Compozite structurale armate cu tesaturi din fibre de sticla

Compozite structurale armate cu tesaturi din fibre de sticla

Scopul lucrarii

Realizarea unei compozite structurale stratificate din rasina poliesterica nesaturata (matricea polimera) si tesatura din fibre de sticla (agentul de armare).

Introducere

Formarea prin contact este procedeul cel mai comun de obtinere a pieselor din material compozit. Metoda consta in aplicarea manuala succesiva a pliurilor din tesatura din fibre de sticla si a rasinii catalizate. Procedeul se remarca prin simplitatea tehnologiei si costurile reduse ale mulajelor folosite. Metoda prezinta insa urmatoarele dezavantaje: cadenta scazuta, grosimea relativ neuniforma a pieselor, caracteristici fizico-mecanice medii ale materialului compozit, consum mare de manopera si toxicitatea ridicata a postului de lucru.

Matricea polimera

Rasinile poliesterice nesaturate sunt larg utilizate la obtinerea materialelor compozite.

Rasina se obtine prin policondensarea diacizilor sau anhidridelor nesaturate si saturate - in principal anhidrida maleica si anhidrida ftalica - cu un diol (etilenglicol sau 1,2-propilenglicol) conform urmatoarei reactii globale:

Produsul industrial, NESTRAPOL H450 este o solutie stirenica a rasinii poliesterice nesaturate.

Reticularea (intarirea) rasinii are loc prin copolimerizarea stirenului (monomer reactiv) cu rasina poliesterica nesaturata. Procesul de copolimerizare este initiat de sistemul redox: peroxid de metiletilcetona cu naftenat de cobalt. Pentru evitarea intaririi rasinii pe timpul depozitarii, aceasta este stabilizata cu hidrochinona (inhibitor), motiv pentru care reactia de copolimerizare prezinta o perioada de inductie, adica reactia nu starteaza in momentul adaugarii initiatorului, ci dupa un interval de timp, necesar consumarii inhibitorului.

Proprietatile fizico-mecanice ale produsului depind de densitatea de reticulare, care la randul ei depinde de gradul de nesaturare a rasinii. Gradul de nesaturare se poate regla din raportul dintre componenta diacida nesaturata si cea saturata.

Peroxidul de metiletilcetona este un amestec de 11 izomeri, din care cel mai important (peste 30%) are formula prezentata.

Schema de principiu dupa care se desfasoara reactia de reticulare este:

Agentul de ranforsare

Componenta de baza a fibrelor de sticla este dioxidul de siliciu in amestec cu oxizi de calciu, bor, sodiu, fier si aluminiu.

Fibrele se obtin prin filare din topitura. Fibrele se produc in doua variante: fibre continue si fibre discontinue.

Imediat dupa filare, fibrele de sticla sunt supuse unor tratamente de finisare, aceasta facandu-se cu o solutie ce contine agent de finisare, lubrifiant, antistatizant si agent de cuplare:

agentul de finisare (un polimer peliculogen: alcool polivinilic, poliacetat de vinil) uneste filamentele de sticla si formeaza o pelicula care le protejeaza de distrugere prin abraziune.

lubrifiantul (de obicei un ulei vegetal) micsoreaza coeficientul mare de frecare al fibrelor, reducand uzura.

antistatizantul previne si reduce incarcarea electrostatica de suprafata.

agentul de cuplare (de obicei un organosilan bifunctional) asigura compatibilitatea dintre fibra si matrice.

Materiale si aparatura necesara

Evaluarea necesarului de materiale

a) Se stabilesc dimensiunile laminatului si se calculeaza aria (S):

b) Se propune grosimea laminatului (G_F);

c) Se alege raportul dintre matricea polimera si agentul de ranforsare ( A = 3070 %);

d) Se estimeaza grosimea unui pliu (G_P) cu relatiile:

G_P = G_R + G_S      unde: G_R - grosimea stratului de rasina;

G_S - grosimea tesaturii de fibre de sticla;

unde r_S - greutatea specifica a tesaturii;

r_R - densitatea rasinii.

e) Se calculeaza numarul de pliuri n necesare pentru realizarea grosimii propuse (G_F):

!!! n se rotunjeste pentru a rezulta un numar intreg

f) Se estimeaza consumul de tesatura (M_S) si rasina (M_R) cu relatiile:

M_S = n r_S S;

g) Peroxidul de metiletilcetona (PMEC) se ia 4% fata de rasina (M_R), naftenatul de cobalt fiind deja dozat in rasina.

Modul de lucru

Se croiesc cele n pliuri de tesatura pe dimensiunile stabilite.

Intr-un pahar de sticla se cantareste necesarul de rasina. Peroxidul de MEC se dozeaza considerand ca o picatura de peroxid are cca 0,02 g, dupa care se amesteca cca 5 min cu o bagheta de sticla.

Structura se realizeaza in felul urmator:

- se depune un strat de rasina pe matrita de polietilena cu ajutorul unei pensule peste care se aplica primul pliu de tesatura.

se depune urmatorul strat de rasina, urmat de aplicarea urmatorului pliu de tesatura s.a.m.d.

- se depune ultimul strat de rasina si se acopera cu a doua matrita.

Materialul astfel obtinut este lasat timp de 24 de ore pentru definitivarea reactiei de reticulare.