Opłacalność stosowania zaawansowanych zbrojeń szklanych

Wzrost rynku kompozytów a w szczególności powstawanie coraz bardziej zaawansowanych konstrukcji kompozytowych spowodował, dynamiczny rozwój i spopularyzowanie wielu typów zaawansowanych zbrojeń szkalnych(min. tkaniny plecione, matotkaniny, tkaniny szyte(multiaksiale)) oraz zbrojeń hybrydowych. Rozwój tego segmentu produktów przyczynił się do obniżenia kosztów zakupu oraz spowodował, że stały się one coraz bardziej dostępne i stosowane na szerszą skalę.

Do najpopularniejszych zaawansowanych zbrojeń szklanych zaliczamy:

Dlaczego warto stosować zaawansowane tkaniny szklane?

O tym czy warto stosować zaawansowane zbrojenia szklane decyduje wiele czynników. Przede wszystkim decyduje geometria wykonywanych detali. Bardzo skomplokowane detale czasami łatwiej będzie wykonać stosując tradycyjny materiał jakim są maty szklane. Im większy nacisk kładzie się na obniżenie wagi oraz podwyższenie wytrzymałości kompozytu tym częściej stosowanym materiałem bedą zaawansowane zbrojenia szklane.

W matach szklanych włókna ułożone są chaotycznie, a w przypadku tkanin mamy do czynienia z włóknami ułożonymi regularne. Podczas oddziaływania sił laminat  wykonany tylko z maty z włókien ciętych siła przenoszona jest z włókna na włókno poprzez lepiszcze (żywicę). Najsłabszym w tym wypoadku ogniwem jest żywica, która po przekroczeniu okreslkonej siły ulega degradacji i w laminacie powstają mikropeknięcia. 

W przypadku zastosowania tkanin, włókna natychmiast włączają się do pracy i przenoszą siły na sasiadujące pasma włókien. Dlatego tkaniny używane są wszędzie tam gdzie zależy nam na wysokiej odporności na rozerwanie/przebicie oraz dużej odporności na delaminację.

Główne korzyści płynące z zastosowania zaawansowanych tkanin zostaną przedstawione na dwóch poniższych przykładach:

1. Porównanie zastosowania mat , matotkanin i tkanin plecionych.

Obecnie praktycznie w  każdej, nawet najprostszej aplikacji, finansowo opłaca się zastosowanie tkanin, w szczególności, że róznice pomiedzy cenami mat a tkaninami są coraz mniejsze. 

Poniżej przedstawione jest zestawienie zużycia materiału dla wykonania takiego samego wyrobu o powierzchni 1m² wykonanego na standartowej żywicy konstrukcyjnej (np. Synolite 8388-P-1)  z zastosowaniem trzech różnych materiałów na bazie włókna szklanego:  

• Zastosowanie mat szklanych.
• Zastosowanie matotkanin (Mata 50%/Tkanina 50%).
• Zastosowanie tkanin plecionych.

Z powyższego wykresu wynika wprost, iż stosując różne typy zbrojeń szklanych przy tej samej sumarycznej gramaturze szkła w laminacie, możemy otrzymać wyrób praktycznie o połowę lżejszy!!!! Wyrób lżejszy będzie miał wiekszą zawartość zbrojenia i znacząco wyższe parametry mechaniczne (dotyczące samego kompozytu, Wykres 1). Więcej danych o tym jak zmieniają się parametry mechaniczne wraz ze wzrostem udziału zbrojenia szklanego oraz rodzaju zastosowanego zbrojenia szklanego przedstawia Wykres 1.

Najważniejszą informacją wynikajacą z powyższej tabeli jest zobrazowanie kosztorysu wykonania detalu w oparciu o różne zbrojenia szklane. Zastosowanie droższych w zakupie materiałów pozwala na wykonanie finalnie tańszego produktu.

Wykres 1. Właściwości mechaniczne laminatów o różnej zawartości zbrojeń szklanych wykonanych na żywicy PALATAL P6-01.

Dane na podstawie badań labolatoryjnych DSM Composite Resins.

2. Porównanie właściwości tkanin plecionych i szytych(STO vs. BAT)

Obie tkaniny dają wzmocnienie w kierunku 0 i 90 stopni – tkanina pleciona wykonana jest na krośnie, biaxial poprzez zszycie dwóch warstw. Laminat zbudowaany z tkaniny plecionej (STO) charakteryzuje się większym skurczem i odwzorowaniem zbrojenia szklanego. Biaxial(BAT) daje poprawę wytrzymałości i odporności na zmęczenie (wyższa wytrzymałość nawet o kilkanaście procent. Wykres 2). Biaxial zwilża się szybciej i uzyskuje się kompozyt o mniejszej zawartości żywicy. Biaxial daje laminat o lepszej kosmetyce powierzchni.

 Wykres 2. Porównanie właściwości mechanicznych laminatów wykonanych z tkaniny plecionej STO 800g/m² i tkaniny szytej biaxial BAT 800 g/m².

Laminaty wykonane metodą ręczną na żywicy izoftalowej i trzech warstwach tkaniny. Dotwardzano 7 dni w temperaturze pokojowej. Test wykonano w orientacji 0°

Podsumowując najważniejsze korzyści płynące ze stosowania zaawansowanych zbrojeń:

• Stosując różne rodzaje zbrojeń szklanych przy tej samej gramaturze sumarycznej w elemencie możemy otrzymać wyrób o prawie połowę lżejszy
• Kompozyty są lżejsze i będą miały wyższą zawartość zbrojenia i wyższe parametry mechaniczne (wytrzymałość na rozciąganie oraz sztywność)
• Zwiększenie parametrów mechanicznych laminatu
• Relatywnie łatwe przetwarzanie 
• Niska zawartość żywicy w laminacie
• Oszczędność czasu pracy
• Oszczędność materiału
• Przyspieszenie procesu produkcyjnego
• Zastosowanie do seryjnej produkcji alternatywnych technologii (np, RTM, LRTM, infuzja)

Aby uzyskać więcej informacji na tematy opisywane w artykule, prosimy o kontakt z autorem artykułu oraz z naszymi Konsultantami Technicznymi.

Marcin Faron Konsultant techniczny Menadżer Produktu - Zbrojenia, Utwardzacze, Epoksydy Biuro w Krakowie kom. 609 115 122 fax 058 691 01 85 e-mail:Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.