Почему выбор смолы важен: усиление прочности и производительности композитов

Ключевые компоненты композитного материала — это волокна и смола. Волокна, обычно изготавливаемые из стекловолокна или углеродного волокна, обеспечивают прочность и жесткость, но если используются в одиночку, не могут быть сформированы в форму, где эти свойства применимы. Пропитывание волокон смолой с последующим отвердеванием, однако, позволяет нам спроектировать их прочность, жесткость и легкий вес для множества применений, добавляя еще больше выгод композиту.

Что касается выбора смолы, доступно много вариантов, а также опция включения добавок в смолу для соответствия требованиям применения. Поэтому очень важно знать различия между смолами и как их выбор может влиять на свойства композита.

Дополнение существующих свойств

Все композиты разделяют общие полезные свойства: прочность, жесткость, легкий вес и стойкость к суровым средам. Каждая из этих особенностей может быть сделано более доминирующей использованием смолы, которая их дополняет. Для выбора наиболее подходящей смолы сначала необходимо определить, какой должна быть ее доминирующая особенность.

Стоимоэффективный способ сделать композитное решение с экономией веса — использовать ненасыщенную полиэфирную смолу, обладающую относительно хорошими механическими, электрическими и химическими свойствами. Ее можно адаптировать для ряда рутинных применений, таких как транспорт, структурные и строительные профили.

Однако, если применение требует большей степени жесткости или прочности, то эпоксидная смола предпочтительнее. Связывание между эпоксидной смолой и волокном сильное, что означает, что более высокие сдвиговые нагрузки могут передаваться между волокнами, давая композиту лучшие значения прочности. В сочетании с более высоким объемом волокон, который позволяет эпоксидная смола, можно сделать композит с отличной прочностью и высокой жесткостью, который можно дополнительно модифицировать для высокотемпературных применений, если требуется.

Альтернативно, если композит требует стойкости к суровым средам в дополнение к жесткости, винилэфирные смолы могут быть лучшим выбором. Молекулярная структура винилэфира облегчает химическую стойкость, так что если композит предназначен для морской среды или промышленного применения, где присутствуют кислоты или щелочи, использование винилэфира улучшит производительность композита.

При производстве композитных профилей, которые нужно собирать с использованием винтов, композит должен быть надежным, чтобы предотвратить трещины и поломки. Это можно достичь через структурный дизайн, но выбор подходящей смолы позволяет упростить структуру и снизить затраты, делая композит подходящим для более широкого спектра применений. Полиуретан, например, невероятно вязок по сравнению с ненасыщенной полиэфирной смолой, делая его идеальным для таких применений.

Добавление новых свойств

Выбор смолы, которая дополнит наиболее ценные особенности композита, улучшит производительность и срок службы вашего композита. Однако улучшение существующих свойств — не единственное преимущество, получаемое от уделения времени выбору подходящей смолы.

Смолы также могут добавлять совершенно новые свойства композитному решению. Добавки в смолу могут быть включены для достижения ряда выгод, от простого улучшения отделочной поверхности или добавления цвета, до более сложных улучшений, таких как УФ-стойкость или антимикробные и антивирусные свойства.

Например, поскольку смолы естественно разлагаются под воздействием солнечного света, добавление ультрафиолетовых поглотителей для сопротивления УФ-излучению позволяет композитам достигать лучшей производительности в светонасыщенных средах, которые обычно вызывают хрупкость и распад материала.

Аналогично, антимикробные добавки могут быть смешаны в смолу для предотвращения бактериального или грибкового загрязнения. Это полезно для любого композитного решения, обрабатываемого людьми, таких как машины, общественный транспорт и медицинские устройства.

Влияние добавок

Важно отметить, что в некоторых случаях включение добавок в смолу может изменять свойства композита. В некоторых случаях, например, огнеупорные добавки нужны в таких больших количествах для эффективной работы, что вы должны снизить количество волокон в композите, уменьшая его прочность и жесткость.

Выбор смолы — жизненно важная часть создания композитного решения и не должна быть упущена из виду. Установление наиболее важной функции композита и проектирование смолы для улучшения способности композита выполнять эту функцию позволяет нам создать композитное решение, в котором волокна и смола работают гармонично.

Об авторе

Сами Пиринен

Сами Пиринен (PhD в химии материалов) был химиком и техническим контактом поддержки в Exel Composites с 2017 года. Он работал как часть R&D команды Exel для разработки смольных решений для удовлетворения клиентских требований к композитным продуктам. Он также исследует новые смольные материалы для дальнейшего расширения возможностей композитов для достижения новых применений.