I. Субстратни материали
1.1 Смола
1.1.1 Термореактивна смола
Смолата е общият термин за полимери. Смолата и нейният химичен състав и физични свойства оказват основно влияние върху обработката, производството и крайните свойства на композитния материал. Термореактивната смола е най-разнообразният и широко използван от всички-произведени от човека материали. Лесно се отлива или оформя във всякаква форма, съвместим е с повечето други материали и се втвърдява лесно (чрез топлина или катализатори) до неразтворимо твърдо вещество. Термореактивната смола също е отлично лепило и свързващо средство.
1.1.2 Полиестерна смола
Полиестерната смола е сравнително евтина и лесна за обработка смола, която често се използва в приложения с ниска цена. Полиестерната смола с ниска димност се използва за вътрешни части на самолети. Полиестерът, -подсилен с влакна, може да се обработва по различни начини. Обичайните методи за обработка включват формоване на съвпадаща метална форма, формоване с мокро ламиниране (вакуумно опаковане), формоване под налягане, навиване на влакна, пултрузия и пара под високо налягане.
1.1.3 Винилова естерна смола
Винилестерната смола има същия външен вид, свойства за работа и характеристики на втвърдяване на конвенционалните смоли като полиестерните смоли. Въпреки това устойчивостта на корозия и механичните свойства на композитите от винил естер са много подобрени в сравнение със стандартните композити от полиестерна смола.
1.1.4 Фенолна смола
Фенолната смола е използвана за първи път на пазара в началото на 20 век. Урея формалдехидът и меламинформалдехидът се появяват през 20-те и 30-те години на миналия век като алтернативи с по-ниска цена за употреба при ниски температури. Фенолната смола се използва за вътрешни компоненти поради нейните характеристики с нисък дим и ниска запалимост.
1.1.5 Епоксидна смола
Епоксидната смола е полимеризираща се термореактивна смола, която има широк диапазон на вискозитет от течен до твърд. При много различни видове епоксидна смола техникът трябва да използва ръководство за поддръжка, за да избере правилния тип за конкретен ремонт. Епоксидната смола се използва широко в препреги и структурни лепила. Предимствата на епоксидите са висока якост и модул, ниско съдържание на летливи вещества, добра адхезия, ниско свиване, добра химическа устойчивост и лесна обработка. Основните му недостатъци са крехкостта и влошаване на свойствата при наличие на влага. Епоксидната смола се обработва или втвърдява по-бавно от полиестерната смола. Техниките за обработка включват формоване в автоклав, навиване на влакна, формоване, вакуумно опаковане в торби, формоване с трансфер на смола и формоване чрез пултрузия. Температурите на втвърдяване варират от стайна температура до приблизително 350 градуса F (180 градуса). Най-често срещаният температурен диапазон на втвърдяване е между 250 градуса и 350 градуса F (120-180 градуса). Както е показано на фигура 10.
Фигура 10: И двете системи за поставяне на дозатора за мокър епоксид с помпи
1.1.6 Полиимидна смола
Полиимидната смола е отлична в среда с висока-температура, където нейната устойчивост на топлина, окислителна стабилност, нисък коефициент на термично разширение и устойчивост на разтворители улесняват дизайна. Основните му приложения са печатни платки, топлинни двигатели и конструкции на самолети. Полиимидната смола може да бъде термореактивна смола или термопласт. Полиимидната смола изисква високи температури на втвърдяване, обикновено над 550 градуса F (290 градуса). В резултат на това обикновените епоксидни композитни материали за торби не са налични и стоманените инструменти стават необходимост. Много е важно да се използват полиимидни торбички и освобождаващи филми като Kapton®. upilex® вместо найлонова обвивка с по-ниска цена и освобождаващи филми от политетрафлуоретилен (PTFE) е обичайна процедура за обработка на епоксидни композити.
Покритието от фибростъкло поради ниската точка на топене на полиестерните влакна трябва да бъде заменено с разтоварващ дишащ материал като постелен материал.
1.1.7 Полибензимидазолова смола (PBI)
PBI се използва в устойчиви на висока температура материали поради своята изключителна устойчивост на висока температура. Смолата се използва като лепило и влакна.
1.1.8 Бисмалеимидна смола (BMI)
BMI има по-висока температурна устойчивост и по-висока якост от епоксидните смоли и предлага отлична производителност както при околна, така и при повишена температура. BMI се обработва подобно на епоксидните смоли. BMI се използва в ави-двигатели и високо{3}}температурни компоненти. bMI са подходящи за стандартна обработка на кутии с горещо пресоване, леене под налягане, отливане със смола и формоване на композитни материали (SMC), наред с други.
1.1.9 Термопластична смола
Термопластичните материали могат да бъдат многократно омекотени чрез повишаване на температурата и многократно втвърдени чрез понижаване на температурата. Скоростта на обработка е основното предимство на термопластичните материали. По време на обработката не се извършва химическо втвърдяване и материалите могат да бъдат формовани или екструдирани, когато са меки.
1.1.10 Полу-кристални термопласти
Полу-кристалните термопласти имат фиксирани свойства за забавяне на горенето, превъзходна издръжливост, добри механични свойства при висока температура и след-удар и ниска абсорбция на влага. Използват се във вторични и първични конструкции на самолети. В комбинация с подсилващи влакна, те могат да се използват за смеси за шприцоване, произволно формовани листове, еднопосочни форми, предварително импрегнирани материали, направени от предварително импрегнирани кълчища (предварително импрегнирани материали), и предварително импрегнирани материали за тъкани. Влакната, импрегнирани в полукристални термопласти, включват въглеродни влакна, никелиран въглерод, арамид, стъклени влакна, кварц и други.
1.1.11 Аморфни термопласти
Аморфните термопласти се предлагат в различни физически форми, включително филми, нишки и прахове. В комбинация с подсилващи влакна, те се използват и в шприцовани композити, формовани чрез компресия произволни листове, еднопосочни гумени форми, тъкани препреги и други. Използваните влакна са предимно въглеродни, арамидни и стъклени влакна. Конкретните предимства на аморфните термопласти зависят от полимера. Обикновено смолите са известни със своята лекота на обработка, скорост, способност за висока температура, добри механични свойства, отлична якост и якост на удар и химическа стабилност. Стабилността води до неограничен живот на съхранение, елиминирайки изискването за студено съхранение на термореактивни препреги.
1.1.12 Полиетеретеркетон (PEEK)
PEEK е високо{0}}температурен термопласт. Този ароматен кетонов материал има отлични характеристики при висока топлина и горене и е устойчив на широка гама от разтворители и патентовани разтворими течности. PEEK може също да бъде подсилен със стъклени и въглеродни влакна.
1.2 Етапи на втвърдяване на смоли
Термореактивната смола се втвърдява чрез химическа реакция. Има три етапа на втвърдяване, наречени A, B и C.
-Етап A: Компонентите на смолата (субстрат и втвърдител) са смесени, но химическата реакция все още не е започнала. По време на мокро поставяне-смолата е в етап А.
-Етап B: Компонентите на смолата са смесени и химическата реакция е започнала. Материята става плътна и лепкава. Смолата на препрега е в етап B. За да се предотврати по-нататъшно втвърдяване, смолата се поставя във фризера при 0 градуса F. В замразено състояние смолата на препрега остава в етап B. Втвърдяването започва, когато материалът се извади от хладилника и се загрее отново.
-Етап C: Смолата е напълно втвърдена. Някои смоли се втвърдяват при стайна температура, други изискват цикли на втвърдяване при висока температура за пълно и адекватно втвърдяване.
1.3 Препреги
Препрегът се състои от комбинация от матрица и усилващи влакна. Предлага се в еднопосочна форма (една посока на армиране) и в тъканно ламинирана форма (няколко посоки на армиране). И петте основни семейства матрични смоли могат да се използват за импрегниране на различни форми на влакна. След това смолите вече не са в етап на нисък вискозитет, но са напреднали до ниво на втвърдяване от клас B за по-добри характеристики на работа. Следните продукти се предлагат под формата на препрег: еднопосочни гумени форми, изделия от тъкани влакна, непрекъснати кълчища и нарязани рогозки. Препрегите трябва да се съхраняват в хладилник под 0 градуса F, за да се забави процеса на втвърдяване. Препрегите се втвърдяват при повишени температури. Много препреги, използвани в космическото пространство, са импрегнирани с епоксидни смоли, които се втвърдяват при 250 градуса F или 350 градуса F. Предварителните импреги се втвърдяват в автоклави, фурни или горещи одеяла. Обикновено се купуват и съхраняват в запечатана пластмасова торбичка, за да се избегне замърсяване с влага. Както е показано на фигура 11.
Фигура 11: Залепващо фолио и препрег за тъкани
1.4 Материали от сухи влакна
Материали от сухи влакна, като въглеродни влакна, стъклени влакна и kevlar®, се използват в много процедури за ремонт на самолети. Сухата тъкан се импрегнира със смола преди започване на ремонтните дейности. Този процес често се нарича мокро ламиниране. Основното предимство на използването на процеса на мокро полагане-е, че влакната и смолата могат да се съхраняват при стайна температура за дълги периоди от време. Композитът може да се втвърдява при стайна температура или да се втвърдява при високи температури, за да се ускори процеса на втвърдяване и да се увеличи здравината. Недостатъците са, че процесът е разхвърлян и свойствата на подсиления материал са по-ниски от тези на препрега. Както е показано на фигура 12.
Фигура 12: Сухи тъкани (отгоре надолу: алуминиев мълниезащитен материал, kevlar®, стъклени влакна и въглеродни влакна)
1.5 Спомагателни вещества (тиксотропни агенти)
Спомагателните вещества (тиксотропни вещества) са под формата на гел в покой и стават течни при разбъркване. Тези материали имат висока статична якост на срязване и ниска динамична якост на срязване, като същевременно губят вискозитет при натоварване.
II. Лепила
2.1 Лепила за филми
Структурните лепила за аерокосмически приложения обикновено се доставят под формата на филм, поддържани върху освобождаваща се хартия и съхранявани при хладилни условия (-18 градуса или 0 градуса F). Филмовите лепила могат да използват високотемпературни ароматни амини или катализирани втвърдяващи агенти с широка гама от огъващи и втвърдяващи вещества. Заздравените с каучук епоксидни филмови лепила се използват широко в космическата индустрия. Горната температурна граница от 121-177 градуса (250-350 градуса F) обикновено зависи от необходимата степен на закаляване и цялостния избор на смола и втвърдител. Като цяло, закалените смоли водят до по-ниски работни температури. Филмовият материал обикновено се поддържа от влакна, за да се подобри обработката на филма преди втвърдяване, за контролиране на адхезивния поток по време на процеса на свързване и за подпомагане на контролирането на дебелината на линията на свързване. Влакната могат да бъдат направени в произволно ориентирани щапелни рогозки или в тъкани. Често срещаните влакна са полиестер, полиамид (найлон) и стъклени влакна. Лепилата, съдържащи тъкани, могат да имат леко влошаване на околната среда поради абсорбирането на вода от влакната. Случайното матиране не е толкова ефективно, колкото тъканите, за контролиране на дебелината на филма, тъй като неограничените влакна се движат по време на процеса на свързване. Нетъканите тъкани Spunlace не се движат и затова се използват широко. Както е показано на фигури 13 и 14.
Фигура 13: Използване на филмови лепила, Kevlar®, стъклени влакна и въглеродни влакна
Фигура 14: Залепващо фолио
2.2 Лепила
Лепилата се използват като заместител на филмовите лепила. Те често се използват за вторично залепване за поправяне на повредени части от лепенки и в области, където е трудно да се нанасят филмови лепила. В случая на епоксидни смоли се използва главно паста за залепване към структурното свързващо вещество. Предлагат се системи от една-част и две-части. Предимството на пастообразните лепила е, че могат да се съхраняват при стайна температура и имат дълъг срок на годност. Недостатъкът е, че дебелината на линията на свързване е трудна за контролиране, което се отразява на здравината на връзката.
Когато се нанесе лепилото, е възможно тъканта да остане залепена по време на процеса на залепване. Както е показано на фигура 15.
Фигура 15: Лепила
2.3 Лепила от пяна
Повечето пенопластови лепила са епоксидни смоли клас B с дебелина от 0,025-инча до 0,10 инча. Пенопластовите лепила се втвърдяват при 250 градуса F (121 градуса) или 350 градуса F (176 градуса). По време на цикъла на втвърдяване, лепилото от пяна се разгъва. Лепилата за пяна трябва да се съхраняват в хладилник и, подобно на препрегите, те имат ограничен срок на съхранение. При предварителния ремонт лепилото от пяна се използва за снаждане върху пчелната пита в сандвич структурата и ремонт в съществуващата сърцевина. Както е показано на фигура 16.
Фигура 16: Използване на лепило от пяна
III. Описание на сандвич структура (описание на сандвич структура)
Теоретично сандвич конструкцията е концепция за структурен панел, който се състои от две относително тънки, успоредни облицовки, разделени от относително дебела или лека сърцевина. Ядрото поддържа облицовката срещу огъване и срещу само-равнинни натоварвания на срязване. Сърцевината трябва да има висока якост на срязване и твърдост на натиск. Композитните сандвич структури обикновено се произвеждат чрез втвърдяване в автоклав, втвърдяване с преса или втвърдяване във вакуумна торба. Кожните ламинации могат да бъдат предварително -втвърдени и след това комбинирани в-операция за съвместно втвърдяване или комбинация от двата метода. Примери за структури тип пчелна пита са: спойлери на крилата, талк, елерони, задкрилки, гондоли, подове и кормила. Както е показано на фигура 17.
Фигура 17: Сандвич структура тип пчелна пита
IV. Изпълнение
При сравнение на алуминиеви и композитни ламинатни конструкции, твърдостта на огъване на сандвич структурите е много висока. Повечето пчелни пити са анизотропни, т.е. свойствата са ориентирани. Предимствата от използването на структури от пчелна пита са илюстрирани на Фигура 18. Увеличаването на дебелината на сърцевината значително увеличава твърдостта на структурата от пчелна пита с минимално увеличаване на теглото. Поради високата твърдост на структурата на пчелна пита, не е необходимо да се използват външни твърди плоскости, както в случая на гредова рамка.
Фигура 18: Якост и твърдост на сандвич материали тип пчелна пита в сравнение със стойности на твърдо ламиниране