Tkaniny i prepregi węglowe Hexcel - art Composite Review

Tkaniny i prepregi węglowe Hexcel - art Composite Review

Technologie
Światowy
lider
na polskim
rynku
18 l Composites Review
VII-IX 2013
www.composites.com.pl
© Hexcel
Technologie
Historia firmy Hexcel sięga roku 1946, kiedy to jeden z inżynierów pracujących na Uniwersytecie
Kolumbii rozpoczął badania nad tworzywami sztucznymi oraz innymi nowymi technologiami
zastosowanymi podczas II wojny światowej. Wraz z grupą przyjaciół założył firmę, która łączyła
innowacyjne podejście do tworzyw sztucznych ze zrozumieniem rozwijającego się powojennego
rynku.
MARZENA CWALINA
ałożyciele firmy, zwani „Wielką
Piątką” (Roscoe T. Bud Hudges,
Roger Steele, Paul Ammen, Ken
Holland oraz Ed Rule) od początku jej istnienia skupili się na tworzeniu
innowacyjnych rozwiązań skierowanych głównie dla lotnictwa. Przekładki
w postaci plastra miodu, nowatorskie
rodzaje wzmocnień czy oryginalne rozwiązania w zakresie kompozycji żywicznych, zaowocowały pozycją lidera w
branży materiałów kompozytowych. Z
biegiem czasu i wraz z rozwojem wielu
gałęzi przemysłu, w których materiały
kompozytowe znalazły zastosowanie,
rozszerzyło się również portfolio produktów oferowanych przez firmę.
Z
Na dzień dzisiejszy Hexcel jest wiodącym partnerem wielu znanych i cenionych na międzynarodowych rynkach
producentów, wśród których możemy
wymienić m.in. Airbusa czy Boeinga. Nie
możemy jednak zapominać o innych, nie
związanych z lotnictwem, branżach przemysłu, w których materiały kompozytowe odgrywają znaczącą rolę, jak: motoryzacja, przemysł kolejowy czy wytwarzanie sprzętu sportowego. Wszędzie tam,
gdzie istotnym aspektem projektowania
jest minimalizacja masy przy jednoczesnej optymalizacji własności wytrzymałościowych, niejednokrotnie tradycyjnie
stosowane materiały zastępowane są
przez materiały kompozytowe. Dlatego
też firma Hexcel oferuje szeroką gamę
produktów do zastosowań ogólnoprzemysłowych.
Oferta firmy obejmuje duży wybór
tkanin dostępnych pod marką HexForce,
przekładek w postaci plastra miodu
HexWeb, prepregów HexPly, klejów błonkowych Redux czy materiałów narzędziowych HexTOOL. W Polsce ich dystrybucja
zajmuje się firma Milar Sp. z o.o.
www.composites.com.pl
© Hexcel
Rys. 1. Standardowa tkanina węglowa.
Wzmocnienia HexForce
Przy wyborze odpowiedniego rodzaju wzmocnienia do zastosowań przemysłowych główną rolę odgrywają cztery
parametry: rodzaj zastosowanej przędzy,
jej gramatura, splot oraz wykończenie
tkaniny. Masa przędzy w połączeniu
z liczbą wątków oraz osnowy określa
wytrzymałość, gramaturę oraz grubość
tkaniny. Przy produkcji tkanin wykorzystywane są podstawowe rozwiązania
stosowane w tradycyjnym tkaniu. W
połączeniu z wyspecjalizowanym i precyzyjnym osprzętem wytwórczym pozwalają na uzyskanie wysokojakościowych
materiałów, spełniających najbardziej
rygorystyczne wymogi nowoczesnego
przemysłu. Innowacyjne technologie
wytwórcze pozwalają na wyprodukowanie praktycznie każdego rodzaju splotu,
jednak najpowszechniej do zastosowań
przemysłowych wykorzystywane są:
PLAIN (splot płócienny 1x1), TWILL (splot
skośny 2x2 lub 2x1) oraz SATIN (splot
satynowy).
Ze względu na rodzaj zastosowanego materiału możemy wyróżnić tkaniny
© Hexcel
Rys. 2. Tkanina PrimeTex.
węglowe, szklane, aramidowe oraz różnego rodzaju hybrydy.
Tkaniny węglowe
Firma Hexcel
technologią
prepregów
zajmuje się
od ponad 60
lat, co czyni
ją pionierem
w tej
dziedzinie.
Tkaniny węglowe skomponowane z
odpowiednio dobraną żywicą pozwalają na wytwarzanie struktur o wysokiej
wytrzymałości i sztywności, najczęściej
wyższej w porównaniu z metalami czy
innymi materiałami. Oprócz wysokiej
wytrzymałości w odniesieniu do masy,
wzmocnienia z włókien węglowych
cechuje przewodność elektryczna i
cieplna, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i doskonała wytrzymałość
zmęczeniowa. W zależności od wymagań, tkaniny dostępne są w różnego
rodzaju konfiguracjach zastosowanego
rowingu (1K – 24K, włókna nisko-, średnio- oraz wysokomodułowe), gramatury
(90 – 600 g/m2) oraz splotu wraz z dodatkowym wykończeniem powierzchni lub
nie. Oferta obejmuje również innowacyjne tkaniny PRIMETEX o bardzo dobrym
dopasowaniu do siebie włókien (wersja
SPREAD), co znacznie poprawia efekt
wizualny (mniejsza przejrzystość) oraz
powoduje zwiększenie parametrów
VII-IX 2013 Composites Review l 19
Technologie
Oprócz wysokiej wytrzymałości
w odniesieniu do masy, wzmocnienia
z włókien węglowych cechuje
przewodność elektryczna i cieplna,
niski współczynnik rozszerzalności
cieplnej i doskonała wytrzymałość
zmęczeniowa.
© Hexcel
mechanicznych nawet o 10 proc. w
porównaniu z tradycyjnie wytwarzanymi
tkaninami węglowymi.
Tkaniny szklane
Wszechstronność włókien szklanych
pozwala na uzyskanie tkanin o unikalnych własnościach dla przemysłu kompozytowego. Kombinacja własności
(stabilności wymiarowej, wytrzymałości,
odporności na działanie wilgoci, odporności chemicznej oraz własności izolacyjnych) z wysoką odpornością na
działanie ognia, przy stosunkowo niskiej
cenie gotowego kompozytu, pozwala
na uzyskanie struktur stosowanych w
wielu gałęziach przemysłu. Duża liczba
dostępnych na rynku rodzajów rowingu
wraz z odpowiednio dobranym sposo-
20 l Composites Review
VII-IX 2013
Włókna
aramidowe
znalazły
zastosowanie w
elementach
narażonych
na działanie
nagłych
i gwałtownych
obciążeń.
bem wytwarzania tego rodzaju tkanin
powoduje, że tkaniny te zapewniają
praktycznie nieograniczone możliwości
projektowe, umożliwiając użytkownikom
końcowym optymalny dobór materiału cechującego się dobrą wydajnością,
efektywnością w połączeniu z aspektami
ekonomicznymi.
Tkaniny aramidowe
Ze względu na wysoką udarność,
włókna aramidowe znalazły zastosowanie w elementach narażonych na działanie nagłych i gwałtownych obciążeń.
Początkowo były stosowane jedynie w
przemyśle zbrojeniowym, obecnie jednak coraz częściej tkaniny te spotkać
można w kompozytach przemysłowych.
Oprócz wysokiej udarności włókna arami-
dowe cechują również: wysokie parametry mechaniczne, stabilność wymiarowa
oraz stabilność chemiczna i termiczna.
Plastry miodu (honeycomb)
HexWeb
Honeycomb to lekki materiał rdzeniowy, usztywniający do zastosowań
konstrukcyjnych. Ten wszechstronny
rodzaj przekładki jest szeroko stosowany
w budowie podzespołów samolotów,
takich jak podłogi, panele wewnętrzne
czy też łopatki śmigieł wirnika, jak również w kolejnictwie przy wytwarzaniu
drzwi w wagonach kolejowych i paneli
sufitowych oraz w przemyśle meblarskim. Materiał ten idealnie absorbuje
energię, dlatego stosowany jest na zderzaki i błotniki, jako osłona przed falami
www.composites.com.pl
Technologie
© Hexcel
Prepregi wywarły znaczący wpływ na ewolucję wielu dziedzin
przemysłu w końcu XX w. Używane początkowo jedynie
w lotnictwie, bardzo szybko znalazły zastosowanie w nowej
generacji superszybkich pociągów i statków.
radiowymi, czy też dla ukierunkowania
płynów i światła. W ofercie producenta
dostępne są honeycomby aluminiowe
(lotnicze i przemysłowe) oraz szeroka
gama honeycombów aramidowych.
Prepregi HexPly
Firma Hexcel technologią prepregów
zajmuje się od ponad 60 lat, co czyni
ją pionierem w tej dziedzinie, a znak
towarowy HexPly jest jednym z najbardziej rozpoznawalnych dla prepregów
na całym świecie. Prepregi wywarły znaczący wpływ na ewolucję wielu dziedzin przemysłu w końcu XX w. Używane
początkowo jedynie w lotnictwie, bardzo
szybko znalazły zastosowanie w nowej
generacji superszybkich pociągów i
statków. Wiele gałęzi przemysłu dopiero
odkrywa korzyści stosowania prepregów
i ich zalet ponad konwencjonalne materiały.
Czym jest prepreg?
Najkrócej rzecz ujmując jest to zbrojenie zaimpregnowane żywicą. Ze względu
na ilość systemów żywicznych, rodzajów
materiałów stanowiących wzmocnienie,
czy też ich formę, obecnie mamy możliwość doboru „prepregu idealnego”, który
będzie dostosowany do indywidualnych
wymagań klienta.
© Hexcel
www.composites.com.pl
Prepregi
możemy
podzielić na
prepregi
w postaci
jednokierunkowej
oraz
prepregi
w postaci
tkaniny.
Ze względu na formę, w jakiej występuje zbrojenie, prepregi możemy podzielić na:
- prepregi w postaci jednokierunkowej
- wzmocnienie w postaci rowingu,
jedynie w jednym kierunku (rys. po
lewej str.),
- prepregi w postaci tkaniny - wzmocnienie w wielu kierunkach (rys. po
prawej str.), w postaci tkaniny plecionej) lub też w postaci multiaxialnych
tkanin szytych.
Zbrojenie zapewnia prepregom
maksymalne własności mechaniczne:
doskonałą wytrzymałość i sztywność,
jak również dobre własności termiczne,
elektryczne oraz chemiczne, powodując
jednocześnie znaczne obniżenie wagi
elementu finalnego.
Ze względu na rodzaj materiału, z którego wykonano wzmocnienie, prepregi
możemy podzielić na:
- szklane (szkło typu E i R);
- węglowe (włókna standardowe, włókna HM oraz HS);
- aramidowe;
- polietylenowe.
Matryca, którą stanowi system żywiczny, łączy włókna w materiale kompozytowym i utrzymuje je w wybranej orientacji. Podstawowym celem żywicy jest
przenoszenie obciążeń na włókna oraz
ich osłona przed działaniem czynników
zewnętrznych. To żywica determinuje
maksymalną temperaturę przetwarzania
i pracy prepregu.
Ze względu na rodzaj systemu żywicznego, wyróżniamy prepregi:
- epoksydowe o bardzo dobrych własnościach mechanicznych;
- fenolowe o wyśmienitej odporności
na działanie ognia;
- bismaleimidowe BMI (oraz poliimidowe) o bardzo dobrej odporności na
wysokie temperatury.
Wyłącznie od zastosowanego systemu żywicznego zależy okres przydatności. Dla prepregów przechowywanych
w temperaturze ok. 0°C czas ten wynosi
ok. 3 miesięcy, w temperaturze (-18°C)
standardowy okres przydatności wynosi
12-18 miesięcy.

Więcej informacji na www.milar.pl
VII-IX 2013 Composites Review l 21