Выкладка и автоклавное отверждение

Как это работает

1. 1

   Раскройте и выложите слои. Препрег (волокнистая ткань или лента, уже пропитанная частично отверждённой смолой и хранимая замороженной до использования) раскраивают и укладывают на форму. Волокна каждого слоя направлены по заданному плану; самые большие авиационные детали выкладывают роботы (автоматизированная укладка волокна).

2. 2

   Упакуйте в мешок и создайте вакуум. Сверху кладут съёмный слой (ткань, которую позже отрывают), дренажный слой (войлок, пропускающий воздух) и плёнку мешка. Липкая герметизирующая лента запечатывает мешок на форме. Затем насос откачивает воздух, и наружный воздух прижимает пакет, а оставшийся воздух выходит.

3. 3

   Отвердите в автоклаве. Автоклав нагревает деталь, обычно до 120–180 °C. Газ внутри нагнетается до давления примерно 3–7 бар, в три–семь раз выше обычного атмосферного, и сжимает мешок. Смола размягчается, растекается и смачивает волокна, затем за несколько часов отверждается (сшивается в твёрдое тело).

4. 4

   Извлеките из формы, обрежьте и проверьте. После медленного охлаждения слои мешка снимают, и деталь отделяется от формы. Кромки обрезают, отверстия сверлят. Ответственные детали проверяют ультразвуком на пустоты (запертые пузырьки) и слои, которые не склеились.

Ключевые факты

Материалы

Препреги из углеродного, стеклянного или арамидного (прочного синтетического) волокна, в основном с эпоксидной смолой; сотовые или пенные сердечники для сэндвич-панелей

Типичные детали

Обшивки крыла и оперения, панели фюзеляжа, лопасти вертолётов, шасси «Формулы-1», панели спутников

Размер детали

От кронштейнов размером с ладонь до обшивок крыльев длиной в десятки метров; ограничено внутренним размером автоклава

Точность

Форма обычно в пределах около ±0,2–0,5 мм от формы-оснастки; толщина каждого слоя около 0,1–0,3 мм

Качество поверхности

Сторона формы гладкая и часто глянцевая (копия формы); сторона мешка слегка фактурная от съёмного слоя

Подходящая партия

От единичных изделий до нескольких тысяч деталей в год

Стоимость оснастки и оборудования

Формы — от около $1000 (малые детали) до $1 млн и более (крупная авиационная оснастка); автоклавы — от сотен тысяч до многих миллионов долларов

Скорость

Выкладка занимает от часов до суток на деталь; один цикл отверждения обычно занимает около 3–8 часов, включая нагрев и охлаждение

Сильные стороны и ограничения

Где применяется

• АвиацияОбшивки крыла и оперения, панели фюзеляжа, закрылки, лопасти несущего винта вертолёта
• КосмосКонструкции спутников, отражатели антенн, головные обтекатели ракет-носителей
• АвтоспортШасси «Формулы-1» (ячейка безопасности пилота), антикрылья, кузовные панели
• СуперкарыКарбоновые крыши, капоты, аэродинамические детали, некоторые монококи шасси
• МедицинаСтолы для рентгена (углерод пропускает рентгеновские лучи), протезы стоп

Как узнать процесс

• Одна очень гладкая, часто глянцевая сторона (сторона формы) и одна слегка фактурная, с отпечатком съёмного слоя.
• На декоративных деталях — плетёная шахматная клетка углеродной ткани, видимая под прозрачной смолой.
• Тонкие уложенные слои на обрезанных кромках, а также кромки и отверстия, обработанные после отверждения.
• Тонкие оболочки или сэндвич-панели, иногда с видимыми сотами на открытой кромке.

Сравните с

Смотрите

Autoclave Curing Process - Introduction

PolyU IC · Основная идея автоклавного отверждения, шаг за шагом

From Layup to Flight-Ready: The Autoclave Process Behind Aerospace Parts

Pressure Equipment Academy · Весь путь от выкладки до отверждённой авиационной детали

Carbon Fiber Prepreg PART MAKING (Tutorial) PART2

Matthieu Libeert (Mat's Prototyping) · Выкладка слоёв и вакуумная упаковка крупным планом

Automated Fiber Placement Machinery by MTorres

Composites Central · Роботы укладывают волокнистую ленту на большие авиационные формы

Смотреть реальные фото

• Википедия: Pre-preg — материалы препрегов, хранение и автоклавное отверждение, с фотографиями
• Поиск фотографий в Wikimedia Commons