RC Modely

Stránky věnované rádiem řízeným modelům letadel

Laminování - materiály

Vlákna:

Slouží jako výztuž v budoucím kompozitu.

  • Uspořádání vláken:
    • Jednosměrný pás -roving
    • Jednosměrná tkanina
    • 2D tkaniny
    • Trojosé tkaniny
    • 2D a 3D pleteniny

Nejpoužívanější jsou rovingy a 2D tkaniny. Tyto tkaniny dělíme podle typu vazby tkaniny, která je důležitá pro tvarování tkaniny ve formě.

  • Nejpoužívanější typy vazeb tkanin:
    • Plátěná vazba
    • Keprová vazba
    • Saténová vazba

Obrázek: Typy vazeb tkanin. Zleva plátnová, keprová a saténová vazba

Skleněná vlákna

Vyrábějí se tažením z taveniny otvory v platině rychlostí 3-4 km/min. Průměr vláken je 9-15 mikrometrů. Vlákna jsou potažena lubrikační vrstvou chránící před poškozením. Vlákna jsou splétána do prstenců a používána jako rovingy, tkaniny, krátké sekané sklo (3-6 mm) a krátká vlákna (do 1 mm). Používá se na nosné konstrukce kluzáků a malých letadel, u velkých letadel pouze na sekundární konstrukce.

  • Typy skleněných vláken:
    • E-sklo.....bezalkalické sklo, nejběžnější materiál, s nejnižší cenou.
    • R,S-sklo...má lepší mechanické vlastnosti (vyšší pevnost) a vyšší cenu.
    • D-sklo.....borosilikátové sklo s dielektrickými vlastnostmi.
    • C-sklo.....s vyšší chemickou odolností.

Vlastnosti skleněných vláken:

složení Jednotka E-sklo S-sklo D-sklo C-sklo
SiO2 % 53-55 60 72-75 60-65
Al2O3 % 14-15 24 - <6
B2O3 % 6-8 - <23 <7
CaO % 17-22 9 - 14
MgO % <5 6 - <3
K2O,Na2O % <1 <0,5 <4 8-10
Ost.oxidy % 1 - <1 <1,5
Hustota g/cm3 2,6 2,53 2,14 2,45
Pev. v tahu MPa 3400 4400 2500 3100
E-modul Rm GPa 73 86 55 70
Tažnost % 3,5-4 4,5 3 3,5-4
Spec.el.odpor ohm/cm 1015 1014-1015 - 1014-1018
Koef.Tep.rozt. 10E-6K 5 4 2-3 7,2

Aramidová vlákna

Aromatický polyamid dodávaný na trh pod obchodním názvem Kevlar® nebo Twaron®. Jsou vyráběna tažena z krystalického roztoku polyparafenyl tereftalamidu v koncentrované kyselině sírové. Má nejlepší rázovou houževnatost, nejnižší hustotu, velmi dobré pevnostní parametry a tlumí vibrace. Je odolné plameni, samozhášivé a netaví se. Vlákna jsou chemicky odolná a mají lepší dielektrické vlastnosti než vlákna skleněná.

  • Typy aramidových vláken:
    • Vysokomodulové - vlákna Kevlar 49®nebo Twaron HM® jsou určena pro letecké aplikace.
    • Nízkomodulové - vlákna Kevlar 29®nebo Twaron LM® jsou používána na ochranné prostředky jako jsou rukavice, neprůstřelné vesty, ale také například na lana.

Vlastnosti aramidových vláken:

Jednotka Nízkomodulová (LM) Vysokomodulová (HM)
Hustota g/cm3 1,44 1,45
Pev. v tahu MPa 2800 2900
E-modul Rm GPa 59 127
Tažnost % 4 1,9
Spec.el.odpor ohm/cm 1015 1015
Koef.tep.rozt. 10E-6K -2,3 -4,1
Absorpce vlhkosti % 7 3,5
Výrobce DuPont Kevlar 29 Kevlar 49
Akzo Twaron LM Twaron HM

Uhlíková vlákna


Polotovarem pro výrobu je PAN - polyakrilonitridové vlákno nebo PITCH vlákno vyrobené z ropných produktů. Postup výroby začíná pyrolýzou - prodloužením vlákna při ~200 °C a orientací molekul. Následuje stabilizace v oxidační atmosféře po dobu 10 hodin a teplotě 220 - 300 °C. Dalším zvyšováním teploty v inertní atmosféře roste modul pružnosti a pevnost vlákna, za teploty 1000 - 1500 °C dochází ke karbonizaci a při 2500 - 3000 °C vzniká grafitická mikrostruktura. Při karbonizaci vznikají vlákna vysokopevnostní (HS) a vlákna grafitickou mikrostrukturou jsou vysokomodulová. Vlákna mají nízkou hmotnost, vysokou pevnost a tuhost. Nevýhodou je vysoká cena, křehkost vlákna a intenzivní oxidace už při 400 °C. Uhlíková vlákna jsou používána na primární konstrukce všech typů letadel.

Vlastnosti uhlíkových vláken:

Jednotka Vysokopevnostní (HS) Vysokomodulová (HM)
Hustota g/cm3 1,79 1,8
Pev. v tahu MPa 5400 2350
E-modul Rm GPa 290 358
Tažnost % 1,7 0,6
Spec.el.odpor ohm/cm ---- 1x10E-3
Koef.tep.rozt. 10E-6K ---- -0,5
Tepelná vodivost W/m K ---- 710


Srovnání pevnosti, modulu a hustoty vláken:

Materiál E (GPa) Rm (MPa) q(g/cm3)
E-sklo 72,4 3500 2,54
S-sklo 85,5 4600 1,48
Uhlík (HM) 390 2100 1,9
Uhlík (HS) 240 2500 1,9
Kevlar 49 130 2800 1,5
Bór 385 2800 2,65
Ocel 210 340-210 7,8
Al-slitiny 70 140-620 2,7


V současné době se začínají používat hybridní tkaniny, vyrobené z více druhů vláken, například uhlík/kevlar. Používají se pro kombinaci vlastností obou druhů vláken. Srovnání vlastností kompozitů vyrobených z hybridních tkanin je v následující tabulce.

Hybridní materiál Srovnání s CRP Srovnání s ARP Srovnání s GRP
CRP/ARP Zlepšená rázová houževnatost Vyšší pevnost v tlaku ----
CRP/GRP Zlepšená rázová houževnatost ---- Nižší hmotnost, Vyšší tuhost
ARP/GRP ---- Vyšší pevnost v tlaku Nižší hmotnost, Vyšší tuhost

Matrice


Tvoří pojivo, které váže jednotlivá vlákna. Tvoří konečný povrch dílu a chrání vlákna. Určuje chemické a elektrické vlastnosti a chemickou odolnost výsledného kompozitu.

Matrice na bázi reaktoplastů:

Epoxidové pryskyřice

jsou nejpoužívanější pro vláknové kompozity. Má velmi dobrou kohezní pevnost, adhezi k vláknům, malé vnitřní pnutí a malé smrštění při zpracování i během vytvrzování. Možnost ovlivnění konečných vlastností kompozitu použitím různých tvrdidel a plnidel.
Druh tvrdidla ve spojení s daným typem pryskyřice ovlivňuje dobu zpracovatelnosti směsi, vytvrzovací teploty, dobu vytvrzování popřípadě dodatečné dotvrzení za zvýšené teploty. Vytvrzovací reakcí je polymerace, při níž nevznikají žádné vedlejší produkty.
Epoxidové pryskyřice se používají pro všechny zpracovatelské technologie, včetně prepregových.

Vlastnosti epoxidových pryskyřic:
(Epoxidová pryskyřice LF a tvrdidla řady LF firmy R&G)

Vlastnosti Jednotka Laminační pryskyřice LF Tvrdidlo LF1 Tvrdidlo LF2 Tvrdidlo LF3
Hustota g/cm3/20°C 1,15 0,95 0,96 0,98
Viskozita mPas/25°C 600 300 400 100
Epoxid.ekv. 100/ekv. 0,6 --- --- ---
Aminový ekv. g/ekv. --- 65 65 65
Směšov.poměr g 100: 38 38 38
Směšov.poměr ml 100: 45 45 45
Život.směsi min --- 50 90 120


Výsledné vlastnosti vytvrzené pryskyřice:

Vlastnosti Jednotka Letecký standard Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF1 Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF2 Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF3
Hustota g/cm3 --- 1,15 1,15 1,15
Ohyb. pevnost MPa 90 118 110 115
Pevnost v tahu MPa 55 79 75 73
Rázová pevnost kJ/m2 --- 46 52 50
Tažnost % --- 4,8 4,7 5,3
Pevnost v tlaku MPa 120 126 132 129
E-modul MPa 2,8x10E3 3,4x10E3 3,3x10E3 3,3x103


Výsledné vlastnosti kompozitu: Pryskyřice LF + skleněná vlákna: 16 vrstev tkaniny Interglas 92 626 (296 g/m2), vytvrzeno 24 hodin za pokojové teploty a dotvrzeno 15 hodin za teploty 50-55 °C.

Vlastnosti Jednotka Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF1 Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF2 Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF3
Pevnost ve smyku MPa 41 38 38
Ohyb. pevnost MPa 484 483 492
Pevnost v tahu MPa 485 485 485
Pevnost v tlaku MPa 315 321 325
E-modul MPa 21x10E3 21x10E3 21x10E3


Pryskyřice LF + uhlíková vlákna: 8 vrstev R&G uhlíkové tkaniny 200g/m2, vytvrzeno 24 hodin za pokojové teploty a dotvrzeno 15 hodin za teploty 50-55 °C.

Vlastnosti Jednotka Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF1 Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF2 Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF3
Pevnost ve smyku MPa 51 48 48
Ohyb. pevnost MPa 712 693 711
Pevnost v tahu MPa 383 350 362
Pevnost v tlaku MPa 383 350 362
E-modul MPa 48x10E3 45x10E3 46x10E3


Pryskyřice LF + aramidová vlákna: 8 vrstev R&G kevlarové tkaniny, vytvrzeno 24 hodin za pokojové teploty a dotvrzeno 15 hodin za teploty 50-55 °C.

Vlastnosti Jednotka Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF1 Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF2 Pryskyřice LF+Tvrdidlo LF3
Pevnost ve smyku MPa 28 29 29
Ohyb. pevnost MPa 349 339 344
Pevnost v tahu MPa 508 479 503
Pevnost v tlaku MPa 138 135 147
E-modul MPa 30x10E3 26x10E3 29x10E3

Polyesterové pryskyřice


Jejich použití je vhodné zejména pro krátkou dobu vytvrzování, nízkou cenu a dobrou odolnost vůči atmosférickým vlivům. Nevýhodou je nízká tažnost a smrštění při zpracování i vytvrzování, proto se při výrobě letadel téměř nepoužívají. Používá se při výrobě krytů a na balistické konstrukce. Doba vytvrzování se může ovlivnit přímo množstvím tvrdidla.
Vlastnost polyesterových pryskyřic:

Vlastnosti Jednotka Hodnota
Hustota g/cm3 1,4
Pevnost v tahu MPa 40
Tažnost % 2
E-modul GPa 2-3

Fenolické pryskyřice


Vytvrzují se polykondenzací za vzniku vody, jako vedlejšího produktu, což vede k tvorbě mikrotrhlin a dutin. Mají dobrou tepelnou a chemickou odolnost. Snášejí provozní teploty do 270 °C. Jsou samozhášivé s malým vývinem kouře. Používají se na interiéry kabin a na sendvičové panely.
Vlastnosti fenolických pryskyřic

Vlastnosti Jednotka Hodnota
Hustota g/cm3 1,4
Pevnost v tahu MPa 40
Tažnost % 0,5
E-modul GPa 7

Polyimidové pryskyřice


Vynikají vysokou teplotní odolností až do 300 °C. Vynikají polyadicí nenasycených imidových monomerů.

Bismaleimidy
Byly vyvinuty speciálně pro letecký průmysl, pro tepelně namáhané součásti. Zpracovatelnost mají obdobnou jako epoxidové pryskyřice. Používají se na vysokoteplotní části jako jsou například obraceče tahu proudových motorů.
Vlastnosti polyimidových pryskyřic:

Vlastnosti Jednotka Hodnota
Hustota g/cm3 1,22-1,35
Pevnost v tahu MPa 45-90
Tažnost % 1,5-6
E-modul GPa 2-3


RDA polyimidy
Mají dobré mechanické vlastnosti a vyjímečně dobrou odolnost proti chemikáliím jako jsou organická rozpouštědla, silné kyseliny a zásady a Provozní teploty mohou dosahovat až 315 °C.

Vlastnosti RDA polyimidů:

Vlastnosti Jednotka Hodnota
Hustota g/cm3 1,3
Pevnost v tahu MPa 55-80
Tažnost % 1,1
E-modul GPa 3,9


Kondenzační polyimidy
Mají také velmi dobrou tepelnou odolnost. Vytvrzují se polykondezací při níž vznikají vedlejší produkty, což má za následek vznik dutin s následným zhoršením mechanických vlastností. Používají se na izolace a části proudových motorů.

Matrice na bázi termoplastů
Oproti reaktoplastickým matricím mají několik výhod. Především větší houževnatost, vyšší „demage tolerance“. Jsou opakovatelně zpracovatelné, za působení zvýšené teploty a tlaku. Také jejich recyklace je snadnější. Nevýhodou je silná závislost mechanických vlastností na teplotě. Používají se na interiéry letadel, protipožární přepážky a konstrukční díly.

Vlastnosti termoplastických matric:

Matrice Název Hustota Pevnost v tahu E-modul
PA polyamid 1,14 81 2,8
PP polypropylén 0,9 25 1,1
PEI polyeterimid 1,27 104 3,3
PES polyetersulfon 1,37 84 2,5
PPS polyfenylensulfid 1,34 74 4,1
PEEK polypolyetereterketon 1,32 100 3,8

Materiály jader


Materiály jader dělíme na kovové a nekovové. Při výrobě malých letounů není používání kovových jader obvyklé pro vysoké náklady na přípravky a výrobu sendvičů.

  • Nekovová jádra dělíme:
    • pěny
    • buněčná jádra

Nejznámějším nekovovým buněčným jádrem je Nomexové jádro, tvořené aramidovými vlákny nanášenými na papír. Po vytvrzení pryskyřice se expanduje celý blok, který se znovu máčí do pryskyřice a znovu vytvrdí v peci.

  • Pěny dělíme do dvou skupin podle struktury buněk:
    • s uzavřenými buňkami
    • s otevřenými buňkami

Pěny s otevřenou buněčnou strukturou nejsou pro letecké aplikace vhodné, pro snadné pronikání vlhkosti do konstrukce. Pěny s uzavřenými buňkami jsou dvojího druhu - nadouvané a syntaktické.Bloky pěnového materiálu jsou rozřezány na desky pásovou pilou nebo odporovým drátem. Nejpoužívanější konstrukční pěny jsou polystyren (styrofoam), polymetaakrylimid (rohacell) a polyuretan.

Vlastnosti konstrukční pěny Rohacell:

Vlastnosti Jednotka Rohacell 51 WF Rohacell 71 WF Rohacell 110 WF Rohacell 200 WF
Hustota kg/m3 52 75 110 205
Pevnost v tlaku MPa 0,4 1,05 2,2 6,4
Pevnost ve smyku MPa 0,5 1 1,75 3,6
E-modul MPa 45 75 135 270
Smykový modul MPa 14 24 40 100



Vlastnosti Jednotka Rohacell 31 A Rohacell 51 A Rohacell 71 A
Hustota kg/m3 32 52 75
Pevnost v tlaku MPa 0,3 0,7 1,3
Pevnost ve smyku MPa 0,3 0,6 0,9
E-modul MPa 26 45 75
Smykový modul MPa 8 13 22



Efin