Określenie warunków infiltracji w infuzyjnej metodzie wytwarzania laminatów poliestrowo-szklanych

• Autorzy: Myalski J.

Warianty tytułu

EN

Determination of conditions of infiltration in infusion method of glass fibers laminates

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań dotyczące możliwości wykorzystania do formowania kompozytów technologii infuzji. Badania miały na celu określenie wpływu parametrów technologicznych procesu, w szczególności stosowanego podciśnienia na jakość procesu nasycania i przepływu żywicy nasączającej włókna umacniające. Określono również, jak rodzaj i postać wzmocnienia włóknistego, jego gramatura oraz ilość zastosowanych warstw wpłynie na prędkość przepływu żywicy oraz podstawowe właściwości mechaniczne i udział procentowy wzmocnienia w laminacie. Jako osnowę wykorzystano żywicę winyloestrową o małej lepkości i włókna szklane w postaci mat, tkanin o splocie satynowym, tkanin rowingowych oraz matotkanin. Przeprowadzono także badania dla układów przekładkowych (z rdzeniem) w celu ustalenia wpływu przekładek na proces nasączania. Stwierdzono, że o jakości i czasie trwania procesu nasączania włókien decyduje przede wszystkim ciśnienie formowania. W badaniach stosowano różne podciśnienia infiltracji wynoszące 0,4 0,6, i 0,75 bar. Wielkość podciśnienia decyduje o prędkości nasączania warstw materiałów umacniających. Przy podciśnieniu 0,4 bar czas infiltracji był prawie sześciokrotnie dłuższy niż przy ciśnieniu 0,6 bar. Na podstawie badań właściwości mechanicznych uzyskanych laminatów stwierdzono, że ciśnienie wpływa również na wytrzymałość otrzymanych kompozytów. Przy stosunkowo małych podciśnieniach uzyskuje się jakościowo lepsze wyroby o dobrych właściwościach mechanicznych. Przy podciśnieniu wynoszącym 0,4 bar wytrzymałość na zginanie i rozciąganie laminatów kompozytowych była prawie o 30% wyższa niż przy największym podciśnieniu formowania wynoszącym 0,75 bar. Okazało się również, że niższe podciśnienie formowania przyczynia się do poprawy jakości uzyskanych kompozytów. Powoduje lepsze zwilżanie i przesączanie warstw włókien. oraz zwiększenie udziału wzmocnienia w laminacie. Przyczynia się jednak do znacznego wydłużenia czasu wypełniania formy przez żywicę. Natomiast zbyt niskie ciśnienie formowania, mimo skrócenia procesu technologicznego, może doprowadzić do powstawania zamkniętych obszarów nieprzesączonych żywicą. Skrócenie czasu formowania wyrobów kompozytowych można uzyskać, stosując dodatkowe układy wspomagające proces infiltracji. Stwierdzono, że dodatkowo wprowadzenie pomiędzy warstwy tkanin o dużej gramaturze trudnych do przesączenia warstw maty charakteryzującej się większą zdolnością do przesączania przyczynia się do zwiększenia prędkości infiltracji. W przypadku konstrukcji przekładkowych - laminat z rdzeniem piankowym - znaczne zwiększenie prędkości infiltracji uzyskano poprzez nacięcie w materiale rdzenia o strukturze porowatej dodatkowych kanałów rozprowadzających żywicę. Przeprowadzone badania pozwoliły stwierdzić, że technologia infuzji pozwala na uzyskanie kompozytów o dużym udziale włókien umacniających, nawet o bardzo dużej gramaturze, w wielowarstwowych strukturach kompozytowych, trudnych do uzyskania przy formowaniu ręcznym. Poprzez dobór odpowiednich parametrów procesów infuzji możliwe jest uzyskanie jakościowo powtarzalnych kompozytów charakteryzujących się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi.

EN

The paper presents the results of investigations introducing possibilities of manufacturing of FRP composites using infusion technology. The investigations focused on evaluation of an influence of technological parameters, particularly applied underpressure, on efficiency of infiltration process and on a flow of resin through the reinforcing fibers. An effect of kind and form of fiber reinforcement, its basis weight, and amount of layers on flow speed of a resin was also evaluated, as well as the basic mechanical proprieties of the laminate and volume fraction of the reinforcement. As the composite matrix a low viscosity vinylester resin was used. The composite reinforcement were glass fibers in the form of: mat, satin weave fabric, roving fabrics and fabric-mat cloth. An investigation was also conducted on sandwich construction in order to determine an effect of a sandwich foam-core on the infiltration process. It was found that laminate quality and duration of the process depend first of all on the pressure value. Values of pressure 0.4, 0.6, and 0.75 bar were applied within the investigations. The pressure value decides how fast the reinforcing layers soak. By 0.4 bar pressure the infiltration time is even 6 times longer that by 0.6 bar. It was considered that the laminate composites of better mechanical proprieties and the enlarged volume fraction of reinforcement were obtained by comparatively low pressure. Flexural and tensile strength of composite laminates manufactured by 0.4 bar pressure were of about 30% higher than of those manufactured by 0.75 bar. However, lower value of pressure extends considerably the time of filling of the preform. Increase in the pressure shortens time of the process, but it can bring deterioration in mechanical properties of the laminate, producing areas devoid of resin. To shorten the process duration we can apply a special arrangements introduced between the layers of reinforcement giving additional channels distributing the resin. In the case of sandwich constructions we may introduce special cross incisions in material of foam-core. It was found that infusion technology gives high volume fraction values in composites, even by large basis areal weight of reinforcing layers. In laminates formed by contact method, the volume fraction of reinforcement is usually much lower. It is impossible to impregnate the fabric and mats of large basis weight using contact method because impossibility of infiltration of the resin through reinforcement. Infusion technique enables manufacturing of strong, good quality and good repeatability composite materials.

Słowa kluczowe

PL

kompozyt z osnową polimerową; laminat; włókno szklane; technologia; infuzja

EN

polymer matrix composite; laminate; glass fiber composite; technology; infusion

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 9, nr 2
• Strony: 138--143
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Myalski J.

• Politechnika Śląska, Katedra Technologii Stopów Metali i Kompozytów, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice,

Bibliografia

• [1] Belingardi G., Cavatorta M., Paolino D.S., Repeated impact response of hand lay-up and vacuum infusion thick glass reinforced laminatem, International Journal of Impact Engineering 2008, 35, 609-619.
• [2] Handbook Composite Materials, Praca zbiorowa, R&G, Waldenbuch 2003.
• [3] Govignon Q., Bickerton S., Morris J., Kelly P.A., Full field monitoring of the resin flow and laminate properties during the resin infusion process, Composites, Part A 2008, 39, 1412-1426.
• [4] Antonucci V., Giordano M., Nicolais L., Calabro A., Cusano A., Cutolo A., Inserra S., Resin flow monitoring in resin film infusion process, Journal of Materials Processing Technology 2003, 143-144, 687-692.
• [5] Thagard J.R., Okoli O.I., Liang Z.,. Wang H.P, Zhang C., Resin infusion between double flexible tooling: prototype development, Composites, Part A 2003, 34, 803-811.
• [6] Williams C.D., Grove S.M., Summerscales J., The compression response of fibre-reinforced plastic plates during manufacture by the resin infusion under flexible tooling method, Composites, Part A 1998, 29, 111-114.
• [7] Lunn P., Tooling materials ideal for resin infusion, Reinforced Plastics 2004, 48, 8, 345-368.
• [8] Sevostianov I.B., Verijenko V.E.,. von Klemperer C.J., Chevallereau B., Mathematical model of stress formation during vacuum resin infusion process, Composites, Part B 1999, 30, 513-521.
• [9] Correia N.C., Robitaille F., Long A.C., Rudd C.D., Simacek P., Advani S.G., Analysis of the vacuum infusion moulding process, Composites, Part A 2005, 36, 1645-1656.
• [10] Andersson H.M., Lundstrom T.S., Gebart B.R., Numerical model for vacuum infusion manufacturing of polymer composites, International Journal of Numerical Methods for Heat & Fluid Flow 2003, 13, 3, 383-394.