I. Stampaggio per compressione a caldo
Nel processo di stampaggio a compressione a caldo, il materiale viene riscaldato in un forno a una temperatura superiore a quella di fusione (340-430 gradi o 645-805 ℉), rapidamente (1-10 s) inviato allo stampo di formatura, stampato a compressione, quindi solidificato e raffreddato sotto pressione (700 - 7000 kPa o 100 - 1000 psi). Come mostrato nella Figura 42, nella produzione, lo stampo di pressoformatura-è solitamente una combinazione convessa-concava di struttura in acciaio o alluminio. Tuttavia, nel processo di prototipazione possono essere utilizzati materiali come gomma, legno, fenolici, ecc. Lo stampo completo può essere mantenuto a temperatura ambiente durante tutto il ciclo di formatura-solidificazione. Tuttavia, l'uso di stampi caldi (120-200 gradi o 250-390 ℉) consente il controllo della velocità di raffreddamento (evitando la deformazione delle parti e controllando la morfologia dei preimpregnati termoplastici semicristallini, come PEEK e polifenilene solfuro) e estende la finestra di stampaggio e favorisce un migliore scorrimento della laminazione.
Figura 42: Attrezzatura per la pressatura a caldo
Lo svantaggio principale di questo metodo è che la pressa applica la pressione in una sola direzione, rendendo difficile la produzione di parti con forme complesse (ad esempio, perline, angoli chiusi) o parti con supporti quasi-verticali. Poiché non è necessario modificare ciclicamente la temperatura del set completo di stampi con ciascuna parte, con lo stampaggio a pressa sono ottenibili tempi di prototipazione rapida compresi tra 10 minuti e 2 ore.
II. Termocoppia (sonda)
Una termocoppia (TC) è un dispositivo termoelettrico utilizzato per misurare con precisione la temperatura. Può essere collegato a un semplice dispositivo di lettura della temperatura o a un collegamento termico, un forno o altro tipo di controller per regolare il calore. Un TC è costituito da un singolo filo o due fili di metalli diversi, con un'estremità dei fili collegati insieme. Il connettore riscaldato genera una corrente elettrica che viene convertita in una lettura della temperatura da un monitor TC. Selezionare un tipo di cavo (J o K) e un tipo di connettore compatibile con le apparecchiature di monitoraggio della temperatura locale (connettori termici, forni, autoclavi, ecc.). I cavi TC possono essere collegati a diversi tipi di apparecchiature isolate; controllare la scheda tecnica del prodotto del produttore per assicurarsi che l'isolamento sia in grado di resistere alle temperature di polimerizzazione più elevate. Il filo isolato in teflon è generalmente adatto per la polimerizzazione a 390 ℉ (198,89 gradi) e inferiori; Per temperature più elevate è necessario utilizzare un filo isolato in poliimmide (Kapton).
III. Disposizione della termocoppia
Il posizionamento delle termocoppie durante tutto il processo di riparazione è fondamentale per ottenere temperature di polimerizzazione adeguate. In generale, le termocoppie utilizzate per il controllo della temperatura dovrebbero essere posizionate il più vicino possibile al materiale di riparazione senza incorporarle nel materiale di riparazione o creare rientranze durante il processo di riparazione. Dovrebbero inoltre essere posizionati opportunamente caldi o freddi per garantire che il materiale sia adeguatamente stagionato, ma non esposto a temperature eccessive che potrebbero degradare le proprietà strutturali del materiale. Le termocoppie devono essere posizionate il più vicino possibile all'area da monitorare. Quando si utilizzano termocoppie è necessario eseguire i seguenti passaggi.
-Almeno non meno di tre termocoppie per monitorare un ciclo di riscaldamento.
-Posiziona le termocoppie vicino al centro del cerotto se si incollano cerotti pre-polimerizzati.
-Le termocoppie di controllo possono essere posizionate al centro di un cerotto co-polimerizzato a bassa temperatura (200 gradi F (93,33 gradi) o inferiore), purché siano posizionate sopra un sottile foglio di metallo per evitare che le termocoppie penetrino nel cerotto. Ciò consente un controllo più preciso della temperatura del cerotto.
-Le termocoppie installate attorno alla toppa di riparazione devono essere posizionate a circa 0,5 piedi dal bordo della linea di colla.
-Posiziona il nastro adesivo sotto e sopra le punte della termocoppia per proteggerle da fuoriuscite di resina e per proteggere l'unità di controllo da cortocircuiti.
-Non posizionare le termocoppie sotto le porte del vuoto poiché la pressione potrebbe danneggiare i cavi e causare letture errate.
-Non posizionare i cavi della termocoppia accanto o attraverso i cavi di alimentazione della coperta di trasferimento di calore per evitare che le linee di flusso magnetico causino letture errate della temperatura.
-Non posizionare termocoppie di controllo in una riparazione sovrapposta di due- pollici della coperta termica per evitare che il controller tenti di compensare temperature più basse.
-Mantenere sempre allentati i cavi della termocoppia sotto il sacchetto del vuoto per evitare che la termocoppia venga allontanata dall'area di monitoraggio durante l'applicazione del vuoto.
IV. Monitoraggio termico dell'area da riparare
Per ottenere il massimo delle riparazioni strutturali dei compositi incollati, è essenziale che questi materiali siano polimerizzati entro l'intervallo di temperature consigliato. La mancata polimerizzazione alla temperatura corretta può produrre zone deboli o superfici incollate e può comportare il fallimento della riparazione in servizio. Le misurazioni termiche dovrebbero essere effettuate prima dell'installazione della riparazione per garantire che vengano raggiunte temperature adeguate e uniformi. L'indagine termica determina i requisiti di riscaldamento e isolamento, nonché la posizione del TC nell'area di riparazione. Le indagini termiche sono particolarmente utili per determinare i metodi di riscaldamento (moduli ad aria calda, lampade riscaldanti, metodi con coperte termiche e requisiti di monitoraggio in cui sono presenti radiatori nell'area di riparazione). Tutti i tipi di metodi di riscaldamento devono essere testati per evitare un riscaldamento inferiore-, eccessivo- o non uniforme dell'area di restauro.
V. Variazioni di temperatura nell'area da riparare
Le variazioni di temperatura nell'area di restauro possono avere diverse cause. I principali tra questi sono il tipo di materiale, lo spessore del materiale e la struttura sottostante dell'area di restauro. Per questi motivi è importante comprendere la composizione strutturale dell'area da riparare. Le sottostrutture presenti nell'area di restauro dirigono il calore lontano dall'area di restauro, creando un punto freddo direttamente sopra la struttura. Le superfici sottili si riscaldano rapidamente e possono surriscaldarsi facilmente. Le superfici più spesse assorbono il calore più lentamente e impiegano più tempo per raggiungere la temperatura di ammollo. Le misurazioni termiche possono identificare queste aree problematiche e consentire al tecnico di sviluppare le impostazioni di calore e isolamento necessarie per riscaldare uniformemente l'area da riparare.
VI. Misure termiche
Durante il processo di misurazione termica, provare a identificare possibili aree calde e fredde nell'area da riparare. Applicare temporaneamente una toppa dello stesso materiale e spessore, diverse termocoppie, coperte riscaldanti e un sacchetto a vuoto sull'area da riparare. Riscaldare l'area e registrare le temperature della termocoppia dopo che la temperatura si è stabilizzata. Se la temperatura della termocoppia varia di oltre 10 gradi dalla temperatura media, è necessario aggiungere un isolamento. Le aree con lunghe bande e nervature indicano temperature più basse rispetto al centro del cerotto perché agiscono come dissipatori di calore. Aggiungi isolamento a queste aree per aumentare la temperatura. Come mostrato nella Figura 43.
Figura 43: Legenda della misurazione termica
VII. Soluzioni ai problemi di dissipazione del calore
È possibile posizionare un ulteriore isolamento nell'area di riparazione. Questo isolamento può estendersi anche oltre l'area di riparazione per ridurre al minimo il trasporto di calore. Il materiale della valvola di ventilazione e il tessuto in fibra di vetro funzionano bene, sopra o all'interno del sacco a vuoto o sul retro accessibile della struttura. Metti più isolamento nelle zone fredde e meno in quelle calde. Se hai accesso al retro dell'area di riparazione, puoi posizionare lì ulteriori coperte termiche per riscaldare l'area di riparazione in modo più uniforme.
VIII. Tipi di rivestimento sovrapposto
Il tessuto asciutto viene impregnato di resina durante il processo di stratificazione a umido. Il sistema di resina viene miscelato prima di eseguire la riparazione. Stendere la riparazione su un pezzo di tessuto e impregnare il tessuto con resina. Dopo che il tessuto è stato impregnato, gli strati di riparazione vengono tagliati, impilati nella corretta direzione di stratificazione-e imballati con un aspirapolvere. Le riparazioni a umido-sono spesso utilizzate con la fibra di vetro per applicazioni non-strutturali. I tessuti asciutti in fibra di carbonio e Kevlar® possono essere utilizzati anche con sistemi di resina-applicati a umido. Molti sistemi di resina vengono polimerizzati con stratificazioni umide a temperatura ambiente, che sono facili da rifinire e il materiale può essere conservato a temperatura ambiente per lunghi periodi di tempo. Lo svantaggio della stratificazione a umido-a temperatura ambiente- è che non ripristina la resistenza e la durabilità delle strutture e dei componenti originali che sono stati polimerizzati a 250 ℉ (121 gradi) o 350 ℉ (176,67 gradi) durante il processo di produzione. Alcune resine per stratificazione a umido hanno proprietà migliorate utilizzando la polimerizzazione ad alta temperatura. Generalmente, le proprietà dei materiali wet layup sono inferiori a quelle dei preimpregnati.
Potrebbe essere necessario refrigerare le resine epossidiche prima dell'uso. Ciò impedisce alla resina epossidica di deteriorarsi. Le etichette sui contenitori indicano la temperatura di conservazione corretta per ciascuna parte. Le temperature di stoccaggio tipiche per la maggior parte delle resine epossidiche vanno da 40 ℉ (4,4 gradi) a 80 ℉ (26,67 gradi). Alcuni sistemi di resina richiedono la conservazione a una temperatura inferiore a 40 ℉ (4,4 gradi).
IX. Prepreg
I preimpregnati sono tessuti o nastri impregnati di resina durante il processo produttivo. Il sistema di resina è stato miscelato ed è in fase di polimerizzazione B. Il preimpregnato viene conservato in un congelatore a una temperatura inferiore a 0 ℉ (-17,78 gradi) per impedire un'ulteriore polimerizzazione della resina. Il materiale viene solitamente posizionato su un rotolo e il materiale di supporto viene posizionato su un lato del materiale in modo che i preimpregnati non aderiscano tra loro. Questo preimpregnato è appiccicoso e tende ad aderire agli altri strati durante l'impilamento. È necessario rimuovere il preimpregnato dal congelatore e consentire al materiale di scongelarsi, operazione che può richiedere fino a 8 ore per un rotolo completo. Conservare il preimpregnato in un sacchetto sigillato a prova di umidità. Non aprire questi sacchetti finché il materiale non è completamente scongelato per evitare che venga contaminato dall'umidità.
Dopo che il materiale è stato scongelato, impilato e rimosso dal materiale di supporto, tagliarlo in strati di riparazione, impilarli nella corretta direzione di stratificazione-e aspirare. Non dimenticare di rimuovere il materiale di supporto durante l'impilamento. Polimerizzare il preimpregnato con un ciclo di polimerizzazione più elevato; le temperature più comuni sono 250 ℉ (121 gradi) e 350 ℉ (176,67 gradi). Per curare i preimpregnati è possibile utilizzare vasche di pressatura a caldo, forni di polimerizzazione e leganti a caldo.
Se la parte è composta da diversi strati di preimpregnato, la polimerizzazione è necessaria perché una grande quantità di aria verrà intrappolata tra ogni strato di preimpregnato. Rimuovere l'aria intrappolata coprendo il preimpregnato con una pellicola distaccante perforata e uno strato traspirante, quindi applicare un sacco a vuoto. Sottovuoto per 10-15 minuti a temperatura ambiente. In genere, il primo strato di compensato consolidato viene applicato alla superficie dell'utensile e il processo viene ripetuto ogni 3 o 5 strati, a seconda dello spessore del preimpregnato e della forma del componente.
Conserva il preimpregnato, l'adesivo in pellicola e l'adesivo in schiuma in un congelatore a temperature inferiori a 0 ℉ (-17,78 gradi). Se è necessario spedire questi materiali, riporli in appositi contenitori riempiti di ghiaccio secco. Il congelatore non deve essere del tipo con sbrinamento automatico; il ciclo di sbrinamento automatico riscalda periodicamente l'interno del congelatore, il che può ridurre la durata di conservazione ed esaurire il tempo di fabbrica consentito del materiale composito. I congelatori devono essere in grado di mantenere una temperatura pari a 0 ℉ (-17,78 gradi) o inferiore; la maggior parte dei congelatori domestici soddisfa questo standard. I congelatori di grandi dimensioni possono essere utilizzati per celle frigorifere ad alta capacità. Se l'utilizzo è limitato, un congelatore a cassetto potrebbe essere sufficiente. I congelatori vengono utilizzati per conservare gli adesivi di laminazione e incollaggio e devono essere mantenuti a una temperatura prossima a 40 ℉ (4,4 gradi). Come mostrato nella Figura 44.
I preimpregnati non polimerizzati hanno limiti di tempo per la conservazione e l'utilizzo. Il tempo massimo consentito per la conservazione dei preimpregnati a basse temperature è chiamato durata di conservazione ed è generalmente compreso tra 6 mesi e 1 anno, come mostrato nella Figura 45. Il materiale può essere testato e la durata di conservazione può essere estesa dal produttore del materiale.
Figura 44: Stoccaggio dei materiali preimpregnati in una piccola camera di congelamento
Figura 45: Durata di conservazione dei materiali preimpregnati
Il tempo massimo consentito prima che il materiale polimerizzi a temperatura ambiente è chiamato vita meccanica. Il tempo consigliato per completare la pavimentazione e la compattazione a temperatura ambiente è denominato vita operativa. La vita operativa è più breve della vita meccanica. La vita meccanica viene misurata tra il momento in cui il materiale viene rimosso dal congelatore e il momento in cui viene rimesso nel congelatore. L'operatore deve registrare il tempo di entrata e di uscita dal congelatore. Il materiale che supera la sua durata meccanica deve essere scartato.
Molte strutture di manutenzione tagliano i materiali in kit più piccoli e li conservano in sacchetti a prova di umidità-che si scongelano più rapidamente dopo essere stati rimossi dal congelatore. Ciò riduce anche il tempo necessario affinché i grandi rotoli di materiale escano dal congelatore.
Tutti i preimpregnati congelati devono essere conservati in sacchetti a prova di umidità-per evitare la contaminazione da umidità. Tutti i preimpregnati devono essere protetti da polvere, olio, vapore, fumo e altri contaminanti. Per i lay-up di riparazione-è preferibile una camera bianca, ma se non è disponibile, i preimpregnati devono essere conservati in sacchetti o coperti con plastica. Coprire il bordo non protetto del preimpregnato con una membrana divisoria prima di iniziare la stratificazione-e pulire l'area riparata immediatamente prima di stendere lo strato di riparazione.
I preimpregnati sono sensibili alla temperatura. Temperature eccessivamente elevate causeranno l'inizio della polimerizzazione del materiale, mentre temperature eccessivamente basse lo renderanno difficile da maneggiare. Per le riparazioni degli aeromobili in climi molto freddi o molto caldi, l'area di riparazione deve essere protetta da una tenda attorno all'area. Preparare lo strato di riparazione preimpregnato in un ambiente a temperatura controllata e portarlo nell'area di riparazione immediatamente prima dell'uso.
X. Co-indurimento
La co-curing è un processo in cui due parti vengono curate contemporaneamente. L'interfaccia tra le due parti può avere o meno uno strato adesivo. La co-indurimento di solito comporta una qualità superficiale inferiore del pannello, che può essere evitata utilizzando un materiale di rivestimento secondario co-indurito nel ciclo di indurimento standard o una successiva operazione di omogeneizzazione del riempitivo. Le superfici co-polimerizzate possono anche avere proprietà meccaniche inferiori, richiedendo l'uso di valori di progettazione inferiori.
Una tipica applicazione di co-indurimento è l'indurimento simultaneo di rinforzi e pelli. Spesso una pellicola adesiva viene posizionata sull'interfaccia tra l'irrigidimento e la pelle per aumentare la resistenza alla fatica e alla pelatura. I principali vantaggi del processo di co-indurimento sono un buon adattamento tra i componenti di incollaggio e la garanzia di pulizia della superficie.
XI. legame secondario
L'incollaggio secondario utilizza componenti compositi pre-polimerizzati per unire due componenti compositi pre-polimerizzati insieme con uno strato di adesivo. I componenti sandwich a nido d'ape vengono generalmente incollati utilizzando un processo di incollaggio secondario per garantire prestazioni strutturali ottimali. I laminati co-polimerizzati sui nuclei a nido d'ape possono presentare strati deformati che sono penetrati nelle celle del nucleo. Di conseguenza, la rigidità e la resistenza alla compressione possono essere ridotte rispettivamente del 10% e del 20%.
I laminati pre-induriti sottoposti a fissaggio secondario solitamente presentano un sottile strato di adesivo in nylon o fibra di vetro sulla superficie di fissaggio. Sebbene lo strato staccabile-a volte ostacoli l'ispezione non-distruttiva dei laminati pre-stagionati, si è rivelato il metodo più efficace per garantire una superficie pulita prima dell'incollaggio. Una volta rimosso lo strato di peeling, si ottiene un'interfaccia incontaminata. Una leggera levigatura abrasiva rimuove le impronte di resina in eccesso dal tessuto dello strato staccato che, se rotto, può creare crepe nella linea di giunzione.
I compositi possono essere utilizzati per la riparazione strutturale, il restauro o il rinforzo di componenti in alluminio, acciaio e titanio. La combinazione di rinforzi compositi ha la capacità di rallentare o arrestare l'espansione delle crepe da fatica, sostituire le aree strutturali perse a causa dell'abrasione da corrosione e rafforzare strutturalmente le aree di bordo piccole e negative. Questa tecnica è comunemente utilizzata insieme all'incollaggio di metalli e alle riparazioni con incollaggio di compositi sugli aerei convenzionali. Per questa applicazione vengono comunemente utilizzati i nastri preimpregnati al boro con resine epossidiche.
XII. Co-legame
Nel co-incollaggio, una delle parti viene pre-indurita e la parte corrispondente viene indurita contemporaneamente all'adesivo. Gli adesivi per pellicole vengono spesso utilizzati per migliorare la resistenza alla pelatura.
Continua
Fonte Sito web pubblico "Composites Frontier".