О черной карбоновой магии и шарике логики ( ч 3)
Итак. Летс Гоу!
С чем столкнется производитель, попытавшийся создать супер-пупер сухой бланк?
Во первых: количество смолы в композите произведенном по технологии NTPT находится в узких рамках.
Выражается это все по науке в обьемном содержании волокон V(f). Для данной технологии это 65%-70%. При увеличении обьемной доли содержания волокон прочность падает. Из за недостаточной пропитки волокон и ухудшения качества межфазной границы. Так же, да!, прочность падает и при уменьшении обьемного содержания волокон.
Оптимальное значение для большинства углекомпозитов составляет 55%-65%. Автоклавное отверждение- V(f) 58%-62%, Инфузия V(f) 50%-55% Намотка V(f) 60%-65%
Во вторых есть одна большая проблема у препегов. Липкость поверхности. И слишком большая нехорошо. И слишком малая нехорошо. При слишком малом количестве смолы он просто перестанет качественно " липнуть" при горизонтальном, плоском соединении, не говоря уже о намотке на дорн. Малое количество смолы дает эффект " проявки внутренней структуры" Это когда проявляются " волокна " на поверхности. Их " рисунок"
В больших композитных изделиях есть даже специальный тип смол для борьбы с этим. Эти смолы как бы " выравнивают " поверхность как " лак" Называются они "скин-коат" Это ладно, каких только скинов мы в 90е не видели, но!- каждая микронеровность поверхности препега это удобная полость- ров, окоп для молекул воздуха и воды.
Это может вызвать увеличение количества дефектов в бланке при отверждении и пост отверждении ( термическом)
Давайте кратенько посмотрим откуда уши растут. От общих сведений к частным и суровым выводам. Понятным всем, а не только знатокам названий углекомпозитов использованных GL за все годы существования. Чтобы и ежу было и приятно и понятно.
Итак : Связующее в препеге находится в промежуточной стадии отверждения. Это означает активное, но замедленное протекание процессов полимеризации ( отверждения) даже при комнатной температуре.
По этому препег хранят при минус 18 градусах и ниже. Некоторые и при минус 45.
Если хранить от минус 5 до 0- можно хранить до 3 месяцев отдельные марки.
При температуре от 0 до 20 градусов можно хранить месяц- два.
Реальное время хранения на предприятиях до 4х-6ти недель.
Эпоксидные системы для внеавтоклавного формования хранят временно при температуре 0-10 градусов обычно.
При этом, влажность(!) в местах хранения- не выше 60 %(!)
Любая избыточная влажность приводит к поглощению воды что вызывает расслоение и появление дефектов, при последующем отверждении.
Препег запечатан в пакет. Для работы его вынимают из холодильника и , неспеша, как замороженного лосося, подогревают в помещении.
Критический момент вскрытия пакета: При влажности всего 50% и температуре 20 градусов в помещении -точка росы 9-10 градусов. Т.Е. Если к моменту вскрытия пакета препег будет иметь температуру ниже 9 градусов, то готовое изделие будет иметь дефекты.По этому температуру в помещениях, ответственные производители стараются поддерживать ниже 20 градусов ( иногда 15 град) При более низкой температуре ( ниже 15 градусов снижается заметно- липкость препега. И это да! облегчает репозиционирование слоев ( распределение по поверхности) и даже обеспечивает более эффективное удаление воздуха между ними. НО! При вакуумной (!) обработке.
Что то я не слышал, что бы хоть один производитель написал: "- Мы для Вас тщательно и долго(!) вакуумируем каждый бланк!" Почему именно- " долго!" А при вакуумном обжатии падение вакуума -не более 5% в минуту(!) для сохранения качества.
Высокие температуры в помещении , выше 20 ти градусов повышают липкость препега , даже до уровня когда репозиционирование слоев становится невозможным ( возникают складки и тд.- дефекты) и в композите( ламинате) образуются воздушные включения.
Для повышения локальной адгезии ( когда необходимо) используют локальный местный нагрев небольшого участка ( ИК, Лазером или Воздухом нагретым при работе робота) и да, в " прохладном" помещении.
Берем глобус. Снимаем то что на нем одето. Смотрим:
Китай ( особенно южная часть) Вьетнам, Индонезия, Малайзия.. это страны с теплым, местами тропическим климатом и влажностью 100% круглый год!
Вы уверены? что товарищи соблюдают режим разморозки и хранения препегов? В погоне за повышением производительности производства и увеличения оплаты труда?
Вы уверены? Что они предпринимают все силы для снижения температуры в помещениях , а главное влажности в них?
На разных видео я то вижу что китаец(?) в маечке катает чего то там.Ему- хорошо! Ему не дует! И качество его -не волнует! Чего там будет после нагрева в камере или печи.
Замечу еще здесь : Он и раскрой делает там же где то. Причем для "экономии" в рулоне:- одна трапеция узкой частью вправо, затем следующая узкой частью влево, потом опять вправо, потом опять влево... О чем это говорит? ..-??? О том что препег у него одинакИвый , вот совершенно, по ширине рулона. Равномерный. Ну никак он не изменяется от комля к вершинке. И видно что он толщиной не 0.1 мм. Т Е это не послойное нанесение 6 ти разных слоев на вершинку) И не мультипрепег, со сменами тканей, вуалей, тонких слоев ... Просто " смолка" и " тканька". Так рождаются бюджетные бланки. Без анестезии, в бане, с бабкой повитухой.
Тадамм!!Вернемся к " волшебному непропеку"
Сразу сломанным ребром вылезает неприличный вопрос: А " непропек" это как у плохой булочки сырое тесто или все же брак, полученный по причине повышенного содержания влаги и воздуха в будущей бракованной заготовке бланка-?
Тадамм!
Возвращаемся к знаменитым " кривым хвостикам" и искривлению бланков, якобы на швах исключительно. Рассуждения про швы в качестве основной причины искривления- это полный " швах"! Почему? А " поросячий хвостик" он и без шва-искривится.
Почему? А охлаждение камеры (!) изделия, после постотверждения осуществляют медленно- для минимизации остаточных напряжений.
Изделие- даже без всяких швов может деформироваться из за слишком быстрого охлаждения, даже если оно произведено( сформовано) без нарушений технологии ( влажности и тд)
Слишком быстрое охлаждение даже в качественно сформованном изделии -вызывает образование микротрещин из за несоответствия термических деформаций волокон и связующего.
Если спиннинг -" поросячий хвостик" то он и внутри , по качеству-" поросячий хвостик!" ( С) И это уже не исправить никакой расстановкой колец.
Превышение температуры постотверждения ( даже не слишком большое, на 40 градусов , выше обычно- 180 градусов для большинства эпоксисмол) приводит к деградации смолы и ухудшению ее свойств.
Это превышение может происходить и из за того что это экзотермическая реакция. Смола- " саморазогревается" - выделяет сама себе " тепло" при отверждении. У смол есть " экзотермический пик" Весьма важная штука.
При нагреве смолы- разжижаются. Что бы получить качественное изделие композитное - его " обжимают" - в момент - на стадии минимальной вязкости связующего для обеспечения полной консолидации без захвата воздуха.
Профиль вязкости обычно есть в сопроводиловке-документации готового препега.
Обычно минимальная вязкость достигается при 80-90 градусах.И в профиле температурном первая "полка" это и есть 80-90 град.
Есть два основных вида отверждения для эпоксисвязующих. : Автоклавное. При нем давление 5-7 бар. и температура в наивысшей точке нагрева от 120 до 180 град. Давление подается на стадии минимальной вязкости. и Внеавтоклавное отверждение. При внеавтоклавном- препеги разработаны для отверждения под вакуумным давлением, в печах с принудительной циркуляцией воздуха. Связующие менее реакционоспособны и специально модифицированы для обеспечения пропитки и при атмосферном давлении. Температура нагрева чуток ниже для них 100-120 градусов.
Критическим фактором является длительная вакуумная выдержка перед нагревом для эвакуации воздуха.
Так что довод, если бы он звучал в инфе, "рекламе", что, дескать мы целый час сидели и вакуумировали Ваш бланк! и таки да! он от этого стал качественнее , но на 2 тыс руб- дороже!- Звучит более убедительно, чем довод про толщину минимальную волокон в нем.
Летс Гоу!
Плавно переходим к обещанной " химии" Ибо всякие названия, упоминания про всякие " нано" -это да! реальность! Пришедшая в нашу уже жизнь. 21 век на дворе!
Одним из показателей свойств композита является прочность при сжатии. А одним из способов ее повышения, служит использование полимерных модифицированных матриц.Выше, во второй части поминал сшивку матрицы не только в плоскости с слоями однонаправленных волокон, но и в обьеме- между слоями. Поперек .Скрозь их. Как в машине инженера Шурика- через века. Между слоями волокон и внутри них( слоев)
Итак что там за танцы с бубнами и обозначения на некоторых спиннингах " нано"
Как можно посидеть, подумать и догадаться вводят наночастицы.
Ибо их сейчас не производит только самый ленивый в джунглях Амазонки.
Наночастицы это наноразмерные ( в нанометрах по или длине, или толщине или упитанности) структуры выбранные из групп ( а в каждой группе их там еще и кучка): 1) Углеродные нанотрубки ( CNT) 2) Углеродные нановолокна 3) Углеродные нанонити 4) Углеродные наноленты 5) Углеродные нанофибриллы 6) Углеродные наноиглы 7) Углеродные нанолисты 8) Углеродные наностержни 9) Углеродные наноконусы 10) Углеродные наноспирали 11) Углеродные наноомические структуры 12) Частицы сажи 13) Графитовые нанопластинки 14) Графитовые наноточки 15) Графенов 16) Комбинаций графенов и 18) Астраленов и в придачу есть графАн ( не очепятка - графАн) и оксид графена ( он- хлопья)
Что мы видим? Да ! Что ученые порезвились не по- деЦки с классификацией .Но не здря! Она не менее важна чем классификация рыб или тараканов. Это все- разные по свойствам частицы.
Летс гоу! На наночастицах развлекуха у них не закончилась! Они в матрицу еще и включают( замешивают как щукатюры- миксером, а вернее ультразвуком) еще и-:
Полимерные частицы из:
1) Полиимида 2) Полиамидимида 3) Полиамида 4) Полифталамида 5) простого полиэфиркетона 6) простого полиэфиркетонкетона 7) простого полиэфирэфиркетона 8) простых полиарилэфиркетонов 9) полифенилсульфида 10 ) жидкокристаллических полимеров и сополимеров.
Что? Думаете они после этого успокоились? ХХе!- пффф! - Ага! Щазз!..
И частиц эластомеров:
1) из сшитого полибутадиена 2) полиакриловой кислоты 3) полиакрилонитрила 4) полистирола и 5) из сшитых частиц , созданных из А и Б: где А- это сетчатая структура, созданная сшиванием термопластичного полимера ( с одной или несколькими реакционноспособными группами с помощью сшивающего реагента ) и где Б) : - проникающая полимерная сетчатая структура ( IPN), включающей цепи термопластичного полимера.
И вот это вот все( выборочно конечно- не смесь всего прям) добавляется в количестве от 0.1% до 10 % (!) а иногда и до 20 %даже - по весу от количества связующего ( смолы) и образуя " матрицу" .
И это вот все замешано соответственно в : ( смолы выбраны обычно из )
1) эпоксидные смолы 2) имиды 3) смолы на основе сложных винилэфиров 4)смолы на основе цианатных сложных эфиров 5) фенольных смол 6) бензоксазинов 7) формальдегидных конденсационных смол 8) насыщенных сложных эфиров и их комбинаций.
И вот примерно из чего то из этого ( выборочно) и состоит современный спиннинг, да! с добавкой углеродных или стекловолокон. Которые имеют вторичное значение как бы.
Какое волокно не впихни в матрицу- если она не сшилась- это крысиный хвостик. Мягкий и противный.
Да! У меня потом в планах "пройтись" потом по Solid Tip технологии, не ямбами конечно , и не хореями.а вопросами.
Обещал же нам Дроздов вначале, что разоблачать магию мы не будем, до конца то.
Почему придется пройтись по вклеенным кончикам. А по тому что есть программное обеспечение в 21 то веке. Которое рассчитывает и прочность композита и другие его свойства. Даже для того что выше, в " химии" описано есть программное обеспечение описывающее что у нас внутри композита происходит. Например:
Netsch Termokinetics 3.0 : Кинетические параметры реакции отверждения исследуемого ( эпоксидного) связующего.Считает.
Т Е например берем препег эпокси состоящий из : Эпоксиноволачная смола 80-100% и отвердитель , он же в народе- отвердак : продукт взаимодействия ;. диаминодифенилсульфона с карбоксилированными нанотрубками при их масс соотношении 100:( 1-10) 85-90 и продукт конденсации гликолей с диметилтерефталатом 5-20, и этот препег включает вышеуказанное эпоксисвязующее и волоконный наполнитель
( Заметьте! -волоконный наполнитель(!) так вот! пренебрежительно ученые пишут в патенте, патентах (!) о всяких там супер пупер углеволокнах от Toray и кого еще угодно ( напишу списочек потом)В изобретениях по композитам (!) описывают МАТРИЦЫ а не волокна.Ибо а есть разница? стекло, углеволокно...)
...при соотношении % масс эпоксисвязующее 30-50% наполнитель 50-70% ( точка)
И никакой патетики! и рассказов взахлеб об высокомодульных супер пупер тонких волокнах! И это описание композита.
Или например: берем эпокситрифенольную смолу и отвердак из аминофенолоформальдегидной смолы, низкомолекулярного бутадиен акрилонитрильного каучука с карбоксильно концевыми группами и с ускорителем Бис(3-(3.5-ди-трет-бутил-4-оксифенил)пропилсульфидом и-? И этот Netsch нам считает чего там термокинетически происходит в зависимости от толщины бутерброда. Как там все отверждается.
А для того что бы заранее рассчитать что происходить будет потом при эксплуатации и нагрузках ( заранее рассчитывается однако)- есть другое программное обеспечение. 21 век на дворе.
Например для моделирования роста трещин ( которые у нас появились при магическом загадочном и волшебном " непропеке")
Например : VCCT ( Virtual Crack Closure Technique)
А для проектирования свойств композита( прочность/жесткость/устойчивость/усталость) и расчета всяких там параметров типа минимального радиуса кривизны(!) минимальной толщины стенки изделия(!) и тд. Ваще! Есть потрясающая штука! Нудная правда..: Классическая теория ламинированных пластин.! Взятая, как у певицы Ваенги за основу. И введенная в программное обеспечение.
И что? Нам говорят о спиннингах? Все эти критерии из теории? :
Критерии Кунце и Пака, Цая-Хилла, Цая-Ву, Хоффмана ( не путать с Джастином) , Пака-Хашина и звиняйте за иностранное слово, критерий LARC( Langley Research Center)-?? Введенные в программное обеспечение :
Ansys Composite PrepPost (от Ansys Inc)
MSC Nastran Composites (от MSC Software)
Siemens Femap Laminate(от Siemens)
APM Composite( от НТЦ АПМ)
CAE Fidesis( от Фидесис)
Особенно о кончиках удилищ и их прочности и долговечности-??
Ваще, если честно, говоря между нами, взрослыми людьми...Они говорят , как в известном интернет-меме из фильма " Экзорцист"- " Да ну.. нафиг этот кончик!"..Сами считайте карандашом в тетрадке. Разуйтесь и считайте! На пальцах! А почему-? А потому:-! Сейчас пойдем вглыбь! разбираться!
НО! Но для начала опять вопрос - ПОЧЕМУ? на стаканчиках то везде и все пишут только Toray-? Бесконечный, всеохватывающий, всепролезший, самый загадочный и самый супер пупер препег Торэй...-??
Чего им Porcher Ind то не угодил? НОрмальный углепластик- модифицированный астраленами-?? Чем не угодил то 8552 Hexcel Composites шириной 6.35 мм-?
Чем не угодили то? фирмы, занимающиеся разработкой-производством волокон, нанотрубок и тд да еще и половина уж из которых осваивает туже технологию NTTM-?
Почему от Японии только Toray indastries -? Где ?? Showa Denco, Nec corp ,CNRI- Mitsui, Mitsubishi-?? Где хоть-? NanoThinx( Греция) Iljin Nanotech, Rist( Корея) Reymor Indastries ( Канада) N-Tec ( Норвегия) Rossetter Holdings Ltd ( Кипр) Гранат ( Россия) Nanocyl SA ( Бельгия)Tomas Swan, Curlands Dinamics Lab( Англия) Nanoledge. CNRI. Arcema Seforim( Франция)Bayer ( Германия) Sannano, Shenzhen Nanotech, GZ Energy( Китай) Swent ,Carbon Nanotechnjlogies, Hiperion Catalisys, Ebay( да- да! не очепятка! ), Hercules UCC, Celanese Hitoco, Great Lakes Carbon,Nanolab. Carbolex, Stackpole Carbon Fibers, MER, Tailored Materials, BPM( США) Где-??? Umatex, Zoltec Co, Taekwang Wuxi Zhishang, New Materisl Technology Co, 3Tex, Albany Engineered Composites, Tejin Solvay, SGL ,Dowaksa, Toho -где? И это не полный список! ребяты!)) -Нихон карбон, Асахи нихон карбон файба, Симитомо Кагаку , Курэха Кагаку.( Японцы кстати) , Юнион Сорбайт...
Заладили везде: торэй-торэй..торэй-торэй..торэй-торэй...кручу-верчу..кручу-верчу..кручу-верчу..- Просто потрясающе! Особенно если в парке или у ВДНХ, да с наплывом " "интересующихся" из провинции...
Надо ж менять что то! Легенда о том что настоящий путячий препег можно добыть только в Японии , вырвав его эксклюзивно, из цепких лап тамошнего оборонпрома- она устарела.. Иначе " интересующиеся" заподозрят какой то " подвох"....
Там и так в программном обеспечении, есть просто потрясающий подвох! Целый- " партизан" а не подвох, как в песне у Вилли Токарева.! Вернее даже два партизана! Ведь известно- чем дальше в лес,( глубже в Торэи)- тем толще партизаны!
Один партизан- это минимальная толщина стенки изделия.Плоского(!) как Земля! ( у Терри Пратчетта), а вовсе даже не полого и круглого как кончик удилища.
Второй партизан( толстющий!, .. как голубь на хлебозаводе)-минимальный радиус кривизны в изделии. Минимальный радиус кривизны, в который можно свернуть Торэй в круассан. Качественно.
Ибо программы все эти умные говорят, что та вот дырочка, внутри кончика спиннинга, она однако маловата будет для обеспечения качества и долговечности Вашего спиннинга.
Да! Спиннинги живут и существуют! Японские, дорогие и хорошие. Но выживают они в этом мире бушующем, благодаря только отсутствию серьезных нагрузок. Это не закрылки от самолетов.И не детали спортивных яхт Walley.
Но это не значит что в них не развиваются дефекты со временем. И спиннинги ломаются вовсе не " неожиданно" при превышении нагрузок.Не спроста они вдруг- ломаются.
Препеги Торэеевские и не Торээевские они созданы не для удочек.Корпуса и детали яхт, авто, самолетов, вертолетов, спутников.. Удочки- это узкоспециализированное дело.( применение чего либо) Торэи условные однонаправленные слои углеволокна создавали для изделий с бОльшим радиусом кривизны, а не 2 мм в диаметре в кончике.
Где данные, слова о..Вакууме? в инфе, рекламе? На препегах в сопроводиловке пишут иногда ( для ламинатов) толщину препега до(!) и после(!) воздействия давления(!) Пресс или Вакуум - не важно. и отверждения. До отверждения и вакуумирования - 0.15 мм и после толщина- в изделии, в ламинате- 0.10 мм Просто -заранее(!) Уже известная величина. И часть этого магического уменьшения толщины- это заслуга давления.И да! часть заслуга усадки.
Вы никогда не задумывались? А -качественно прикатан бланк конкретный? ( вот не вообще в партии, а именно-"этот") А его вообще- вакуумировали?
Наматывали,формовали его с каким давлением?? Контактное давление формования при намотке (!) доходит до 3МПа ( это чтоб не считать долго примерно 30 кг на кв Сантиметр(!) Плита прикаточная у Китайца- сколько давит? просто в килограммах на вот полосу вдоль дорна некую.
Соврали бы хотя бы что ли..в рекламе и инфе.Дескать " мы провакуумировали Ваш спин в процессе изготовления" За это правда, возьмем денежку- но мы о Вас заботились! " Было бы приятно хоть.Или спокойнее.
Или соврали бы что " мы изменяем давление прикаточной доски( натяжение нити) для каждой модели отдельно.Специально обученные люди сидят- Ньютоны натяжения меряют.Непрерывно.
А может все немного сложнее-? Опять крутятся стаканчики. Опять исчезает шарик логики.Мастерски-?
Вот где-?
Где тот волшебный, магический момент, который делает количество дефектов в конкретном бланке- непредсказуемым-??? Он ведь как суслик.Невидим сразу.Но он- есть!
По крайней мере по мнению науки, теории и программного обеспечения.
( да! четвертая заключительная часть- будет! ))
-
1
26 комментариев
Рекомендованные комментарии
Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования
Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий
Создать аккаунт
Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!
Зарегистрировать аккаунтВойти
Уже зарегистрированы? Войдите здесь.
Войти сейчас