polskiEnglish
FirmaProdukcjaTechnologieWspółpraca
Strona główna > Technologie > Surowce

SUROWCE


Surowce do produkcji wyrobów z kompozytów polimerowych

Proces powstawania kompozytu polimerowego z zastosowaniem żywic chemoutwardzalnych przebiega przeważnie równocześnie z formowaniem wyrobu. Składowe elementy kompozytu (włókno wzmacniające i spoiwo - kompozycję żywicy chemoutwardzalnej z utwardzaczem) łączy się ze sobą najczęściej dopiero w formie, w której wyrób jest formowany. Po utwardzeniu żywicy z formy wyjmuje się gotowy wyrób, który zazwyczaj wymaga jedynie obcięcia i ewentualnych innych operacji wykończeniowych. W przypadku polimerów termoplastycznych zazwyczaj najpierw produkuje się kompozyt w postaci półfabrykatu z którego wykonuje się następnie wyroby. Takim półfabrykatem mogą być np. granulki polietylenu z ciętym włóknem szklanym, przetwarzane później np. technologią wtrysku.


Własności wyrobu kompozytowego zalezą od:

  • Własności zastosowanych surowców wyjściowych
  • Jego konstrukcji
  • Technologii wytwarzania

Wpływ surowców wyjściowych na własności wyrobów kompozytowych jest oczywisty. Włókna wzmacniające decydują o ich własnościach wytrzymałościowych. Najszerzej stosowanymi w praktyce przemysłowej są włókna szklane, które swoją popularność zawdzięczają doskonałym własnościom wytrzymałościowym i użytkowym, przy stosunkowo niskiej cenie. Do konstrukcji sztywniejszych stosowane są włókna węglowe charakteryzujące się wyższym modułem sprężystości. Często stosowane są tzw. wzmocnienia hybrydowe w postaci mat czy tkanin, w których tańsze włókna szklane łączy się z włóknami węglowymi. Takie wzmocnienia stosowane są np. w produkcji wyczynowych łodzi.

Do drugiej generacji włókien wzmacniających można zaliczyć włókna z poliamidów aromatycznych (kevlar®, twaron®) oraz uzyskiwane w specjalnym procesie technologicznym wysokowytrzymałe włókna polietylenowe (dyneema®, spectra®). Włókna te, znacznie lżejsze od włókien szklanych, dzięki wyjątkowo wysokiej wytrzymałości mechanicznej znalazły szerokie zastosowanie w produkcji osłon balistycznych (kamizelki, hełmy kuloodporne).

Do trzeciej generacji wzmocnień zalicza się włókna będące monokryształami metali, ich tlenków i azotków. Dzięki monokrystalicznej budowie ich wytrzymałość i moduł sprężystości odpowiada wartościom wiązań międzyatomowych przewyższając wielokrotnie wartości tych charakterystyk dla materiałów tradycyjnych. Są one w literaturze technicznej określane angielskim terminem whiskers (w dosłownym tłumaczeniu - wąsy). Mają one średnicę rzędu 1 mikrometra a stosunek długości do średnicy co najmniej 10:1 (dla porównania średnica typowych szklanych włókien wzmacniających jest rzędu 11 mikrometrów). Ze względu na cenę zastosowanie wiskersów jest ograniczone do wyrobów o najwyższych wymaganiach technicznych np. w technice badań kosmicznych.

Spoiwa (matryce) mają bardzo istotny wpływ na wiele własności użytkowych kompozytu, takich jak odporność na działanie czynników zewnętrznych (odporność chemiczna, odporność termiczna, odporność na działanie czynników atmosferycznych, odporność na zarysowanie i t.p.), zachowanie się w przypadku pożaru (palność, wydzielanie się szkodliwych substancji przy spalaniu) i wiele innych. Rodzaj spoiwa decyduje także o możliwych sposobach wytwarzania wyrobów kompozytowych. Mówiąc o spoiwach polimerowych często używa się pojęcia - kompozycje żywic, które obejmuje żywice wraz ze stosowanym do ich utwardzania układem utwardzającym i innymi dodatkami (wypełniacze, pigmenty, dodatki zmniejszające palność i inne dodatki uszlachetniające) wpływającymi w istotny sposób na ostateczne własności kompozytu. Poniżej, w wielkim skrócie omówiono najważniejsze cechy najczęściej stosowanych matryc polimerowych.

Żywice poliestrowe. Dzięki swoim doskonałym własnościom przetwórczym, możliwości stosowania praktycznie we wszystkich technikach wytwarzania kompozytów, niskiej cenie i niezłym własnościom użytkowym żywice poliestrowe są najszerzej stosowaną żywicą termoutwardzalną do produkcji kompozytów. Stąd olbrzymia produkcja i olbrzymia różnorodność wielu rodzajów żywic poliestrowych o własnościach dostosowanych do potrzeb odbiorców. Wadą żywic poliestrowych jest ich stosunkowo duży skurcz w czasie utwardzania.

Żywice epoksydowe. Żywice te, droższe i nieco trudniejsze w przetwórstwie od poliestrowych, wyróżniają się bardzo małym skurczem. Stosuje się je np. do produkcji oprzyrządowania produkcyjnego z kompozytów, w którym precyzja wykonania jest bardzo istotna (modele, wzorniki, formy, przyrządy spawalnicze i montażowe, tłoczniki itp.).

Żywice winyloestrowe. Dzięki swojej budowie chemicznej żywice te łączą niektóre cechy żywic poliestrowych i epoksydowych. Mają one podobne cechy przetwórcze i są utwardzane podobnie jak żywice poliestrowe a równocześnie posiadają niektóre korzystne własności żywic epoksydowych. W szczególności wyróżnia je dobra odporność chemiczna i termiczna oraz stabilność wymiarowa. Są stosowane np do budowy odpornych chemicznie rurociągów i aparatury chemicznej oraz - podobnie jak żywice epoksydowe - precyzyjnego oprzyrządowania produkcyjnego.

Żywice fenolowe. W odróżnieniu od omówionych powyżej żywic, które utwardzane są przez polimeryzację (bez wydzielenia produktów ubocznych), żywice fenolowe są to żywice utwardzane w procesie polikondensacji (z wydzieleniem wody) i normalnie utwardza się je z zastosowaniem znacznie wyższych temperatur i ciśnienia. Kompozyty feno1owe w, postaci tłoczyw, najpierw z włóknem celulozowym a później i szklanym, są historycznie jednym z najdawniej produkowanych wyrobów tworzyw sztucznych. Obecnie żywice fenolowe są przetwarzane - podobnie jak żywice polimeryzacyjne - również bezciśnieniowo, z zastosowaniem umiarkowanie podwyższonej temperatury. Pozwala to na produkcję wielkogabarytowych wyrobów w stosunkowo krótkich seriach (nie są potrzebne kosztowne formy). W wyrobach tych, np. elementów do budowy i wyposażenia wagonów, wykorzystywane są doskonałe własności kompozytów fenolowych. Są one odporne na wysokie temperatury, praktycznie niepalne i wydzielają bardzo niewielkie ilości substancji szkodliwych a przypadku pożaru. Nie trzeba tu specjalnie podkreślać jak to jest ważne dla wagonów metra poruszających się w tunelach. Wyroby z tak produkowanych kompozytów fenolowych wymagają malowania ze względu na ich nienajlepsze walory estetyczne, żółknięcie pod działaniem światła i wymagającą usunięcia porowatość.

Z powyższego - przedstawionego w wielkim skrócie - przeglądu surowców widać, jak wiele jest możliwości regulowania własności wyrobów kompozytowych za pomocą stosowania rożnych spoiw i włókien wzmacniających. Olbrzymie możliwości kształtowania pożądanych własności użytkowych wyrobów kompozytowych tkwią także w umiejętnym opracowaniu ich konstrukcji i doborze właściwych metod wytwarzania.

W: "Metody wytwarzania wyrobów z kompozytów polimerowych" staramy się pokazać jak wiele jest różnorodnych technologii formowania wyrobów z kompozytów i jak można przez wybór właściwej metody wytwarzania uzyskać opłacalnie wymaganą skalę produkcji oraz jak duża jest współzależność między własnościami wyrobów a ich konstrukcją i technikami wytwarzania.


  Copyright by Bella 2009 | Polityka Prywatności