חומרים מרוכבים קלועים בתלת מימד נוצרים על ידי אריגה של חלקים יבשים מראש באמצעות טכנולוגיית טקסטיל.החלקים היבשים מראש משמשים כחיזוק, ותהליך העברת שרף (RTM) או תהליך חדירת ממברנות שרף (RFI) משמש להספגה וריפוי, ויוצרים ישירות את המבנה המרוכב.כחומר מרוכב מתקדם, הוא הפך לחומר מבני חשוב בתחום התעופה והחלל, ונמצא בשימוש נרחב בתחומי הרכב, ספינות, בנייה, מוצרי ספורט ומכשור רפואי.התיאוריה המסורתית של לרבדים מרוכבים אינה יכולה לעמוד בניתוח המאפיינים המכניים, ולכן חוקרים מבית ומחוצה לה ייסדו תיאוריה ושיטות ניתוח חדשות.
קומפוזיט קלוע תלת מימדי הוא אחד מחומרי המרוכבים הארוגים המחקים, אשר מחוזק על ידי הבד הקלוע בסיבים (הידוע גם כחלקים תלת מימדיים מראש) השזור בטכנולוגיה הקלועה.יש לו חוזק ספציפי גבוה, מודול ספציפי, סובלנות גבוהה לנזק, קשיחות שברים, עמידות בפני פגיעות, עמידות בפני סדקים ועייפות ועוד מאפיינים מצוינים.
הפיתוח של חומרים מרוכבים קלועים ב-THRE-DIMENSIONAL נובע מחוזק הגזירה הבין-למינרי הנמוך ועמידות הפגיעה ירודה של חומרים מרוכבים העשויים מחומרי חיזוק חד-כיווניים או דו-כיווניים, שאינם יכולים לשמש כחלקים נושאי עומס עיקריים.LR Sanders הציגה טכנולוגיה קלועה תלת מימדית ליישומים הנדסיים בשנת 977. מה שנקרא טכנולוגיית 3D braided היא מבנה שלם ללא תפרים תלת מימד המתקבל באמצעות סידור של סיבים ארוכים וקצרים בחלל לפי כללים מסוימים ושזירה זה עם זה, מה שמבטל את בעיית השכבות הביניים ומשפר מאוד את עמידות הנזק של חומרים מרוכבים.זה יכול לייצר כל מיני צורה רגילה וגוף מוצק בצורת מיוחדת, ולהפוך את המבנה לרב-פונקציונלי, כלומר, אריגה של חבר אינטגרלי רב שכבתי.נכון לעכשיו, יש יותר מ-20 דרכים של אריגה תלת מימדית, אך ישנן ארבע שיטות נפוצות, כלומר אריגה קוטבית
קליעה), אריגה אלכסונית (קלימה אלכסונית או אריזה
שזירה), אריגת חוטים אורתוגונלית (צמה אורתוגונלית), וצמות משתלבות עיוות.ישנם סוגים רבים של שזירה תלת מימדית, כגון שזירה תלת מימדית דו-שלבית, שזירה תלת מימדית בארבעה שלבים וקליעת תלת מימד רב-שלבית.
מאפייני תהליך RTM
כיוון פיתוח חשוב של תהליך RTM הוא יציקה אינטגרלית של רכיבים גדולים.VARTM, LIGHT-RTM ו-SCRIMP הם התהליכים המייצגים.המחקר והיישום של טכניקות RTM מערבים דיסציפלינות וטכנולוגיות רבות, שהוא אחד מתחומי המחקר הפעילים ביותר בעולם של חומרים מרוכבים.תחומי המחקר שלו כוללים: הכנה, קינטיקה כימית ותכונות ריאולוגיות של מערכות שרף עם צמיגות נמוכה וביצועים גבוהים;מאפייני ההכנה והחדירות של קדם סיבים;טכנולוגיית הדמיית מחשב של תהליך דפוס;טכנולוגיית ניטור מקוונת של תהליך היווצרות;טכנולוגיית עיצוב אופטימיזציית עובש;פיתוח מכשיר חדש עם סוכן מיוחד In vivo;טכניקות ניתוח עלויות וכו'.
עם ביצועי התהליך המצוינים שלו, RTM נמצא בשימוש נרחב בספינות, מתקנים צבאיים, הנדסת הגנה לאומית, תחבורה, תעופה וחלל ותעשייה אזרחית.המאפיינים העיקריים שלו הם כדלקמן:
(1) גמישות חזקה בייצור תבניות ובחירת חומרים, על פי סולמות ייצור שונים,
גם שינוי הציוד גמיש מאוד, תפוקת המוצרים בין 1000~20000 חתיכות לשנה.
(2) הוא יכול לייצר חלקים מורכבים עם איכות פני שטח טובה ודיוק ממדי גבוה, ויש לו יתרונות ברורים יותר בייצור חלקים גדולים.
(3) קל למימוש מבנה חיזוק מקומי וכריך;התאמה גמישה של מחלקות חומרי חיזוק
סוג ומבנה שתוכננו לעמוד בדרישות ביצועים שונות מתעשיות אזרחיות ועד לתעשיות תעופה וחלל.
(4) תכולת סיבים עד 60%.
(5) תהליך יציקת RTM שייך לתהליך פעולת תבנית סגורה, עם סביבת עבודה נקייה ופליטת סטירן נמוכה במהלך תהליך היציקה.
(6) לתהליך דפוס RTM יש דרישות מחמירות על מערכת חומרי הגלם, המחייבות את החומר המחוזק להיות בעל עמידות טובה בפני זרימת שרף וחדירה.הוא דורש מהשרף צמיגות נמוכה, תגובתיות גבוהה, אשפרה בטמפרטורה בינונית, ערך שיא אקסותרמי נמוך של אשפרה, צמיגות קטנה בתהליך השטיפה, והוא יכול לג'ל במהירות לאחר ההזרקה.
(7) הזרקת לחץ נמוך, לחץ הזרקה כללי <30psi(1PSI =68.95Pa), יכולה להשתמש בתבנית FRP (כולל תבנית אפוקסי, תבנית ניקל אלקטרופורמטיבית FRP וכו'), רמה גבוהה של חופש עיצוב עובש, עלות העובש נמוכה .
(8) הנקבוביות של מוצרים נמוכה.בהשוואה לתהליך יציקת ה-Prepreg, תהליך RTM אינו דורש הכנה, הובלה, אחסון והקפאה של Prepreg, ללא תהליך שכבות ידני מסובך ולחיצת שקיות ואקום, וללא זמן טיפול בחום, כך שהפעולה פשוטה.
עם זאת, תהליך RTM יכול להשפיע רבות על תכונות המוצר הסופי מכיוון שניתן לעצב את השרף והסיבים באמצעות הספגה בשלב היציקה, וזרימת הסיבים בחלל, תהליך ההספגה ותהליך הריפוי של השרף יכולים להשפיע רבות על תכונות המוצר הסופי, ובכך להגביר את המורכבות וחוסר השליטה של התהליך.
זמן פרסום: 31 בדצמבר 2021