Vytvrzování kompozitů v autoklávu je nezastupitelnou technologií i přes značně vysoké investiční náklady, energetickou a časovou náročnost výroby. Produkujeme totiž dílce té nejvyšší kvality, vhodné pro letectví a kosmonautiku. Předchozí studie se zabývaly optimalizací procesu z hlediska rozmístění dílů, či minimální spotřeby energií. V této diplomové práci byl stanoven přístup k optimalizaci vytvrzovacího procesu z hlediska nejvyšších mechanických vlastností výrobků. Byly zkoumány reologické vlastnosti použitých epoxidových pryskyřic, dle kterých byly určeny teploty, hodnoty tlaků a doby trvání jednotlivých částí cyklu. Mechanické vlastnosti výrobků neoptimalizovaného a optimalizovaného cyklu byly naměřeny a statisticky porovnány a bylo potvrzeno, že vytvrzovací cyklus je významné optimalizovat. Je třeba brát v úvahu, že kterákoliv optimalizace vytvrzovacího cyklu není univerzální. Zásadním faktem je, že každý tvar výrobku má jiné tepelně vodivé vlastnosti - jinak velkou teplosměnnou plochu. Proto je třeba přistupovat ke každému vytvrzovanému dílci individuálně. Problém nastává v případě, že vytvrzujeme více tvarově rozdílných dílců současně a to převážně z důvodů využití výrobních kapacit autoklávu. Je zde mnoho možných budoucích směrů pro rozšíření znalostí o vytvrzování kompozitů pomocí autoklávu. Potenciální studie by se mohly zabývat optimalizací procesu za účelem splnění vysokých požadavků, které jsou kladeny na výrobky uplatňované zejména v aeronautice.
Annotation in English
Curing of composites in autoclaves is an irreplaceable technology, despite its high invest-ment cost for the device, energy, and time consumption of the process. Autoclaves can produce parts of the highest achievable quality even suitable for aeronautics. Previous studies dealt with the optimization of the process in the aspect of parts placement in the autoclave or its power consumption. My diploma thesis defines an approach of the curing cycle optimization to produce parts having the best mechanical properties. Appropri-ate temperatures, pressures and their timings of the cure cycle were selected upon the rheological properties of processed epoxy resins. Mechanical properties of products manufactured by non-optimized and optimized cure cycle were compared using statistical methods. Reported data proved the importance of the process optimization. However no optimization is universal. Common complications result from the different heat exchange surface of each part. The issue occurs when more shape diverse parts are processed simultaneously. Thus, it is very common to utilize the production capacity due to the autoclaves time-consuming cure cycle. There are possible ways of future researches. It would be appropriate to deal with practical phenomena especially in aeronautics.
Keywords
Autokláv, vytvrzování kompozitů, prepreg, zkoušky mechanických a dynamických vlastností kompozitů
Keywords in English
Autoclave, composites curing, prepreg, tests of mechanical and dynamical properties of composites
Length of the covering note
138
Language
CZ
Annotation
Vytvrzování kompozitů v autoklávu je nezastupitelnou technologií i přes značně vysoké investiční náklady, energetickou a časovou náročnost výroby. Produkujeme totiž dílce té nejvyšší kvality, vhodné pro letectví a kosmonautiku. Předchozí studie se zabývaly optimalizací procesu z hlediska rozmístění dílů, či minimální spotřeby energií. V této diplomové práci byl stanoven přístup k optimalizaci vytvrzovacího procesu z hlediska nejvyšších mechanických vlastností výrobků. Byly zkoumány reologické vlastnosti použitých epoxidových pryskyřic, dle kterých byly určeny teploty, hodnoty tlaků a doby trvání jednotlivých částí cyklu. Mechanické vlastnosti výrobků neoptimalizovaného a optimalizovaného cyklu byly naměřeny a statisticky porovnány a bylo potvrzeno, že vytvrzovací cyklus je významné optimalizovat. Je třeba brát v úvahu, že kterákoliv optimalizace vytvrzovacího cyklu není univerzální. Zásadním faktem je, že každý tvar výrobku má jiné tepelně vodivé vlastnosti - jinak velkou teplosměnnou plochu. Proto je třeba přistupovat ke každému vytvrzovanému dílci individuálně. Problém nastává v případě, že vytvrzujeme více tvarově rozdílných dílců současně a to převážně z důvodů využití výrobních kapacit autoklávu. Je zde mnoho možných budoucích směrů pro rozšíření znalostí o vytvrzování kompozitů pomocí autoklávu. Potenciální studie by se mohly zabývat optimalizací procesu za účelem splnění vysokých požadavků, které jsou kladeny na výrobky uplatňované zejména v aeronautice.
Annotation in English
Curing of composites in autoclaves is an irreplaceable technology, despite its high invest-ment cost for the device, energy, and time consumption of the process. Autoclaves can produce parts of the highest achievable quality even suitable for aeronautics. Previous studies dealt with the optimization of the process in the aspect of parts placement in the autoclave or its power consumption. My diploma thesis defines an approach of the curing cycle optimization to produce parts having the best mechanical properties. Appropri-ate temperatures, pressures and their timings of the cure cycle were selected upon the rheological properties of processed epoxy resins. Mechanical properties of products manufactured by non-optimized and optimized cure cycle were compared using statistical methods. Reported data proved the importance of the process optimization. However no optimization is universal. Common complications result from the different heat exchange surface of each part. The issue occurs when more shape diverse parts are processed simultaneously. Thus, it is very common to utilize the production capacity due to the autoclaves time-consuming cure cycle. There are possible ways of future researches. It would be appropriate to deal with practical phenomena especially in aeronautics.
Keywords
Autokláv, vytvrzování kompozitů, prepreg, zkoušky mechanických a dynamických vlastností kompozitů
Keywords in English
Autoclave, composites curing, prepreg, tests of mechanical and dynamical properties of composites
Research Plan
1. Literární rešerše na problematiku vytvrzování kompozitu,
2. Technologie vytvrzování kompozitu v autoklávu, princip, význam, aplikace.
3. Návrh podmínek vytvrzování pro zvolenu kompozitní strukturu.
4. Vytvrzovací cyklus a vliv na mechanické vlastnosti
5. Závěr a význam pro aplikační sféru.
Research Plan
1. Literární rešerše na problematiku vytvrzování kompozitu,
2. Technologie vytvrzování kompozitu v autoklávu, princip, význam, aplikace.
3. Návrh podmínek vytvrzování pro zvolenu kompozitní strukturu.
4. Vytvrzovací cyklus a vliv na mechanické vlastnosti
5. Závěr a význam pro aplikační sféru.
Recommended resources
BARBERO, E. J.: Introduction to composite materials design, Third edition, 2018, CRC Press, Taylor & Francis Group, ISBN-13: 978-1138196803.
ŠUBA, O.: Mechanika polymerů a kompozitů, Zlín, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2011, ISBN 978-80-7454-015-8.
ŠUBA, O.: Dimenzování a navrhování výrobků z polymerů. Vyd. 3. Zlín, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2010, 112 s., ISBN 978-80-7318-948-8.
EHRENSTEIN G. W.: Polymerní kompozitní materiály, Praha, SCIENTIA v Prahe, 351s, 2009, ISBN 978-80-86960-29-6.
LIPTÁKOVÁ, T.: Polymérne konštrukčné materiály. University of Žilina, Žilina, 189 s, 2012, ISBN 978-80-554-0505-6.
STRONG, A., B.: Fundamentals of Composites Manufacturing: Materials, Methods, and Application, Society of Manufacturing Engineers, 1989.
SRINIVASAN, K.: Composite Materials: Production, Properties, Testing and Applications, Alpha Science International Limited, 2009, ISBN 1842654918, 9781842654910.
Recommended resources
BARBERO, E. J.: Introduction to composite materials design, Third edition, 2018, CRC Press, Taylor & Francis Group, ISBN-13: 978-1138196803.
ŠUBA, O.: Mechanika polymerů a kompozitů, Zlín, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2011, ISBN 978-80-7454-015-8.
ŠUBA, O.: Dimenzování a navrhování výrobků z polymerů. Vyd. 3. Zlín, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2010, 112 s., ISBN 978-80-7318-948-8.
EHRENSTEIN G. W.: Polymerní kompozitní materiály, Praha, SCIENTIA v Prahe, 351s, 2009, ISBN 978-80-86960-29-6.
LIPTÁKOVÁ, T.: Polymérne konštrukčné materiály. University of Žilina, Žilina, 189 s, 2012, ISBN 978-80-554-0505-6.
STRONG, A., B.: Fundamentals of Composites Manufacturing: Materials, Methods, and Application, Society of Manufacturing Engineers, 1989.
SRINIVASAN, K.: Composite Materials: Production, Properties, Testing and Applications, Alpha Science International Limited, 2009, ISBN 1842654918, 9781842654910.
