Препрег: описание, технологии, преимущества и недостатки
Препреговая технология на протяжении многих лет является основой производства многих материалов, изделий и конструкций.
Препрег – это полуфабрикат композиционного материала, состоящий из волокнистого армирующего наполнителя и нанесённого с двух сторон связующего. Используют в первую очередь армирующий наполнитель из стеклянных и углеродных волокон. Связующее может иметь эпоксидную основу (или другой реактопласт, например фенольное связующее), может быть изготовлено на основе термопластов – полиэтилена или ПЭТФ. В зависимости от связующего, препрег может быть мягким и липким (эпоксидная основа) или жёстким и скользким (ПЭТФ).
Существует несколько методов изготовления препрега. Самый передовой и удобный – пропитка волокнистого материала расплавом связующего или расплавный метод. Таким образом на текущий момент изготавливают большую часть препрегов. Ещё один метод – пропитка раствором связующего и дальнейшая сушка. Несмотря на устаревшую и низкоэкологичную технологию, таким образом всё ещё изготавливается значительная часть препрегов. Существуют и другие технологии изготовления препрегов.
Наибольшее распространение имеют препреги на основе высоковязких эпоксидных смол, изготовленные методом пропитки расплавом. Такой материал имеет вид двусторонней клейкой ленты с защитными плёнками с одной или двух сторон. Различные другие виды препрегов обычно применяют в специализированных областях.
Процесс изготовления детали из препрега сводится к выкраиванию слоя заданной конфигурации препрега по шаблону или на режущем плоттере с дальнейшей выкладкой препрега на оснастку слой за слоем. После набора необходимой толщины деталь либо подвергается непосредственному формованию в прессе, либо производится сборка вакуумного мешка и дальнейшее формование в термошкафу или автоклаве.
Существует несколько технологий, смежных с препреговой технологией. Аналогичный препрегу материал – семипрег – или препрег с односторонней пропиткой. Также родственными технологиями являются технология RFIи применение препрега, изготовленного «дублированием» («Sprint»). При производстве препрега методом расплавной пропитки на первом этапе процесса производится плёнка связующего с заданной поверхностной плотностью. В ходе процесса волокнистый материал в виде тканей или ровинга помещается между двумя плёнками связующего и прикатывается горячими валками. В случае производства семипрега, плёнка связующего прикатывается горячими валками только с одной стороны. А в случае изготовления дублированного препрега – плёнка связующего приклеивается непосредственно к ткани и прикатывается холодными валками, в результате чего пропитки не происходит. Отличительной чертой процесса RFIявляется метод сборки детали, когда выкладка производится путём чередования отдельных слоёв волокнистого материала и отдельных слоёв плёнки связующего. Применение дублированного препрега и процесс RFIпозволяют получать изделия с низкой пористостью даже для толстостенных конструкций в связи с лёгкостью вакуумирования выкладки – слои ткани достаточно хорошо проводят воздух, и при плавлении плёнки связующего происходит инфузия расплава в волокнистый материал.
Схема вакуумного мешка для формования препрега содержит по порядку:
- препрег
- жертвенную ткань
- перфорированную разделительную плёнку
- впитывающий слой
- плёнку вакуумного мешка
Схема может меняться с учётом вида препрега, а также с учётом количества смолы, содержащейся в препреге. При значительном газообразовании применяют паропроницаемые мембраны. При полном отсутствии и газообразования и начальной пористости непосредственно поверх препрега может быть уложена неперфорированная разделительная плёнка.