Autoclava

Majoritatea pieselor realizate din compozite cu matrice termorigide folosite in industria aerospatiala sunt polimerizate la temperaturi inalte pentru a asigura temperaturi de lucru suficient de mari. De exemplu, un compozit carbon/epoxy polimerizat la 180°C timp de 2 ore ar putea avea o temperatura de tranzitie (Tg – glass transition temperature) de 200°C in atmosfera uscata si de numai 160°C in conditii de umezeala. Acest lucru ar permite compozitului sa aiba o temperatura de lucru de maxim 135°C.

O modalitate de a polimeriza materialul compozit ar putea fi intr-un cuptor, aplicand vid asupra lui. Cele mai bune rezultate insa, se obtin folosind o presiune de compactare mai mare de o atmosfera. Aceasta se obtine de obicei folosind autoclava.

Autoclava reprezinta in principiu, un cuptor in interiorul caruia se poate contola atat presiune cat si temperatura,

prevazut cu sisteme prin care sa se poata aplica vidul asupra piesei. De obicei o autoclava este controlata printr-un computer, iar presiune se obtine folosind bioxid de carbon sau azot, pentru a reduce riscul producerii de incendii.  O instalatie standard pentru fibre de carbon in matrice polimerica (carbon/epoxy) este capabila sa realizere temperaturi de peste 200°C si presiune de pana la 7-8 bar. Pentru compozite termoplastice sau termorigide de inalta temperatura se folosesc autoclave capabile sa realizeze temperaturi de 400°C si presiuni de 12 bar.

Piesa din compozit se incalzeste se obiecei prin convectie termica, circulatia realizandu-se cu ajutorul unor ventilatoare.

In mod normal, structura din compozit este vidata in momentul in care asezarea straturilor se finalizeaza, pentru a tine materialul in pozitie si pentru a inlatura

aerul dintre straturi. Inainte de inchiderea usilor, piesa vidata se conecteaza la furnurule de vid si la termocuplele din interiorul autoclavei. Presurizarea si incalzirea piesei va incepe imediat dupa acest moment. Dupa ce presiunea in interiorul incintei depaseste o atmosfera, aplicarea vidului se poate opri. Vitaza de crestere a temperaturii si presiunii sunt controlate de durata intregului proces pentru a asigura polimerizarea compozitului in toata masa lui si pentru a reduce posibilitatea aparitiei unor solicitari interne datorate dilatarii materialului.

Vascozitatea rasinii scade odata cu cresterea temperaturii pana in momentul in care devine gelatinoasa. Este important ca presiunea maxima sa fie atinsa inaintea acestui moment pentru a permite eliminarea unor eventuale bulede aer dintre straturile de fibre si pentru a se elimina rasina in exces.

In unele cazuri, se poate mentine un palier intermediar de temperatura premergator temperaturii maxime tocmai pentru a se asigura eliminarea aerului dintre straturi si pentru a evita producerea de reactii exoterme (in care se degajeaza caldura), ce pot aparea in special in laminate groase (de peste 50 de straturi). De asemenea, in acest mod se poate asigura o temperatura uniforma in toata masa piesei. Pentru rasini de ultima generatie insa, procesul de polimerizare poate fi realizat fara a folosi un palier intermediar.

Matritele folosite in autoclava trebuie sa aiba o masa termica mica, pentru a evita incalzirea sau racirea lenta a compozitului si de asemenea un coeficient de dilatatie termica mic, similar cu cel al laminatului.

Bibliografie:

1. Alan Backer, Stuard Dutton, Donald Kelly – Composite Materials for Aircraft Structures

Florin STUPARU