Kompozity s termoplastovou matricí

Transkript

1 Kompozity s termoplastovou matricí Ing. Josef Křena Letov letecká výroba, s.r.o. Praha 9 Letňany josef.krena@letov.cz

2 Obsah 1. Typy matric 2. Vlastnosti vyztužených termoplastů 3. Zvláštnosti vyztužených termoplastů 4. Polotovary pro výrobu 5. Technologie výroby dílů 7. Porovnání termosetů a termoplastů 8. Příklady aplikací v letecké konstrukci 9. Přístup při aplikaci kompozitů

3 1. Typy matric HI-TECH PLASTY KONSTRUKČNÍ PLASTY PI PEI PPSU PC PMMA PEKK PEEK PPS PET PA6 PA12 STANDARDNÍ PLASTY PS ABS LDPE HDPE PP AMORFNÍ SEMIKRYSTALICKÉ

4 1.1. Semikrystalický a amorfní Semikrystalická matrice Obsahuje složku krystalickou a amorfní Krystalická struktura ve formě sférolitů

5 1.1. Semikrystalický a amorfní Semikrystalický - částečná krystalická struktura - vyšší pevnost a chemická odolnost - nižší viskozita při zpracování - větší změna objemu Amorfní - horší zpracovatelnost

6 1.2. Semikrystalický a amorfní

7 1.2. Semikrystalický a amorfní G Modul pružnosti ve smyku Semikrystalický plast Amorfní plast Tg Tg Tm Tf Teplota

8 1.3. Vlastnosti matric Semikrystalický PEKK Polyeterketonketon Semikrystalický PEEK Polyetereterketon Amorfní PEI Polyeterimid Semikrystalický PPS Polyfenylensulfid Semikrystalický PA12 Polyamid Semikrystalický PA6 Polyamid Amorfní PMMA Plexi Semikrystalický PP Polypropylen C C C Typ morfologie Teplota zpracování Teplota tavení Teplota skelného přechodu Zkratka Typ pojiva

9 1.4. Užitné vlastnosti matric Typ pojiva Rázová odolnost Chemická odolnost Samozhášivost Poznámka PA12 velmi dobrá dobrá slabá snadno se lepí a lakuje PPS dobrá výborná výborná výskyt mikrotrhlin, svařitelný PEI velmi dobrá velmi dobrá výborná snadno se lepí, nízká odolnost k horké hydraulické kapalině PEEK výborná výborná velmi dobrá výborné tribologické vlastnosti

10 1.5. Porovnání vlastností matric

11 2. Vlastnosti vyztužených termoplastů Mechanické vlastnosti C/PPS (uhlíková tkanina/polyfenylensulfid) Vlastnosti jedné vrstvy Parametr Označení Hodnota Jednotky Modul pružnosti v tahu EL 53 GPa Modul pružnosti v tahu ET 53 GPa Modul pružnosti v tlaku EL 51 GPa Modul pružnosti v tlaku ET 51 GPa Smykový modul v rovině GLT 4,3 GPa Mez pevnosti v tahu RL 530 MPa Mez pevnosti v tahu RT 670 MPa Mez pevnosti v tlaku RL 480 MPa Mez pevnosti v tlaku RT 380 MPa Mez pevnosti ve smyku RLT 95 MPa Objemový podíl výztuže vf 0,5

12 2.1. Ceny a použití Pojivo Cena kompozitu USD/kg Použití PEKK PEI PPS PEEK PA Letectví, energetika Letectví Letectví, energetika, medicína Letectví, obrana, energetika, medicína Automobily, medicína, sport

13 2.2. Další vlastnosti vyztužených termoplastů Maximální teplota použití různých typů vyztužených termoplastů PEEK Tg 143 C Použití do 260 C PPS Tg 88 C Použití do 240 C PEI Tg 218 C Použití do 170 C PC Tg 143 C Použití do 120 C TPU Tg 96 C Použití do 80 C PA12 Tg 55 C Použití do 70 C

14 3. Zvláštnosti vyztužených termoplastů Vazba vlákno matrice Morfologie Větší vnitřní pnutí Obtížnější optimalizace struktury Omezení při výrobě složitějších tvarů Menší prašnost při obrábění Ekologický proces i materiál

15 4. Polotovary pro výrobu Semipreg Pásek pro kladení Kombinovaná tkanina nebo pramenec Monolitní deska Separátní složky

16 4.1. Struktura kompozitu

17 5. Technologie výroby dílů Lisování (tvarování) Autoklávová technologie Kontinuální kladení a lisování

18 5.1. Lisování

19 Teplota materiálu v průběhu cyklu TEMPERATURE OF PRESSING PROCESS 350 CLOSING PRESS OPENING PRESS PRODUCT EXTRACTION Upper tool Z1 Blank Z right Bottom tool Z1 Blank Z left Temperature [ C] :00 02:15 04:30 06:45 09:00 11:15 13:30 15:45 18:00 20:15 22:30 Time

20 5.2. Autoklávová technologie - Skladba ze semipregů nebo separátních složek na formě - Konsolidace skladby v autoklávu - Spojování dílů v autoklávu

21 7. Porovnání termosetů a termoplastů TERMOPLASTY opakovatelný výrobní proces neomezenýčas skladování za normálních podmínek nová netradiční technologie houževnatý materiál pevnost v tlaku je dobrá únavová životnost je dobrá damage tolerance je výborná výborné dielektrické vlastnosti absorbuje vodu jen do 0,1% výborné FST vlastnosti TERMOSETY výroba dílu je nevratný chemický proces skladování polotovarů vyžaduje mrazicí box zavedená technologie relativně křehký materiál pevnost v tlaku je výborná únavová životnost je výborná damage tolerance je dobrá dielektrické vlastnosti jsou dobré absorbuje vodu až 2% FST parametry jsou dobré

22 7. Porovnání termosetů a termoplastů TERMOPLASTY teplota zpracování je C velmi krátká doba zpracování tlak pro zpracování je od 2 MPa fixace každé vrstvy při skladbě skladba v normálních podmínkách spojování lepením, mechanickými spoji a svařováním proces nevyužívá pomocné materiály TERMOSETY teplota zpracování C doba vytvrzování je dlouhá tlak pro zpracování je do 0,7 MPa fixace vrstev při skladbě po sekvencích skladba včisté místnosti spojování lepením nebo mechanickými prvky proces vyžaduje pomocné materiály

23 8. Příklady aplikací v letecké konstrukci

24 8. Příklady aplikací v letecké konstrukci

25 8. Příklady aplikací v letecké konstrukci Item per Aircraft Použití vyztužených termoplastů na letounech Airbus

26 8. Příklady aplikací v letecké konstrukci

27 8. Příklady aplikací v letecké konstrukci Náběžná hrana letounů Airbus

28 9. Přístup k aplikaci kompozitů Autokláv, tvarování, RTM, VARTM, parametry cyklu, spotřeba energie, stroje, přípravky, řízení procesu Materiál Mechanické vlastnosti, fyzikální vlastnosti, cena, životnost, zdravotní a ekologické charakteristiky, optimalizace vlastností Zatížení statické, dynamické, tepelné, expozice, okrajové podmínky, vzhled Aplikace Tloušťka, skladba, počet dílů, spojování a montáž, tvar, kritická místa, využití vlastností materiálu Proces Konstrukční návrh

29 Děkuji za pozornost