Производство композитных изделий: Технологии изготовления композитов — СКБ-077

Некоторые методы изготовления продуктов из композитов / Хабр

Прошлый свой пост я посвятил истории композитных материалов. Я продолжаю занимать свой досуг этой теме и сегодня хочу рассказать немного о терминах и технологиях прототипирования с использованием полимерных композитов. Если вам нечем заняться длинными зимними вечерами, то вы всегда можете смастерить из углепластиковой ткани сноуборд, корпус для мотоцикла или чехол на смартфон. Конечно, процесс может в итоге выйти дороже, нежели покупка готового продукта, но интересно что-то мастерить своими руками.

Под катом — обзор методов изготовления изделий из композитных материалов. Буду вам благодарен, если в комментариях вы меня дополните, чтобы в результате получился более полный пост.

Композиционный материал создается минимум из двух компонентов с четкой границей между ними. Есть слоистые композитные материалы — например, фанера. Во всех же других композитах можно разделить компоненты на матрицу, или связующее, и армирующие элементы — наполнители. Композиты обычно разделают по виду армирующего наполнителя или по материалу матрицы. Подробнее об использовании композитов вы можете прочитать в посте История композиционных материалов, а эта публикация посвящена методам изготовления продуктов из композитов.

Ручное формование

В случае с изготовлением изделий единичными экземплярами наиболее распространенным методом является ручное формование. На подготовленную матрицу наносится гелькоут – материал для получения хорошей отделки на внешней части армированного материала, позволяющий также подобрать цвет для изделия. Затем в матрицу укладывается наполнитель – например, стеклоткань – и пропитывается связующим. Удаляем пузырьки воздуха, ждем, пока все остынет, и дорабатываем напильником – обрезаем, высверливаем и так далее.

Этот метод широко используется для создания деталей корпуса автомобилей, мотоциклов и мопедов. То есть для тюнинга в тех случаях, когда он не ограничивается наклейкой пленки «под карбон».

Напыление

Напыление не требует раскроя стекломатериала, но взамен нужно использование специального оборудования. Данный метод часто используется для работы с крупными объектами, такими как корпусы лодок, автотранспорт и так далее. Точно так же, как и в случае с ручным формованием, сначала анносится гелькоут, затем стекломатериал.

RTM (инжекция)

При методе инжекции полиэфирной смолы в закрытую форму используется оснастка из матрицы и ответной формы – пуансона. Стекломатериал укладывается между матрицей и ответной формой, затем в форму под давлением вливается отвердитель – полиэфирная смола. И, конечно, доработка напильником после отверждения – по вкусу.

Вакуумная инфузия

Для метода вакуумной инфузии необходим пакет, в котором с помощью насоса создается вакуум. В самом пакете располагается армирующий материал, поры которого после откачки воздуха заполняются жидким связующим.

Пример метода — для изготовления скейтборда.

Намотка

Метод намотки композитов позволяет сделать сверхлегкие баллоны для сжатого газа, для чего используют РЕТ-лейнер, подкачанный до 2-5 атмосфер, а также композитные трубы, используемые в нефтедобывающей отрасли, химической промышленности и в коммунальном хозяйстве. Из названия легко понять, что стеклоткань наматывают на подвижный или неподвижный объект.

На видео — процесс намотки стеклоткани на баллон.

Пултрузия

Пультрузия – это “протяжка”. При этом методе происходит непрерывный процесс протягивания композиционного материала сквозь тянущую машину. Скорость процесса составляет до 6 метров в минуту. Волокна пропускаются через полимерную ванну, где пропитываются связующим, после чего проходят сквозь преформовочное устройство, получая окончательную форму. Затем в пресс-форме материал нагревается, и на выходе мы получаем окончательный затвердевший продукт.

Процесс производства шпунтовых свай методом пултрузии.

Прямое прессование

Изделия из термопластов изготавливают в пресс-формах под давлением. Для этого используют высокотемпературные гидравлические прессы с усилием от 12 до 100 тонн и максимальной температурой около 650 градусов. Таким способом делают, например, пластиковые ведра.

Автоклавное формование

Автоклав необходим для проведения процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного с целью ускорить реакцию и увеличить выход продукта. Внутрь автоклава помещаются композитные материалы на специальных формах.

Продукты из композитов

Композитные материалы широко используются в авиастроении. Например, Solar Impulse построен из них.

Автопром.

Протезы и ортезы.

Спорт.

Если у вас появились дополнения, то обязательно напишите о них в комментариях. Спасибо.

ЭЗКМ / Технология производства изделий из композитов

 

---

 

 1. Контактное формование

         

Во время такого метода используются заранее подготовленные наполнители. Благодаря такому методу гарантируется высокая однородность продукции на прочность, и контролируются показатели. Однако качество получаемого изделия зависит в высокой степени от мастерства и опыта рабочих.

  Производство изделий из стеклопластика ручным формованием разделено на несколько этапов. Первый этап называется подготовительным, в процессе которого отчищается поверхность матрицы ожидаемого изделия, затем обезжиривается и в конце наносится слой разделительного воска. В конце первого этапа матрица покрывается защитно-декоративным слоем – гелькоутом. Благодаря такому слою формируется наружная поверхность будущего изделия, задается цвет и обеспечивается защита от действия вредных факторов, таких как вода, ультрафиолет и химические реагенты. В основном используют негативные матрицы для производства готового изделия. После того, как высохнет специальный слой гелькоут, можно перейти к последующему этапу, который называется формовка. В процессе этого этапа в матрицу закладывается изначально раскроенный стекломатериал, также можно использовать другой тип наполнителя. Далее идет процесс формирования «скелета» ожидаемого изделия. Затем смола с катализатором, предварительно смешанная, наносится на подготовленный стекломатериал. Смолу необходимо равномерно распределить благодаря кисточкам и мягким валикам по матрице. Последний этап можно назвать прикаткой. Его используют, чтобы удалить из еще не отверделого ламината пузырьки воздуха. Если их не удалить, то это скажется на качестве готового изделия, поэтому ламинат необходимо прикатать жёстким валиком. Когда готовое изделие застыло, его достают из формы и придают механообработке, включающую в себя высверливание отверстий, обрезку излишков стеклопластика по краям и др.

 Преимущества такого метода:

• существует реальная возможность получить продукт сложной формы и немалого размера с минимальными вложениями;
• конструкция изделия поддается легкому изменению, поскольку в изделие вводятся закладные детали и арматура, а цена оснастки и требуемого оборудования достаточно низкая;
• чтобы изготовить матрицу используется любой материал, который способен сохранить свои пропорции и форму.

 Недостатки такого метода:

• существенные затраты ручного труда;
• производительность достаточно низкая;
• качество изделия будет зависеть от квалификации формовщика;
• этот метод подойдет для выпуска мелкосерийной продукции.

2. Напыление.

         

 

 Для мелкого и среднесерийного производства подойдет именно такой метод. Метод напыления имеет множество достоинств по сравнению с контактным формованием, даже несмотря на то, что предстоят определенные затраты на покупку оборудования для этого метода.

  Специальная установка позволяет нанести защитное покрытие и пластик. Благодаря чему не понадобится предварительный раскрой материала и приготовление связующего вещества, вследствие чего резко сокращается часть ручного труда. Специальные установки автоматически производят жёсткий отсчет доз смолы и отвердителя, также они осуществляют рубку ровинга на части необходимых размеров (0,8 — 5 см). После процесса рубки части нити должны попасть в струю связующего и пропитаться во время переноса на матрицу. За счет ручного труда осуществляется уплотнительный процесс для стеклопластика в матрице с помощью прикаточного валика. 

Ряд преимуществ при производстве стеклопластика методом напыления:

 

• происходит экономия времени и полезных площадей за счет того, что не надо раскраивать материал и подготавливать связующее вещество;
• можно уменьшить количество производственных площадей за счет снижения числа специально подготовленных мест для формовки;
• скорость формования изделия увеличивается;
• контроль над качеством продукции упрощается;
• фонд заработной платы существенно экономится;
• за счет того, что ровинг – относительно недорогой материал, то существенно понижается стоимость полученного изделия.

 Когда связующее вещество готовится небольшим количеством, то при ручном формовании на инструментах и стенках тары остается до 5% связующего вещества, что довольно неэкономично. Известно, что от мастерства и опыта оператора установки будет зависеть качество полученного продукта. Этот метод использует ту же оснастку, что и во время ручной формовки.

 

3. Пултрузия.

 Технология пултрузии основывается на производстве непрерывным способом профильных изделий из волокнистых пластиков одноосно-ориентированных. Профильное изделие с неизменным поперечным сечением из подходящего материала как раз и можно получить методом пултрузии.

 Благодаря специальной пултрузионной машине происходит изготовление профиля из стеклопластика. Такая машина состоит из секции для подачи армирующих материалов, фильера, из секции для пропитки, тянущего агрегата, блока управления нагревательными элементами и из секции для обрезки. Паковку ориентированного волокна лучше укреплять в сухом состоянии и пропитывать полимерной композицией, прокачиваемой через сухую паковку. Благодаря такой технологии в материал не попадет воздух. Излишки смолы стекут обратно в поддон и поступят на рециркуляцию. Ровинг, который используется, как армирующий материал сматывается с бобин в сухом состоянии и собирается в пучок специальным способом. Затем материал поступает в устройство пропитки – это специальная ванна со смолой, где полностью смачивается полиэфирным, эпоксидным или другим связующим. Затем уже пропитанный материал отправляется в нагретую фильеру, задачей которой является сформировать конфигурацию профиля. Затем композиции затвердевает при указанном температурном режиме. В итоге получился профиль из стеклопластика, конфигурация которого повторяет форму фильеры.

 Доказано, что изделия, полученные путем пултрузации, по свойствам превосходят детали, выполненные классическими методами формования. Увеличение стоимости такого метода обуславливается рядом преимуществ, которые характерны для этого процесса. К преимуществам можно отнести строгость контроля натяжения и направленность волокна, уменьшение количества пор и удержание неизменного содержания волокна в композите. Очевидно, что даже свойство межслоевого сдвига однозначно улучшается. На данный момент разработано несколько вариантов главного процесса пултрузии, которые интересуют многих и много значат для промышленности. Их преимуществами являются хорошие электрические, физические, химические и тепловые свойства, высокая производительность и отличный допуск по размерам. Для изготовления постоянных пластинчатых и листовых полуфабрикатов как раз и предназначен один из таких методов пултрузии.

  Однако каждый метод имеет свои недостатки. Для этого метода характерен такой недостаток, как скорость процесса, которая будет зависеть от температуры и скорости затвердевания связующего. Обычно она невелика для низкотеплостойких полиэфирных смол. Ещё одним недостатком является то, что тяжело предоставить постоянное сечение изделия по длине, за исключением изделий с не особо сложной формой сечения – квадратной, круглой, двутавровой и других. Чтобы получить изделие необходимо использовать только нити или жгуты. Однако за последнее время эти недостатки метода получения профильных изделий помаленьку устранились и применение этого процесса заметно расширилось. Композиция, которая основывается на поливиниловых эфирах и эпоксидных смолах используются в качестве полимерных матриц. Применение таких полимерных матриц на основе полисульфона, полиэфирсульфона и пластифицированного полиимида дает возможность достигнуть скорости формования стержней диаметром около пяти мм со скоростью порядка сто два м/мин.

  Чтобы получить сложные армированные профильные изделия, необходимо воспользоваться методом протяжки слоистых материалов, которые состоят из волокнистых матов или тканей. На текущий момент разработаны методы получения трубчатых изделий, которые сочетают в себе намотку спирального слоя и протяжку. Лопасти ветряных двигателей, которые имеют сложный профиль поперечного сечения, можно привести в качестве примера использования материалов, имеющие сложную схему армирования. Уже разработана оснастка для формования полуфабрикатов для листовых автомобильных рессор, которые имеют криволинейную поверхность и непостоянное поперечное сечение.

 

4. Намотка.

 Одним из самых многообещающих методов формования изделий из стеклопластика выступает метод намотки волокном, за счет того, что он создает требуемую структуру наполнителя в фабрикатах в зависимости от их формы и особенностей эксплуатации. Благодаря использованию жгутов, лент, нитей в качестве наполнителей позволяет обеспечить максимальную прочность изделий. Тем более, что такие наполнители являются наиболее дешевыми.

 Процесс намотки волокном можно назвать относительно несложным методом, в котором на вращающуюся оправку наматывается армирующий материал в виде постоянного ровинга (жгута) или нити (пряжи). Специальные механизмы следят за углом намотки и нахождением армирующего материала. Эти устройства передвигаются со скоростью, совпадающей с вращением оправки. Материал обертывается вокруг оправки в виде полос, соприкасающихся друг с другом, либо по какому-то специальному рисунку до полного перекрытия оправочной поверхности. Идущие друг за другом слои, могут наноситься под одним углом или под разными углами намотки, пока не наберется требуемая толщина. Угол намотки меняется от очень малого, который имеет название продольного, до большого – окружного. Такое расположение подразумевает 90⁰ относительно оси оправки, захватывая все углы спирали этого интервала.

  Термореактивная смола служит связующим веществом для армирующего материала. В процессе мокрой намотки смола наносится непосредственно во время самой намотки. Процесс сухой намотки основан на применении ровинга, который предварительно пропитывается смолой в В-стадии. Затвердение осуществляется при увеличенной температуре без лишнего давления. Завершающая стадия процесса основывается на взятии изделия с оправки. По необходимости можно провести отделочные операции: обработку механическим путем или шлифовальный способ. Основной процесс намотки характеризуется множеством вариантов, которые различаются лишь характером намотки, а также особенностями конструкции, сочетанием материалов и разновидностью оборудования. Конструкцию необходимо намотать как на поверхности вращения. Однако существует возможность отформовать изделия и другого вида, например, сжатием еще незатвердевшей намотанной детали внутри закрытой формы.

 Конструкция получается похожа на гладкий цилиндр, трубу или тюбинг, диаметр которых получается от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Намотка позволяет формовать изделия конической, сферической и геодезической формы. Чтобы получить сосуды высокого давления и резервуары для хранения, в намотку необходимо ввести торцевую заглушку. Есть возможность сформовать изделия, которые будут работать в нестандартных условиях нагружения, например, наружное или внутреннее давление, нагрузки на сжатие или крутящий момент. Термопластичные трубы и сосуды из металла высокого давления укрепляются при намотке наружными бандажами. Полученным изделиям характерна высокая степень точности. Однако существует и другая сторона процесса намотки, для такого процесса характерны меньшие скорости производства. Плюсом является то, что для намотки сгодится абсолютно любой постоянно армирующий материал.

 Для процесса намотки можно использовать машины разных типов: от различных токарных станков и машин на основе цепного привода до более сложных компьютеризованных агрегатов, характеризующимися тремя или четырьмя осями движения. Применяются также машины, которые непрерывно производят трубы. Для удобства намотки больших резервуаров должно быть спроектировано портативное оборудование на месте установки.

Основные достоинства метода намотки:

• доходный с точки зрения экономики метод укладки материала за счет быстроты процесса;
• возможность регулировки соотношения смола/стекло;
• малый собственный вес, но при этом высокая прочность;
• данный метод не расположен к коррозии и гниению;
• относительно недорогие материалы;
• хорошая структура ламинатов, за счет того, что профили обладают направленными волокнами, и хорошее содержание стекломатериалов.

 

5. Прессование.

 Процесс прессования состоит в непосредственном придании нужной формы изделию под воздействием высокого давления, которое образуется в пресс-форме при температуре быстрого затвердения материала. Благодаря внешнему давлению в материале, который прессуется, происходит его уплотнение и частичная деструктуризация прежней структуры. Трение между соприкасающимися частичками материала, которое образуется во время уплотнения, вызывает появление тепловой энергии, которая однозначно приведет к плавлению связующего вещества. После того, как материал перейдет в вязкопластичное состояние, он растекается в пресс-форме под действием давления, образуя целостную и уплотненную структуру. Процесс затвердевания основан на протекании реакции сшивки макромолекул благодаря поликонденсации между свободными группами связующего вещества. Для реакции необходимо тепло, в процессе которого происходит выделение низкомолекулярных, летучих веществ таких как, метанол, вода, формальдегид, аммиак и др.

 Параметры для технологии прямого прессования:

• температура заблаговременного подогрева;
• давление прессования;
• температура прессования;
• временная выдержка под давлением;
• параметры подпрессовок;

 Давление направленно действует на материал, находящийся в полости формы, при прямом прессовании, поэтому детали формы могут преждевременно износиться. В зависимости от типоразмеров изделия цикл прессования может составлять от 4 до 7 мин. Прямое прессование пластиков для армирования имеет две разновидности, которые зависят от того, как пропитывается волокнистый наполнитель:

• Прессуются сухие, предварительно пропитанные холсты и ткани;
• Прессуются с пропиткой именно в форме.

 Большей популярностью пользуется первый способ. Для выполнения изделий относительно простой формы применяется прямое прессование. Благодаря высоким требованиям, предъявляемых к качеству наружной поверхности детали, были созданы автоматические установки для дозировки компонентов при приготовлении заготовок из препрегов. Спроектированы специальные автоматические манипуляторы, которые загружают пакеты заготовок в многогнездные формы пресса. Поколение новых прессов высокой точности оснащены современными системами контроля, благодаря которым можно получить детали с высококачественной поверхностью, а их стоимость примерно одинакова со стальными деталями.

 

6. Технология SMC.

 Серьёзным препятствием для распространения композиционных материалов является плохое приспосабливание традиционных технологий их выпуска к потребностям современного крупносерийного производства, к тому же полностью автоматизированного. На сегодняшний день композитные детали все-таки остаются «штучным товаром». Дорогой труд опытного персонала вносит высокий вклад в долю стоимости этих материалов. Несмотря на это, за последние годы мы достигли значительного прогресса в подготовке автоматических методов производства композитов. SMC-технология стала одной из самых востребованных разработок.

 Конечные изделия по такой технологии подлежат двухстадийному процессу. Первая стадия технологии характеризуется тем, что производится препрег на автоматической конвейерной установке, а уже на второй стадии происходит переработка препрега в стальных пресс-формах в готовые детали. Опишем эти этапы подробнее. Ненасыщенная полиэфирная смола используется в качестве основы для связующего материала. К ее достоинствам относится низкая цена и короткое время отверждения. Армирующим компонентом выступает рубленое стекловолокно, которое хаотично распределяется в объёме листа. Долгое хранение в течение нескольких месяцев при комнатной температуре обеспечено системой отверждения смолы. Химические загустители увеличивают вязкость связующего после того как стекловолокно было пропитано на несколько порядков, благодаря чему улучшается технологичность препрега, а также увеличивается срок его хранения. Минеральные наполнители, которые вводятся в связующее в большом количестве, повышают огнестойкость готовых изделий и, а качество их поверхности заметно улучшается.

 Получившийся препрег, подлежит переработке в автоматическом процессе благодаря прессованию в обогреваемых стальных пресс-формах. Эти формы по конструкции похожи на литьевые формы для термопластов. Благодаря рецептуре связующего препрег твердеет при температуре 150 С и давлении 50-80 бар со скоростью ~30 сек/мм толщины. Очень низкая усадка при затвердении является важной особенностью технологии SMC. Благодаря высокому содержанию минерального наполнителя и специальных термопластичных добавок усадка получается величиной до 0,05%. У полученных изделий ударная вязкость составляет 50-100 кДж/м², а разрушительная прочность на изгиб – 120-180 МПа. Экономически целесообразно использовать SMC технологию при получении высококачественных композитных изделий большими партиями от нескольких тысяч до сотен тысяч в месяц. На европейском рынке похожих материалов выпускается сотни тысяч в год. Электроэнергетическая, автомобильная и железнодорожная промышленности являются крупнейшими потребителями этих материалов.

 

7. Метод RTM (Resin Transfer Moulding).

 Метод RTM основывается на пропитке и формовании композитов под давлением, в процессе которого связующее вещество переходит в закрытую матрицу, в которой уже содержится наполнители или преформы. Различные ткани разнообразного переплетения могут выступать как армирующий материал, например, мультиаксиальный или эмульсионный материал, и порошковые стекломаты. Связующим веществом выступает смола, которая гелеобразуется 50–120 мин, имеющая низкую динамическую вязкость. ГОСТ 28593-90 определяет вязкость и время гелеобразования смолы.

 RTM-classic

 Такой метод отлично подойдет для стандартных объёмов 500 –10000 изделий в год. Конструкция матрицы состоит из композиционных или стальных форм, которые повторяют с двух сторон внешние обводы детали. Конструкции обладают высокотемпературными характеристиками, которые удерживаются точным совмещением закрытых стальных рам, которые поддерживаются в местах зажимов.

 RTM-Light

 Этот метод идеален для производства матриц 0,2м² до 100м². Конструкция матрицы состоит из композиционных или стальных форм. Контур матрица состоит из более легкой и гибкой конструкции. Половинки матрицы соединяются между собой под воздействием вакуума.

Преимущества технологии RTM:

• автоматизированное производство, благодаря чему уменьшается случайный характер вмешательства человека;
• происходит сокращение и контроль количества используемого сырья;
• снижено влияние материла на экологию;
• улучшены условия труда;
• создаются относительно прочные изделия, за счет лучшей пропитки;
• относительно дешевое оборудование.

 

---

 

 

НА ГЛАВНУЮ СТРАНИЦУ

Производители композитных изделий

При размещении (вводе) своих персональных данных на сайте http://igc-market.ru пользователь дет свое согласие ИП Ляшенко Марина Владимировна ИНН 540953095093 (Россия, 630025, г. Новосибирск, а/я 324) на обработку своих персональных данных, указанных при регистрации или оформлении заказа, со следующими условиями:

1. Согласие дается на обработку персональных данных, как без использования средств автоматизации, так и с их использованием.

2. Согласие дается на обработку следующих персональных данных:
• Фамилия Имя Отчество;
• Номера контактных телефонов;
• Адреса электронной почты;
• Адрес проживания;
• Паспортные данные.

3. Персональные данные не относятся к общедоступным.

4. Целью обработки персональных данных является – осуществление комплекса действий направленных на достижение цели, в том числе:
• в целях обеспечения поставки товара клиенту,  в том числе отправки товара клиенту Транспортной компанией;
• в целях исполнения требований законодательства РФ.

5. Основанием для обработки персональных данных является Ст. 24 Конституции Российской Федерации; ст.6 Федерального закона №152-ФЗ «О персональных данных», иные федеральные законы и нормативно правовые акты.

6. Настоящее согласие предоставляется на осуществление следующих действий с персональными данными: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (распространение, предоставление, доступ), обезличивание, блокирование, удаление, уничтожение.

7. Передача персональных данных третьим лицам осуществляется на основании установленного законодательства Российской Федерации, договора с участием Пользователя или с согласия Пользователя. 

8. Согласие может быть отозвано Пользователем, путем направления письменного заявления  на электронный адрес [email protected]

Принимаю условия обработки персональных данных

Принимаю условия

Готовый бизнес план цеха по производству композитных изделий

Сейчас выпускать композитные изделия выгодно. В стране уже сформирован спрос на некоторые композитные товары. Этот спрос нужно и можно воспитывать, растить, расширять.

Представление об изделиях из композиционных материалов очень близко к представлению об идеальных вещах: они чрезвычайно легки, прочны, надежны, технологичны. Развитые страны давно устроили у себя “композитную революцию”. В обозримом будущем нечто подобное ожидает и Украину, и чем раньше отечественные бизнесмены займутся подобным производством, тем больше шансов заблаговременно набраться опыта и устоять в конкуренции с коллегами.

Наконец, два основных фактора, способствующих освоению высокотехнологичных сфер, в стране есть. Это высокий образовательный уровень и дешевый труд.

Человеческим языком

• Композит, композиционный материал — класс материалов, состоящих из нескольких веществ и обязательно содержащих армирующие, усиливающие элементы.
• Углепластик — под этим понятием чаще всего подразумевают композит с армирующими углеродными нитями.
• Матрица (1), или связующее — отвердевшее вещество, в которое погружены армирующие волокна. Служит для их соединения в целостную конструкцию.
• Матрица (2), или форма — изделие, заполняемое еще не отвердевшим композитным материалом. Готовый композитный элемент — зеркальный слепок с матрицы.
• Мастер-модель (в некоторых технологиях) — точный прообраз будущей композитной детали. Мастер-модель служит для формовки матрицы (2).

Деньги

Самое интересное в композитной теме — просто-таки ничтожные инвестиции в производство начального уровня. Оснастка “минимального” цеха (гаражного типа), выпускающего по индивидуальным заказам небольшие элементы вроде стеклопластиковых автотюнинговых обтекателей, — это буквально несколько сот USD.

Цех с механизацией, рассчитанный на производство сравнительно массовых штуковин вроде лодочных корпусов, весел, тур- или спортинвентаря, потянет примерно $20-50 тыс. Ну а завод, способный проектировать и выпускать корпуса яхт, химических реакторов и другие ответственные вещи, — это миллионные вложения. Во всех случаях основная составляющая композитного производства — матрицы, формы для изделий. Именно они — главное богатство производителя.

Почти то же самое касается и производства изделий из литьевого камня. Затраты на цеха различной оснащенности в этой подотрасли аналогичны капвложениям в производство стеклопластиковых изделий.

Если говорить грубо, килограмм стеклопластикового изделия обходится покупателю в среднем в $10. Лодка стоит $300-400, обтекатель на трейлер — $50-100, лопасть для весла — $30, самолетный планер (легкая авиация) — примерно $50 тыс., небольшая яхта — до $100 тыс.

Углепластиковые изделия дороже в 4-5 раз. Самое интересное, что в стране полно любителей, готовых заплатить $1,5 тыс. за байдарку (не считая весел) или $1 тыс. за “голую” велосипедную раму (без руля, передней вилки, колес и оборудования).

Себестоимость

В готовом стеклопластиковом продукте около 30% массы приходится на стеклоткань (можно применять минеральную ткань), 1,5-2% — на катализатор, остальное — на полиэфирную (или эпоксидную, или иную) смолу.

Исходя из средних цен на компоненты (см. главку “Сырье” на стр.77) с учетом “допуска” на энергию, зарплату, текущие расходы, нетрудно вычислить, что возможная себестоимость стеклопластикового изделия — около $5-6 за 1 кг. Естественно, производители не распространяются относительно реальных “себестоимостных” показателей. Если учесть, что рыночные цены на тот же “средний” 1 кг стеклопластикового изделия — примерно $10, легко оценить сегодняшнюю рентабельность процесса: она может достигать 100%. Впрочем, реальная рентабельность наверняка ниже: цифру омрачают простои, непредвиденные расходы и пр.

Перспективы

На каких изделиях из композитов в ближайшем будущем будут зарабатываться серьезнейшие деньги? Прозрачно намекаем: они будут зарабатываться на производстве композитных изделий для электроэнергетики, электротранспорта и химпрома, а также на производстве товаров народного потребления (ТНП).

Речь, прежде всего, идет о всяческих изоляторах: например, стеклопластиковые уголки для изоляции подножек, базальтопластиковые токоприемные штанги, высоковольтные изоляторы. Не меньший “аншлаг“ обещает применение композитов “химической направленности” для изготовления разнообразных емкостей, реакторов, термостойких втулок, автоматических регуляторов.

О товарах народного потребления уже сказано (между прочим, в Европе пластиковые пуговицы считаются некачественными, а стеклопластиковые — качественными).

Интересны перспективы композитов в подводной технике. Для Греции отечественные компании уже строят туристические подводные аппараты, для Китая — блоки плавучести для “беспилотных” геологоразведчиков в глубоких пришельфовых зонах.

А вот мода на “прибамбасы” в “легковом” автодизайне, в общем-то, проходит. Народ понял, что спойлеры и антикрылья на легковушках не слишком нужны. Зато функциональный тюнинг для грузовиков (обтекатели) позволяет экономить 30% горючего. Такой обтекатель, по свидетельству “дальнобойных” водил со стажем, окупается на 500-1000 км пробега.

Теперь об электроэнергетике, точнее — о ветроэнергетике.

Украина, как ни странно, по быстроте развития оной занимает в СНГ одно из лидирующих положений. А крылья ветротурбин, напомним, во всем мире делают почти исключительно из стеклопластика. Из него же можно строить и “несущие элементы” ветроэлектростанций — башни. Названный рынок в Украине сулит “композитчикам” огромные перспективы. Его емкость, по минимуму, оценивается в $150-200 млн. По прогнозам авторитетнейших западных энергетических изданий, в так называемых развитых странах примерно к 2006 году стоимость ветроэлектроэнергии сравняется с ценой энергии, вырабатываемой ТЭС. Возможно, именно тогда, учась на чужих примерах, украинскую ветроэнергетику станет дотировать государство. По крайней мере, документов (и дополнений к документам) оно разработало на этот счет множество. Достаточно вспомнить “Комплексную программу строительства ВЭС до 2010 года” (которая, кстати, теоретически предусматривает госфинансирование) и законы Украины “Об энергосбережении”, “Об альтернативных источниках энергии”, “О внесении изменений в некоторые законодательные акты Украины о стимулировании развития ветроэнергетики в Украине”.

Маркетинг

В “стеклопластиковом” бизнесе сейчас намного удобнее и выгоднее найти большой промышленный заказ, нежели серийно производить “нецелевые” ТНП. Модифицировать эту сбытовую модель пока крайне трудно. Работать с магазинами “композитчикам”, выпускающим ТНП, невыгодно: продукт сравнительно дорог и мало распространен. Поэтому “ТНПшники” торгуют, как правило, через собственный офис.

Хороший канал сбыта — заказы всяческих госорганизаций или мэрий. Например, построить аквапарк стоит минимум $50 тыс., “обвешать” антивандальными стеклопластиковыми сиденьями средний стадион — минимум $200 тыс.

Рекламные мероприятия оправданны, если их “мишень” — массовый покупатель.

Разрешительные документы

Руководящих документов для композитных производств немного. Прежде всего это медицинские нормы допустимой концентрации вредных испарений (смолы-то связующие, пока не затвердеют — жутко вредны). Прежде чем работать, надобно написать техусловия на “производственные вредности”. В них нужно рассчитать концентрацию паров и доказать, что с учетом защитных мер она не превысит медицинской нормы. Этот акт — дело обязательное, но бесплатное. Впрочем, санэпидемслужба может запросить некую сумму за консультации.

В нем совершенно нет ничего сложного. Путь ходатайствующего о разрешении предпринимателя лежит в мэрию и ее комитеты (архитектурный, энергетический, коммунальный, экологический), а также к “санэпидемистам” и охранникам труда. Представители этих служб обычно не сильно упираются в таком малоопробованном деле, как композитное.

Стоит помнить!

В число защитных средств, согласно санитарным ТУ, входят вентиляция и противогазы. С вентиляцией понятно (общецеховая система, вытяжки). Вложения в нее в “гаражном” цехе — сотня американских долларов, в серьезном производстве — около $1 тыс. С противогазами сложнее. Современные полиэфирные смолы (самый распространенный материал матрицы) крайне летучи и, по данным торговцев смолами, “пронзают” большинство противогазовых фильтров. Поэтому желательно иметь специализированные маски, предлагаемые теми же торговцами (цена одной маски — около $30). Нужна и спецодежда. Если неохота переплачивать за фирменную, брюки-куртки-рукавицы можно купить в строймаге или недорого заказать у швейников.

Сырьё

Украинское стекловолокно и стеклоткань для композитов годятся, но с оговорками. По мнению практиков, они изначально не предназначены для такой роли и нуждаются в дополнительной подготовке (отжиге), поскольку содержат парафин, мешающий взаимодействию со смолами. Впрочем, отечественные “волоконщики” всегда готовы сделать много “правильной” стеклоткани, но для этого им нужен заказ тонн этак на пятьдесят. Крупнейшие украинские заводы стекловолокна находятся в Мерефе (Харьковская обл.), Бердянске (Запорожская обл.) и Северодонецке (Луганская обл.).

Килограмм хороших импортных стеклонитей или ткани стоит $2-8. Погонный метр отечественной стеклоленты стоит 2-3 грн. — примерно в 3-4 раза дешевле импорта.

Угольное волокно примерно вдесятеро дороже стеклоткани.

Вяжущее — это в основном пластмассы: термопласты (полиэтилен) и реактопласты (лучшая по механическим свойствам — эпоксидка, по цене — полиэфирные смолы). Параметры украинских смол не нравятся производителям (не только “композитчикам”, но и заводам минеральной ваты или древесных плит). Импортные полиэфирные смолы стоят $2-5 за 1 кг.

Технология и помещение

Суть композитного производства проста. Нужно всего лишь залить смолой “выемку”, которой “зеркальным образом” уподобится готовая деталь. В простейшем технологическом варианте “заливка” выглядит как прикатка вымоченных в полимере кусков стеклоткани малярскими валиками. Процедура, несмотря на видимую простоту, требует навыка и квалификации.

“Выемку” (матрицу, форму) можно лепить их подручного материала: фанеры, реек или из того же стеклопластика. Основная ценность любого композитного производства — именно набор (парк) матриц. В этом наборе — 90% всего капитала, вложенного в цех. Старые матрицы можно легко применить для новых заказов.

Размеры композитного цеха весьма произвольны и зависят только от конфигурации изделий и матриц. Тратиться обычно приходится на аренду (примерно $1 тыс. в месяц), на устройство вентиляции (для небольшого цеха — 1-3 сотни долларов), на отопление и электричество (сотня-другая долларов в месяц).

Градация композитных цехов по затратам примерно такова

1. Простейший цех с ручным нанесением смолы (ламинированием). Оборудование: малярные валики, щетки, емкости. Первоначальные вложения — около $2 тыс. Мощность — десяток-другой кг стеклопластика в день.

2. Машинное ламинирование (напыление). Оборудование: аппарат — гибрид компрессора и дозатора компонентов (гласкрафт-автомат; стоит примерно $15 тыс.), пистолетные “органы” для напыления ($0,25-0,5 тыс.). Инвестиции в оборудование —$40 тыс. и более. Цех с этой техникой способен “освоить” 100 или больше кг стеклопластика за день.

3. Индустриальное производство. Сверх описанных, здесь применяют промышленные методы формовки (пультрузия — производство профильных изделий, вакуумная формовка и т.д.), автоматическую намотку стеклонитей, узкоспециализированные агрегаты. Размеры матриц и изделий могут исчисляться десятками метров. Цеховое “железо” стоит сотни тысяч, а то и миллионы долларов.

Интересно, что технику для индустриального производства можно купить не только на дальнем Западе, но и в России. Проблема российских машиностроителей — в недостатке заказов. Отсюда — некоторая стагнация опытно-конструкторских работ. Напомним, производительность этой техники в сотни раз больше, чем у “гаражного” производства.

Персонал

Средняя нагрузка на рентабельный цех композитов не так уж велика, авралы сменяются простоями, поэтому рабочий режим “пролетария” напоминает вахтовый. Самого персонала в “начинающем” цехе — человека три-четыре; в среднем механизированном — с десяток; на крупном производстве — 30-50.

Где брать квалифицированный персонал? Стоит помнить, что многие мощные “композитчики” в Украине “ответвились” от специализированных институтов, некогда выпускавших или проектировавших военные корабли и самолеты, ракеты, радиооборудование. Это Киевский институт композиционных материалов, столичное АНТК имени Антонова, Харьковский авиационный институт, Николаевский кораблестроительный институт, феодосийский завод “Судокомпозит” (список далеко не полный). Подобные учреждения способны подготовить вполне боеспособный персонал.

Зарплата на самих производствах может серьезно разниться в зависимости от региона (географического месторасположения предприятия), размера фирмы, степени загрузки производства, квалификации самого работника. Она обычно соизмерима с “гонораром” квалифицированного “машиностроительного” станочника (работающего в том же городе). У киевских производителей в урожайный месяц “пролетариат” получает гривень 700.

Важнейший “кадр” на производстве изделий из полимербетона — дизайнер. Заработок у него тоже разный. Он соизмерим с вознаграждением хорошего дизайнера мебели. Поэтому речь стоит вести о некой минимальной месячной зарплате — от $200.

Современные технологии производства изделий из композиционных материалов

Чернышов Е.А., Романов А.Д. // Журнал Современные наукоемкие технологии. – 2014. – № 2. – С. 46-51;

В статье представлено современное состояние технологий производства изделий из композиционных материалов, включая сведения о применяемых технологиях, программном обеспечении, оборудовании для создания матриц, оборудовании для создания композиционных изделий, оборудование контроля геометрии изделия и неразрушающего контроля.

Композиционный материал представляет собой материал, структура которого состоит из нескольких компонентов различных по своим физико-механическим свойствам: металлические или неметаллические матрицы с заданным распределением в них упрочнителей, их сочетание придает композиционному материалу новые свойства. По характеру структуры композиционные материалы подразделяются на волокнистые, упрочненные непрерывными волокнами и нитевидными кристаллами, дисперстноупрочненнные материалы, полученные путем введения в матрицу дисперсных частиц упрочнителей, слоистые материалы, созданные путем прессования или прокатки разнородных материалов [1].

Сегодня композиционные материалы особенно востребованы в различных отраслях промышленности. Первые суда из стеклопластика были изготовлены во второй половине 30-х годов двадцатого века. С 50-х годов стеклопластиковое судостроение получило широкое распространение в мире, было построено значительное число яхт, рабочих и спасательных катеров и рыболовецких судов, десантно-высадочных судов и др. [2, 3]. Одним из первых применений в авиации композиционных материалов явилось изготовление из углепластика в 1967 г. панелей задней кромки крыла самолета F-111A. В последние годы в изделиях аэрокосмического назначения все чаще можно встретить конструкции из трехслойного «сэндвича» сотовым алюминиевым заполнителем и обшивками из углепластика. В настоящее время порядка 50 % от общей массы самолета Boeing 787 или Airbus A350 составляют композиционные материалы. В автомобилестроении композиционные материалы применяются достаточно давно, в основном получили развитие технологии изготовления аэродинамического обвеса. Ограниченно композиционные материалы применяются для изготовления деталей подвески и двигателя.

Однако до последнего времени на предприятиях использовалась в основном ручная выкладка деталей из композитов, а серийность выпускаемой продукции не требовала глубокой автоматизации процессов. Сегодня с развитием конкуренции на рынке не обойтись без современных средств проектирования и подготовки производства, а также без эффективного оборудования для работы с композитами.

Технологии создания изделий из композиционных материалов

В большинстве случаев в качестве связующего наполнителя используется химически отверждаемая термореактивная смола, процесс отверждения характеризуется экзотермической химической реакцией. В основном используются полиэфирные, эпоксидные, фенольные и высокотемпературные смолы. Чаще всего в изготовлении деталей сложной конфигурации применяют технологии суть которых заключается в выкладке «сухой» основы с последующей пропиткой связующим составом («влажная» формовка, намотка, инжекция, Resin Transfer Molding / RTM) или с поочередной выкладкой «сухой» основы с пленочным клеем (вакуумная пропитка, Resin Film Infusion / RFI). Существует несколько основных технологий изготовления деталей из композиционных материалов, включая ручные и автоматизированные методы:

• пропитка армирующих волокон матричным материалом;
• формирование в пресс-форме лент упрочнителя и матрицы, получаемых намоткой;
• холодное прессование компонентов с последующим спеканием;
• электрохимическое нанесение покрытий на волокна с последующим прессованием;
• осаждение матрицы плазменным напылением на упрочнитель с последующим обжатием;
• пакетная диффузионная сварка монослойных лент компонентов;
• совместная прокатка армирующих элементов с матрицей и др.

Кроме того широкое распространение получила технология изготовления деталей с использованием препрегов (полуфабрикатов, представляющих собой материал основы, пропитанный связующим составом).

Программное обеспечение

Задачей конструирования изделия из композиционных материалов является правильный подбор композиции, обеспечивающий сочетание свойств, необходимых в конкретном эксплуатационном случае. При конструировании армированных полимерных композиционных материалов широко используется компьютерная обработка данных, для чего разработано большое количество разнообразных программных продуктов. Их использование позволяет повышать качество продукции, сокращать длительность разработки и организации производства конструкций, комплексно, качественно и быстро решать задачи их рационального проектирования. Учет неравномерности нагрузок позволяет проектировать корпусную конструкцию из армированного композита с дифференцированной толщиной, которая может изменяться в десятки раз.

Современные программные продукты можно условно разделить на две группы: выполняющие пакетный анализ ламинатов в «двухмерной» или «балочной/пластинной» постановке и в трехмерной. Первая группа – это программы типа Laminator, VerctorLam Cirrus и др. «Трехмерное» решение – метод конечных элементов, и тут большой выбор среди имеющихся программных продуктов. На рынке «технология моделирования композитов» существуют различные программные продукты: FiberSim (Vistagy / Siemens PLM Software), Digimat (e-Xstream / MSC Software Corp.), Helius (Firehole Composites / Autodesk), ANSYS Composite PrepPost, ESAComp (Altair Engineering) и др. [4, 5].

Практически все специализированное программное обеспечение различных компаний, имеет возможность интеграции с системами СAD высокого уровня – Creo Elements/Pro, Siemens NX, CATIA. В целом, работа выглядит следующим образом: выбирается материал слоев, определяются общие параметры пакета слоев, определяется метод формирования слоев, послойный метод применяется для производства несложных деталей, для сложных изделий применяются методы зонного или структурного проектирования. В процессе выкладки слоев задается их последовательность. В зависимости от метода производства изделия (ручная выкладка, формование, выкладка ленты, выкладка волокна) осуществляется послойный анализ материала на возможные деформации. Состав слоев приводится в соответствие с шириной используемого материала.

После завершения формирования слоев пользователь получает данные об изделии, позволяющие использовать их для различных целей, например:

• вывести в виде конструкторской документации;
• использовать в виде исходных данных для раскроя материала;
• исходные данные для лазерного проектора для обозначения контуров мест укладки выкроек.

Переход на современные технологии проектирования и подготовки производства изделий позволяет:

• сократить расход композитных материалов за счет использования точных разверток и раскройных станков;
• увеличить скорость и повысить качество ручной выкладки материала за счет использования точных заготовок и лазерных проекций мест их выкладки;
• добиться высокого уровня повторяемости изделий;
• сокращение влияния человеческого фактора на качество производимых изделий;
• снижение требований к квалификации персонала, занятого укладкой.

Оборудование для создания матриц

Изготовление мастер-модели из дерева процесс трудоемкий и длительный, для уменьшения времени изготовления матрицы и повышения точности используются: трех/пятиосевые фрезерные станки с ЧПУ, контрольно-измерительные машины или 3Д сканеры.

Портальный пятиосевой фрезерный станок, (рис 1), доступен лишь крупным производителям. Небольшие компании используют фрезерные роботоризированные комплексы на линейных блоках (linear robot unit) (рис. 2), либо изготавливают мастер-модели из склеенной заготовки. В этом случае за основу заготовки берется жесткий пустотелый каркас, который обклеивается снаружи и затем целиком обрабатывается. Компании, не имеющие возможность обработать изделие целиком, идут по другому пути: Сначала в CAD-системе при помощи плоскостей строится упрощенная 3D-модель изделия, на основе упрощенной модели проектируется жесткий силовой каркас из фанеры. Затем вся внешняя поверхность представляется в CAD-системе как облицовка внутреннего каркаса. Размеры облицовки подбираются таким образом, чтобы ее можно было отфрезеровать на имеющемся фрезерном станке с ЧПУ (рис 3). Затем точно собранный каркас обклеивается модельной облицовкой. При таком методе точность мастер-модели ниже и требуется ручная доводка стыков облицовки, но это позволяет создавать изделия, размеры которых значительно превышают возможности имеющихся станков с ЧПУ.

Рис. 1. Пятикоординатный фрезерный станок MR 125, способен обрабатывать детали размером 15×5 м и высотой до 2,5 м

Рис. 2. Фрезерный роботоризированный комплекс Kuka

Рис. 3. «Небольшой» пятикоординатный фрезерный станок

Оборудование для создания композитов

Первым шагом механизации процесса формования явилось использование пропиточных машин, которые помимо пропитки собирают стеклоткани или стеклохолсты в многослойные пакеты общей толщиной 4 – 5 мм. Для механизации процессов, снижения вероятности ошибки персонала, увеличения производительности применяется, например, метод напыления, с помощью которого можно получать наружную обшивку, полотнища переборок и другие конструкции из стеклопластика. Метод напыления позволяет получить приформовочные угольники механизированным путем и обеспечить более высокую производительность труда по сравнению с приформовочными угольниками, формованными вручную из полосок стеклоткани или стеклохолста. Следующий этап развития производства изделий из композитов это внедрение установки для автоматизированной намотки выкладки углестеклонаполнителей. Первый «робот» предназначенный для укладки сухой ткани рулонного типа был продемонстрирован американской компанией Magnum Venus Plastech. Впервые в России подобное оборудование внедрено на ОАО «ВАСО». Данное оборудование позволяет изготавливать композитные детали длиной до 8 м и диаметром до 3 м (рис 4) [6].

Для облегчения ручной выкладки ткани и сокращения отходов применяются раскройные машины для автоматической резки ткани/препрега, лазерные проекторы LAP и LPT для контурной проекции при выкладке препрега на технологическую оснастку. Используя модуль лазерного проецирования (рис 5) имеется возможность автоматически генерировать данные для проецирования непосредственно из 3D-модели композитного изделия. Такая схема работы значительно сокращает временные издержки, увеличивает эффективность процесса, снижает вероятность дефектов и ошибок, и делает управление данными проще. Комплекс «ПО – раскройный станок – проекционный лазер» по сравнению с традиционной выкладкой снижает трудоемкость раскроя примерно на 50 %, трудоемкость выкладки – примерно на 30 %, повышает коэффициент использования материалов, то есть можно сэкономить от 15 до 30 % материала [5].

Формование углепластиков методом намотки позволяет получать изделия с наиболее высокими деформационно-прочностными характеристиками. Методы намотки делятся на «сухие» и «мокрые». В первом случае для намотки используются препреги в виде нитей, жгутов или лент. Во втором – пропитка армирующих материалов связующим ведется непосредственно в процессе намотки. В последнее время разрабатывается оборудование, в котором для управления схемой ориентации волокон используются компьютерные системы. Это позволяет получать трубчатые изделия, имеющие изгибы и неправильную форму, а также изделия со сложной геометрией. Разрабатывается оборудование для намотки с применением гибкой технологии, когда армирующие волокнистые материалы можно укладывать на оправке в любом направлении.

Рис. 4 Станок для автоматизированной намотки-выкладки углестеклонаполнителей Viper 1200 FPS фирмы MAG Cincinnati

Рис. 5. Система лазерного позиционирования (зеленый контур)

Оборудование для контроля геометрии и внутренней структуры изделия

Обводы изделий часто имеют криволинейные образующие, проверить которые традиционными «плазовыми» методами не представляется возможным. При помощи 3D-сканирования можно определить насколько точно физический образец соответствует компьютерной 3D-модели. Для 3D-сканирования также можно воспользоваться координатно-измерительной машиной (КИМ) типа «рука» или бесконтактной оптической/лазерной системой сканирования. Однако при использовании бесконтактные системы сканирования, как правило, не могут корректно работать с зеркальными и высокоглянцевыми поверхностями. При использовании «измерительных рук» потребуется несколько последовательных переустановов, поскольку рабочее пространство в силу конструкции измерительных рук обычно ограничено сферой радиусом 1,2-3,6 м.

Также у стеклопластиковых материалов есть ряд проблемных направления. Один из основных – это контроль качества готового изделия (отсутствие воздушных полостей) и коррозия в процессе эксплуатации. Для неразрушающего контроля судовых корпусов из композитов достаточно широко применяют рентген, но стремятся к его сокращению по ряду соображений. В последнее время стали появляться публикации описывающие выявление расслоений инфракрасной термографией (тепловизорами). При этом, что тепловизионный, что рентгеновский методы НК обнаруживая расслоения, не позволяют измерять их размеры и определять глубину залегания дефектов, для того чтобы оценивать их влияние на изменение характеристик прочности.

Заключение

В настоящее время в России практически только начинается интенсивное развитие автоматизации сборки композиционных изделий, в том числе оборудование для создания матриц. Чаще всего выполняют только отдельные элементы аэродинамического обвеса для «тюнинга» автомобилей. Успехом является внедрение на средненевском судостроительном заводе системы FiberSIM при проектировании и строительстве базового тральщика проекта 12700 [7], а также на ВАСО станка автоматической укладки ткани. Но это отдельные примеры, для повышения конкурентоспособности необходимо комплексное внедрение новых технологий.

Полное содержание статьи: https://www.top-technologies.ru/pdf/2014/2/33649.pdf

Поделиться ссылкой:

• Нажмите, чтобы поделиться на Twitter (Открывается в новом окне)
• Нажмите здесь, чтобы поделиться контентом на Facebook. (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в Google+ (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться на LinkedIn (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в Telegram (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться записями на Pocket (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в Skype (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться записями на Tumblr (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться в WhatsApp (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться записями на Pinterest (Открывается в новом окне)
• Нажмите, чтобы поделиться на Reddit (Открывается в новом окне)

Похожие записи

Разработка, производство композитных материалов, проектирование, реализация проектов — АО Рускомпозит

РУСКОМПОЗИТ предлагает своим партнёрам комплексное решение задач: от разработки технологий и производства материалов до проектирования и реализации проектов. Собственное производство.

АО «Делан» — один из лидеров по разработке, производству и поставке современных изоляционных материалов, используемых при капитальном ремонте газо- и нефтепроводов. С 2016 года на заводе локализовано производство изоляционных материалов всемирно известной канадской марки Canusa.

Производственный профиль: материалы, предназначенные для изоляции трубопроводов различных диаметров, представлены полимерно-битумными грунтовками, мастиками, лентами торговых марок ТРАНСКОР, ЛИТКОР, ПОЛИКОР, ДЕКОМ и др.

Продуктовый портфель: В портфеле компании более 40 наименований продуктов.

Производительность: Суммарная производительность производственных площадок «Делан» составляет более 60 000 тонн мастики в год

Производственный актив: В активе дивизиона 5 собственных производственных площадок: в Смоленской, Тульской и Московской областях (в Ногинском, Чеховском и Егорьевском районах

ООО «Комплексные системы изоляции» —
производитель и поставщик решений по комплексному обеспечению газотранспортных сетей и предприятий рулонными изоляционными материалами, использующимися при капитальном и текущем ремонте магистральных газопроводов.

Производственный профиль: широкая номенклатура изоляционных материалов от лент «холодного нанесения» до термоусаживающихся материалов, предназначенных для «горячего нанесения» таких торговых марок как ПОЛИЛЕН, ЛИТКОР-НК, ПЭКОМ и др.

Продуктовый портфель: В портфеле компании более 30 наименований материалов

Производительность: Суммарная производительность производственных площадок дивизиона более 20 000 тонн готовой продукции в год

Производственный актив: В активе дивизиона 2 производственные площадки, которые находятся в Республике Башкортостан, г. Уфа и Самарской области, г. Новокуйбышевск.

АО «СТЕКЛОНиТ» — лидер по производству материалов на основе стекловолокна. Завод «СТЕКЛОНиТ» оснащён высокотехнологичным оборудованием, собственным научно-исследовательским центром и испытательной лабораторией.

Производственный профиль: линейка геосинтетической продукции, инновационные функциональные и конструкционные материалы, а также сырье для композитных изделий. В производственном портфеле: ХАЙВЕЙ, ПОЛИСЕТ, СТЕКОН, ГРУНСЕТ, ЭКСТРАМАТ, Бенстон и др.

Продуктовый портфель: В портфеле компании более 50 наименований материалов

Производительность: суммарная производительность завода «СТЕКЛОНиТ» — более 30 000 тонн готовой продукции в год

Производственный актив: В активе производственная площадка, которые находятся в Республике Башкортостан, г. Уфа

Бизнес по производству композитных изделий

Сейчас выпускать композитные изделия выгодно. В стране уже сформирован спрос на некоторые композитные товары. Этот спрос нужно и можно воспитывать, растить, расширять. Представление об изделиях из композиционных материалов очень близко к представлению об идеальных вещах: они чрезвычайно легки, прочны, надежны, технологичны. Развитые страны давно устроили у себя “композитную революцию”. В обозримом будущем нечто подобное ожидает и Украину, и чем раньше отечественные бизнесмены займутся подобным производством, тем больше шансов заблаговременно набраться опыта и устоять в конкуренции с коллегами.

Композит, композиционный материал — класс материалов, состоящих из нескольких веществ и обязательно содержащих армирующие, усиливающие элементы. Стеклопластик — композит с армирующими элементами из стекловолокна. Углепластик — под этим понятием чаще всего подразумевают композит с армирующими углеродными нитями.

Самое интересное в композитной теме — просто-таки ничтожные инвестиции в производство начального уровня. Оснастка “минимального” цеха (гаражного типа), выпускающего по индивидуальным заказам небольшие элементы вроде стеклопластиковых автотюнинговых обтекателей, — это буквально несколько сот USD.

Цех с механизацией, рассчитанный на производство сравнительно массовых штуковин вроде лодочных корпусов, весел, тур- или спортинвентаря, потянет примерно $20-50 тыс. Ну а завод, способный проектировать и выпускать корпуса яхт, химических реакторов и другие ответственные вещи, — это миллионные вложения. Во всех случаях основная составляющая композитного производства — матрицы, формы для изделий. Именно они — главное богатство производителя.

Почти то же самое касается и производства изделий из литьевого камня. Затраты на цеха различной оснащенности в этой отрасли аналогичны капвложениям в производство стеклопластиковых изделий.

Если говорить грубо, килограмм стеклопластикового изделия обходится покупателю в среднем в $10. Лодка стоит $300-400, обтекатель на трейлер — $50-100, лопасть для весла — $30, самолетный планер (легкая авиация) — примерно $50 тыс., небольшая яхта — до $100 тыс.

Углепластиковые изделия дороже в 4-5 раз. Самое интересное, что в стране полно любителей, готовых заплатить $1,5 тыс. за байдарку (не считая весел) или $1 тыс. за “голую” велосипедную раму (без руля, передней вилки, колес и оборудования).
Себестоимость

В готовом стеклопластиковом продукте около 30% массы приходится на стеклоткань (можно применять минеральную ткань), 1,5-2% — на катализатор, остальное — на полиэфирную (или эпоксидную, или иную) смолу.

Исходя из средних цен на компоненты с учетом “допуска” на энергию, зарплату, текущие расходы, нетрудно вычислить, что возможная себестоимость стеклопластикового изделия — около $5-6 за 1 кг. Естественно, производители не распространяются относительно реальных “себестоимостных” показателей. Если учесть, что рыночные цены на тот же “средний” 1 кг стеклопластикового изделия — примерно $10, легко оценить сегодняшнюю рентабельность процесса: она может достигать 100%. Впрочем, реальная рентабельность наверняка ниже: цифру омрачают простои, непредвиденные расходы и пр.

На каких изделиях из композитов в ближайшем будущем будут зарабатываться серьезнейшие деньги? Прозрачно намекаем: они будут зарабатываться на производстве композитных изделий для электроэнергетики, электротранспорта и химпрома, а также на производстве товаров народного потребления.

Речь, прежде всего, идет о всяческих изоляторах: например, стеклопластиковые уголки для изоляции подножек, высоковольтные изоляторы. Не меньший “аншлаг“ обещает применение композитов “химической направленности” для изготовления разнообразных емкостей, реакторов, термостойких втулок, автоматических регуляторов.

О товарах народного потребления уже сказано (между прочим, в Европе пластиковые пуговицы считаются некачественными, а стеклопластиковые — качественными).

Интересны перспективы композитов в подводной технике. Для Греции отечественные компании уже строят туристические подводные аппараты, для Китая — блоки плавучести для “беспилотных” геологоразведчиков в глубоких пришельфовых зонах.

А вот мода на “прибамбасы” в “легковом” автодизайне, в общем-то, проходит. Народ понял, что спойлеры и антикрылья на легковушках не слишком нужны. Зато функциональный тюнинг для грузовиков (обтекатели) позволяет экономить 30% горючего. Такой обтекатель, по свидетельству “дальнобойных” водил со стажем, окупается на 500-1000 км пробега.

Крылья ветротурбин, напомним, во всем мире делают почти исключительно из стеклопластика. Из него же можно строить и “несущие элементы” ветроэлектростанций — башни.

В “стеклопластиковом” бизнесе сейчас намного удобнее и выгоднее найти большой промышленный заказ, нежели серийно производить “нецелевые” ТНП. Модифицировать эту сбытовую модель пока крайне трудно. Работать с магазинами “композитчикам”, выпускающим ТНП, невыгодно: продукт сравнительно дорог и мало распространен. Поэтому “ТНПшники” торгуют, как правило, через собственный офис.

Хороший канал сбыта — заказы всяческих госорганизаций или мэрий. Например, построить аквапарк стоит минимум $50 тыс., “обвешать” антивандальными стеклопластиковыми сиденьями средний стадион — минимум $200 тыс. Рекламные мероприятия оправданны, если их “мишень” — массовый покупатель.

Руководящих документов для композитных производств немного. Прежде всего это медицинские нормы допустимой концентрации вредных испарений (смолы-то связующие, пока не затвердеют — жутко вредны). Прежде чем работать, надобно написать техусловия на “производственные вредности”. В них нужно рассчитать концентрацию паров и доказать, что с учетом защитных мер она не превысит медицинской нормы. Этот акт — дело обязательное, но бесплатное. Впрочем, санэпидемслужба может запросить некую сумму за консультации. В число защитных средств, согласно санитарным ТУ, входят вентиляция и противогазы. С вентиляцией понятно (общецеховая система, вытяжки). Вложения в нее в “гаражном” цехе — сотня американских долларов, в серьезном производстве — около $1 тыс. С противогазами сложнее. Современные полиэфирные смолы (самый распространенный материал матрицы) крайне летучи и, по данным торговцев смолами, “пронзают” большинство противогазовых фильтров. Поэтому желательно иметь специализированные маски, предлагаемые теми же торговцами (цена одной маски — около $30). Нужна и спецодежда.

Килограмм хороших импортных стеклонитей или ткани стоит $2-8. Погонный метр отечественной стеклоленты стоит 2-3 грн. — примерно в 3-4 раза дешевле импорта.

Угольное волокно примерно вдесятеро дороже стеклоткани.

Вяжущее — это в основном пластмассы: термопласты (полиэтилен) и реактопласты (лучшая по механическим свойствам — эпоксидка, по цене — полиэфирные смолы). Параметры украинских смол не нравятся производителям (не только “композитчикам”, но и заводам минеральной ваты или древесных плит). Импортные полиэфирные смолы стоят $2-5 за 1 кг.

Суть композитного производства проста. Нужно всего лишь залить смолой “выемку”, которой “зеркальным образом” уподобится готовая деталь. В простейшем технологическом варианте “заливка” выглядит как прикатка вымоченных в полимере кусков стеклоткани малярскими валиками. Процедура, несмотря на видимую простоту, требует навыка и квалификации.

“Выемку” (матрицу, форму) можно лепить их подручного материала: фанеры, реек или из того же стеклопластика. Основная ценность любого композитного производства — именно набор (парк) матриц. В этом наборе — 90% всего капитала, вложенного в цех. Старые матрицы можно легко применить для новых заказов.

Размеры композитного цеха весьма произвольны и зависят только от конфигурации изделий и матриц. Тратиться обычно приходится на аренду (примерно $1 тыс. в месяц), на устройство вентиляции (для небольшого цеха — 1-3 сотни долларов), на отопление и электричество (сотня-другая долларов в месяц).

Градация композитных цехов по затратам примерно такова.

1. Простейший цех с ручным нанесением смолы (ламинированием). Оборудование: малярные валики, щетки, емкости. Первоначальные вложения — около $2 тыс. Мощность — десяток-другой кг стеклопластика в день.

2. Машинное ламинирование (напыление). Оборудование: аппарат — гибрид компрессора и дозатора компонентов (гласкрафт-автомат; стоит примерно $15 тыс.), пистолетные “органы” для напыления ($0,25-0,5 тыс.). Инвестиции в оборудование —$40 тыс. и более. Цех с этой техникой способен “освоить” 100 или больше кг стеклопластика за день.

3. Индустриальное производство. Сверх описанных, здесь применяют промышленные методы формовки (пультрузия — производство профильных изделий, вакуумная формовка и т.д.), автоматическую намотку стеклонитей, узкоспециализированные агрегаты. Размеры матриц и изделий могут исчисляться десятками метров. Цеховое “железо” стоит сотни тысяч, а то и миллионы долларов.

Интересно, что технику для индустриального производства можно купить не только на дальнем Западе, но и в России. Проблема российских машиностроителей — в недостатке заказов. Отсюда — некоторая стагнация опытно-конструкторских работ. Напомним, производительность этой техники в сотни раз больше, чем у “гаражного” производства.

Средняя нагрузка на рентабельный цех композитов не так уж велика, авралы сменяются простоями, поэтому рабочий режим “пролетария” напоминает вахтовый. Самого персонала в “начинающем” цехе — человека три-четыре; в среднем механизированном — с десяток; на крупном производстве — 30-50.

Важнейший “кадр” на производстве изделий из полимербетона — дизайнер. Заработок у него тоже разный. Он соизмерим с вознаграждением хорошего дизайнера мебели. Поэтому речь стоит вести о некой минимальной месячной зарплате — от $200.

Волгоградская область наращивает производство композитной продукции

Волгоградские предприятия отгрузили композитной продукции на 870 млн рублей в 2015 году. Индекс промышленного производства по области за первое полугодие 2016 года составил 104,4%.

По состоянию на начало 2016 года 12 предприятий области производят 43 различных композитных изделия и материалов. Ассортимент включает георешетку, геотекстильное волокно, базальтовую строительную сетку, ткани, трубы и т. Д.Часть программ сотрудничества с местными производителями композитов реализована в рамках государственной программы «Развитие Волгоградской области и повышение ее конкурентоспособности».

Помимо поддержки промышленных предприятий из бюджета в области будут созданы новые индустриальные парки и кластеры. Для обновления данных о состоянии композитной отрасли в Волгоградской области обновлена ​​база данных композитов за первое полугодие текущего года.Это обеспечит более широкое использование композитных материалов для конечных пользователей и улучшит условия для производства композитов.

Отрасли: строительство, нефть и газ

Термины: рынок композитных материалов, композитные материалы, трубы

.Производство композитных материалов

— предложения производителей, поставщиков, экспортеров и оптовиков композитных материалов

Товары

Изделия из композитных материалов

Пьезоэлектрический композитный материал представляет собой функциональный керамический материал, способный преобразовывать механическую энергию в…

4020 производство композитов Продукция Страница 1 из 670

Продажа потенциальных клиентов

Продам РЕЗИНОВЫЙ ДОМ

Композитные уплотнения и прокладки широко используются в пищевой промышленности, где они позволяют обрабатывать различные виды продукции…

[Китай] | [Связанные категории:.

Композитный материал, армированный углеродным волокном «Композит DIALEAD ™» | Продукция

Это ссылки для перемещения по этой странице

Композит

DIALEAD представляет собой композитный материал из углеродного волокна, сжатый смолой. Официальное название — пластик, армированный углеродным волокном, или углепластик.
Благодаря превосходным свойствам, недоступным для обычных металлов и керамики, этот продукт широко используется в различных областях.

Запросы

Поддержка до доставки

DIALEAD Composite можно адаптировать к вашим приложениям и спецификациям.

• Поддержка дизайна
  Мы удовлетворяем потребности клиентов за счет оптимального дизайна и выбора материала из композита.
• Прототипирование / серийное производство
  Мы являемся уникальным производителем, который имеет полную производственную систему от углеродного волокна до композитных изделий из углеродного волокна.
  Мы можем предложить расценки от прототипов до серийных изделий.
• Цены / качество
  Благодаря структурам контроля качества и производства на основе ISO мы предлагаем качественные, конкурентоспособные композитные продукты.

Аэрокосмическая промышленность

Коэффициент теплового расширения можно контролировать путем оптимизации смешивания углеродных волокон, и его можно довести до нуля, в зависимости от конструкции.
В дополнение к низкому тепловому расширению, легкости и высокой жесткости можно реализовать теплоотвод и другие средства контроля температуры, используя свойство теплопроводности продукта только в ориентации волокна.

© Акихиро Икешита

• Большие радиотелескопы и конструкционные материалы антенн

Предоставлено: Vertex GmbH

Строительство и гражданское строительство

Наши продукты используются для антисейсмического усиления и ремонта конструкций, благодаря их легкости, высокой жесткости и коррозионной стойкости.

• Армирование опоры моста

Применение в автомобильной промышленности

• Вал карданный
  Благодаря уменьшению веса и высокой жесткости, характерным для DIALEAD, критическое количество оборотов может быть увеличено.
  Кроме того, можно исключить стыки или уменьшить их диаметр.
• C / C материалы (композитные материалы углерод / углеродное волокно)
  Превосходная прочность и износостойкость при высоких температурах является причиной использования материалов в широком диапазоне тормозных материалов

.

Производство композитных деталей без дефектов

Встроенный датчик для автоматического размещения волокна (AFP).

ИСТОЧНИК: Profactor

Перспективы автоматизированного производства композитных деталей в авиастроении еще не полностью реализованы. Несмотря на то, что стандарты безопасности для высококачественных конструкций понятны, в настоящее время они соблюдаются с помощью manual визуальный осмотр, то есть инспектор должен остановить машину и визуально осмотреть укладку перед продолжением.

ZAero — это проект, финансируемый Европейской комиссией (ЕК) в рамках исследовательской программы Horizon 2020, цель которой увеличить эффективность производства композитных деталей эффективность на 30-50% с помощью встроенной системы автоматического контроля . Но он идет еще дальше, включая инструменты моделирования деталей и поддержки принятия решений для операторов технологической цепочки.

Источник: Profactor

Предполагается, что эти системы принесут экономию в 150 миллионов евро в год, если они будут внедрены в серийное производство крыльев из армированного углеродным волокном пластика (CFRP) A320neo.Они также решат проблему неспособности существующих систем контроля качества идти в ногу с возросшими темпами производства самолетов (60 самолетов в месяц) и помогут достичь требуемой производительности.

Партнеры ZAero

Руководитель проекта: Profactor

Идея этого проекта принадлежит Profactor (Штайр, Австрия), неуниверситетскому научно-исследовательскому центру с двумя основными направлениями деятельности:

1. Микро- и нано-производство
2. Промышленные вспомогательные системы, такие как взаимодействие человека с роботом (коботы) и обеспечение качества с использованием машинного зрения и машинного обучения.

«Мы являемся координатором проекта ZAero, — говорит менеджер компании Profactor по машинному зрению, доктор Кристиан Эйтзингер. «По сути, проект — это наша идея. Некоторое время мы работали с аэрокосмической отраслью и видели проблемы с контролем качества при производстве деталей из углепластика. От Airbus мы узнали, что по-прежнему существуют проблемы с инспекцией, особенно с AFP, поэтому у нас возникла идея более крупного проекта, охватывающего весь производственный процесс ».

Весь производственный процесс , по словам Айтцингера, «означает начало от укладки и процессов помещения материала в пресс-форму до процессов отверждения с акцентом на том, как интегрировать контроль качества и, в результате, принять решение о доработке и технологическую цепочку.”

Он объясняет, что ZAero является лишь одним из большого кластера проектов — см. 4ZDM — в области производства без дефектов, не только для аэрокосмической, но и в различных областях (например, микропроизводство в аэрокосмической и автомобильной промышленности).

Современное состояние дел (SOTA)

Решение ZAero

ИСТОЧНИК: Profactor

Результаты проекта

ZAero началось в 2016 году и закончится в 2019 году.Эйтзингер объясняет три результата / основные инициативы:

1. «Мы хотим заменить существующие процессы ручного контроля во время размещения волокна, которые в настоящее время создают узкое место в производстве. Решением является автоматическая система проверки, которая обнаруживает зазоры, перекрытия, пушистые шарики и обломки посторонних предметов (FOD). Чтобы сделать это надежно, система должна иметь обучающий компонент, чтобы отличать нормальную поверхность от поверхности с этими дефектами, а также различать эти дефекты.”

Узкое место производства углепластика

Инспекция и связанные с ней доработки составляют более 30% времени сборки детали для машины с автоматической укладкой волокна (AFP), согласно презентации, сделанной доктором Райнером Раухом, представляющим партнер проекта Airbus на конференции CW Carbon Fiber 2017.
ИСТОЧНИК: Д-р Райнер Раух, вице-президент по конструкциям платформ, Корпоративный технический офис Airbus.

2. «Мы также собираем данные датчиков во время отверждения и пытаемся предсказать окончательные характеристики детали».

3. «На более высоком уровне мы собираем все данные из этих систем, чтобы помочь оператору решить, как обращаться с конкретным типом дефекта. Таким образом, мы создаем инструменты поддержки принятия решений для процесса в целом. В идеале, чем больше работает процесс и чем больше данных он генерирует, тем интеллектуальнее станут эти инструменты поддержки принятия решений.”

ИСТОЧНИК: Profactor

Датчики и машинное обучение

Датчики, которые ZAero использует для простоев, были разработаны собственными силами. Компания также занимается разработкой датчиков, недавно прошедших квалификацию InFactory Solutions для оборудования MTorres AFP. «Наши эксперименты в настоящее время основаны на размещении сухого волокна с помощью MTorres и FIDAMC», — добавляет Эйтзингер.

Одна из проблем заключается в том, что датчики необходимо интегрировать в машину.«Но в головах AFP для этого мало места», — отмечает Эйтзингер. «Это требует тонкого дизайна». Другой вопрос — разработка датчиков AFP на криволинейных поверхностях. «В конце концов, это экономический вопрос», — поясняет он. «Если вы хотите создать датчик для сканирования поверхности, у него будет определенная глубина обзора. Если кривизна детали высока, то область, которую вы можете сканировать в пределах вашей глубины обзора, меньше. Если вы хотите сканировать большую область, вам нужно больше сканеров или возможность сканировать под большим углом (например,g., 2 изображения со смещением 10 °) ». Это будет аналогично использованию преобразователей с фазированной решеткой в ​​системах ультразвукового контроля (УЗ) большой площади.

Хотя машинное обучение является экспертом Profactor, разработка технологии поддержки принятия решений верхнего уровня для решения ZAero представляет определенные проблемы. Эйтзингер объясняет: «Стандартный подход к использованию системы машинного обучения — это обучение системы для достижения определенного уровня производительности перед внедрением в производственную среду.Для этого мы обучаем систему в автономном режиме, а затем «замораживаем» ее — запускаем в производство без дальнейших изменений. Однако с ZAero мы придерживаемся нового подхода, пытаясь использовать поток данных с производственной линии для постоянного повышения производительности системы. Это онлайн обучение . Таким образом, проблема в том, что машинное обучение системы постоянно меняется и, возможно, не всегда в правильном направлении. Таким образом, одна из проблем заключается в том, как оценивать это онлайн-машинное обучение и управлять им, чтобы поддерживать стабильность цепочки процессов.”

Моделирование

Этой частью проекта руководит Dassault Systèmes. «В настоящее время они больше сосредоточены на процессе простоя», — говорит Эйтзингер. «Если есть дефекты, что делать? Вместо того, чтобы использовать текущий набор сложных правил, их подход заключается в сборе данных о том, как на самом деле производится деталь, и использовании их в моделях FEA для прогнозирования характеристик детали. Вы моделируете дефект, используя реальные данные, и прогнозируете, какое влияние он окажет.Может ли она остаться или ее нужно удалить / решить? »

Следите за новостями в нашем следующем блоге о ZAero , в котором будет подробно рассказано о разрабатываемых датчиках фронта потока смолы и мониторинге состояния смолы во время отверждения.

.