Perbandingan sifat resin
Pilihan sistem resin yang akan digunakan dalam mana -mana komponen bergantung kepada beberapa sifatnya, yang berikut mungkin yang paling penting dalam kebanyakan struktur komposit:
1. Sifat ikatan
2. Ciri -ciri Mekanikal
3. Rintangan retak mikroskopik
4. Kekuatan Keletihan
5. Degradasi kakisan air
Sifat ikatan
Telah dibincangkan bagaimana sifat lekatan sistem resin penting dalam mencapai pelbagai sifat mekanikal komposit. Dalam struktur sandwic, lekatan matriks resin ke tetulang serat atau bahan teras adalah penting.
Resin poliester biasanya mempunyai sifat lekatan terendah dari tiga sistem yang diterangkan di sini. Resin vinil lester mempamerkan sifat ikatan yang lebih baik daripada poliester, tetapi sistem resin epoksi memberikan prestasi terbaik semua pelekat dan oleh itu sering dijumpai dalam banyak pelekat kekuatan tinggi. Ini disebabkan oleh komposisi kimia mereka dan kehadiran kumpulan hidroksil polar dan eter. Oleh kerana resin epoksi menyembuhkan pada kadar pengecutan yang rendah, pelbagai hubungan permukaan yang ditubuhkan di antara resin cecair dan adherends tidak terganggu semasa proses pengawetan. Ciri -ciri ikatan resin epoksi amat berguna dalam pembinaan laminates teras sarang lebah, di mana kawasan permukaan ikatan kecil bermakna ikatan maksimum diperlukan.
Kekuatan ikatan antara resin dan serat bergantung bukan sahaja pada sifat ikatan sistem resin, tetapi juga dipengaruhi oleh salutan permukaan gentian pengukuhan.
Sifat mekanikal
Dua sifat mekanikal penting mana -mana sistem resin adalah kekuatan tegangan dan kekakuan. Angka 22 dan 23 menunjukkan hasil ujian yang dilakukan pada sistem resin poliester, vinil lester, dan epoksi yang disembuhkan pada 20 darjah dan 80 darjah.
Selepas tempoh pengawetan selama tujuh hari pada suhu bilik, dapat dilihat bahawa resin epoksi biasa menawarkan prestasi yang lebih tinggi dari segi kekuatan dan kekakuan daripada poliester biasa dan ester vinil. Kesan yang bermanfaat untuk mengubati selama lima jam selepas 80 darjah juga dapat dilihat.
Sama pentingnya untuk pereka komposit dan pembina adalah jumlah pengecutan resin semasa dan selepas menyembuhkan. Pengecutan adalah disebabkan oleh penyusunan semula dan penyusunan semula molekul resin dalam fasa cecair dan separa gel. Poliester dan ester vinil memerlukan sejumlah besar penyusunan semula molekul untuk mencapai keadaan sembuh dan boleh menunjukkan pengecutan sehingga 8%. Walau bagaimanapun, sifat reaksi epoksi yang berbeza menghasilkan penyusunan semula yang sangat sedikit dan ketiadaan produk bielaan yang tidak menentu, mengurangkan pengecutan epoksi biasa kepada kira-kira 2%. Untuk beberapa tahap, ketiadaan pengecutan bertanggungjawab terhadap sifat -sifat mekanikal yang lebih baik epoksi daripada poliester, kerana pengecutan dikaitkan dengan tekanan dalaman yang dapat melemahkan bahan.
Di samping itu, pengecutan dalam ketebalan lamina membawa kepada "cetak melalui" corak serat pengukuhan, yang merupakan kecacatan kosmetik yang sukar dan mahal untuk menghapuskan.
Retak mikroskopik
Kekuatan lamina biasanya dipertimbangkan dari segi berapa banyak beban yang dapat ditahan sebelum ia gagal sepenuhnya. Kekuatan muktamad atau kekuatan pemecahan ini adalah titik di mana resin mempamerkan fraktur bencana dan serat pengukuhan pecah.
Walau bagaimanapun, sebelum kekuatan muktamad ini dicapai, lamina akan mencapai tahap tekanan di mana resin akan mula retak dari lapisan tetulang serat yang tidak diselaraskan dengan beban yang digunakan, dan retak ini akan menyebarkan melalui matriks resin. Ini dikenali sebagai "microcracking melintang" dan walaupun lamina belum gagal sepenuhnya, proses pecah sudah bermula. Oleh itu, jurutera yang menginginkan struktur tahan lama mesti memastikan bahawa laminat mereka tidak melebihi titik ini di bawah beban perkhidmatan biasa.
Ketegangan yang dapat dicapai oleh lamina sebelum retak mikro sangat bergantung kepada sifat-sifat ketangguhan dan ikatan sistem resin. Untuk sistem resin rapuh, seperti kebanyakan poliester, ini berlaku jauh sebelum lamina gagal, dan oleh itu mengehadkan ketegangan yang dapat ditahan laminat tersebut. Sebagai contoh, ujian baru -baru ini telah menunjukkan bahawa untuk poliester/kaca tenunan roving laminates, mikrokrak biasanya berlaku pada kira -kira 0. 2% strain, dengan kerosakan akhir tidak berlaku sehingga 2. Ini sepadan dengan kekuatan yang boleh digunakan hanya 10% daripada kekuatan muktamad. Oleh kerana kekuatan muktamad lamina di bawah ketegangan ditentukan oleh kekuatan gentian, mikrokrak resin ini tidak segera mengurangkan prestasi muktamad lamina.
Walau bagaimanapun, dalam persekitaran seperti air atau udara lembap, lamina mikrokrak akan menyerap lebih banyak air daripada lamina yang tidak terkawal. Ini akan mengakibatkan peningkatan berat badan, kelembapan dalam ejen saiz resin dan serat, penurunan kekakuan, dan penurunan prestasi muktamad dari masa ke masa.
Peningkatan lekatan resin/serat biasanya berpunca daripada kimia resin dan keserasiannya dengan rawatan permukaan kimia yang digunakan untuk gentian. Di sini, sifat-sifat pelekat epoksi yang terkenal membantu lamina mencapai strain mikrokek yang lebih tinggi. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, ketangguhan resin sukar untuk diukur, tetapi secara meluas ditunjukkan oleh ketegangan kegagalan muktamadnya. Perbandingan sistem resin yang berbeza ditunjukkan dalam Rajah 25.
Kekuatan keletihan
Secara umum, komposit mempunyai rintangan keletihan yang sangat baik berbanding kebanyakan logam. Walau bagaimanapun, kerana kegagalan keletihan sering disebabkan oleh pengumpulan secara beransur -ansur sedikit kerosakan, tingkah laku keletihan mana -mana bahan komposit akan dipengaruhi oleh ketangguhan resin, penentangan terhadap mikrokrak, dan bilangan lompang dan kecacatan lain yang berlaku semasa proses pembuatan. Atas sebab ini, laminates asas epoksi cenderung mempamerkan rintangan keletihan yang sangat baik berbanding dengan poliester dan vinil ester, yang merupakan salah satu sebab utama penggunaannya dalam struktur aeros.
Degradasi kakisan air
Ciri penting dari mana -mana resin, terutamanya dalam persekitaran laut, adalah keupayaannya untuk menahan kemerosotan oleh air masuk. Semua resin menyerap beberapa air, menambah berat badan ke lamina, tetapi lebih penting lagi bagaimana air yang diserap mempengaruhi resin dan resin/serat dalam lamina, yang membawa kepada kehilangan sifat mekanikal secara beransur-ansur dan jangka panjang. Kedua -dua poliester dan vinil ester resin terdedah kepada kemerosotan air disebabkan oleh kehadiran kumpulan ester hidrolisis dalam struktur molekul.
Akibatnya, laminates poliester nipis boleh dijangka mengekalkan hanya 65% daripada kekuatan ricih interlayer mereka selepas satu tahun rendaman dalam air, sedangkan resin epoksi laminates akan mengekalkan kira -kira 90% selepas satu tahun rendaman.
Rajah 26 menunjukkan kesan air pada epoksi dan poliester laminat kaca tenunan yang direndam dalam air pada 100 darjah. Rendaman suhu yang tinggi ini memberikan sifat degradasi laminates yang direndam.
Kebolehtelapan
Semua laminat dalam persekitaran laut membolehkan jumlah air yang sangat kecil melewati mereka dalam bentuk wap. Apabila air melewati, ia bertindak balas dengan sebarang komponen hidrolisis dalam lamina untuk membentuk sel -sel kecil larutan pekat. Di bawah kitaran osmotik, lebih banyak air melewati membran semipermeable lamina dalam usaha untuk mencairkan penyelesaian ini. Air ini meningkatkan tekanan bendalir di dalam sel hingga 700 psi. Akhirnya, tekanan akan mengubah bentuk atau pecah lamina atau gelcoat dan boleh mengakibatkan permukaan "cacar air" biasa. Komponen hidrolyzable dalam lamina mungkin termasuk kotoran dan serpihan yang terperangkap semasa proses pembuatan, tetapi juga termasuk ikatan ester dalam poliester yang sembuh dan, pada tahap yang lebih rendah, vinil lath.
Penggunaan lapisan kaya resin di sebelah kot gel adalah penting untuk resin poliester untuk mengurangkan jenis degradasi ini, tetapi biasanya satu-satunya penyembuhan apabila proses bermula adalah untuk menggantikan bahan yang terjejas. Untuk mengelakkan penyusupan daripada berlaku di tempat pertama, perlu menggunakan resin yang mempunyai kebolehtelapan yang rendah dan ketahanan yang tinggi terhadap hakisan air. Lepuh boleh dihapuskan apabila digunakan bersamaan dengan bahan pengukuhan yang mempunyai rintangan yang sama terhadap rawatan permukaan dan dilaminasi ke standard yang sangat tinggi. Rantai polimer dengan rantai berasaskan epoksi menentang kesan air jauh lebih baik daripada banyak sistem resin lain. Sistem sedemikian telah terbukti mempunyai rintangan kimia dan air yang sangat baik, kebolehtelapan air yang rendah dan sifat mekanik yang sangat baik.
Ringkasan sifat resin perbandingan
Resin poliester, vinil, dan epoksi yang dibincangkan di sini mungkin mewakili kira -kira 90% daripada semua sistem resin termoset yang digunakan dalam komposit struktur. Ringkasnya, kelebihan utama dan kekurangan jenis ini adalah:
Resin lain untuk komposit
Sebagai tambahan kepada poliester, ester vinil dan resin epoksi, terdapat banyak sistem resin khusus lain yang digunakan di mana sifat unik mereka diperlukan.
Resin fenolik
Terutamanya digunakan di mana rintangan kebakaran yang tinggi diperlukan, resin fenolik mengekalkan sifat mereka dengan baik pada suhu tinggi. Untuk bahan -bahan yang sembuh suhu bilik, penggunaan asid menghakis membawa kepada pengendalian yang tidak menyenangkan. Sifat pekat proses pengawetan mereka cenderung mengakibatkan kemasukan banyak lompang dan kecacatan permukaan, resin cenderung rapuh dan mempunyai sifat mekanikal yang lemah. Kos biasa: £ 2-4/kg.
Phenyl isocyanate
Terutamanya digunakan dalam industri aeroangkasa. Ciri -ciri dielektrik yang sangat baik bahan menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam serat dielektrik rendah seperti kuarza, yang digunakan dalam pembuatan radom. Bahan ini juga stabil suhu sehingga 200 darjah basah. Kos biasa: £ 40/kg.
Resin silikon
Synthetic resins with silicon as the base material rather than carbon as the organic polymer. Good resistance to fire and high temperatures. Requires high temperature curing. Used in missile applications. Typical cost: >£ 15/ kg.
Poliuretana
Bahan mulur yang sangat tinggi, kadang -kadang dicampur dengan resin lain, kerana sifat mekanik lamina yang agak rendah dalam pemampatan. Menggunakan isosianat berbahaya sebagai agen pengawetan. Kos biasa: £ 2-8/kg.
Bismaleimida (BMI)
Mainly used in aircraft composites requiring higher temperatures (230°C wet/250°C dry). For example, engine inlets, high speed aircraft flight surfaces. Typical cost:>£ 50/kg.
Poliimid
Used where operation at higher temperatures is required than bismaleimide can withstand (use up to 250°C wet/300°C dry). Typical applications include missile and aircraft engine components. Extremely expensive resin (>£ 80/kg) dengan bahan mentah toksik yang digunakan dalam proses pembuatan. Polyimides sukar untuk bekerja dengan reaksi pemeluwapan yang melepaskan air semasa proses pengawetan, dan agak rapuh selepas pengawetan.PMR15 dan LARC160 adalah dua polimida yang paling biasa digunakan dalam komposit.
Sumber "Frontiers in Composites"