Naprężenia w laminatach. Charakterystyka nowoczesnych materiałów przekładkowych.

Posiadając wieloletnie doświadczenie w doborze materiałów oraz konstrukcji laminatów, chcemy podzielić się z Państwem wiedzą i doświadczeniem. Wiemy jak ciężko jest dobrać odpowiednie materiały oraz skalkulować jakim obciążeniom będą one podlegać w danym projekcie.

Dzisiejszy newsletter traktuje o naprężeniach jakim poddawany jest laminat, a także o nowoczesnych materiałach przekładkowych spełniających najwyższe normy i wymagania mechaniczne oraz fizyko-chemiczne.

Projektowanie z wykorzystaniem kompozytów

1. Naprężenia
Każdy materiał konstrukcyjny jest narażony na cztery podstawowe rodzaje naprężeń: rozciągające, ściskające, ścinające i zginające.

1.1 Rozciąganie
Rysunek 1 pokazuje rozciąganie kompozytu. Efekty rozciągania zależą przede wszystkim od przyczepności żywicy do zbrojenia oraz sztywności i wytrzymałości zbrojenia, bo są one znacznie wyższe niż w przypadku samej żywicy.

Rozciąganie kompozytu

Rysunek 1 - Rozciąganie

1.2 Ściskanie
Rysunek 2 pokazuje ściskanie laminatu. W tej sytuacji kluczowe znaczenie mają przyczepność do włókna i sztywność żywicy, bo to żywica utrzymuje włókna proste i zapobiega ich wybrzuszaniu się.

Ściskanie kompozytu

Rysunek 2 - Ściskanie

1.3 Ścinanie
Rysunek 3 pokazuje ścinanie kompozytu. Naprężenia próbują przesunąć warstwę włókien nad warstwę sąsiednią. W przypadku ścinania największe znaczenie ma żywica, która rozprowadza naprężenia po powierzchni kompozytu. Aby kompozyt był w stanie wytrzymać ścinanie żywica musi mieć nie tylko dobre właściwości mechaniczne, ale także wysoką adhezję do włókien zbrojenia. Dla kompozytów wielowarstwowych („laminatów”) tę właściwość określa się jako wytrzymałość na ścinanie międzywarstwowe.

Ścinanie kompozytu

Rysunek 3 - Ścinanie

1.4 Zginanie
Zginanie jest tak naprawdę połączeniem rozciągania, ściskania i ścinania. Kiedy na kompozyt działają naprężenia zginające w sposób pokazany poniżej, górna jego część jest ściskana, dolna rozciągana, a środkowa poddana ścinaniu.

Zginanie kompozytu

Rysunek 4 - Zginanie

Rola i zastosowanie materiałów przekładkowych

Materiały przekładkowe stanowią bardzo ważną rolę. Nadają konstrukcji sztywności i wytrzymałości mechanicznej. Spełniać muszą zatem wysokie wymogi fizyczno-mechaniczne. Drugą ważną rolą jest redukcja wagi laminatu.

Przy zastosowaniu przekładki pomiędzy dwoma warstwami laminatu, tworzy się tzw. konstrukcja kratownicowa. W każdym układzie sił, zarówno jeśli chodzi o laminat, strukturę nośną, czy dźwignię, ważne jest to, aby siły działające na konstrukcję sprowadzały się do dwóch: ściskającej i rozciągającej. Każdy materiał bowiem ma największą wytrzymałość wzdłóż tych właśnie sił. Stosując przekładkę jako element konstrukcyjny doprowadzamy do takiego układu.

Ważna jest grubość stosowanej przekładki – im grubszy laminat tym siły ściskające i rozciągające są mniejsze. Dlatego też przy danym projekcie stosując grubszą przekładkę, schodzimy z grubości warst wierzchnich laminatu.

Oprócz grubości materiału przekładkowego ważna jest także jego gęstość i twardość, co przekłada się na współczynnik sprężystości. Dobierając odpowiedni materiał przekładkowy przy zginaniu finalnego laminatu mamy pewność, że struktura przekładkowa nie ulegnie uszkodzeniu, a powierzchnia laminatu się nie wybrzuszy.

Tworząc konstrukję przekładkową pamiętać należy również o doborze odpowiedniego kleju do przekładek. Klej ten musi zapewniać ciągłe połączenie elementu przekładkowego z warstwami laminatu po obu stronach. Tylko takie połączenie gwarantuje, że przekładka spełni swoją rolę.

W ofercie firmy Reja znajdują się kleje do konstrukcji przekładkowcyh spełniające wszelkie wymagania (wytrzymałość, waga, czas żelowania itp.).

Przekładki Corecell™

SP-High Modulus to światowy lider w zakresie technologii przekładkowych. W ofercie firmy są następujące typy przekładek: Corecell M, Corecell A, Corecell P, Corecell S.

Wszystkie przekładki SP-High Modulus wykonane są z żywic SAN (styrenowo-akrylonitrylowych), dzięki czemu przewyższają popularne przekładki PVC. Cechuje je doskonały stosunek wytrzymałości do wagi, znakomite właściwości dynamiczne i wysoka absorpcja energii.

Przekładki Corecell występują w następujących wersjach:

  • PL – prosty arkusz
  • PH – prosty arkusz z nawierconymi otworami
  • SC – arkusz pojedynczo nacinany
  • DC – arkusz nacinany podwójnie
  • TC – arkusz potrójnie nacinany
  • CS – arkusz kostkowany
  • VIC – arkusz rowkowany

Przekładki Corecell mają certyfikaty American Bureau of Shipping (ABS), Lloyds Register of Shipping, Det Norske Veritas (DNV) i Germanischer Lloyd (GL).

Arkusz Corecell bez nacięć Arkusz Corecell nacinany wzdłuż jednej osi z każdej strony
Arkusz prosty Arkusz pojedynczo nacinany
Arkusz Corecell nacinany w kostkę Arkusz Corecell z nawierconymi otworami
Arkusz kostkowany Arkusz z nawierconymi otworami
Arkusz Corecell nacinany na krzyż po obu stronach Arkusz Corecell rowkowany
Arkusz podwójnie nacinany Arkusz rowkowany

Dzięki różnym rodzajom nacinania przekładki Corecell mają bardzo szerokie zastosowanie i sprawdzają się w każdej metodzie produkcyjnej. Różne typy to przede wszystkim polepszone układanie, lepszy transport żywicy oraz jej mniejsze zużycie, a także lepsze odpowietrzenie laminatu.

Przykład materiału przekładkowego typu Corecell:

Corecell™ M-Foam
Pianka dla przemysłu morskiego

  • Zastępuje piankę PCV
  • Wysoka wytrzymałość na ścinanie w połączeniu z niską gęstością
  • Obróbka w wysokiej temperaturze (można łączyć z prepregami)
  • Wysoka wytrzymałość na wydłużenie
  • Nadaje się do wszystkich procesów, w których wykorzystuje się kompozyty, w tym prepregi

Corecell M-Foam to najnowszy dodatek do serii Corecell i jak wszystkie należące do niej produkty bazuje na żywicy SAN, dzięki czemu posiada szereg zalet:

  • Stabilność środowiskowa – Wysoka tolerancja na ciepło i substancje chemiczne
  • Wytrzymałość – Wysoka plastyczność i wytrzymałość na uszkodzenia w porównaniu z balsą i usieciowanym PVC
  • Wielkie komórki – Bardzo niska absorbcja żywicy, co przekłada się na redukcję kosztów i oszczędność materiałów
  • Jednorodność – Niewielkie różnice w gęstości
  • Dobre odgazowanie – Corecell usuwa problemy z odgazowaniem pianki
  • Kompatybilność – Można używać z wszystkimi żywicami poliestrowymi, winyloestrowymi i epoksydowymi
  • Zerowa inhibicja – Corecell nie spowalnia procesu utwardzania żywicy epoksydowej
  • Użycie – Wytrzymała i łatwa do obróbki maszynowej

Kształty wycięte z pianki Corecell M-Foam Kształty wycięte z pianki Corecell M-Foam

Corecell M-Foam to produkt do wszystkich zastosowań spotykanych w przemyśle morskim. Wysoką wytrzymałość na ścinanie łączy z niską gęstością, wysoką wytrzymałością na wydłużenie i wytrzymałością termiczną oraz niskim poborem żywicy. Czy chodzi o stewę dziobową, nadbudówkę, kadłub czy pokład i czy stosuje się laminowanie ręczne, infuzję czy prepregi - Corecell M-Foam stanowi doskonały wybór.

Podobnie jak inne produkty z serii Corecell, M-Foam ma niewielkie komórki i unikalne nacięcia, dzięki czemu pobór żywicy podczas infuzji jest niski. W przypadku prepregów wysoka wytrzymałość termiczna pozwala skrócić cykle utwardzania i umożliwia obróbkę bez ryzyka zatrzymania katalizy prepregu. Właściwości statyczne M-Foam to duża wytrzymałość na ścinanie i niska gęstość. Z właściwości dynamicznych wysoka wytrzymałość na wydłużenie daje wiele korzyści i przekłada się na większą odporność na uderzenia i mniejsze zmęczenie materiału.

Corecell M-Foam jest dostępna w formacie do infuzji żywicy i jest kompatybilna z żywicami poliestrowymi, winylestrowymi i epoksydowymi. Niska absorbcja żywicy charakterystyczna dla wszystkich produktów Corecell i unikalne nacięcia umożliwiają bardziej wydajną infuzję, która daje lżejszy laminat niższym kosztem.

Z przekładek Corecell w ofercie firmy Reja występują także typy o wysokiej odporności termicznej, wysokiej twardości i udarności, polepszonych parametrach wytrzymałościowych do stosowania np. na kadłuby, czy z prepregami wysokotemperaturowymi.

Przykład przekładki PVC:

PVCell™ G-Foam
Pianka strukturalna

  • Odpowiednia do wszystkich zastosowań z wykorzystaniem kompozytów przekładkowych
  • Doskonały stosunek wytrzymałości i sztywności do wagi
  • Samogasnąca
  • Znakomita odporność chemiczna
  • Idealna do infuzji żywicy, RTM i laminowania ręcznego
  • Posiada atest Germanischer Lloyd, Det Norske Veritas, Registro Italiano Navale, American Bureau of Shipping

Arkusze Corecell z różnymi nacięciamiPVCell G-Foam to usieciowana pianka PCV o zamkniętych komórkach. Nadaje się stosowania wszędzie tam, gdzie używa się kompozytów, zapewniając doskonały stosunek wytrzymałości do wagi.

Inne ważne cechy PVCell G-Foam to doskonała odporność chemiczna, minimalna absorpcja wody i świetna izolacja termiczna. Jest ona kompatybilna z najpopularniejszymi rodzajami żywicy, w tym z żywicami poliestrowymi, winyloestrowymi i epoksydowymi.

PVCell G-Foam jest dostępna w wielu formatach z każdym standardowym wzorem cięcia i rodzajem wykończenia.

Oprócz wymienionych typów przekładek dostępne są również materiały PET, balsa oraz struktura plastra miodu.

Opracował Łukasz Łukaszuk