Infuzní technologie výroby kompozitů a jejich simulace v MKP. F. Martaus VZLÚ, a.s.

Transkript

1 Infuzní technologie výroby kompozitů a jejich simulace v MKP F. Martaus VZLÚ, a.s.

2 Přehled základních kompozitních výrobních technologií (dlouhé vlákno, termosetická matrice) Mokrá kontaktní laminace Autoklávové lisování prepregů Navíjení Pultruzní tažení RTM (Resin Transfer Moulding) VARTM (Vacuum Assisted RTM) RFI (Resin Film Infusion) Infuzní technologie

3 Metoda RTM 1. Vrstvení suché výztuže (s použitím spojovacích prostředků na bázi tavných lepidel, lepivých sítěk, poprašků )

4 Metoda RTM 2. Polotovar z navrstvené suché výztuže

5 Metoda RTM 3. Proces RTM (= infuze tekutého epoxy pojiva do výztuže polotovaru uzavřeného v tuhé formě typu matrice/patrice. Proces je řízen tlakovým spádem kombinace přetlaku na vstupu a podtlaku na výstupu z formy)

6 4. Výrobek Metoda RTM

7 Metoda VARTM 1. Vrstvení suché výztuže (s použitím spojovacích prostředků na bázi tavných lepidel, lepivých sítěk, poprašků )

8 Metoda VARTM 2. Uložení technologických vrstev (strhávací vrstva, distribuční síťka, rozvodný systém pojiva, pružná vakuová membrána)

9 Metoda VARTM 3. Proces VARTM (= infuze tekutého epoxy pojiva do výztuže uzavřené mezi formou a pružnou vakuovou membránou. Proces je řízen tlakovým spádem pouze podtlakem na výstupu z formy)

10 4. Výrobek Metoda VARTM

11 Jednosměrný vakuový ventil Plastické těsnění membrány Vakuová membrána Metoda RFI 1. Střídavé vrstvení suché výztuže a epoxy pojiva ve formě folie Pojivo ve formě folie Suchá tkaninová výztuž Stanovení plošné hmotnosti pojivové folie ze vztahu: Kde: m R plošná hmotnost jedné vrstvy folie ρ hustota materiálu folie (epoxid 1,2 R g/m3 ) m F plošná hmotnost jedné vrstvy výztužné tkaniny ρ F hustota materiálu vlákna tkaniny tloušťka jedné vrstvy tkaniny t F m R = ρ R t F m ρ F F

12 Metoda RFI 2. Uložení technologických vrstev (strhávací vrstva, perforovaná folie, vrstva pro rozvod vakua, pružná vakuová membrána)

13 Metoda RFI 3. Zavedení vakua pod membránu a ohřev na vytvrzovací teplotu dojde k roztavení foliového pojiva a jeho infuzi do suchých výztužných vrstev (pohyb pojiva kolmo vůči ploše výztuže)

14 4. Výrobek Metoda RFI

15 Modelování infuzních výrobních procesů v MKP Modelování toku pojiva ve formě definování optimální polohy vtokového a výtokového systému formy (+ rozložení tlakového pole ve formě, předvidání exotermní reakce, rychlost šíření pojiva ) a) Metoda pokus vs. omyl = vysoké náklady na přípravu výroby (drahé úpravy drahých forem) b) Simulace v MKP = návrh formy najisto = efektivní postup

16 Princip modelování v MKP Darcyho zákon: nejčastěji používaný teoretický podklad pro simulaci infuzních procesů Q A K p = η L Klíčové proměnné technologické parametry: Tlakový gradient p Viskozita pojivového systému ŋ Permeabilita výztuže K * *pohyb ropy v porézních horninách

17 Obecné schéma SW pro simulaci výroby kompozitů infuzními procesy v MKP geometrie dílu import z Auto-Cad nebo import sítě z jiné aplikace MKP (.dtf,.unv,.dxf,.msh,.pi7 ) vytvoření modelu vlastním geometrickým editorem parametry výztuže tloušťka porosita resp. v f permeabilita parametry distribučního systému průřez permeabilita parametry pojiva viskozita měrná hmotnost závislost viskozita-čas závislost viskozitateplota vliv gravitace vstupní data Simulační SW poloha čelní vlny pojiva jako funkce času rozložení tlaku v pracovním prostoru přípravku jako funkce času okamžitá rychlost pohybu pojiva faktor zaplnění výstupní data

18 Nutnost experimentálního stanovení permeability výztuže t η L 2 = C φ K P Permeabilita K

19 Komerčně dostupné aplikace PAM RTM (ESI Group, Francie) RTM Worx (Polyworx, Nizozemsko, p. Koorevaar) LIMS UI (univ. Delaware, USA, prof. Šimáček)

20 Ukázky simulací infuzních procesů Gondola větrné elektrárny (aplikace RTM-Worx, proces VARTM)

21 Ukázky simulací infuzních procesů Optimální poloha výstupního ventilu formy Predikce vzniku vady vrtulového listu UL letounu (aplikace PAM RTM, proces RTM)

22 Ukázky simulací infuzních procesů Simulace RTM plnění vrtulového listu UL letadla v aplikaci PAM-RTM

23 Ukázky simulací infuzních procesů Optimální poloha výstupního ventilu přípravku Výroba kompozitní formy (aplikace RTM-Worx, proces VARTM)

24 Ukázky simulací infuzních procesů Simulace plnění lopatky ventilátoru aerodynamického tunelu fy AUDI (aplikace PAM-RTM, proces RTM)

25 Ukázky simulací infuzních procesů Výroba poloviny trupu UL letadla (aplikace RTM-Worx, proces VARTM) Distribuční systém paralelně s osou trupu Pravděpodobná oblast vzniku vady

26 Ukázky simulací infuzních procesů Distribuční systém kolmo na osu trupu ( rybí kostra ) Výroba poloviny trupu UL letadla (aplikace RTM-Worx, proces VARTM)

27 Ukázky simulací infuzních procesů

28 Děkuji za pozornost