Les matières premières des matériaux composites comprennent la résine, les fibres et le matériau de base, etc.Il existe de nombreux choix, et chaque matériau a sa résistance, sa rigidité, sa ténacité et sa stabilité thermique uniques, et son coût et son rendement sont également différents.
Cependant, le matériau composite dans son ensemble, ses performances finales ne sont pas seulement liées à la matrice de résine et aux fibres (et au matériau d'âme dans la structure sandwich), mais également étroitement liées à la méthode de conception et au processus de fabrication des matériaux de la structure. .
Cet article présentera les méthodes de fabrication de composites couramment utilisées, les principaux facteurs d'influence de chaque méthode et comment choisir les matières premières pour différents processus.
Descriptif de la méthode :Un processus de moulage dans lequel le matériau renforcé de fibres coupées et le système de résine sont pulvérisés dans le moule en même temps, puis durcis sous pression normale pour former un produit composite thermodurcissable.
sélection de matériaux :
Résine : majoritairement polyester
Fibre: fil de fibre de verre grossier
Matériau de base : aucun, doit être combiné avec des stratifiés séparément
L'avantage principal:
1) L'artisanat a une longue histoire
2) Pose rapide et peu coûteuse de fibres et de résine
3) Faible coût du moule
Principaux inconvénients :
1) Le panneau stratifié est facile à former une zone enrichie en résine et le poids est relativement élevé
2) Seules des fibres coupées peuvent être utilisées, ce qui limite considérablement les propriétés mécaniques des stratifiés
3) Afin de faciliter la pulvérisation, la viscosité de la résine doit être suffisamment faible pour perdre les propriétés mécaniques et thermiques du matériau composite
4) Une teneur élevée en styrène dans la résine de pulvérisation signifie des risques potentiels plus élevés pour les opérateurs, et une faible viscosité signifie que la résine pénètre facilement dans les vêtements de travail des employés et entre directement en contact avec la peau
5) La concentration de styrène volatilisé dans l'air est difficile à satisfaire aux exigences légales
application typique:
Clôtures simples, panneaux structuraux à faible charge tels que carrosseries de voitures décapotables, carénages de camions, baignoires et petits bateaux
Descriptif de la méthode :Imprégner manuellement les fibres de résine.Les fibres peuvent être renforcées par tissage, tressage, couture ou collage.La pose à la main se fait généralement avec des rouleaux ou des brosses, puis la résine est pressée avec un rouleau en caoutchouc pour pénétrer les fibres.Les stratifiés ont été durcis sous pression normale.
sélection de matériaux :
Résine : aucune exigence, époxy, polyester, ester polyvinylique, résine phénolique sont acceptables
Fibre : Aucune exigence, mais la fibre d'aramide avec un grammage plus important est difficile à infiltrer à la main.
Matériau de base : aucune exigence
L'avantage principal:
1) L'artisanat a une longue histoire
2) Facile à apprendre
3) Si une résine de durcissement à température ambiante est utilisée, le coût du moule est faible
4) Grand choix de matériaux et de fournisseurs
5) Teneur élevée en fibres, les fibres utilisées sont plus longues que le processus de pulvérisation
Principaux inconvénients :
1) Le mélange de résine, la teneur en résine et la qualité des stratifiés sont étroitement liés à la compétence des opérateurs, il est difficile d'obtenir des stratifiés à faible teneur en résine et à faible porosité
2) Les risques pour la santé et la sécurité de la résine.Plus le poids moléculaire de la résine de stratification à la main est faible, plus la menace potentielle pour la santé est grande.Plus la viscosité est faible, plus il est facile pour la résine de pénétrer dans les vêtements de travail des employés et d'entrer directement en contact avec la peau
3) Si un bon équipement de ventilation n'est pas installé, la concentration de styrène volatilisé à partir de polyester et d'ester polyvinylique dans l'air est difficile à respecter les exigences légales
4) La viscosité de la résine de stratification à la main doit être très faible, de sorte que la teneur en styrène ou autres solvants doit être élevée, perdant ainsi les propriétés mécaniques/thermiques du matériau composite
Applications typiques:pales d'éoliennes standards, bateaux de série, modèles architecturaux
Descriptif de la méthode :Le processus de sac sous vide est une extension du processus de stratification à la main mentionné ci-dessus, c'est-à-dire qu'une couche de film plastique est scellée sur le moule pour aspirer le stratifié posé à la main, et une pression atmosphérique est appliquée au stratifié pour obtenir l'effet de l'échappement et du compactage.Améliorer la qualité des matériaux composites.
sélection de matériaux :
Résine : principalement résine époxy et phénolique, polyester et ester polyvinylique ne conviennent pas car ils contiennent du styrène qui se volatilise dans la pompe à vide
Fibre : Aucune exigence, même les fibres avec un grammage important peuvent être mouillées sous pression
Matériau de base : aucune exigence
L'avantage principal:
1) Peut atteindre une teneur en fibres plus élevée que le processus de pose à la main standard
2) La porosité est inférieure à celle du processus de pose à la main standard
3) Dans des conditions de pression négative, le plein écoulement de la résine améliore le degré de mouillage des fibres.Bien sûr, une partie de la résine sera absorbée par les consommables sous vide
4) Santé et sécurité : le processus de sac sous vide peut réduire la libération de volatils pendant le durcissement.
Principaux inconvénients :
1) Des processus supplémentaires augmentent le coût de la main-d'œuvre et des matériaux de sac sous vide jetables
2) Exigences techniques plus élevées pour les opérateurs
3) Le contrôle du mélange de résine et de la teneur en résine dépend en grande partie de la compétence de l'opérateur
4) Bien que le sac sous vide réduise la libération de volatils, la menace pour la santé de l'opérateur est toujours plus élevée que celle du processus d'infusion ou de préimprégné
Applications typiques:yachts à grande échelle en édition limitée unique, pièces de voitures de course, collage de matériaux de base dans la construction navale
Deyang Yaosheng Composite Material Co., Ltd.est une entreprise professionnelle produisant divers produits en fibre de verre.La société produit principalement des mèches en fibre de verre, des nattes à fils coupés en fibre de verre, des tissus en fibre de verre/tissus à mèches/tissus marins, etc. N'hésitez pas à nous contacter.
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Descriptif de la méthode :Le procédé de bobinage est essentiellement utilisé pour fabriquer des pièces structurelles creuses, rondes ou ovales telles que des tuyaux et des réservoirs.Une fois que le faisceau de fibres est imprégné de résine, il est enroulé sur le mandrin dans différentes directions et le processus est contrôlé par l'enrouleur et la vitesse du mandrin.
sélection de matériaux :
Résine : aucune exigence, comme l'époxy, le polyester, l'ester polyvinylique et la résine phénolique, etc.
Fibre : aucune exigence, utilisez directement le faisceau de fibres du cantre, pas besoin de tisser ou de coudre dans un tissu de fibres.
Matériau d'âme : aucune exigence, mais la peau est généralement un matériau composite monocouche
L'avantage principal:
1) La vitesse de production est rapide et c'est une méthode de stratification économique et raisonnable
2) La teneur en résine peut être contrôlée en mesurant la quantité de résine transportée par le faisceau de fibres traversant le réservoir de résine
3) Minimiser le coût de la fibre, pas de processus de tissage intermédiaire
4) Les performances structurelles sont excellentes, car les faisceaux de fibres linéaires peuvent être posés dans différentes directions porteuses
Les principaux inconvénients :
1) Ce procédé est limité aux structures creuses circulaires
2) Les fibres ne sont pas faciles à disposer avec précision le long de la direction axiale du composant
3) Le coût du moule mâle à mandrin pour les grandes pièces structurelles est relativement élevé
4) La surface extérieure de la structure n'est pas la surface du moule, donc l'esthétique est mauvaise
5) Lors de l'utilisation d'une résine à faible viscosité, il convient de prêter attention aux performances chimiques et aux performances en matière de santé et de sécurité
Applications typiques:réservoirs de stockage de produits chimiques et tuyaux de refoulement, bouteilles, réservoirs respiratoires pour pompiers
Descriptif de la méthode :Le faisceau de fibres tiré du cantre est plongé et passé à travers la plaque chauffante, et la résine est infiltrée dans la fibre sur la plaque chauffante, et la teneur en résine est contrôlée, et enfin le matériau est durci dans la forme requise ;ce produit durci de forme fixe est coupé mécaniquement à différentes longueurs.Les fibres peuvent également entrer dans la plaque chauffante dans des directions autres que 0 degré.
La pultrusion est un processus de production continu et la section transversale du produit a généralement une forme fixe, permettant de légères modifications.Fixez le matériau pré-humidifié en passant à travers la plaque chauffante et étalez-le dans le moule pour un durcissement immédiat.Bien que ce processus ait une faible continuité, il peut modifier la forme de la section transversale.
sélection de matériaux :
Résine : généralement époxy, polyester, ester polyvinylique et résine phénolique, etc.
Fibre : pas d'exigence
Matériau de base : peu utilisé
L'avantage principal:
1) La vitesse de production est rapide et c'est un moyen économique et raisonnable de pré-mouiller et de durcir les matériaux
2) Contrôle précis de la teneur en résine
3) Minimiser le coût de la fibre, pas de processus de tissage intermédiaire
4) Excellentes performances structurelles, car les faisceaux de fibres sont disposés en ligne droite et la fraction volumique des fibres est élevée
5) La zone d'infiltration des fibres peut être complètement scellée pour réduire la libération de matières volatiles
Principaux inconvénients :
1) Ce processus limite la forme de la section
2) Le coût de la plaque chauffante est relativement élevé
Applications typiques:Poutres et fermes pour structures de maison, ponts, échelles et clôtures
6. Moulage par transfert de résine (RTM)
Descriptif de la méthode :Déposez des fibres sèches dans le moule inférieur, appliquez une pression au préalable pour que les fibres épousent au maximum la forme du moule, et collez-les ;puis, fixez le moule supérieur sur le moule inférieur pour former une cavité, puis injectez la résine dans la cavité du moule.
L'injection de résine assistée par le vide et l'infiltration de fibres sont généralement utilisées, à savoir le procédé d'infusion de résine assistée par le vide (VARI).Une fois l'infiltration des fibres terminée, la vanne d'introduction de la résine est fermée et le composite est polymérisé.L'injection et le durcissement de la résine peuvent être effectués à température ambiante ou dans des conditions chauffées.
sélection de matériaux :
Résine : généralement époxy, polyester, ester polyvinylique et résine phénolique, la résine bismaléimide peut être utilisée à haute température
Fibre : Aucune exigence.Les fibres cousues conviennent mieux à ce processus car les espaces entre les faisceaux de fibres facilitent le transfert de la résine ;il y a des fibres spécialement développées pour faciliter l'écoulement de la résine
Matériau de base: la mousse en nid d'abeille ne convient pas, car les cellules en nid d'abeille seront remplies de résine et la pression provoquera l'effondrement de la mousse
L'avantage principal:
1) Fraction volumique élevée de fibres et faible porosité
2) Étant donné que la résine est complètement scellée, elle est saine et sûre, et l'environnement d'exploitation est propre et bien rangé
3) Réduire l'utilisation de la main-d'œuvre
4) Les côtés supérieur et inférieur de la partie structurelle sont des surfaces de moule, ce qui facilite le traitement de surface ultérieur
Les principaux inconvénients :
1) Le moule utilisé ensemble est coûteux, et pour résister à une plus grande pression, il est lourd et relativement encombrant
2) Limité à la fabrication de petites pièces
3) Les zones non mouillées sont susceptibles d'apparaître, ce qui entraîne une grande quantité de déchets
Applications typiques:navette spatiale petite et complexe et pièces automobiles, sièges de train
7. Autres procédés de perfusion – SCRIMP, RIFT, VARTM, etc.
Description de la méthode :Posez les fibres sèches de la même manière que le procédé RTM, puis posez la toile antiadhésive et le filet de drainage.Une fois le drapage terminé, il est complètement scellé avec un sac sous vide, et lorsque le vide atteint une certaine exigence, la résine est introduite dans toute la structure de drapage.La répartition de la résine dans le stratifié est réalisée en guidant le flux de résine à travers le filet de guidage, et enfin les fibres sèches sont complètement infiltrées de haut en bas.
sélection de matériaux :
Résine : généralement résine époxy, polyester, polyvinyl ester
Fibre : Toute fibre commune.Les fibres cousues sont mieux adaptées à ce processus car les espaces entre les faisceaux de fibres accélèrent le transfert de résine
Matériau de l'âme : mousse nid d'abeille non applicable
L'avantage principal:
1) Identique au processus RTM, mais un seul côté est la surface du moule
2) Un côté du moule est un sac sous vide, ce qui réduit considérablement le coût du moule et réduit la nécessité pour le moule de résister à la pression
3) Les grandes pièces structurelles peuvent également avoir une fraction volumique élevée de fibres et une faible porosité
4) Le moule de processus de pose à la main standard peut être utilisé pour ce processus après modification
5) La structure sandwich peut être moulée en même temps
Principaux inconvénients :
1) Pour les grandes structures, le processus est relativement compliqué et les réparations ne peuvent être évitées
2) La viscosité de la résine doit être très faible, ce qui réduit également les propriétés mécaniques
3) Les zones non mouillées sont susceptibles d'apparaître, ce qui entraîne une grande quantité de déchets
Applications typiques:Production d'essais de petits bateaux, panneaux de carrosserie pour trains et camions, pales d'éoliennes
8. Préimprégné - processus d'autoclave
Descriptif de la méthode :La fibre ou le tissu de fibres est pré-imprégné par le fabricant du matériau avec une résine contenant un catalyseur, et le procédé de fabrication est un procédé à haute température et haute pression ou un procédé de dissolution de solvant.Le catalyseur est latent à température ambiante, donnant au matériau une durée de conservation de plusieurs semaines ou mois à température ambiante ;la réfrigération peut prolonger sa durée de conservation.
Le préimprégné peut être posé à la main ou à la machine sur la surface du moule, puis recouvert d'un sac sous vide et chauffé à 120-180°C.Après chauffage, la résine peut couler à nouveau et éventuellement durcir.Un autoclave peut être utilisé pour appliquer une pression supplémentaire au matériau, généralement jusqu'à 5 atmosphères.
sélection de matériaux :
Résine : généralement époxy, polyester, résine phénolique, résine résistante aux hautes températures comme le polyimide, l'ester de cyanate et le bismaléimide peuvent également être utilisés
Fibre : Aucune exigence.Un faisceau de fibres ou un tissu de fibres peut être utilisé
Matériau du noyau : aucune exigence, mais la mousse doit être résistante aux hautes températures et aux hautes pressions
L'avantage principal:
1) Le rapport entre la résine et l'agent de durcissement et la teneur en résine sont définis avec précision par le fournisseur, il est très facile d'obtenir des stratifiés à haute teneur en fibres et à faible porosité
2) Le matériau présente d'excellentes caractéristiques de santé et de sécurité et l'environnement de travail est propre, ce qui permet d'économiser potentiellement des coûts d'automatisation et de main-d'œuvre
3) Le coût des fibres de matériau unidirectionnelles est minimisé et aucun processus intermédiaire n'est requis pour tisser les fibres en tissu
4) Le processus de fabrication nécessite une résine à haute viscosité et bonne mouillabilité, ainsi que des propriétés mécaniques et thermiques optimisées
5) L'allongement du temps de travail à température ambiante signifie que l'optimisation structurelle et la mise en place de formes complexes sont également faciles à réaliser
6) Économies potentielles sur l'automatisation et les coûts de main-d'œuvre
Principaux inconvénients :
1) Le coût des matériaux augmente, mais c'est inévitable pour répondre aux exigences de l'application
2) Un autoclave est nécessaire pour terminer le durcissement, ce qui a un coût élevé, une longue durée de fonctionnement et des restrictions de taille
3) Le moule doit résister à une température de traitement élevée et le matériau de base a les mêmes exigences
4) Pour les pièces plus épaisses, un pré-vide est nécessaire lors de la pose des préimprégnés pour éliminer les bulles d'air intercalaires
Applications typiques:pièces structurelles de la navette spatiale (telles que les ailes et les queues), voitures de course F1
9. Préimprégné - processus sans autoclave
Descriptif de la méthode :Le processus de fabrication du préimprégné durcissant à basse température est exactement le même que le préimprégné autoclave, la différence est que les propriétés chimiques de la résine lui permettent d'être durcie à 60-120°C.
Pour le durcissement à basse température de 60°C, le temps de travail du matériau n'est que d'une semaine ;pour les catalyseurs haute température (>80°C), le temps de travail peut atteindre plusieurs mois.La fluidité du système de résine permet de durcir en utilisant uniquement des sacs sous vide, évitant l'utilisation d'autoclaves.
sélection de matériaux :
Résine : généralement uniquement de la résine époxy
Fibre : aucune exigence, identique au préimprégné traditionnel
Matériau d'âme : aucune exigence, mais une attention particulière doit être portée lors de l'utilisation de mousse PVC standard
L'avantage principal:
1) Il présente tous les avantages du préimprégné d'autoclave traditionnel ((i.))-((vi.))
2) Le matériau du moule est bon marché, comme le bois, car la température de durcissement est basse
3) Le processus de fabrication de grandes pièces structurelles est simplifié, il suffit de pressuriser le sac sous vide, de faire circuler l'air chaud du four ou le système de chauffage à air chaud du moule lui-même pour répondre aux exigences de durcissement
4) Des matériaux en mousse courants peuvent également être utilisés, et le processus est plus mature
5) Par rapport à l'autoclave, la consommation d'énergie est inférieure
6) La technologie avancée assure une bonne précision dimensionnelle et une bonne répétabilité
Principaux inconvénients :
1) Le coût du matériau est toujours supérieur à celui de la fibre sèche, bien que le coût de la résine soit inférieur à celui du préimprégné aérospatial
2) Le moule doit résister à une température plus élevée que le processus d'infusion (80-140°C)
Applications typiques:pales d'éoliennes hautes performances, grands bateaux et yachts de course, avions de sauvetage, composants de train
10. Procédé sans autoclave de semi-preg SPRINT/beam prepreg SparPreg
Descriptif de la méthode :Il est difficile d'évacuer les bulles d'air entre les couches ou les couches qui se chevauchent pendant le processus de durcissement lors de l'utilisation de préimprégné dans des structures plus épaisses (> 3 mm).Afin de surmonter cette difficulté, la pré-vide a été introduite dans le processus de stratification, mais le temps de traitement a considérablement augmenté.
Ces dernières années, Gurit a introduit une série de produits préimprégnés améliorés avec une technologie brevetée, permettant la fabrication de stratifiés plus épais de haute qualité (à faible porosité) en une seule étape.Le SPRINT semi-imprégné est composé de deux couches de fibres sèches prenant en sandwich une couche de structure sandwich en film de résine.Une fois le matériau déposé dans le moule, la pompe à vide peut complètement drainer l'air qu'il contient avant que la résine ne chauffe, ne ramollisse et ne trempe la fibre.solidifié.
Beam Prepreg SparPreg est un préimprégné amélioré qui, lorsqu'il est durci sous vide, peut facilement éliminer les bulles d'air du matériau à deux plis collé.
sélection de matériaux :
Résine : principalement de la résine époxy, d'autres résines sont également disponibles
Fibre : pas d'exigence
Matériau de base : la plupart, mais une attention particulière doit être portée aux températures élevées lors de l'utilisation de mousse PVC standard
L'avantage principal:
1) Pour les pièces plus épaisses (100 mm), une fraction volumique élevée de fibres et une faible porosité peuvent toujours être obtenues avec précision
2) L'état initial du système de résine est solide et les performances sont excellentes après durcissement à haute température
3) Permettre l'utilisation d'un tissu en fibres à faible coût et à grammage élevé (tel que 1600 g/m2), augmenter la vitesse de superposition et réduire les coûts de fabrication
4) Le processus est très avancé, l'opération est simple et la teneur en résine est contrôlée avec précision
Principaux inconvénients :
1) Le coût du matériau est toujours supérieur à celui de la fibre sèche, bien que le coût de la résine soit inférieur à celui du préimprégné aérospatial
2) Le moule doit résister à une température plus élevée que le processus d'infusion (80-140°C)
Applications typiques:pales d'éoliennes hautes performances, grands bateaux et yachts de course, avions de sauvetage
Heure de publication : 13 décembre 2022
