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복합재료는 모두 강화섬유와 플라스틱 재료가 결합되어 있다. 복합재료에서 수지의 역할은 매우 중요합니다. 수지의 선택은 일련의 특징적인 공정 매개변수, 일부 기계적 특성 및 기능성(열 특성, 가연성, 환경 저항성 등)을 결정하며, 수지 특성도 복합 재료의 기계적 특성을 이해하는 핵심 요소입니다. 수지를 선택하면 복합재의 공정 범위와 특성을 결정하는 창이 자동으로 결정됩니다. 열경화성 수지는 우수한 제조 가능성으로 인해 수지 매트릭스 복합재에 일반적으로 사용되는 수지 유형입니다. 열경화성 수지는 실온에서 거의 독점적으로 액체 또는 반고체이며 개념적으로 최종 상태의 열가소성 수지보다 열가소성 수지를 구성하는 단량체와 더 유사합니다. 열경화성 수지는 경화되기 전에는 다양한 형태로 가공이 가능하지만, 경화제나 개시제, 열에 의해 한번 경화되면 경화 과정에서 화학적 결합이 형성되어 작은 분자들이 3차원 가교결합으로 변하기 때문에 다시 성형할 수 없습니다. 더 높은 분자량을 갖는 경질 폴리머.

열경화성 수지에는 여러 종류가 있는데, 일반적으로 사용되는 것은 페놀수지,에폭시 수지, 비스말 수지, 비닐 수지, 페놀수지 등

(1) 페놀수지는 접착력, 내열성, 경화 후 유전성이 우수한 초기 열경화성 수지로서 난연성이 우수하고 열방출율이 낮으며 연기밀도가 낮고 연소성이 뛰어난 특징이 있다. 방출되는 가스는 독성이 덜합니다. 가공성이 좋고 복합재료 부품은 성형, 와인딩, 핸드 레이업, 스프레이, 인발 공정을 통해 제조할 수 있습니다. 민간항공기 내장재에는 페놀수지를 기반으로 한 복합재료가 많이 사용되고 있다.

(2)에폭시 수지항공기 구조에 사용되는 초기 수지 매트릭스입니다. 소재가 다양한 것이 특징입니다. 다양한 경화제와 촉진제는 실온에서 180℃까지의 경화 온도 범위를 얻을 수 있습니다. 기계적 성질이 더 높습니다. 좋은 섬유 매칭 유형; 열 및 습도 저항; 우수한 인성; 우수한 제조성(우수한 적용 범위, 적당한 수지 점도, 우수한 유동성, 가압 대역폭 등); 대형 부품의 전체 동시 경화 성형에 적합합니다. 값이 싼. 에폭시 수지의 우수한 성형 공정과 탁월한 인성은 첨단 복합 재료의 수지 매트릭스에서 중요한 위치를 차지합니다.

(3)비닐수지내식성이 우수한 수지 중 하나로 인정받고 있습니다. 대부분의 산, 알칼리, 염 용액 및 강한 용매 매체를 견딜 수 있습니다. 그것은 제지, 화학 산업, 전자, 석유, 저장 및 운송, 환경 보호, 선박, 자동차 조명 산업에 널리 사용됩니다. 불포화 폴리에스터와 에폭시 수지의 특성을 가지고 있어 에폭시 수지의 우수한 기계적 성질과 불포화 폴리에스터의 우수한 가공 성능을 모두 갖췄습니다. 뛰어난 내식성 외에도 이 유형의 수지는 내열성도 우수합니다. 표준형, 고온형, 난연형, 내충격형 등 다양한 종류가 있습니다. 섬유 강화 플라스틱(FRP)에 비닐 수지를 적용하는 것은 주로 부식 방지 용도에서 핸드 레이업을 기반으로 합니다. SMC의 개발과 함께 이와 관련한 적용도 상당히 눈에 띕니다.

(4) 변형 비스말레이미드 수지(비스말레이미드 수지라고도 함)는 복합 수지 매트릭스에 대한 새로운 전투기의 요구 사항을 충족하기 위해 개발되었습니다. 이러한 요구 사항에는 다음이 포함됩니다: 130 ℃에서의 대형 부품 및 복잡한 프로파일 부품 제조 등. 에폭시 수지와 비교하여 Shuangma 수지는 주로 우수한 습도 및 내열성 및 높은 작동 온도가 특징입니다. 단점은 제조성이 에폭시 수지만큼 좋지 않고, 경화 온도가 높고(경화 185℃ 이상), 200℃의 온도가 필요하다는 점이다. 또는 200℃ 이상의 온도에서 장시간 동안.
(5)시안(청이음향) 에스테르 수지는 유전율이 낮고(2.8~3.2) 유전정접이 매우 작으며(0.002~0.008), 유리전이온도가 높으며(240~290℃), 수축률이 낮고, 흡습성이 낮으며, 우수한 특성을 가지고 있습니다. 기계적 성질, 접착성 등이 우수하며 에폭시 수지와 유사한 가공기술을 가지고 있습니다.
현재 시아네이트 수지는 주로 고속 디지털 및 고주파용 인쇄 회로 기판, 고성능 파동 투과 구조 재료 및 항공 우주용 고성능 구조 복합 재료의 세 가지 측면에서 사용됩니다.

간단히 말해서 에폭시 수지, 에폭시 수지의 성능은 합성 조건과 관련될 뿐만 아니라 주로 분자 구조에 따라 달라집니다. 에폭시 수지의 글리시딜 그룹은 유연한 세그먼트로 수지의 점도를 낮추고 공정 성능을 향상시킬 수 있지만 동시에 경화된 수지의 내열성을 감소시킵니다. 경화된 에폭시 수지의 열적 및 기계적 특성을 개선하기 위한 주요 접근법은 가교 밀도를 높이고 견고한 구조를 도입하기 위한 저분자량 및 다작용화입니다. 물론, Rigid한 구조의 도입으로 인해 용해도가 감소하고 점도가 증가하여 에폭시 수지 공정 성능이 저하됩니다. 에폭시 수지 시스템의 내열성을 어떻게 향상시키는가는 매우 중요한 측면입니다. 수지와 경화제의 관점에서 관능기가 많을수록 가교밀도는 높아진다. Tg가 높을수록 구체적인 작업: 다기능 에폭시 수지 또는 경화제를 사용하고 고순도 에폭시 수지를 사용하십시오. 일반적으로 사용되는 방법은 경화 시스템에 특정 비율의 o-메틸 아세트알데히드 에폭시 수지를 추가하는 것인데, 이는 효과가 좋고 비용이 저렴합니다. 평균 분자량이 클수록 분자량 분포는 좁아지고 Tg는 높아집니다. 구체적인 작업: 다기능 에폭시 수지나 경화제 또는 상대적으로 균일한 분자량 분포를 갖는 기타 방법을 사용하십시오.

복합재 매트릭스로 사용되는 고성능 수지 매트릭스로서 가공성, 열물리적 특성, 기계적 특성 등 다양한 특성이 실제 응용 분야의 요구를 충족해야 합니다. 수지 매트릭스 제조 가능성에는 용매의 용해도, 용융 점도(유동성) 및 점도 변화, 온도에 따른 겔 시간 변화(공정 창)가 포함됩니다. 수지 제제의 조성과 반응 온도의 선택에 따라 화학 반응 동역학(경화 속도), 화학적 유변학적 특성(점도-온도 대 시간) 및 화학 반응 열역학(발열)이 결정됩니다. 공정마다 수지 점도에 대한 요구 사항이 다릅니다. 일반적으로 와인딩 공정의 경우 수지 점도는 일반적으로 약 500cPs입니다. 인발 성형 공정의 경우 수지 점도는 약 800~1200cps입니다. 진공 도입 공정의 경우 수지 점도는 일반적으로 약 300cPs이고 RTM 공정은 더 높을 수 있지만 일반적으로 800cPs를 초과하지 않습니다. 프리프레그 공정의 경우 점도가 상대적으로 높아야 하며 일반적으로 약 30000~50000cPs입니다. 물론 이러한 점도 요구 사항은 공정, 장비 및 재료 자체의 특성과 관련이 있으며 정적이지 않습니다. 일반적으로 온도가 증가함에 따라 수지의 점도는 낮은 온도 범위에서 감소합니다. 그러나 온도가 증가함에 따라 수지의 경화 반응도 진행됩니다. 동역학적으로 말하면 온도는 10℃ 증가할 때마다 두 배로 증가하며 이 근사치는 반응성 수지 시스템의 점도가 특정 임계 점도 지점. 예를 들어, 100℃에서 200cPs의 점도를 갖는 수지 시스템이 100℃에서 1000cPs까지 점도를 높이는 데 50분이 소요되고, 동일한 수지 시스템이 110℃에서 초기 점도가 200cPs 미만에서 1000cPs로 증가하는 데 필요한 시간은 다음과 같습니다. 약 25분. 공정 매개변수 선택 시 점도와 겔화 시간을 충분히 고려해야 합니다. 예를 들어, 진공 도입 공정에서는 작동 온도에서의 점도가 공정에서 요구하는 점도 범위 내에 있는지 확인해야 하며, 이 온도에서 수지의 가사 시간은 수지가 가져올 수 있습니다. 요약하자면, 사출 공정에서 수지 유형을 선택할 때는 재료의 겔화점, 충전 시간 및 온도를 고려해야 합니다. 다른 프로세스에도 비슷한 상황이 있습니다.

성형 공정에서는 부품(금형)의 크기와 모양, 강화 유형, 공정 매개변수에 따라 공정의 열 전달 속도와 물질 전달 과정이 결정됩니다. 수지는 화학결합 형성에 의해 발생하는 발열열을 경화시킵니다. 단위 시간당 단위 부피당 더 많은 화학 결합이 형성될수록 더 많은 에너지가 방출됩니다. 수지와 폴리머의 열전달 계수는 일반적으로 매우 낮습니다. 중합 중 열 제거 속도는 열 발생 속도와 일치할 수 없습니다. 이러한 증가하는 열량으로 인해 화학 반응이 더 빠른 속도로 진행되어 더 많은 결과가 발생합니다. 이러한 자체 가속 반응은 결국 부품의 응력 손상이나 성능 저하로 이어집니다. 이는 두꺼운 복합 부품 제조에서 더욱 두드러지며, 경화 공정 경로를 최적화하는 것이 특히 중요합니다. 프리프레그 경화의 높은 발열 속도로 인해 발생하는 국부적 "온도 오버슈트" 문제와 전역 공정 창과 국부 공정 창 사이의 상태 차이(예: 온도 차이)는 모두 경화 공정을 제어하는 ​​방법에 기인합니다. "온도 균일성"을 달성하기 위한 부품(특히 부품의 두께 방향)의 "온도 균일성"은 "제조 시스템"에서 일부 "단위 기술"의 배열(또는 적용)에 따라 달라집니다. 얇은 부품의 경우 많은 양의 열이 환경으로 방출되므로 온도가 완만하게 상승하고 부품이 완전히 경화되지 않는 경우도 있습니다. 이때, 가교 반응, 즉 지속적인 가열을 완료하려면 보조 열을 가해야 합니다.

복합재료 비오토클레이브 성형 기술은 전통적인 오토클레이브 성형 기술과 관련이 있습니다. 광범위하게 말하면, 오토클레이브 장비를 사용하지 않는 모든 복합재료 성형 방법은 비오토클레이브 성형 기술이라고 할 수 있습니다. . 지금까지 항공우주 분야의 비오토클레이브 성형 기술 적용 분야는 주로 비오토클레이브 프리프레그 기술, 액상 성형 기술, 프리프레그 압축 성형 기술, 마이크로파 경화 기술, 전자빔 경화 기술, 평형압력 유체 성형 기술 등의 방향이 있다. . 이들 기술 중 OoA(Outof Autoclave) 프리프레그 기술은 전통적인 오토클레이브 성형 공정에 가깝고, 수동 포설 및 자동 포설 공정 기반이 광범위해 실현 가능성이 높은 부직포로 평가된다. 대규모로. 오토클레이브 성형 기술. 고성능 복합부품에 오토클레이브를 사용하는 중요한 이유는 경화 중 어떤 가스의 증기압보다 높은 충분한 압력을 프리프레그에 제공하여 기공 형성을 억제하는 것인데, 이것이 바로 OoA 프리프레그 기술의 가장 큰 어려움이다. 돌파해야 합니다. 진공 압력 하에서 부품의 다공성을 제어할 수 있는지, 그 성능이 오토클레이브 경화 라미네이트의 성능에 도달할 수 있는지 여부는 OoA 프리프레그의 품질과 성형 공정을 평가하는 중요한 기준입니다.

OoA 프리프레그 기술의 발전은 처음에는 레진(Resin)의 개발에서 비롯되었습니다. OoA 프리프레그용 수지 개발에는 세 가지 주요 포인트가 있습니다. 하나는 경화 반응에서 휘발성 물질을 줄이기 위해 부가 반응 경화 수지를 사용하는 등 성형 부품의 다공성을 제어하는 ​​것입니다. 두 번째는 경화된 수지의 성능을 향상시키는 것입니다. 열적 특성 및 기계적 특성을 포함하여 오토클레이브 공정으로 형성된 수지 특성을 달성하는 것입니다. 세 번째는 수지가 대기압의 압력 구배 하에서 흐를 수 있도록 보장하고 점도 수명이 길고 시간 외 충분한 실내 온도를 보장하는 등 프리프레그의 제조성이 우수한지 확인하는 것입니다. 원료 제조업체는 수행합니다. 특정 설계 요구 사항 및 프로세스 방법에 따른 재료 연구 및 개발. 주요 방향에는 기계적 특성 개선, 외부 시간 증가, 경화 온도 감소, 습기 및 내열성 향상이 포함되어야 합니다. 이러한 성능 개선 사항 중 일부는 상충됩니다. , 높은 인성 및 저온 경화와 같은. 균형점을 찾아 종합적으로 고려해야 합니다!

레진 개발과 더불어 프리프레그의 제조방법 역시 OoA 프리프레그의 응용개발을 촉진하고 있다. 이 연구에서는 다공성 제로 라미네이트를 제조하기 위한 프리프레그 진공 채널의 중요성을 발견했습니다. 후속 연구에서는 반함침 프리프레그가 가스 투과성을 효과적으로 향상시킬 수 있음을 보여주었습니다. OoA 프리프레그에는 수지가 반함침되어 있으며 건조 섬유는 배기가스의 통로로 사용됩니다. 부품 경화에 포함된 가스 및 휘발성 물질은 최종 부품의 다공성이 <1%가 되도록 채널을 통해 배기될 수 있습니다.
진공백 성형 공정은 비오토클레이브 성형(OoA) 공정에 속합니다. 쉽게 말하면, 금형과 진공백 사이에 제품을 밀봉하고 진공청소로 가압하여 제품을 보다 컴팩트하고 기계적 성질이 좋게 만드는 성형공정입니다. 주요 제조공정은

먼저, 레이업 몰드(또는 유리판)에 이형제나 이형천을 도포합니다. 프리프레그의 검사는 사용된 프리프레그의 기준에 따라 주로 프리프레그의 표면 밀도, 수지 함량, 휘발분 및 기타 정보를 포함하여 검사됩니다. 프리프레그를 크기에 맞게 자릅니다. 절단시 섬유의 방향에 주의하십시오. 일반적으로 섬유의 방향 편차는 1° 미만이 필요합니다. 각 블랭킹 유닛에 번호를 매기고 프리프레그 번호를 기록합니다. 층을 쌓을 때 층은 레이업 기록지에 요구되는 레이업 순서를 엄격히 준수해야 하며 PE 필름이나 이형지는 섬유의 방향을 따라 연결되어야 하며 기포가 발생해야 합니다. 섬유의 방향을 따라 쫓기게 됩니다. 스크레이퍼는 프리프레그를 펼쳐서 최대한 긁어내어 층 사이의 공기를 제거하는 작업입니다. 레이업시 프리프레그의 접합이 필요한 경우가 있는데, 이는 섬유방향을 따라 접합되어야 한다. 접합 과정에서는 겹치는 부분이 적고 겹치는 부분이 적어야 하며, 각 레이어의 접합 이음새가 엇갈리게 이루어져야 합니다. 일반적으로 단방향 프리프레그의 접합 간격은 다음과 같습니다. 1mm; 편조 프리프레그는 접합이 아닌 겹침만 허용되며 겹침 폭은 10~15mm입니다. 다음으로, 진공 사전 압축에 주의하세요. 사전 펌핑의 두께는 다양한 요구 사항에 따라 다릅니다. 그 목적은 레이업에 갇힌 공기와 프리프레그의 휘발성 물질을 배출하여 부품의 내부 품질을 보장하는 것입니다. 그런 다음 보조 재료를 깔고 진공 포장합니다. 백 밀봉 및 경화: 마지막 요구 사항은 공기가 새지 않아야 한다는 것입니다. 참고: 공기 누출이 자주 발생하는 곳은 실런트 조인트입니다.

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