Optimalizace vytvrzovacího cyklu v autoklávu pro vysokopevnostní strukturální kompozity

Bc. Michal Grunt

Master's thesis

The Optimization of Curing Cycle in Autoclave for High-Stiffness Structural Composites

Abstract:

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.

Abstract:

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

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 5. 2021

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Soňa Rusnáková, Ph.D.

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Technology

Master programme / field:
Production Engineering / Stroje a nástroje pro zpracování polymerů a kompozitů