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%.