса конечного изделия в связи с образованием областей с повышенным содержанием связующего. Плотное прилегание материалов по всей поверхности необходимо тщательно контролировать для всех слоев углеродной ткани,  а также для всех вспомогательных материалов.

При закреплении дренажной сетки для распределения связующего следует помнить, что при использовании тонкого вакуумного мешка вакуумная сетка может его проткнуть.

После сборки вакуумного мешка необходимо убедится в его герметичности, для этого нужно на некоторое время отключить насос и следить за тем, чтобы за 5 минут вакуум не упал более чем на 10 мм рт. Ст.

Для удобства работы лучше использовать вакуумные насосы с достаточно высокой производительностью. Это позволит быстро откачивать вакуумный мешок, а также не приведет к существенному падению вакуума при наличии “микродырочек”.

При попадании воздуха в вакуумный мешок образуются поры в композите, которые приводят к дефектной поверхности с “рытвинами” в местах переплетения ткани, а также к существенному падению механических характеристик. Композит получается хрупкий и непрочный. 1% пор приводит к падению межслоевой прочности примерно на 10%

Существует большое количество методов, позволяющих тем или иным образом управлять процессом вакуумной инфузии. Такие как, математическое моделирование процесса пропитки, использование полупроницаемых материалов для получения деталей с минимальной пористостью, использование различных проводящих связующее сеток для обеспечения необходимой скорости пропитки, применение двойного вакуумного мешка для уменьшения вероятности разгерметизации. Для понимания параметров, которые могут влиять на процесс вакуумной инфузии можно рассмотреть простейшую модель описывающую данный процесс. Скорость инфузии приближенно можно описать уравнением

Где

ϑ – скорость инфузии

K – проницаемость пропитываемого материала. Например, у тканей проницаемость выше, чем у однонаправленных лент.

η – вязкость смолы (чем ниже вязкость тем выше скорость инфузии)

S – площадь сечения пропитываемого материала

            P_атм-P_вакуум – разность давлений, чем более глубокий вакуум тем выше скорость инфузии

Таким образом, например, понижая вязкость, увеличение разности давлений может существенно ускорить процесс, а переход от ткани на однонаправленные ленты приведет к замедлению процесса вакуумной инфузии.

В заключении приведены примеры полученных нами изделий методом вакуумной инфузии.

Некоторые методы изготовления продуктов из композитов / Хабр

Прошлый свой пост я посвятил истории композитных материалов. Я продолжаю занимать свой досуг этой теме и сегодня хочу рассказать немного о терминах и технологиях прототипирования с использованием полимерных композитов. Если вам нечем заняться длинными зимними вечерами, то вы всегда можете смастерить из углепластиковой ткани сноуборд, корпус для мотоцикла или чехол на смартфон. Конечно, процесс может в итоге выйти дороже, нежели покупка готового продукта, но интересно что-то мастерить своими руками.

Под катом — обзор методов изготовления изделий из композитных материалов. Буду вам благодарен, если в комментариях вы меня дополните, чтобы в результате получился более полный пост.

Композиционный материал создается минимум из двух компонентов с четкой границей между ними. Есть слоистые композитные материалы — например, фанера. Во всех же других композитах можно разделить компоненты на матрицу, или связующее, и армирующие элементы — наполнители. Композиты обычно разделают по виду армирующего наполнителя или по материалу матрицы. Подробнее об использовании композитов вы можете прочитать в посте История композиционных материалов, а эта публикация посвящена методам изготовления продуктов из композитов.

Ручное формование

В случае с изготовлением изделий единичными экземплярами наиболее распространенным методом является ручное формование. На подготовленную матрицу наносится гелькоут – материал для получения хорошей отделки на внешней части армированного материала, позволяющий также подобрать цвет для изделия. Затем в матрицу укладывается наполнитель – например, стеклоткань – и пропитывается связующим. Удаляем пузырьки воздуха, ждем, пока все остынет, и дорабатываем напильником – обрезаем, высверливаем и так далее.

Этот метод широко используется для создания деталей корпуса автомобилей, мотоциклов и мопедов. То есть для тюнинга в тех случаях, когда он не ограничивается наклейкой пленки «под карбон».

Напыление

Напыление не требует раскроя стекломатериала, но взамен нужно использование специального оборудования. Данный метод часто используется для работы с крупными объектами, такими как корпусы лодок, автотранспорт и так далее. Точно так же, как и в случае с ручным формованием, сначала анносится гелькоут, затем стекломатериал.

RTM (инжекция)

При методе инжекции полиэфирной смолы в закрытую форму используется оснастка из матрицы и ответной формы – пуансона. Стекломатериал укладывается между матрицей и ответной формой, затем в форму под давлением вливается отвердитель – полиэфирная смола. И, конечно, доработка напильником после отверждения – по вкусу.

Вакуумная инфузия

Для метода вакуумной инфузии необходим пакет, в котором с помощью насоса создается вакуум. В самом пакете располагается армирующий материал, поры которого после откачки воздуха заполняются жидким связующим.

Пример метода — для изготовления скейтборда.

Намотка

Метод намотки композитов позволяет сделать сверхлегкие баллоны для сжатого газа, для чего используют РЕТ-лейнер, подкачанный до 2-5 атмосфер, а также композитные трубы, используемые в нефтедобывающей отрасли, химической промышленности и в коммунальном хозяйстве. Из названия легко понять, что стеклоткань наматывают на подвижный или неподвижный объект.

На видео — процесс намотки стеклоткани на баллон.

Пултрузия

Пультрузия – это “протяжка”. При этом методе происходит непрерывный процесс протягивания композиционного материала сквозь тянущую машину. Скорость процесса составляет до 6 метров в минуту. Волокна пропускаются через полимерную ванну, где пропитываются связующим, после чего проходят сквозь преформовочное устройство, получая окончательную форму. Затем в пресс-форме материал нагревается, и на выходе мы получаем окончательный затвердевший продукт.

Процесс производства шпунтовых свай методом пултрузии.

Прямое прессование

Изделия из термопластов изготавливают в пресс-формах под давлением. Для этого используют высокотемпературные гидравлические прессы с усилием от 12 до 100 тонн и максимальной температурой около 650 градусов. Таким способом делают, например, пластиковые ведра.

Автоклавное формование

Автоклав необходим для проведения процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного с целью ускорить реакцию и увеличить выход продукта. Внутрь автоклава помещаются композитные материалы на специальных формах.

Продукты из композитов

Композитные материалы широко используются в авиастроении. Например, Solar Impulse построен из них.

Автопром.

Протезы и ортезы.

Спорт.

Если у вас появились дополнения, то обязательно напишите о них в комментариях. Спасибо.

Технология вакуумной инфузии / vacuum infusion process | Graphite PRO

Технология вакуумной инфузии

ОПИСАНИЕ

Вакуумная инфузия это процесс пропитки армирующих материалов связующим с помощью разряжения, возникающего из за разницы давлений между окружающей средой и загерметизированной формой находящейся под вакуумом.

При использовании вакуумной инфузии можно получить изделия высокого качества. Сама же технология имеет следующие характеристики:

• Небольшое содержание пузырьков воздуха в готовом изделии
• Возможность изготовления крупногабаритных изделий
• Низкая стоимость материалов и оборудования
• Экономия времени производства конечного изделия
• Повышенные требования к квалификации работников
• Повышенные требования к оснастке

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Герметизирующий жгут
2. Спиральная трубка (либо трубка MTI ®)
3. Вакуумная трубка (она же трубка подачи смолы)
4. Перфорированная пленка (опция)
5. Жертвенная ткань
6. Сетка для распределения смолы
7. Тройники, переходники
8. Вакуумная плёнка
9. Спрей клей временной фиксации Aerofix 2 либо Infutac

КОНСТРУКЦИЯ МЕШКА

Герметизирующий жгут

Это специальная, сплошная липкая лента для инфузии. Предназначена для фиксации полиэтиленовой спиральной трубки, которая обеспечивает циркуляцию воздуха под вакуумной плёнкой во время процесса инфузии смолы.

Жгут обеспечивает высокую прочность присоединения вакуумного мешка с поверхностью матрицы, шлангами и штуцерами выходящими из под вакуумного мешка.

Спиральная трубка

Полиэтиленовая спиральная трубка – обеспечивает циркуляцию воздуха под вакуумной плёнкой. Через неё откачивается воздух и под создаваемым разрежением всасывается смола, заполняя армирующие материалы (как правило замыкается в кольцо).

Жертвенная ткань

Жертвенная ткань служит как разделительный слой между изделием и вспомогательными материалами инфузии. Без использования жертвенной ткани невозможно отделить от детали распределительную сетку и профиль для подачи смолы.

Сетка для распределения смолы

Сетка, разработана для быстрой и эффективной пропитки смолой армирующих материалов.

Вакуумная плёнка

PE / PA / PE многослойная композитная пленка, абсолютно герметичная, бесцветная, прозрачная, многоразового использования, самоотделяющаяся. Вакуумная плёнка способна выдерживать достаточное разрежение необходимое для инфузии смолы ~1 Атм.

Правильный расчёт необходимого размера вакуумного мешка является критически важным фактором. Неправильный размер вакуумного мешка может привести к натяжениям, что может стать причиной разрыва плёнки в процессе пропитки либо отверждения.

ФОРМОВАНИЕ ИЗДЕЛИЯ

Процедура изготовления изделия ручным формованием проходит в несколько этапов.

Первый этап – подготовительный:

Поверхность оснастки будущего изделия очищают и наносят разделительный состав. После этого на оснастку наносится декоративный слой – гелькоут.

Гелькоут формирует наружную поверхность будущего изделия, задавая цвет, однородную фактуру и обеспечивая защиту от воздействия внешних факторов (ультрафиолет, вода, химические реагенты и пр.). Нанесение гелькоута не является обязательной процедурой. В некоторых случаях, формование изделия вполне возможно и без него. Например, при изготовлении карбоновых пластин, чаще всего, материал укладывается прямиком на поверхность оснастки.

При изготовлении карбоновых изделий сложной формы нанесение гелькоута желательно, т.к. это поможет сократить расходы при финишной обработке деталей.

Второй этап – после частичной полимеризации гелькоута (до состояния «на отлип») переходят ко второму этапу – укладке армирующих тканей.

В оснастку в слой за слоем укладывается предварительно раскроенный армирующий материал. При этом для того что бы ткань оставалась плотно прижатой применяют спрей клеи временной фиксации (AEROFIX, INFUTAC).

Критически важным моментом является качественное, равномерное прижатие ткани по всей поверхности оснастки. Особое внимание уделяется углам. Если слои армирующего материала не будут плотно прилегать к оснастке и друг к другу образуются пустоты, которые в лучшем случае будут заполнены связующим, что может привести к снижению прочности элемента а в худшем образуют полости – концентраторы напряжений.

Третий этап – укладка технологического слоя.

Затем, укладывается технологический слой: жертвенная ткань, перфорированная пленка, проводящая сетка. Укладываются линии подачи связующего и вакуумные лини – линии эвакуации воздуха и излишков смолы.

Обычно линия эвакуации воздуха и излишков смолы – спиральная трубка, укладывается по периметру оснастки в виде кольца.Если в работе используется трубка MTI ®, то ее стараются выностить как можно дальше, на перефирию фланца, для отдаления момента падения разряжения при заполнении формы связующим.

Точно определить оптимальное расположение линий ввода смолы и эвакуации воздуха достаточно сложно. Опыт, тесты и запись – анализ предыдущих формований помогают минимизировать проблемы возникающие при работе с технологией вакуумной инфузии.

Четвертый этап – герметизация формы.

Далее укладывается вакуумная пленка и при помощи герметизирующего жгута форма герметизируется и вакуумируется. Важно иметь в вакуумной системе клапан регулировки степени разряжения, выставляя низкое разряжение на первоначальном этапе можно не торопясь, качественно распределить вакуумную пленку по поверхности формы.

Надо следить за тем что бы при вакуумировании формы не происходило натяжение пленки. Пленка должна лежать свободно и облегать без натяжения каждый сантиметр поверхности оснастки.

Затем завакумированную форму необходимо отключить от вакуумного насоса и оставить на время для проверки герметичности.

Мы рекомендуем замерять показания стрелки вакуометра в течении 45 минут. Обычно этого времени достаточно для контроля герметичности. Если же за указанное время стрелка поднялась на несколько делений, необходимо найти утечки. При этом форму “слушают” пытаясь по высокочастотному звуку обнаружить отверстие либо применяют специальный ультразвуковой прибор для обнаружения утечек вакуума. В любом случае, пока герметичность формы не подтверждена запускать связующее не рекомендуется.

Пятый этап – пропитка связующим.

Когда все готово производится запуск связующего. Благодаря разрежению, жидкость всасывается в форму и заполняет свободный объем (пространство между поверхностью оснастки и вакуумной пленкой) пропитывая армирующий материал заодно с жертвенной тканью и распределительной сеткой. После полимеризации связующего (отверждения), вакуумный пакет снимается. Удаляется технологический слой и деталь вынимается из оснастки. Готовое изделие подвергается механообработке: удаляется армирующий материал по периметру, высверливаются отверстия и прочее.
Необходимо помнить, что все смолы без исключения любят тепло в процессе полимеризации. Всегда желательно проводить пост отверждение для набора смолами (полимерами) максимальных прочностных свойств.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВОЛОКНИСТЫХ КОМПОЗИТОВ ВАКУУМНОЙ ИНФУЗИЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА

Изобретение относится к технологии изготовления полимерных волокнистых композитов, а именно к способам изготовления упрочненных волокном деталей из сухих заготовок на основе композитного материала методом вакуумной инфузии с последующим отверждением волокнистой заготовки, пропитанной термореактивным олигомерным связующим — смолой, при повышенной температуре в условиях вакуума.

Метод вакуумной инфузии (инжекции) использует силу вакуумного давления для ввода смолы в преформу. Преформа — сухая заготовка на основе волокнистого композита — изготовливается из нескольких типов армирующего наполнителя, например, однонаправленной ленты, ткани различного плетения, мультиаксиальной непереплетенной ткани. При изготовлении преформ обеспечивается требуемая сложная форма деталей, например, деталей с интегрированными элементами усиления, а также достигается максимальное объемное содержание волокна и требуемые размеры детали. Такими деталями сложной формы, содержащими интегрированные элементы усиления, являются, в частности, первичные (высоконагруженные) несущие авиационные конструкции — панели крыла, нервюры, лонжероны.

Сущность технологии вакуумной инфузии (инжекции) заключается в следующем: волокнистая заготовка помещается в сухом виде на оснастку, затем полость, где находится заготовка, вакуумируется, и после достижения требуемой величины вакуума к волокнистой заготовке подается олигомерное связующее — смола. Такой подход позволяет инжектировать в волокнистую заготовку только необходимое количество смолы, а излишнее количество смолы удалить через вакуумную линию. Как следствие, свойства смол и армирующих наполнителей используются в полной мере.

Технология получения волокнистых композитов методом вакуумной инфузии (см., например, патент США №6964561, МПК⁸ B29C 70/48, 2005 г.; патент США №6630095, МПК⁷ B29C 70/44, 2003 г.; заявка WO №06/058541, МПК⁸ B29C 70/48, 2006 г.) относится к т.н. не автоклавным инжекционным технологиям (out-of-autoclave) и позволяет изготавливать волокнистые композиты (как правило, на основе углеродных волокон, пропитанных эпоксидной смолой) больших размеров, с высоким качеством, с меньшими (по сравнению с автоклавными технологиями) энергетическими и стоимостными затратами (K.F.Mason. Autoclave quality out-side the autoclave // High-performance composites // March 2006, pp.44-49).

Известен способ изготовления волокнистых композитов по технологии вакуумной инфузии, разработанный фирмой EADS Deutschland (патент ЕПВ №1181149, МПК⁷ B29C 70/44, 2003 г.; J.W.Gillespie, Jr. et al. Process and Performance Evaluation of the Vacuum-Assisted Process // Journal of Composite Materials, Vol.38, NO.20, 1803-1814, 2004). Согласно указанному способу волокнистая преформа помещается в первую (рабочую) полость, сообщающуюся с емкостью для смолы и вакуумным насосом. Первая полость образована полупроницаемой мембраной, прикрепленной посредством герметичных уплотнителей к оснастке, на которой располагается волокнистая заготовка. Поверх мембраны расположена газонепроницаемая пленка, также прикрепленная к оснастке при помощи герметичных уплотнителей, в результате чего между мембраной и упомянутой пленкой образуется герметично отделенная от внешнего пространства вторая полость, так же, как и первая полость, связанная с вакуумным насосом. При этом за счет полупроницаемой мембраны создается воздушное сообщение между первой и второй полостями. Поверхность преформы, обращенная к потоку смолы, покрыта распределительной тканью, способствующей поступлению смолы к преформе, фронтальному продвижению смолы по поверхности заготовки и просачиванию ее от поверхности преформы вниз в слоистую структуру. Во второй полости между мембраной и газонепроницаемой пленкой находится вентиляционная ткань, предназначенная для направленного перемещения воздуха и других летучих компонентов, проходящих из рабочей полости через мембрану во вторую полость к вакуумному насосу.

Полупроницаемая мембрана проницаема для газов, но непроницаема для смолы, пропитывающей волокнистую преформу, что позволяет использовать ее для дегазации рабочей полости и уменьшения вероятности возникновения локальных воздушных раковин (пористости) в пропитываемой смолой преформе.

Недостатком известного способа является недостаточная степень дегазации преформы, поскольку отсос воздуха и газовых включений осуществляется только с одной стороны преформы. Кроме того, равномерность вакуума по поверхности преформы, обусловленная присутствием полупроницаемой мембраны, сообщающейся с постоянно вакуумируемой второй полостью, и то обстоятельство, что первая полость не является проточной, затрудняет возможность ориентации фронта потока смолы. Отсутствие такой возможности, как установлено заявителем, затрудняет использование указанного способа для изготовления волокнистых композитов сложной формы с интегрированными элементами усиления, так как в этом случае в волокнистом композите возникают участки с пониженным объемным содержанием волокна и с повышенным содержанием пор, приводящие, в конечном итоге, к ухудшению качества композита.

В качестве ближайшего аналога заявляемых технических решений выбран способ изготовления волокнистых композитов вакуумной инфузией и устройство, реализующее указанный способ, представленный в заявке США №2008/0136060, МПК⁸ B29C 70/44, 2008 г. В указанном способе образуют рабочую полость, в которой размещают волокнистую преформу с расположенной на ее поверхности распределительной тканью, вакуумируют рабочую полость, что обеспечивает поступление смолы к волокнистой преформе за счет всасывания смолы под действием разрежения из расходной емкости с последующей инжекцией смолы в преформу и пропиткой преформы смолой, и отверждают пропитанную смолой преформу с образованием волокнистого композита. При этом осуществляют непрерывную откачку воздуха и газообразных включений из рабочей полости с противоположных поверхностей преформы. Устройство для осуществления указанного способа включает рабочую полость, которая связана с расходной емкостью, содержащей смолу, и с вакуумным насосом. Рабочая полость сообщается посредством полупроницаемых мембран, прилегающих к преформе, с расположенными с противоположных сторон от преформы первой и второй полостями, каждая из которых связана с вакуумным насосом. На поверхности преформы находится распределительная ткань, на которую подается смола. Во второй полости, обращенной к поверхности волокнистой преформы, на которую подается смола, размещена вентиляционная ткань для транспортирования газообразных компонентов, поступающих во вторую полость из рабочей полости, к вакуумному насосу.

Недостатками способа, принятого в качестве ближайшего аналога, и устройства, реализующего указанный способ, являются недостаточное качество волокнистого композита, получаемого в процессе вакуумной инфузии, и трудность изготовления волокнистых композитов сложной формы с интегрированными элементами усиления.

Как установлено заявителем, использование в указанном способе, как основного механизма, способствующего непрерывному удалению газообразных компонентов из объема рабочей полости с обеих сторон волокнистой преформы, полупроницаемых мембран, непосредственно прилегающих к поверхности преформы, повышает степень дегазации волокнистой преформы, но, тем не менее, не обеспечивает максимально эффективного удаления газообразных компонентов по всей поверхности преформы, что приводит к увеличению содержания пор и снижению заданной объемной доли волокна в композите.

Полупроницаемые мембраны, используемые в технологии вакуумной инфузии, относятся, как правило, к классу нанопористых структур. Барьерные свойства таких структур по отношению к смолам основаны на капиллярном эффекте. Характеристики нанопористых полупроницаемых мембран варьируются при изменении материала смолы и используемых в технологии вакуумной инфузии давлений, т.е. будут изменяться, в частности, в указанном способе при изменении величины разрежения в рабочей полости. Это обстоятельство, по мнению заявителя, и обуславливает недостаточную эффективность удаления газообразных включений из объема рабочей полости при использовании полупроницаемых мембран, причем, чем ближе расположена мембрана по отношению к поверхности преформы (в указанном способе — по отношению к поверхности распределительной ткани), тем менее эффективным будет ее использование.

Кроме того, в указанном способе не решена проблема эффективного отвода от волокнистой преформы излишнего количества связующего. Это непосредственно оказывает влияние на снижение объемной доли волокна, влечет за собой не только снижение прочности композита, но и увеличение толщины в локальных зонах, что приводит к трудностям при использовании изделий в дальнейшем (например, при сборке).

Эти факторы обуславливают ухудшение качества волокнистого композита, получаемого согласно указанному способу и устройству.

Другой недостаток указанного способа заключается в ограничении функциональных возможностей. Действительно, в указанном способе сложно реализовать режим требуемой ориентации фронта потока смолы, что, в свою очередь, затрудняет процесс изготовления волокнистых композитов сложной формы с интегрированными элементами усиления ввиду возникающих проблем с локальной пропиткой отдельных участков поверхностей упомянутых композитов.

Заявляемый способ и устройство для его осуществления направлены на решение вышеуказанных недостатков.

Техническим результатом является повышение качества волокнистых композитов за счет максимально эффективного удаления газообразных включений и избыточного количества смолы по всей поверхности волокнистой преформы и возможность изготовления волокнистых композитов различной формы, в том числе содержащих интегрированные элементы усиления сложного профиля. Появляется возможность для так называемого уплотнения материала, что выражается в выдержке пропитанной преформы при температуре пропитки, открытом канале подачи связующего и закрытом вакуумном канале рабочей полости.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления волокнистых композитов вакуумной инфузией из волокнистой преформы с распределительной тканью, размещенными в многополостном устройстве, включающем размещение волокнистой преформы с распределительной тканью в рабочей полости, создание разрежения P₁ в вакуумном канале, соединяющем рабочую полость с первым источником вакуумирования для обеспечения поступления смолы к волокнистой преформе за счет всасывания смолы под действием разрежения из расходной емкости со смолой с последующей фронтальной инжекцией смолы в преформу и пропиткой преформы смолой, и отверждение пропитанной смолой преформы с образованием волокнистого композита, при этом осуществляют непрерывное удаление воздуха и газообразных включений из рабочей полости с противоположных сторон преформы через проницаемые для газообразных включений, но непроницаемые для смолы первую и вторую мембраны, соответственно, в первую и вторую полости, соединенные между собой посредством вакуумных каналов, в которых создают одинаковое разрежение Р₂ и Р₃, отличное от разрежения P₁ в рабочей полости, со вторым источником вакуумирования, причем за счет разности величин разрежений Р₁, Р₂ и Р₃ в вакуумных каналах осуществляют транспортирование и последующее удаление газообразных включений и избыточного количества смолы из области рабочей полости, ограниченной преформой и проницаемой для газа, но непроницаемой для смолы второй мембраной, и не содержащей распределительной ткани, в вакуумный канал с разрежением P₁ путем размещения в упомянутой области рабочей полости над преформой дренажного материала рабочей полости для организации в рабочей полости проточного канала, образованного каналом подачи смолы, распределительной тканью, дренажным материалом рабочей полости и вакуумным каналом, соединенным с первым источником вакуумирования, обеспечивающего пропитку преформы смолой и одновременное вытеснение из преформы газообразных включений и излишков смолы с их последующей транспортировкой к дренажному материалу рабочей полости и вакуумному каналу, соединенному с первым источником вакуумирования.

В варианте технического решения величины разрежений P₁, Р₂ и Р₃ выбирают из условия:

P₁≤0,9Р₂, P₁≤0,9Р₃.

В варианте технического решения в качестве дренажного материала рабочей полости используют жесткую сетчатую структуру, не сжимаемую в условиях вакуума.

В варианте технического решения в качестве дренажного материала рабочей полости используют волокнистый нетканый материал на основе найлона.

В варианте технического решения преформу уплотняют за счет выдержки при температуре пропитки.

Проницаемая для газа, но непроницаемая для смолы мембрана выполнена из материала, размер пор которого обеспечивает прохождение через него молекул газа, но препятствует прохождению молекул связующего — смолы. Примером такой полупроницаемой мембраны является бикомпонентная мембрана GORE-TEX®, один слой которой выполнен из вспененного ПТФЭ (политетрафторэтилена), а другой слой — из олеофобного материала. Слой ПТФЭ содержит около 9 миллиардов микроскопических пор на 1 квадратный дюйм. Размер этих пор примерно в 20000 раз меньше размера капли воды, но в 700 раз больше размера молекулы водяного пара, что обеспечивает свободное прохождение через мембрану газообразных включений. В свою очередь, олеофобный слой (слой, отталкивающий масла, жировые соединения и смолы) создает физический барьер для молекул смолы, препятствуя их прохождению через мембрану.

Таким образом, предлагаемый способ изготовления волокнистых композитов лишен указанных недостатков, присущих наиболее близкому аналогу, за счет создания в вакуумном канале, связанном с рабочей полостью, в которой размещается волокнистая преформа, более глубокого разрежения по сравнению с вакуумными каналами, посредством которых производится удаление газообразных включений с противоположных поверхностей преформы, причем размещение в рабочей полости дренажного материала, связанного с вакуумным каналом, который соединен с рабочей полостью, позволяет организовать в рабочей полости проточный канал, обеспечивающий эффективную пропитку преформы смолой и одновременное вытеснение из преформы воздуха и газообразных включений с последующей транспортировкой их к дренажному материалу и далее — в вакуумный канал. При этом свойства полупроницаемой мембраны используются в полной мере, что позволяет гибко управлять процессом пропитки преформы за счет действия полупроницаемой мембраны, обеспечивающей вакуумирование по всей ее поверхности соприкосновения с преформой и акцентирование потока связующего за счет введения дополнительного вакуумного канала, связывающего рабочую полость с источником вакуумирования.

При использовании только полупроницаемых мембран такое уплотнение приводит к избытку связующего и падению объемного содержания волокна. Использование вакуумного канала рабочей полости и реверсивного вакуумного канала на основе канала подачи связующего позволяет после проведения уплотнения удалять излишки связующего до тех пор, пока его вязкость с подъемом температуры не станет слишком высокой.

Технический результат достигается также тем, что устройство для осуществления способа включает первую полость, которая ограничена относительно окружающего пространства оснасткой и первой проницаемой для газа, но непроницаемой для смолы мембраной, закрепленной на оснастке с помощью герметичных уплотнителей, при этом первая полость содержит дренажный материал первой полости и связана посредством вакуумного канала со вторым источником вакуумирования, рабочую полость, которая ограничена относительно окружающего пространства первой проницаемой для газа, но непроницаемой для смолы мембраной, и второй проницаемой для газа, но непроницаемой для смолы мембраной, закрепленной на оснастке с помощью герметичных уплотнителей, и содержит волокнистую преформу с распределительной тканью, при этом рабочая полость подсоединена посредством вакуумного канала к первому источнику вакуумирования и связана посредством канала подачи смолы с расходной емкостью со смолой, и вторую полость, которая ограничена относительно окружающего пространства второй проницаемой для газа, но непроницаемой для смолы мембраной, закрепленной на оснастке с помощью герметичных уплотнителей, и непроницаемой для газа и смолы мембраной, закрепленной на оснастке с помощью герметичных уплотнителей, при этом вторая полость содержит дренажный материал второй полости и связана посредством вакуумного канала со вторым источником вакуумирования, при этом в области рабочей полости, ограниченной преформой и проницаемой для газа, но непроницаемой для смолы второй мембраной, и не содержащей распределительной ткани, над преформой размещен дренажный материал рабочей полости, находящийся в контакте с вакуумным каналом, соединяющим рабочую полость с первым источником вакуумирования, для организации в рабочей полости проточного канала, образованного каналом подачи смолы, распределительной тканью, дренажным материалом рабочей полости и вакуумным каналом, соединенным с первым источником вакуумирования, обеспечивающего пропитку преформы смолой и одновременное вытеснение из преформы газообразных включений и излишков смолы с их последующей транспортировкой к дренажному материалу рабочей полости и вакуумному каналу, соединенному с первым источником вакуумирования.

В варианте технического решения распределительная ткань находится в контакте с каналом подачи смолы.

В варианте технического решения канал подачи смолы выполнен с возможностью подключения к первому источнику вакуумирования через вакуумную ловушку.

В варианте технического решения распределительная ткань размещена между первой проницаемой для газа, но непроницаемой для смолы мембраной, и преформой.

В варианте технического решения волокнистая преформа содержит интегрированный элемент усиления.

В варианте технического решения дренажный материал рабочей полости размещен, по меньшей мере, частично, на внешней поверхности интегрированного элемента усиления.

Ниже изобретение объясняется более подробно посредством описания различных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.

На фиг.1 схематически изображено устройство для реализации заявляемого способа, на фиг.2 показано устройство для реализации заявляемого способа, в котором преформа содержит интегрированный элемент усиления Т-образного профиля, на фиг.3 показан вид А фиг.2, на фиг.4 изображено устройство для реализации заявляемого способа, в котором преформа содержит интегрированный элемент усиления замкнутого сечения, на фиг.5 приведены временные диаграммы разрежения в вакуумных каналах 7, 19, 26 и в реверсивном канале 22 и температуры на различных стадиях технологического процесса получения волокнистого композита (I — стадия пропитки волокнистой преформы, II — стадия, во время которой происходят определенные химические реакции, III — стадия отверждения волокнистого композита. Наличие стадии II является не обязательным и зависит от используемых материалов: волокнистой преформы и связующего — смолы).

На фиг.1 показано устройство, с помощью которого реализуется заявляемый способ. Устройство включает три последовательно сформированные на оснастке 1 полости — первую полость 2, рабочую полость 3 и вторую полость 4.

Первая полость 2 ограничена относительно окружающего пространства первой проницаемой для газа, но непроницаемой для смолы (полупроницаемой) мембраной 5, закрепленной на оснастке 1 с помощью герметичных уплотнителей 6, и оснасткой 1. Первая полость 2 связана посредством вакуумного канала 7 со вторым источником вакуумирования 8 и содержит дренажный материал 9 первой полости.

Проницаемая для газа, но непроницаемая для смолы мембрана 5 выполнена из материала, размер пор которого обеспечивает прохождение через него молекул газа, но препятствует прохождению молекул связующего — смолы.

Дренажный материал 9 первой полости размещается на поверхности оснастки 1 и, при необходимости, фиксируется на ней липкой лентой, при этом поверхность оснастки может быть предварительно обработана антиадгезионным материалом. Дренажный материал 9 первой полости служит для создания воздухопроводящего слоя между оснасткой 1 и первой проницаемой для газа, но непроницаемой для смолы мембраной 5, а также для обеспечения — за счет минимального градиента разрежения в направлении от вакуумного канала 7 к уплотнителям 6 — одинакового значения разрежения по всей протяженности первой полости 2. Дренажный материал 9 первой полости может быть выполнен из материала, легко пропускающего воздух (например, из нетканого иглопробивного материала, получаемого из полиэфирных нитей) и сохраняющего в условиях разрежения жесткость. Такой материал является «дышащим» и одновременно характеризуется плоской жесткой поверхностью, не оказывающей влияния на качество поверхности волокнистого композита.

На первой полости 2 сформирована рабочая полость 3, ограниченная относительно окружающего пространства первой полупроницаемой мембраной 5 и второй полупроницаемой мембраной 10, выполненной аналогично мембране 5, и закрепленная на оснастке 1 с помощью герметичных уплотнителей 11. В полости 3 размещена волокнистая преформа 12, на внутренней поверхности которой, обращенной к полупроницаемой мембране 5, расположена распределительная ткань 13, способствующая поступлению смолы к волокнистой преформе 12, ее распределению по поверхности преформы 12 и просачиванию от поверхности преформы 12 вглубь преформы. Распределительная ткань 13 может быть изготовлена, например, в виде жесткой сетки из нитей полисульфона или в виде плетеного изделия из мононитей полиэтилена высокой плотности. Без использования распределительной ткани сложно обеспечить равномерное распределение смолы в волокнистой преформе и избежать появления в ней пустот и других возможных дефектов.

Между распределительной тканью 13 и преформой 12 расположены перфорированная разделительная пленка 14 и отрывная пленка (жертвенная ткань) 15. Пленка 14 служит для отделения мембраны 5 после завершения процесса отверждения волокнистого композита; она не препятствует движению фронта смолы от распределительной ткани 13 к преформе 12. Жертвенная ткань 15 предназначена для исключения влияния материала распределительной ткани 13 на качество внутренней поверхности готового волокнистого композита, а также для защиты поверхности композита во время его транспортировки. Жертвенная ткань 15 может быть выполнена, например, из полиамидной, полиэфирной ткани или ткани на основе политетрафторэтилена, с антиадгезионным покрытием или без него.

На внешней поверхности преформы 12 последовательно расположены жертвенная ткань 16 (назначение которой аналогично назначению жертвенной ткани 15), перфорированная разделительная пленка 17 и дренажный материал 18 рабочей полости.

В качестве варианта и при правильном подборе жертвенной ткани возможно исключение слоев 14 и 17 из схемы сборки.

Рабочая полость 3 посредством вакуумного канала 19 подсоединена через вакуумную ловушку 20 к первому источнику вакуумирования 21 и связана посредством канала подачи смолы 22 с расходной емкостью со смолой 23. Канал 22 находится в постоянном контакте с распределительной тканью 13, что обеспечивается, например, непосредственным креплением канала 22 на распределительной ткани 13.

Канал подачи смолы 22 выполнен реверсивным, с возможностью подключения через вакуумную ловушку 20 к первому источнику вакуумирования 21.

Дренажный материал 18 рабочей полости находится в постоянном контакте с вакуумным каналом 19 и служит для транспортирования к каналу 19 газообразных включений и излишков смолы, выделяющихся из преформы 12 в процессе ее пропитки смолой с последующим их удалением источником вакуумирования 21. Дренажный материал 18 рабочей полости может быть выполнен в виде активатора течения — жесткой сетчатой структуры, не сжимаемой в условиях вакуума, например, в виде полиэтиленового плетеного материала. Дренажный материал 18 рабочей полости также может быть выполнен в виде нетканого волокнистого материала на основе найлона. Перфорированная разделительная пленка 17 предназначена для облегчения удаления дренажного материала 18 рабочей полости после окончания процесса отверждения волокнистого композита; она также, как и перфорированная разделительная пленка 14, не препятствует удалению газообразных включений и излишков смолы.

Сверху рабочей полости 3 сформирована вторая полость 4, которая ограничена относительно окружающего пространства второй полупроницаемой мембраной 10 и непроницаемой для газа и смолы пленкой 24, закрепленной на оснастке 1 с помощью герметичных уплотнителей 25. Вторая полость 4 связана посредством вакуумного канала 26 со вторым источником вакуумирования 8 и содержит дренажный материал 27 второй полости.

Длина дренажного материала 9 первой полости в направлении преформы 12 выбирается не меньше длины распределительной ткани 13, а его площадь выбирается больше площади поверхности преформы 12. Герметичные уплотнители 6, 11 и 25 могут быть выполнены в виде герметизирующего жгута.

Упомянутые выше технологические материалы (распределительная ткань, разделительная пленка, жертвенная ткань, дренажный материал и др.) отвечают общим требованиям, предъявляемым к материалам, используемым в способе вакуумной инфузии, в том числе они обладают требуемой химической и термической стойкостью. Они способны повторять геометрию готового волокнистого композита за счет растяжения, образования складок и прочее.

Из фиг.2 и 3 хорошо видно, что предлагаемое расположение дренажного материала 18 рабочей полости является принципиальным с точки зрения оптимальной пропитки зоны Б (фиг.3), поскольку оно в данном варианте устройства обеспечивает возможность локального удаления газообразных включений и избытка смолы в области, максимально удаленной от распределительной ткани 13. Максимальное локальное разрежение в верхней части преформы, возникающее вследствие существования разности давлений ΔР, позволяет ориентировать фронт смолы в требуемом направлении, которая, в этом случае, двигаясь в направлении стрелки В, пропитывает зону Б и вытесняет газообразные включения.

На фиг.4 показано устройство, в котором волокнистая преформа 12 содержит интегрированный элемент усиления замкнутого сечения 31 (позиция 32 — технологическая оснастка, служащая для обеспечения требуемой геометрии элемента усиления. Оснастка 32 может изготавливаться в виде твердого тела, сохраняющего свою форму при воздействии на него параметров технологического процесса, например, из пенопласта). Зона пропитки Г на фиг.4 аналогична зоне пропитки Б на фиг.3.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Полости 2, 3 и 4 вакуумируются, при этом величина разрежения Р₂ и Р₃ в полостях 2 и 4, соответственно, одинакова, а величина разрежения P₁ в полости 3 больше.

В результате того, что рабочая полость 3 характеризуется большей глубиной разрежения, между рабочей полостью 3, с одной стороны, и полостями 2 и 4, с другой стороны, создается разность давлений ΔР. В предпочтительном варианте изобретения величина разрежения P₁ в полости 3 примерно на 10% больше величины разрежения в полостях 2 и 4, т.е. выполняется условие

Типичная величина разрежения на стадии I составляет: в рабочей полости 3 — 0,003-0,01 кгс/см², в полостях 2 и 4 — 0,03-0,05 кгс/см².

После вакуумирования рабочей полости 3 в нее через канал 22 подается смола, поступающая непосредственно на распределительную ткань 13.

Распределительная ткань 13 быстро заполняется смолой и обеспечивает пропитку волокнистой преформы 12 по фронту поступления смолы.

Благодаря существующей разности давлений ΔР дренажный материал 18 рабочей полости, находящийся на противоположной (относительно распределительной ткани 13) стороне преформы 12, всасывает воздух, газообразные включения, возникающие в преформе 12, и излишки смолы, и транспортирует их к вакуумному каналу 19.

Таким образом, в рабочей полости 3 образуется проточный канал, сформированный цепочкой последовательных элементов: канал подачи смолы 22 — распределительная ткань 13 — дренажный материал 18 рабочей полости — вакуумный канал 19. Каждый элемент этой цепочки (проточного канала) находится в непосредственном контакте с соседним элементом, что способствует — при существующей разности давлений ΔР — как эффективной пропитке преформы 12 смолой, так и эффективному удалению из преформы 12 газообразных включений и излишков смолы. Действительно, одновременно с пропиткой волокнистой преформы 12 смолой последняя вытесняет из преформы воздух и газообразные включения, которые затем транспортируются под воздействием разрежения и вследствие всасывающего эффекта к дренажному материалу 18 рабочей полости, и далее — в вакуумный канал 19.

При описанной выше организации процесса пропитки преформы 12 контроль процесса пропитки осуществляется по изменению количества смолы в расходной емкости 23 и по появлению связующего в вакуумном канале 19.

Первая полость 2 обеспечивает дегазацию смолы, заполняющей распределительную ткань 13, и постоянное удаление воздуха и газообразных включений от внутренней (обращенной к первой полости 2) поверхности преформы 12 через полупроницаемую мембрану 5 и дренажный материал 9 первой полости в вакуумный канал 7.

Вторая полость 4 создает равномерное разрежение по всей внешней поверхности преформы 12 и обеспечивает непрерывное удаление воздуха и газообразных включений от внешней поверхности преформы 12 через полупроницаемую мембрану 10 и дренажный материал 27 второй полости в вакуумный канал 26.

После окончания стадии I степень разрежения в полостях 2, 3 и 4 становится одинаковой и равной 0,003-0,01 кгс/см². Такое разрежение позволяет получить максимальное объемное содержание волокна в композите при минимальной пористости композита и обеспечить требуемую толщину композита.

На конечном этапе стадии I (после окончания пропитки) создается уплотнение пропитанной преформы путем перекрытия вакуумного канала 19 и стопроцентного открытия канала 22 на определенный промежуток времени. Продолжительность уплотнения определяется, исходя из габаритов пропитываемой преформы, и в общем не превышает 30 мин.

После окончания стадии этапа уплотнения и стадии I канал подачи смолы 22 подсоединяется через вакуумную ловушку 20 к источнику вакуумирования 21, образуя реверсивный канал. Это позволяет создать дополнительный участок повышенного разрежения в области канала 22, способствуя удалению излишков смолы с внутренней стороны преформы 12 и выравниванию давления с обеих сторон преформы 12. Также полностью открывается вакуумный канал 19.

Работа реверсивного канала в обычном варианте продолжается вплоть до начала стадии III.

Стадия II в стандартном варианте позволяет максимально удалить излишки связующего с преформы 12, а также позволяет учесть все особенности применяемых связующих и требования к процессу отверждения, рекомендованные производителями связующего.

На стадиях II и III технологического процесса величина разрежения в полостях 2, 3 и 4 устанавливается равной 0,003-0,01 кгс/см². Отверждение композита осуществляется при повышенной температуре и постоянном разрежении во всех каналах (фиг.5). После охлаждения композит извлекается из рабочей полости 3, причем наличие полупроницаемой мембраны 5, разделительной пленки 14 и жертвенной ткани 15 позволяет извлечь композит без приложения к нему дополнительных изгибающих нагрузок.

Заявляемые способ и устройство для его осуществления могут быть без модификации применены для изготовления волокнистых композитов различной формы, в том числе, содержащих интегрированные элементы усиления.

На фиг.2 иллюстрируется устройство, в котором преформа 12 включает элемент усиления замкнутого сечения 28 (поз.29 — технологическая оснастка, которая может быть изготовлена, например, из металла), на фиг.3 приведен вид А фиг.2 (элемент усиления 28 показан состоящим из двух одинаковых половин, 30 — заполнитель зазора между преформами, представляющий собой материал в виде жгута или жгутов необходимой толщины, изготавливаемый из того же волокна, что и элемент усиления 28, и предназначенный для заполнения пространства между двумя предварительно отформованными половинами элемента усиления 28 и повышения объемного содержания волокна в этой зоне до заданной величины). Дренажный материал 18 рабочей полости расположен, по меньшей мере, частично на внешней поверхности интегрированного элемента усиления 28.

Максимальные размеры волокнистых композитов, получаемых по заявляемому способу, практически не ограничены, и могут быть реализованы при использовании различных CAD-систем, моделирующих процессы пропитки при оптимальном расположении вакуумных каналов и каналов подачи смолы. Максимальная толщина волокнистого композита ограничена только характеристиками применяемых материалов.

Таким образом, заявляемые способ и устройство позволяют изготавливать методом вакуумной инфузии волокнистые композиты высокого качества, с заданной геометрий и уровнем пористости, в том числе композиты сложной формы с интегрированными элементами усиления.

Классификация, типы, использование, свойства, полимеризация

• • БЕСПЛАТНАЯ ЗАПИСЬ КЛАСС
  • КОНКУРСНЫЕ ЭКЗАМЕНА
    • BNAT
    • Классы
      • Класс 1–3
      • Класс 4-5
      • Класс 6-10
      • Класс 110003 CBSE
        • Книги NCERT
          • Книги NCERT для класса 5
          • Книги NCERT, класс 6
          • Книги NCERT для класса 7
          • Книги NCERT для класса 8
          • Книги NCERT для класса 9
          • Книги NCERT для класса 10
          • NCERT Книги для класса 11
          • NCERT Книги для класса 12
        • NCERT Exemplar
          • NCERT Exemplar Class 8
          • NCERT Exemplar Class 9
          • NCERT Exemplar Class 10
          • NCERT Exemplar Class 11

          9plar

          • RS Aggarwal
            • RS Aggarwal Решения класса 12
            • RS Aggarwal Class 11 Solutions
            • RS Aggarwal Решения класса 10
            • Решения RS Aggarwal класса 9
            • Решения RS Aggarwal класса 8
            • Решения RS Aggarwal класса 7
            • Решения RS Aggarwal класса 6
          • RD Sharma
            • RD Sharma Class 6 Решения
            • RD Sharma Class 7 Решения
            • Решения RD Sharma Class 8
            • Решения RD Sharma Class 9
            • Решения RD Sharma Class 10
            • Решения RD Sharma Class 11
            • Решения RD Sharma Class 12
          • PHYSICS
            • Механика
            • Оптика
            • Термодинамика
            • Электромагнетизм
          • ХИМИЯ
            • Органическая химия
            • Неорганическая химия
            • Периодическая таблица
          • MATHS
            • Статистика
            • 9000 Pro Числа
            • Числа
            • Числа
            • Число чисел Тр Игонометрические функции
            • Взаимосвязи и функции
            • Последовательности и серии
            • Таблицы умножения
            • Детерминанты и матрицы
            • Прибыль и убыток
            • Полиномиальные уравнения
            • Разделение фракций
          • Microology
      • FORMULAS
        • Математические формулы
        • Алгебраные формулы
        • Тригонометрические формулы
        • Геометрические формулы
      • КАЛЬКУЛЯТОРЫ
        • Математические калькуляторы

        0003000

        • 000
        • 000 Калькуляторы по химии
        • 000
        • 000
        • 000 Образцы документов для класса 6
        • Образцы документов CBSE для класса 7
        • Образцы документов CBSE для класса 8
        • Образцы документов CBSE для класса 9
        • Образцы документов CBSE для класса 10
        • Образцы документов CBSE для класса 1 1
        • Образцы документов CBSE для класса 12
      • Вопросники предыдущего года CBSE
        • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 10
        • Вопросники предыдущего года CBSE, класс 12
      • HC Verma Solutions
        • HC Verma Solutions Класс 11 Физика
        • HC Verma Solutions Класс 12 Физика
      • Решения Лакмира Сингха
        • Решения Лакмира Сингха класса 9
        • Решения Лахмира Сингха класса 10
        • Решения Лакмира Сингха класса 8

      9000 Класс

      9000BSE 9000 Примечания3 2 6 Примечания CBSE

    • Примечания CBSE класса 7

    Примечания

    • Примечания CBSE класса 8
    • Примечания CBSE класса 9
    • Примечания CBSE класса 10
    • Примечания CBSE класса 11
    • Примечания 12 CBSE
  • Примечания к редакции 9000 CBSE 9000 Примечания к редакции класса 9
  • CBSE Примечания к редакции класса 10
  • CBSE Примечания к редакции класса 11
  • Примечания к редакции класса 12 CBSE
• Дополнительные вопросы CBSE
  • Дополнительные вопросы по математике класса 8 CBSE
  • Дополнительные вопросы по науке 8 класса CBSE
  • Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE
  • Дополнительные вопросы по математике класса 9 CBSE Вопросы
  • CBSE Class 10 Дополнительные вопросы по математике
  • CBSE Class 10 Science Extra questions
• CBSE Class
  • Class 3
  • Class 4
  • Class 5
  • Class 6
  • Class 7
  • Class 8 Класс 9
  • Класс 10
  • Класс 11
  • Класс 12
• Учебные решения

.

Методология, суть термина

Методология как философское исследование способов познания имеет большое значение для ФЛТ.

Практика ФЛТ показывает, что невозможно решать новые методологические задачи на основе старых традиционных методологических подходов. Так было всегда. Были разные подходы: поведенческий подход, когнитивный подход, коммуникативный подход, личностно-ориентированный подход, лингвокультурный подход.Подход, как вы знаете, обозначает более общую теоретическую ориентацию, стратегию FLT, в то время как метод — это всего лишь один из способов реализации подхода на практике, это тактика, которую вы выбираете для практики в классе, для обучения FL.

Термин «методология» как теоретическое исследование объема методов и принципов познания в области той или иной науки не следует путать с:

1) метод как система обучения языку, основанный либо на конкретной теории языка на конкретной теории обучения, либо (обычно) на обоих,

2) методы, используемые в классе

3) FLT Methodology-теория обучения иностранным языкам

Парадигма.Что это такое?

Образование — одна из важнейших сфер человеческой деятельности, которая вносит большой вклад в колоссальные социальные изменения и развитие науки и технологий.

Новые стратегии социально-экономического развития Казахстана изменили требования к современному образованию. Переход от подхода, ориентированного на знания, к подходу, основанному на профессиональных компетенциях, обеспечивает глобальные изменения в подготовке квалифицированных творческих специалистов, способных решать задачи в различных ситуациях, обучаясь на протяжении всей жизни.В свете Болонского процесса непрерывное обучение является важным элементом образования. Стратегии обучения на протяжении всей жизни необходимы для решения проблем конкурентоспособности и использования новых технологий, а также для улучшения социальной сплоченности, равных возможностей и качества жизни. Важность образования FL имеет решающее значение. Следовательно, главное сегодня — ФЛ на всю жизнь. Непрерывное обучение FL — это непрерывный процесс обучения FL, позволяющий учащимся приобретать и обновлять знания, навыки и компетенции FL на разных этапах своей жизни и в различных учебных средах FL, как формальных, так и неформальных.

Процесс глобализации во всех сферах жизни заставляет взглянуть на образование в глобальном масштабе. Вот почему так важно определить, что такое парадигма образования.

В наши дни мы часто говорим о новой философии образования, новой парадигме образования, что это?

Согласно Словарю Вебстера (США, стр. 842), «Парадигма — это философская и теоретическая основа научной школы или дисциплины, в рамках которой формулируются законы, обобщения и эксперименты, проводимые в их поддержку».

Парадигма (греч. Paradigma — модель, теория) — исходная модель и методы исследования, которые используются в течение определенного периода времени в научном мире.

Парадигма — начало любой науки. Парадигма — это концептуальная модель, теория, набор принципов, пронизывающих весь процесс научного исследования. В современной философии термин «парадигма» обозначает систему теоретико-методологических и аксеологических установок. Парадигма образования — это своего рода образовательная революция, которая меняет принципы, содержание, цели.Этот термин впервые использовал Бергман, а затем Кун. Это категория научного познания. Разные ученые трактуют этот термин по-разному.

Новая образовательная парадигма предлагает революционные изменения в области образования, новую миссию образования, новое видение конечной цели, уровней образования и роли учащихся в процессе FLT.

Основными составляющими Парадигмы являются: концептуальные идеи, научная база, принципы, стратегическая цель, программы, технологии и ресурсы.

ПАРАДИГМА ——- ПРАГМАТИЧЕСКО-КОГНИТИВНАЯ

——— ИНФОРМАЦИОННАЯ

———- АНТРОПОЛОГИЧЕСКИЙ

———- ЛИЧНО

———— ОРИЕНТАЦИЯ НА КУЛЬТУРУ

Парадигма служит регулирующим фактором для методологий.

Термин «методологии» обозначает совокупность методов и принципов познания в области той или иной науки. Методология может быть философской, гуманистической, культурологической, антропологической.

.

Научное познание и методология.

Основной формой познавательной деятельности человека и основным ее носителем является наука. Наука — это форма духовной деятельности людей и сфера познавательной деятельности человека, направленная на получение объективных знаний и их применение на практике. Как отдельный духовный феномен и социальный институт наука возникает в 17 веке, в эпоху становления капиталистического способа производства. С этого времени наука начинает развиваться практически самостоятельно.

Научное познание — это вид и уровень познания, направленный на развитие объективных, систематически организованных и разумных знаний о мире. Оно отличается от обычного познания, то есть спонтанного познания, связанного с жизнедеятельностью людей и восприятием действительности на уровне явления. Эпистемология — это учение о научном познании.

В научном познании истинным должен быть не только его конечный результат (система научного знания), но и путь, ведущий к нему, то есть метод .Каждая наука и научная дисциплина имеет не только свой предмет-материал, но и свою собственную особую систему методов, обусловленную их теориями и спецификой предмета их исследования. Метод (от греч. Metodos) — это совокупность определенных правил, методов, норм познания и действия. Метод ориентирует субъекта в решении конкретной задачи, в достижении определенного результата в определенной сфере деятельности. Метод дисциплинирует поиск истины, правильный метод позволяет сэкономить силы и время, двигаться к цели кратчайшим путем. Методология — это учение о способах построения и развития систем знаний, то есть теория метода, а также это конкретная последовательность приемов получения знаний. Социокультурной основой возникновения методологии является появление ориентации на полезную науку, обеспечивающую устойчивый рост знаний. Основные варианты ранней методологии — индуктивный метод Бэкона и дедуктивный метод Декарта.

Уровни научной методологии (в порядке убывания):

1) Общефилософские методы , существующие как абстрактные принципы мышления.К ним относятся диалектические и метафизические методы.

2) Общие методы мышления — абстракция, индукция-дедукция, анализ-синтез, аналогия;

3) Общенаучные методы — наблюдение, эксперимент, мысленный эксперимент, математическое моделирование, аксиоматические и гипотетико-дедуктивные методы. Они выступают в качестве промежуточной методологии между философией и фундаментальными принципами частных наук. На общенаучные термины, такие как информация, модель, система, структура, функция, элемент, оптимальность, вероятность, нелинейность, нестабильность, самоорганизация и т. Д.К общенаучным принципам и подходам относятся: системный, структурно-функциональный, кибернетический, вероятностный;

4) Частные научные методы — методы и процедуры исследования, используемые в отдельных науках. Это методы механики, физики, химии, биологии, социальных (гуманитарных) наук. В последние десятилетия широкое распространение получили методы междисциплинарных исследований;

5) Специальная техника .

2. Классификация методов научного познания . Научное познание включает два базовых уровня — эмпирический и теоретический .

На эмпирическом уровне преобладает сенсорное познание. Исследуемый объект отражается преимущественно в его внешних связях и проявлениях. Любое эмпирическое исследование начинается со сбора, систематизации и обобщения фактов. Понятие «факт» (от латинского factorum — сделано, выполнено) выражает некий фрагмент реальности или познания, знание которого должно иметь достоверность.Сбор фактов, их первичное обобщение, описание («запись») наблюдаемых и экспериментальных данных, их систематизация — характерные черты эмпирического познания, направленного непосредственно на изучаемый объект. Осваивается с помощью таких методов и средств, как наблюдение и эксперимент (эти основные методы), сравнение , измерение . Таким образом, эмпирическое познание предполагает формирование научного факта на основе данных научного наблюдения.Научный факт возникает в результате очень сложной обработки наблюдений, их рассуждений, понимания, интерпретации.

Эмпирические методы включают:

1. Наблюдение — целенаправленное восприятие явлений объективной реальности,

2. Описание — фиксация на естественном или искусственном языке информации об объектах,

3. Измерение — сравнение объектов по некоторым схожим свойствам или сторонам.

4. Сравнение — это одновременное корреляционное исследование и оценка свойств или атрибутов, общих для двух или более объектов.

5. Эксперимент — наблюдение в специально созданных и контролируемых условиях, позволяющее восстановить ход событий с повторением условий. Эксперимент не всегда подходит для изучения объектов микромира и мегомира. Поэтому в современной науке отводится особая роль моделированию .Модель заменяет реальный объект, воспроизводя его особенности. Построение и исследование модели дает возможность выявлять и анализировать закономерности изучаемого процесса без вмешательства в окружающий мир.

Теоретическое познание отражает явления и процессы на основе их внутренних связей и паттернов, постигнутых рациональной обработкой эмпирических знаний. Эта обработка осуществляется посредством абстракции более высокого порядка с помощью таких мыслительных устройств, как абстракция , обобщение , анализ и синтез , индукция , дедукция , аналогия .

Теоретические методы включают:

1. Формализация — построение абстрактно-математических моделей, раскрывающих сущность изучаемых процессов действительности.

2. Аксиоматизация — построение теорий на основе аксиом — утверждений, доказательство истинности которых не требуется.

3. Гипотетико-дедуктивный метод — создание системы дедуктивно связанных гипотез, из которых выводятся утверждения об эмпирических фактах.

4. Восхождение от абстрактного к конкретному — движение научной мысли от исходной абстракции к результату — целостному воспроизведению в теории изучаемого объекта.

Эмпирический и теоретический уровни познания взаимосвязаны, граница между ними условна и подвижна, они переходят друг в друга.

Общие критерии оценки методов.

Научные методы оцениваются по следующим критериям:

научный характер метода,

эффективность метода,

эконом,

простота и надежность,

допустимость

безопасность.

3. Формы научного знания. Научное знание на теоретическом уровне имеет форму научной проблемы, гипотезы, теории, а также принципов, законов, парадигмы.

К основным, ключевым моментам построения и развития знания относится связка «научная проблема — гипотеза — теория».

Научная задача — это научная задача, которая уже сформирована, но не решена или неизвестна.

Гипотеза — это форма знания или теоретическая модель объекта, которую необходимо проверить на практике.

Теория — это практически подтвержденная гипотеза, относительно гармоничное знание процесса. Теория — наиболее развитая форма научного знания. Ключевым элементом теории является закон, поэтому теорию можно рассматривать как систему законов, выражающую сущность изучаемого объекта.

:

.