I. Podkladové materiály
1.1 Pryskyřice
1.1.1 Termosetová pryskyřice
Pryskyřice je obecný termín pro polymery. Pryskyřice a její chemické složení a fyzikální vlastnosti zásadně ovlivňují zpracování, výrobu a konečné vlastnosti kompozitního materiálu. Termosetová pryskyřice je nejrozmanitější a nejrozšířenější ze všech umělých materiálů. Snadno se odlévá nebo tvaruje do jakéhokoli tvaru, je kompatibilní s většinou ostatních materiálů a snadno se vytvrzuje (teplem nebo katalyzátory) na nerozpustnou pevnou látku. Termosetová pryskyřice je také vynikajícím lepidlem a pojivem.
1.1.2 Polyesterová pryskyřice
Polyesterová pryskyřice je relativně levná a snadno zpracovatelná pryskyřice, která se často používá v levných aplikacích. Polyesterová pryskyřice s nízkou kouřivostí se používá pro vnitřní části letadel. Polyester vyztužený vlákny lze zpracovávat různými způsoby. Mezi běžné způsoby zpracování patří tvarování kovových forem, mokré vrstvení laminování (vakuové pytlování), vstřikování, navíjení vláken, pultruze a vysokotlaká pára.
1.1.3 Vinylesterová pryskyřice
Vinylesterová pryskyřice má stejný vzhled, manipulační vlastnosti a vytvrzovací vlastnosti jako běžné pryskyřice jako polyesterové pryskyřice. Odolnost proti korozi a mechanické vlastnosti vinylesterových kompozitů jsou však mnohem lepší než standardní kompozity z polyesterové pryskyřice.
1.1.4 Fenolová pryskyřice
Fenolová pryskyřice byla poprvé komerčně použita na trhu na počátku 20. století. Močovinový formaldehyd a melaminformaldehyd se objevily ve 20. a 30. letech 20. století jako levnější alternativy pro použití při nízkých teplotách. Fenolová pryskyřice se používá pro interiérové komponenty pro její nízkou kouřivost a nízkou hořlavost.
1.1.5 Epoxidová pryskyřice
Epoxidová pryskyřice je polymerizovatelná termosetová pryskyřice, která má široký rozsah viskozit od kapaliny po pevnou látku. U mnoha různých typů epoxidové pryskyřice by měl technik k výběru správného typu pro konkrétní opravu použít příručku údržby. Epoxidová pryskyřice je široce používána v prepregech a strukturálních lepidlech. Výhody epoxidů jsou vysoká pevnost a modul, nízký obsah těkavých látek, dobrá přilnavost, nízké smrštění, dobrá chemická odolnost a snadné zpracování. Jeho hlavní nevýhodou je křehkost a degradace vlastností za přítomnosti vlhkosti. Epoxidová pryskyřice se zpracovává nebo vytvrzuje pomaleji než polyesterová pryskyřice. Techniky zpracování zahrnují lisování v autoklávu, navíjení vláken, lisování, vakuové balení, lisování pryskyřice a pultruzní lisování. Teploty vytvrzování se pohybují od pokojové teploty do přibližně 350 stupňů F (180 stupňů). Nejběžnější teplotní rozsah vytvrzování je mezi 250 stupni a 350 stupni F (120-180 stupně ). Jak je znázorněno na obrázku 10.
Obrázek 10: Oba systémy uspořádání mokrého epoxidového dávkovače s čerpadly
1.1.6 Polyimidová pryskyřice
Polyimidová pryskyřice vyniká v prostředí s vysokou teplotou, kde její tepelná odolnost, oxidační stabilita, nízký koeficient tepelné roztažnosti a odolnost vůči rozpouštědlům usnadňují návrh. Jeho hlavní použití jsou desky plošných spojů, tepelné motory a konstrukce draků letadel. Polyimidová pryskyřice může být termosetová pryskyřice nebo termoplast. Polyimidová pryskyřice vyžaduje vysoké vytvrzovací teploty, obvykle vyšší než 550 stupňů F (290 stupňů). V důsledku toho nejsou k dispozici běžné epoxidové kompozitní pytlovací materiály a ocelové nástroje se stávají nutností. Je velmi důležité používat polyimidové pytlovací a uvolňovací fólie, jako je Kapton®. upilex® namísto levnějších nylonových návleků a separačních fólií z polytetrafluorethylenu (PTFE) je běžným postupem pro zpracování epoxidových kompozitů.
Sklolaminátový potah z důvodu nízkého bodu tání polyesterových vláken musí být jako ložní materiál nahrazen vypouštěcím prodyšným materiálem.
1.1.7 Polybenzimidazolová pryskyřice (PBI)
PBI se používá v materiálech odolných vůči vysokým teplotám kvůli své extrémní odolnosti vůči vysokým teplotám. Pryskyřice se používá jako lepidla a vlákna.
1.1.8 Bismaleimidová pryskyřice (BMI)
BMI má vyšší teplotní odolnost a vyšší houževnatost než epoxidové pryskyřice a nabízí vynikající výkon při okolních i zvýšených teplotách. BMI se zpracovává podobně jako epoxidové pryskyřice. BMI se používá v leteckých motorech a vysokoteplotních součástech. bMI jsou vhodné mimo jiné pro standardní zpracování plechovek lisováním za tepla, vstřikování, lití pryskyřice a lisování kompozitů (SMC).
1.1.9 Termoplastická pryskyřice
Termoplastické materiály lze opakovaně změkčovat zvýšením teploty a opakovaně vytvrzovat snížením teploty. Rychlost zpracování je hlavní výhodou termoplastických materiálů. Během zpracování nedochází k žádnému chemickému vytvrzování a materiály mohou být tvarovány nebo vytlačovány, když jsou měkké.
1.1.10 Semikrystalické termoplasty
Semikrystalické termoplasty mají pevné vlastnosti zpomalující hoření, vynikající houževnatost, dobré mechanické vlastnosti při vysokých teplotách a po nárazu a nízkou absorpci vlhkosti. Používají se v sekundárních a primárních konstrukcích letadel. V kombinaci s vyztužujícími vlákny je lze použít pro vstřikovací směsi, lisované nepravidelné plechy, jednosměrné formy, prepregy vyrobené z předimpregnovaných koudelí (prepregů) a tkaninové prepregy. Vlákna impregnovaná v semikrystalických termoplastech zahrnují uhlíková vlákna, poniklovaný uhlík, aramid, skleněná vlákna, křemen a další.
1.1.11 Amorfní termoplasty
Amorfní termoplasty jsou dostupné v různých fyzikálních formách, včetně filmů, vláken a prášků. V kombinaci s výztužnými vlákny se také používají ve vstřikovaných kompozitech, lisovaných nepravidelných listech, jednosměrných pryžových formách, tkaných prepregech a dalších. Používaná vlákna jsou především uhlíková, aramidová a skleněná vlákna. Zvláštní výhody amorfních termoplastů závisí na polymeru. Pryskyřice jsou typicky známé pro svou snadnou zpracovatelnost, rychlost, schopnost vysoké teploty, dobré mechanické vlastnosti, vynikající houževnatost a rázovou houževnatost a chemickou stabilitu. Stabilita má za následek neomezenou dobu skladování, čímž se eliminuje požadavek na skladování termosetových prepregů v chladu.
1.1.12 Polyetheretherketon (PEEK)
PEEK je vysokoteplotní termoplast. Tento aromatický ketonový materiál má vynikající vysoké tepelné a spalovací vlastnosti a je odolný vůči široké škále rozpouštědel a patentovaných rozpustných kapalin. PEEK lze také vyztužit skleněnými a uhlíkovými vlákny.
1.2 Fáze vytvrzování pryskyřic
Termosetová pryskyřice se vytvrzuje pomocí chemické reakce. Existují tři stupně vytvrzování, nazývané A, B a C.
-Fáze A: Pryskyřičné složky (substrát a tvrdidlo) byly smíchány, ale chemická reakce ještě nezačala. Během mokrého pokládání je pryskyřice ve fázi A.
-Fáze B: Pryskyřičné složky byly smíchány a začala chemická reakce. Materiál se stává hustým a lepkavým. Pryskyřice prepregu je ve fázi B. Aby se zabránilo dalšímu vytvrzování, je pryskyřice umístěna do mrazáku na 0 stupeň F. Ve zmrazeném stavu zůstává pryskyřice prepregu ve fázi B. Vytvrzování začíná, když je materiál vyjmut z chladničky a znovu zahřát.
-Fáze C: Pryskyřice je plně vytvrzená. Některé pryskyřice vytvrzují při pokojové teplotě, jiné vyžadují cykly vytvrzování při vysoké teplotě, aby se plně a adekvátně vytvrdily.
1.3 Prepregy
Prepreg se skládá z kombinace matrice a výztužných vláken. Je k dispozici v jednosměrné formě (jeden směr vyztužení) a ve formě laminované tkaniny (několik směrů vyztužení). Všech pět hlavních skupin matricových pryskyřic lze použít k impregnaci různých forem vláken. Pryskyřice pak již nejsou ve stádiu nízké viskozity, ale byly pokročily na úroveň vytvrzování třídy B pro lepší manipulační vlastnosti. Následující produkty jsou dostupné ve formě prepregu: jednosměrné pryžové formy, výrobky z tkaných vláken, kontinuální kabílky a nařezané rohože. Prepregy musí být skladovány v chladničce pod 0 stupněm F, aby se zpomalil proces vytvrzování. Prepregy se vytvrzují při zvýšených teplotách. Mnoho prepregů používaných v letectví je impregnováno epoxidovými pryskyřicemi, které vytvrzují při 250 °F nebo 350 °F. Prepregy se vytvrzují v autoklávech, pecích nebo horkých přikrývkách. Obvykle se kupují a skladují v uzavřené roli plastového sáčku, aby se zabránilo kontaminaci vlhkostí. Jak je znázorněno na obrázku 11.
Obrázek 11: Lepicí fólie a tkaninový prepreg
1.4 Suché vláknité materiály
Suché vláknité materiály, jako jsou uhlíková vlákna, skelná vlákna a kevlar®, se používají v mnoha postupech oprav letadel. Suchá tkanina je před zahájením oprav napuštěna pryskyřicí. Tento proces je často označován jako mokrá laminace. Hlavní výhodou použití procesu mokrého vrstvení je, že vlákna a pryskyřice mohou být skladovány při pokojové teplotě po dlouhou dobu. Kompozit lze vytvrzovat při pokojové teplotě nebo vytvrzovat při vysokých teplotách pro urychlení procesu vytvrzování a zvýšení pevnosti. Nevýhodou je, že proces je chaotický a vlastnosti vyztuženého materiálu jsou nižší než vlastnosti prepregu. Jak je znázorněno na obrázku 12.
Obrázek 12: Suché textilní materiály (shora dolů: hliníkový materiál ochrany před bleskem, kevlar®, skleněné vlákno a uhlíkové vlákno)
1.5 Pomocné látky (tixotropní látky)
Pomocné látky (tixotropní látky) jsou v klidu ve formě gelu a při míchání se stávají tekutými. Tyto materiály mají vysokou statickou pevnost ve smyku a nízkou dynamickou pevnost ve smyku při ztrátě viskozity pod napětím.
II. Lepidla
2.1 Filmová lepidla
Strukturální lepidla pro použití v letectví a kosmonautice se obvykle dodávají ve formě filmu, podepřené na separačním papíru a skladují se v chladírenských podmínkách ({{0}} stupňů nebo 0 stupňů F). Filmová lepidla mohou používat vysokoteplotní aromatické aminy nebo katalyzovaná vytvrzovací činidla se širokou škálou flexibilizátorů a tužidel. Gumová tvrzená epoxidová lepidla jsou široce používána v leteckém průmyslu. Horní teplotní limit 121-177 stupňů (250-350 stupňů F) obvykle závisí na požadovaném stupni vytvrzení a celkovém výběru pryskyřice a tvrdidla. Obecně platí, že tvrzené pryskyřice mají za následek nižší provozní teploty. Materiál fólie je obvykle podepřen vlákny, aby se zlepšila manipulace s fólií před vytvrzením, aby se řídil tok lepidla během procesu lepení a aby se napomohlo řízení tloušťky spojované linie. Vlákna mohou být vyrobena do náhodně orientovaných střižových rohoží nebo do tkaných látek. Běžná vlákna jsou polyesterová, polyamidová (nylonová) a skleněná vlákna. Lepidla obsahující tkané textilie mohou mít mírnou degradaci životního prostředí v důsledku absorbování vody vlákny. Náhodné rohože nejsou při kontrole tloušťky filmu tak účinné jako tkané textilie, protože neomezená vlákna se během procesu spojování pohybují. Netkané textilie Spunlace se nepohybují a jsou proto široce používány. Jak je znázorněno na obrázcích 13 a 14.
Obrázek 13: Použití filmových lepidel, Kevlar®, skleněných vláken a uhlíkových vláken
Obrázek 14: Lepicí fólie
2.2 Lepidla
Lepidla se používají jako náhrada filmových lepidel. Ty se často používají pro sekundární lepení k opravě poškozených částí záplat a v oblastech, kde je obtížné aplikovat filmová lepidla. U epoxidových pryskyřic se k přilnutí ke strukturálnímu pojivu používá především pasta. K dispozici jsou jednodílné a dvoudílné systémy. Výhodou pastových lepidel je, že je lze skladovat při pokojové teplotě a mají dlouhou trvanlivost. Nevýhodou je obtížně kontrolovatelná tloušťka spoje, což ovlivňuje pevnost spoje.
Po nanesení lepidla je možné ponechat látku přilepenou během procesu lepení. Jak je znázorněno na obrázku 15.
Obrázek 15: Lepidla
2.3 Pěnová lepidla
Většina pěnových lepidel je {{0}}.025-palce až 0,{3}}palce silné epoxidové pryskyřice třídy B. Pěnová lepidla vytvrzují při teplotě 250 stupňů F (121 stupňů) nebo 350 stupňů F (176 stupňů). Během vytvrzovacího cyklu se pěnové lepidlo rozvine. Pěnová lepidla je třeba skladovat v chladničce a stejně jako prepregy mají omezenou skladovatelnost. Při předběžné opravě se pěnové lepidlo používá ke spojení na voštinu v sendvičové struktuře a opravě stávajícího jádra. Jak je znázorněno na obrázku 16.
Obrázek 16: Použití pěnového lepidla
III. Popis sendvičové struktury (popis sendvičové struktury)
Teoreticky je sendvičová konstrukce konstrukční panelový koncept, který se skládá ze dvou relativně tenkých, paralelních obkladů oddělených relativně tlustým nebo lehkým jádrem. Jádro podpírá obklad proti ohybu a proti samoplanárnímu smykovému zatížení. Jádro musí mít vysokou pevnost ve smyku a tuhost v tlaku. Kompozitní sendvičové struktury se obvykle vyrábějí vytvrzováním v autoklávu, vytvrzováním tlakem nebo vytvrzováním ve vakuu. Laminace kůže mohou být předem vytvrzeny a poté kombinovány v operaci společného vytvrzování nebo kombinací obou metod. Příklady voštinových struktur jsou: spoilery křídla, mastek, křidélka, vztlakové klapky, gondoly, podlahy a kormidla. Jak je znázorněno na obrázku 17.
Obrázek 17: Honeycomb sendvičová struktura
IV. Výkon
Ve srovnání hliníkových a kompozitních laminátových konstrukcí je ohybová tuhost sendvičových konstrukcí velmi vysoká. Většina voštiny je anizotropní, tj. vlastnosti jsou orientované. Výhody použití voštinových struktur jsou znázorněny na obrázku 18. Zvětšení tloušťky jádra značně zvyšuje tuhost voštinové struktury s minimálním nárůstem hmotnosti. Vzhledem k vysoké tuhosti voštinové konstrukce není potřeba používat externí sololitové desky, jako v případě trámového rámu.
Obrázek 18: Pevnost a tuhost voštinových sendvičových materiálů ve srovnání s hodnotami pevné laminace