Versterkingsmaterialen
De primaire vereisten voor versterkingsmaterialen die in prepregs worden gebruikt, zijn:
Goede bevochtigbaarheid met de hars;
Goede vervormbaarheid (drapabiliteit), om te voldoen aan de vormvereisten voor producten met complexe geometrieën;
Het vermogen om te voldoen aan de belangrijkste prestatie-eisen van het eindproduct.
Versterkende vezels omvatten glasvezels, koolstofvezels, aramidevezels en andere. Veel voorkomende vormen van versterkingsstructuren omvatten unidirectionele vezels, platgeweven stoffen, twill-geweven stoffen en multiaxiale stoffen.
Matrixmaterialen
De primaire functies van de matrixhars zijn:
Om de vezels te oriënteren, positioneren en samenbinden tot een samenhangende eenheid;
Om spanningen over te brengen in het hele product wanneer het wordt blootgesteld aan mechanische belastingen.
Over het algemeen is het voor één hars moeilijk om aan alle proces-gerelateerde prestatie-eisen te voldoen; daarom wordt doorgaans een combinatie van verschillende harsen gebruikt om verwerkingshandelingen te vergemakkelijken,-bijvoorbeeld door verschillende soorten epoxyharsen te combineren om de viscositeit van het harssysteem bij omgevings- of lage temperaturen aan te passen. Epoxyharsen van het fenoltype - kunnen de reactiviteit en thermische stabiliteit van het harssysteem verbeteren, terwijl epoxyharsen van het type Bisfenol A- kunnen worden gebruikt om de viscositeit ervan te reguleren. Onderzoek wijst uit dat het optimale harssysteem voor prepreg-toepassingen een synergetisch mengsel omvat van vloeibare epoxyhars van het type Bisfenol A-, een vaste epoxyhars van het type Bisfenol A- en fenol-epoxyhars.
Bij de selectie van matrixmaterialen moet een evenwicht worden gevonden tussen de prestatie-eisen van het composietmateriaal zelf en de eisen van het productieproces. Een fundamentele vereiste voor epoxy-prepregs met een gemiddelde -temperatuur-smelt-epoxy is bijvoorbeeld dat ze tijdens de zomermaanden niet-kleverig aanvoelen en niet broos worden tijdens de winter. Dit maakt het noodzakelijk om de verhoudingen van de verschillende componenten binnen het harssysteem aan te passen om ervoor te zorgen dat het verwekingspunt binnen het bereik van 36-37 graden in de zomer en 30-32 graden in de winter valt, terwijl tegelijkertijd de uithardingstemperatuur van de epoxyhars wordt gecontroleerd. De optimale uithardingstemperatuur varieert doorgaans van 120 graden tot 130 graden, met een uithardingstijd van maximaal 90 minuten.
Uithardingssysteem
Het uithardingssysteem omvat onder meer uithardingsmiddelen, versnellers, katalysatoren en verdunningsmiddelen. Gezien de toepassingsvereisten voor prepregs-met name de noodzaak dat ze een bepaalde houdbaarheid bij kamertemperatuur moeten hebben-, maakt het uithardingssysteem doorgaans gebruik van latente uithardingsmiddelen. Deze middelen reageren niet met de hars onder standaard temperatuur- en drukomstandigheden; Wanneer ze echter worden blootgesteld aan specifieke verhoogde temperaturen en drukken, katalyseren ze de verknoping en uitharding van de hars. Dit mechanisme vergemakkelijkt de stabiele opslag van prepregs bij omgevingstemperaturen. Dergelijke hardingsmiddelen zijn doorgaans van het gedispergeerde type; dat wil zeggen, ze bestaan als vaste stoffen bij kamertemperatuur en blijven onoplosbaar in de epoxyharsmatrix. Wanneer ze echter worden verwarmd tot temperaturen die hun smeltpunt benaderen, worden ze mengbaar met de epoxyhars, waardoor een snelle uithardingsreactie wordt geïnitieerd.
De primaire functie van versnellers is het vergemakkelijken van het oplossen van het uithardingsmiddel in de harsmatrix en het verhogen van de snelheid van de uithardingsreactie. Er zijn hardingsmiddelen opgenomen om de inherente brosheid van de thermohardende harsmatrix te verminderen en de slagvastheid ervan te vergroten. Verdunningsmiddelen dienen primair om de viscositeit van de hars te verlagen, waardoor de verwerkbaarheid ervan wordt verbeterd. Katalysatoren worden voornamelijk gebruikt om de reactie van de hars tijdens de uithardings- en vormfase te versnellen; onder standaard temperatuur- en drukomstandigheden blijven ze echter ook in een "latente" toestand-een kenmerk dat zeer voordelig blijkt te zijn voor de praktische productiebewerkingen waarbij prepregs betrokken zijn.
