Upload
makya
View
126
Download
0
Tags:
Embed Size (px)
DESCRIPTION
OPTIMIZACIJA NA PROCESOT PULTRUZIJA ZA PROIZVODSTVO NA KOMPOZITNI PROFILI. Nositel na proektot: „ Profilkomerc ” Aldanci. Proektot. r ea liziran so finansiska poddr{ka od Ministerstvoto za obrazovanie i n auka na Republika Makedonija U~esnici: - d-r V. Srebrenkoska, dipl.in`.tehn. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
OPTIMIZACIJA NA PROCESOT PULTRUZIJA
ZA PROIZVODSTVO NA KOMPOZITNI PROFILI
Nositel na proektot: „Profilkomerc”
Aldanci
Proektot
realiziran so finansiska poddr{ka od Ministerstvoto za obrazovanie i nauka na Republika Makedonija
U~esnici:- d-r V. Srebrenkoska, dipl.in`.tehn.
- Stru~en i pomo{en personal:
vrabotenite vo Profilkomerc
Glaven istra`uva~:- d-r G. Bogoeva-Gaceva, red.prof.
UKIM-TMF, Skopje
PULTRUDIRANI PROFILIprimena
Grade`n{tvo i konstrukciiKoroziono otporni materijaliElektroindustrijaIndustrija za transport...
?Pultrudat:
50% vol (70% mas.) zajaknuva~ !!!
Vrska svojstva/karakteristiki i konkretni prednosti koi se postignuvaat so upotreba na pultrudirani profili
Svojstva Opis Prednosti
Ja~ina Relativnata ja~ina na istegnuvawe, svitkuvawe i pritisok e 20 pati pogolema
vo sporedba so ~elikot
- Golema sloboda pri konstruiraweto- Optimalna ja~ina vo baranite uslovi
- Visoka `ilavost
Niska gustina Gustinata na profilite e 80% poniska od ~eli~nite profili
i okolu 40% poniska od aluminiumskite
- Podobri svojstva pri mala masa- Pomali tro{oci za transport
- Ednostavno rakuvawe
Otpornost na korozija Postojanost vo {irok opseg na korozivni mediumi
- Minimalni tro{oci za odr`uvawe - Mo`nost za skladirawe na otvoreno
- Prodol`en vek na traewe
Elektro-izolacioni svojstva Ja~ina i krutost mo`e da se postigne so upotreba na
elektroizolacionen materijal
- Dodatna sigurnost- Predvidliv faktor na dielektri~ni
zagubi
Ednostavna monta`a Mnogu poedine~ni komponenti mo`e da se sostavat vo
edinstven profil
- Mali tro{oci za monta`a
Dimenzionalna stabilnost Dimenzionalna stabilnost vo {irok opseg na temperaturi
- Mo`nost za upotreba i na povi{eni temperaturi
Toplotna provodlivost Vrednosta za toplotnata provodlivost e okolu 60 pati poniska od onaa kaj ~elikot i okolu 250 pati
poniska od onaa kaj aluminiumot
- Pomala debelina na izolacionite komponenti
- Nema problem so kondenzacijata na vlaga
TEHNOLO[KI PROCESThe pultrusion process invented by W. Brandt Goldsworthy in the
1950s ...
is an efficient means of pulling fiber reinforcements through a bath of
polyester resin to create lineals, in this case housing panels
"He's just smarter than the rest of us. And he's done an enormous amount of creative, productive work — certainly, he's my inspiration." (Burt Rutan, dizajner na avioni)
PROBLEMI
Naj~esti vo industriskata praksa:- nedovolno natopuvawe na zajaknuva~ot so
smolata- nedovmre`uvawe na smolata vo vnatre{nosta na
profilot... Reperkusii koi od toa proizleguvaat
FAKTORI sostav na smolata i dodatocite; tip, udel i raspored na zajaknuva~ vo profilot i optimizacija na temperaturniot re`im.
[EMA NA TEHNOLO[KIOT PROCES - PULTRUZIJA VO PROFILKOMERC
CEL NA PROEKTOT
Optimizacija na tehnolo{kiot proces i podobruvawe na kvalitetot na proizvedenite pultrudirani profili so razli~na konfiguracija i razli~ni pojdovni sistemi smola/zajaknuva~.
NASOKI NA OPTIMIZACIJATA
postignuvawe povisok kvalitet na pultrudiranite profili; dostignuvawe optimalen stepen na vmre`uvawe na smolata vo kompozitot; ekolo{ki aspekti: maksimalno vozmo`no iskoristuvawe na vleznite surovini so obezbeduvawe na povraten tok na neiskoristenata smola; minimizirawe na nepo`elnoto pojavuvawe na pori vo profilot i raslojuvawe; optimizirawe na brzinata na izvlekuvawe pri procesot spored realnite parametri na postoe~kata tehnolo{ka linija.
METODOLOGIJA
1. Identifikacija na klu~ni problemi
2. Intervencija vo: - Sostav na smolen sistem i karakteristiki -
viskozitet, temperaturen re`im na vmre`uvawe...
- Uslovi na tehnolo{ki proces - temperatura, brzina na izvlekuvawe...
PROBLEMI - INTERVENCIJA
1- Zajaknuva~: vlakna,mat2 - Zategnuvawe3 - Smola4 - Zajaknuva~ natopen so smola5 - Kanal/alat za zagrevawe6 - Mehanizam za vle~ewe7 - Profil (gotov)
PRIMENETI METODI
DSC metodata - verificirana kako ASTM metoda za kvalitet
FTIR - spektroskopija
Metodi za opredeluvawe na vreme na `elirawe (V) i viskozitet na smolni sistemi
Metodi za opredeluvawe na fizi~ki svojstva: apsorpcija na voda, specifi~na te`ina na materijalot, sodr`ina na staklo, samogasivost
Metodi za opredeluvawe na termi~ki karakteristiki: Martens
Metodi za opredeluvawe na mehani~kite svojstva: ja~ina na svitkuvawe i modul na elasti~nost pri svitkuvawe, ja~ina na pritisok, ja~ina na udar i ja~ina na istegnuvawe.
FTIR spektri na epoksidna smola vo tek na vmre`uvawe
Dekonvolucija na karakteristi~nata epoksidna lenta od FTIR-spektarot: opredeluvawe na stepenot na
vmre`enost na smolata
Vremenska zavisnost Razlo`uvawe na epoksidnata lenta
Epoksidni smoli - DSC i metodologija na opredeluvawe
Tg i H na reakcijata na vmre`uvawe
DSC ciklus: zagrevawe-ladewe-zagrevawe
Epoksidni smoli - DSC analiza
Vreme na `elirawe na smolnite sistemi
T, OS
V - vreme, ssmolen sistem
poliesterski vinil-esterski epoksiden
80 486 424 360120 428 386 230140 293 245 120150 184 184 97160 128 128 84170 87 93 60180 64 56 40
0
100
200
300
400
500
600
80 120 140 150 160 170 180
Температура, ОС
Вре
ме,
s
полиестерски смолен систем винл-естерски смолен систем
епоксиден смолен систем
Viskozitet na smolnite sistemi
Viskozitet, s
smolen sistem
poliesterski vinil-esterski epoksiden
340 280 80
Defininiran: optimalniot temperaturen re`im na procesot na pultruzija:
- sistem so epoksidna smola - sistem so poliesterska smola
Svojstva na proizvedenite pultrudirani profili: komparativna analiza
1. Fizi~ki svojstva
KARAKTERISTIKIPultrudirani profili so epoksidna smola i
stakleni vlakna
profil: (20h4) mm profil: = 10 mm
Specifi~na te`ina, g/cm3 1,735 1,68
Sodr`ina na smola, 2h na 600OC 19,0 18,6
Apsorpcija na voda, mg (%) 14,9 (0,1) 46,1 (0,3)
KARAKTERISTIKI
Pultrudirani profili so poliesterska smola i stakleni vlakna
profil: (20h10) mm
profil: = 6 mm
profil: = 10 mm
profil: = 16 mm
profil: = 24 mm
Specifi~na te`ina, g/cm3 1,62 1,57 1,58 1,61 1,61
Sodr`ina na smola,2h na 600OC
23,44 22,28 22,38 22,47 23,23
Apsorpcija na voda, mg (%)
767 (5,12) 87 (0,6) 113 (0,75)
104 (0,7) 124 (0,83)
KARAKTERISTIKI Pultrudirani profili so vinil esterska smola i stakleni vlakna
profil: (20h10) mm
Specifi~na te`ina, g/cm3 1,57
Sodr`ina na smola, 2h na 600OC
16,8
Apsorpcija na voda, mg (%) 200 (1,39)
a) v (na izvlekuvawe) = 16 cm/min; R = 1,5 bar; T (na alatot) = 165 OC;
KARAKTERISTIKI Pultrudirani profili so epoksidna smola i stakleni vlakna
profil: (20h4) mm profil: = 10 mm
Ja~ina na udar, kJ/m2 650,0 480,0
Ja~ina na pritisok, MPa 384,4 378,5
Ja~ina na istegnuvawe, MPa 558,4 421,4
Ja~ina na svitkuvawe, MPa 667,3 604,6
Modul pri svitkuvawe, GPa 42,5 32,1
2. Mehani~ki svojstva
b) v (na izvlekuvawe) = 12 cm/min; R = 1,5 bar; T (na alatot) = 150 OC;
KARAKTERISTIKI Pultrudirani profili so epoksidna smola i stakleni vlakna
profil: (20h4) mm profil: = 10 mm
Ja~ina na udar, kJ/m2 435,4 284,2
Ja~ina na pritisok, MPa 182,5 176,4
Ja~ina na istegnuvawe, MPa 256,8 212,4
Ja~ina na svitkuvawe, MPa 442,7 387,5
Modul pri svitkuvawe, GPa 34,6 28,9
v) v(na izvlekuvawe) = 20 cm/min, R = 1,5 bar, T (na alatot) = 180 OC
KARAKTERISTIKIPultrudirani profili so epoksidna
smola i stakleni vlakna
profil: (20h4) mm
profil: = 10 mm
Ja~ina na udar, kJ/m2 393,6 257,8
Ja~ina na pritisok, MPa 164,2 158,6
Ja~ina na istegnuvawe, MPa 243,3 221,4
Ja~ina na svitkuvawe, MPa 452,5 401,4
Modul pri svitkuvawe, GPa 28,1 25,6
a) v (na izvlekuvawe) = 30 cm/min, R = 1,5 bar, T (na alatot) = 135 OC
KARAKTERISTIKI
Pultrudirani profili so poliesterska smola i stakleni vlakna
profil: (20h10) mm
profil: = 6 mm
profil: = 10 mm
profil: = 16 mm
profil: = 24 mm
Ja~ina na udar, kJ/m2 445,0 193,5 244,3 320,5 426,0
Ja~ina na pritisok, MPa
409,3 462,3 456,3 489,7 513,6
Ja~ina na istegnuvawe, MPa
453,4 573,9 466,2 493,5 530,2
Ja~ina na svitkuvawe, MPa
563,5 450,4 467,3 562,7 529,4
Modul pri svitkuvawe, GPa
24,8 23,2 22,7 23,0 23,3
b) v (na izvlekuvawe) = 20 cm/min, R = 1,5 bar, T (na alatot) = 120 OC
KARAKTERISTIKIPultrudirani profili so poliesterska smola
i stakleni vlakna
profil: (20h10) mm
profil: = 6 mm
profil: = 10 mm
profil: = 16 mm
profil: = 24 mm
Ja~ina na udar, kJ/m2 378,2 165,5 204,2 283,4 341,4
Ja~ina na pritisok, MPa
339,4 342,2 371,7 403,5 423,1
Ja~ina na istegnuvawe, MPa
393,2 487,6 401,2 412,5 454,3
Ja~ina na svitkuvawe, MPa
495,6 387,5 399,4 478,4 449,3
Modul pri svitkuvawe, GPa
22,3 21,1 20,8 22,4 21,8
v) v (na izvlekuvawe) = 40 cm/min, R = 1,5 bar, T (na alatot) = 150 OC
KARAKTERISTIKI
Pultrudirani profili so poliesterska smola i stakleni vlakna
profil: (20h10) mm
profil: = 6 mm
profil: = 10 mm
profil: = 16 mm
profil: = 24 mm
Ja~ina na udar, kJ/m2 342,6 152,8 190,5 246,8 349,5
Ja~ina na pritisok, MPa
324,5 369,8 351,3 367,3 390,4
Ja~ina na istegnuvawe, MPa
349,2 424,7 349,6 344,6 408,1
Ja~ina na svitkuvawe, MPa
416,7 338,2 355,4 405,1 397,1
Modul pri svitkuvawe, GPa
21,4 19,8 20,3 21,2 22,3
a) v (na izvlekuvawe) = 30 cm/min; R = 1,5 bar; T (na alatot) = 135 OC;
KARAKTERISTIKI Pultrudirani profili so vinil esterska smola i stakleni vlakna
profil: (20h10) mm
Ja~ina na udar, kJ/m2 512,4
Ja~ina na pritisok, MPa 351,0
Ja~ina na istegnuvawe, MPa 453,3
Ja~ina na svitkuvawe, MPa 542,9
Modul pri svitkuvawe, GPa 26,6
KARAKTERISTIKI Pultrudirani profili so vinil esterska smola i stakleni vlakna
profil: (20h10) mm
Ja~ina na udar, kJ/m2 420,6
Ja~ina na pritisok, MPa 284,3
Ja~ina na istegnuvawe, MPa 367,2
Ja~ina na svitkuvawe, MPa 428,9
Modul pri svitkuvawe, GPa 22,4
b) v (na izvlekuvawe) = 20 cm/min; R = 1,5 bar; T (na alatot) = 120 OC;
KARAKTERISTIKIPultrudirani profili so vinil
esterska smola i stakleni vlakna
profil: (20h10) mm
Ja~ina na udar, kJ/m2 384,4
Ja~ina na pritisok, MPa 270,3
Ja~ina na istegnuvawe, MPa 342,5
Ja~ina na svitkuvawe, MPa 390,9
Modul pri svitkuvawe, GPa 21,6
v) v (na izvlekuvawe) = 40 cm/min; R = 1,5 bar; T (na alatot) = 150 OC;
Sporedba na teoretski predvideniteSporedba na teoretski predvidenite i eksperimentalno opredelenite svojstvai eksperimentalno opredelenite svojstva
Xc = VrXr + VfXf (1) vo nadol`na nasoka 1/Xc = (Vr/Xr) + (Vf/Xf) (2) vo napre~na na nsoka
Pravilo na Pravilo na ssme{ame{a - aditivnost - aditivnost
Xc = T1X1 + TmXm (3)
Faktor na efikasnostFaktor na efikasnost na vlaknatna vlaknata - a - zajaknuva~i zajaknuva~i (())
Tip na zajaknuva~
Ednonaso~en (UD)Dvonaso~en (tkaen roving)Seckan mat
1.050.375
Teoretski - poniski od realnite?
ja~ini na istegnuvawe i svitkuvawe za pultrudiran kompozit:
585 MRa i 724 MRa, soodvetno
~ 75% od eksperimentalno dobienite vrednosti
zna~ewe na interfejsot polimer/vlakno
Kaj dobro dizajniranite kompozitni materijali - ogromno zna~ewe za prenosot na napregawata i za sevkupnite mehani~ki svojstva i se tretira kako treta
faza vo kompozitite.
Optimalni uslovi za procesirawe na pultrudiranite kompoziti:
1. epoksidna smola:v (na izvlekuvawe) = 16 cm/min
R = 1,5 barT (na alatot) = 165 OC
2. poliesterska i vinil-esterska smola:v (na izvlekuvawe) = 30 cm/min
R = 1,5 barT (na alatot) = 135 OS
Optimizacijata na parametrite na procesot na pultruzija, pokraj izborot na sostavot na sistemite smola/katalizator/vlako, e uspe{no
izvr{ena.
Kompozitnite profili, proizvedeni pod optimiziranite procesni uslovi - visoki vrednosti za ja~inata na pritisok:- matricite uspe{no go prenesuvaat napregaweto i kompozitite izdr`uvaat golem pritisok,- dobra atheziona ja~ina na granicata na fazite polimer/vlakno, postignata pri dadenite uslovi na pultruzioniot proces.
Najgolemi ja~ina na udar, istegnuvawe, svitkuvawe i modul na elasti~nost pri svitkuvawe - pultrudiranite kompoziti so epoksidna matrica.
Pultrudiranite kompoziti so poliesterska i vinilesterska matrica imaat pribli`no ednakva vrednost za ja~inite i
modulot.
Kompozitite so poliesterska polimerna matrica ja zadr`aa formata do 150 OS. Kompozitite so vinil-esterska polimerna matrica ja zadr`aa postojanosta na formata do pribli`no 180OS. Toplotnata postojanost na kompozitite so epoksidna matrica e nad 200 OS.
3. Temperaturna izdr`livost po Martens3. Temperaturna izdr`livost po Martens
ZAKLU^OCIZAKLU^OCI
1.1. IIspitani se smolnite sistemi i spitani se smolnite sistemi i oddelno, staklenite vlakna (povr{inskiot oddelno, staklenite vlakna (povr{inskiot premaz), koi se primenuvaat vo procesot pultruzija. premaz), koi se primenuvaat vo procesot pultruzija.
2. Vo laboratoriski uslovi, so razli~ni tehniki, prvo se ispitani uslovite na 2. Vo laboratoriski uslovi, so razli~ni tehniki, prvo se ispitani uslovite na vmre`uvawe na smolite (temperatura, vreme, katalizator), so cel da se testiraat vmre`uvawe na smolite (temperatura, vreme, katalizator), so cel da se testiraat nedostatocite od nedovmre`uvaweto na smolite, koi se javuvaa kaj kompozitnite nedostatocite od nedovmre`uvaweto na smolite, koi se javuvaa kaj kompozitnite profili proizvedeni vo uslovi pred izvr{enata optimizacija na procesot.profili proizvedeni vo uslovi pred izvr{enata optimizacija na procesot.
3. Opredeleni se optimalnite soodnosi smola/vmre`uva~/vlakno, adaptirani na 3. Opredeleni se optimalnite soodnosi smola/vmre`uva~/vlakno, adaptirani na mo`nostite na realniot postoe~ki tehnolo{ki proces vo pogonot za pultruzija na mo`nostite na realniot postoe~ki tehnolo{ki proces vo pogonot za pultruzija na Profilkomerc.Profilkomerc.
4. Vo realnite tehnolo{ki uslovi, izvr{ena e optimizacija na procesot pultruzija 4. Vo realnite tehnolo{ki uslovi, izvr{ena e optimizacija na procesot pultruzija preku opredeluvawe na optimalnite procesni parametri, koi rezultiraat vo dobivawe preku opredeluvawe na optimalnite procesni parametri, koi rezultiraat vo dobivawe kompozitni profili so soodvetni mehani~ki i drkompozitni profili so soodvetni mehani~ki i druuggii karakteristiki, spored barawata na karakteristiki, spored barawata na kupuva~ot.kupuva~ot.
5. Optimizacijata e napravena za trite aktuelni sistemi vo procesot na 5. Optimizacijata e napravena za trite aktuelni sistemi vo procesot na Profilkomerc i toa: epoksidna smola/stakleni vlakna, poliesterska smola/stakleni Profilkomerc i toa: epoksidna smola/stakleni vlakna, poliesterska smola/stakleni vlakna i vlakna i vinilesterska vinilesterska smola/stakleni vlakna.smola/stakleni vlakna.
6.6. Postignato e zna~itelno podobruvawe na mehani~kite svojstva na Postignato e zna~itelno podobruvawe na mehani~kite svojstva na pultrudiranite profili, prosledeno so namaluvawe na {kartot, odnosno zagubite vo pultrudiranite profili, prosledeno so namaluvawe na {kartot, odnosno zagubite vo tehnolo{kiot proces i toa za tehnolo{kiot proces i toa za 10%.10%. So toa iskoristuvaweto na materijalite vo procesot So toa iskoristuvaweto na materijalite vo procesot dostigna dostigna 97-98%.97-98%.