الدليل النهائي لـ CFRP: البلاستيك/البوليمر المقوى بألياف الكربون

مع التطور المستمر للمواد المركبة، بالإضافة إلى البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية، ظهر البلاستيك المقوى بألياف الكربون، والبلاستيك المقوى بألياف البورون، وما إلى ذلك.مركبات البوليمر المعززة بألياف الكربون (CFRP) هي مواد خفيفة الوزن وقوية تستخدم في تصنيع العديد من المنتجات التي نستخدمها في حياتنا اليومية.هو مصطلح يستخدم لوصف المواد المركبة المقواة بالألياف والتي تستخدم ألياف الكربون كمكون هيكلي رئيسي.

قائمة المحتويات:

1. هيكل البوليمر المقوى بألياف الكربون
2. طريقة صب البلاستيك المقوى بألياف الكربون
3. خصائص البوليمر المقوى بألياف الكربون
4. مزايا البلاستيك المقوى بألياف الكربون
5. مساوئ CFRP
6. استخدامات البلاستيك المقوى بألياف الكربون

هيكل البوليمر المقوى بألياف الكربون

البلاستيك المقوى بألياف الكربون هو مادة تتكون من ترتيب مواد ألياف الكربون في اتجاه معين واستخدام مواد البوليمر المرتبطة.قطر ألياف الكربون رقيق للغاية، حوالي 7 ميكرون، لكن قوته عالية للغاية.

الوحدة الأساسية المكونة للمادة المركبة المقواة بألياف الكربون هي خيوط ألياف الكربون.المادة الخام الأساسية لخيوط الكربون هي البوليمر الأولي بولي أكريلونيتريل (PAN)، الرايون، أو طبقة البترول.يتم بعد ذلك تصنيع خيوط الكربون إلى أقمشة من ألياف الكربون بالطرق الكيميائية والميكانيكية لأجزاء ألياف الكربون.

عادة ما يكون البوليمر الرابط عبارة عن راتينج متصلد بالحرارة مثل الإيبوكسي.يتم أحيانًا استخدام مواد متصلدة بالحرارة أو بوليمرات لدنة بالحرارة، مثل أسيتات البولي فينيل أو النايلون.بالإضافة إلى ألياف الكربون، يمكن أن تحتوي المركبات أيضًا على الأراميد Q، أو البولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي، أو الألومنيوم، أو الألياف الزجاجية.يمكن أيضًا أن تتأثر خصائص منتج ألياف الكربون النهائي بنوع المواد المضافة التي يتم إدخالها في مصفوفة الترابط.

طريقة صب البلاستيك المقوى بألياف الكربون

تختلف منتجات ألياف الكربون بشكل أساسي بسبب العمليات المختلفة.هناك العديد من الطرق لتشكيل مواد البوليمر المقواة بألياف الكربون.

1. طريقة وضع اليد

وتنقسم إلى الطريقة الجافة (المتجر المجهز مسبقاً) والطريقة الرطبة (نسيج الألياف والراتنج الملصوق للاستخدام).يتم استخدام وضع اليد أيضًا لإعداد مواد التقوية المسبقة لاستخدامها في عمليات التشكيل الثانوية مثل قولبة الضغط.هذه الطريقة هي حيث يتم تصفيح صفائح من قماش ألياف الكربون على قالب لتشكيل المنتج النهائي.يتم تحسين خصائص القوة والصلابة للمادة الناتجة عن طريق اختيار محاذاة ونسج ألياف النسيج.يتم بعد ذلك ملء القالب بالإيبوكسي ومعالجته بالحرارة أو الهواء.غالبًا ما يتم استخدام طريقة التصنيع هذه للأجزاء غير المجهدة، مثل أغطية المحرك.

2. طريقة تشكيل الفراغ

بالنسبة للتغليف المصفح، من الضروري تطبيق الضغط من خلال عملية معينة لجعله قريبًا من القالب وعلاجه وتشكيله تحت درجة حرارة وضغط معينين.تستخدم طريقة الأكياس المفرغة مضخة تفريغ لإخلاء الجزء الداخلي من كيس التشكيل بحيث يشكل الضغط السلبي بين الكيس والقالب ضغطًا بحيث تكون المادة المركبة قريبة من القالب.

على أساس طريقة الأكياس المفرغة، تم اشتقاق طريقة تشكيل الأكياس المفرغة في وقت لاحق.توفر أجهزة التعقيم ضغوطًا أعلى وتعالج الجزء بالحرارة (بدلاً من المعالجة الطبيعية) مقارنة بطرق الأكياس المفرغة فقط.يحتوي هذا الجزء على هيكل أكثر إحكاما، وجودة سطح أفضل، ويمكنه القضاء بشكل فعال على فقاعات الهواء (ستؤثر الفقاعات بشكل كبير على قوة الجزء)، والجودة الشاملة أعلى.في الواقع، عملية التعبئة بالفراغ تشبه عملية لصق فيلم الهاتف المحمول.تعتبر إزالة فقاعات الهواء مهمة كبرى.

3. طريقة صب الضغط

قالب الضغطهي طريقة صب تساعد على الإنتاج الضخم والإنتاج الضخم.تصنع القوالب عادة من الأجزاء العلوية والسفلية، والتي نسميها العفن الذكري والعفن الأنثوي.تتمثل عملية التشكيل في وضع الحصيرة المصنوعة من المواد الأولية في قالب العداد المعدني، وتحت تأثير درجة حرارة وضغط معينين، يتم تسخين الحصيرة وتلطيفها في تجويف القالب، وتتدفق تحت الضغط، وتملأ تجويف القالب، ثم والقولبة والمعالجة للحصول على المنتجات.ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها تكلفة أولية أعلى من الطرق السابقة، نظرًا لأن القالب يتطلب معالجة CNC عالية الدقة.

4. صب اللف

بالنسبة للأجزاء ذات الأشكال المعقدة أو على شكل جسم دوران، يمكن استخدام ملفاف الفتيل لصنع الجزء عن طريق لف الفتيل على شياق أو قلب.بعد اللف يتم العلاج الكامل وإزالة الشياق.على سبيل المثال، يمكن تصنيع أذرع المفاصل الأنبوبية المستخدمة في أنظمة التعليق باستخدام هذه الطريقة.

5. صب نقل الراتنج

يعد قولبة نقل الراتنج (RTM) طريقة قولبة شائعة نسبيًا.خطواتها الأساسية هي:
1. ضع نسيج ألياف الكربون السيئ المُجهز في القالب وأغلق القالب.
2. قم بحقن الراتينج السائل المتصلد بالحرارة فيه، ثم قم بتشريب مادة التقوية، ثم قم بالشفاء.

خصائص البوليمر المقوى بألياف الكربون

(1) قوة عالية ومرونة جيدة.

تبلغ القوة النوعية (أي نسبة قوة الشد إلى الكثافة) لألياف الكربون 6 أضعاف قوة الفولاذ و17 مرة قوة الألومنيوم.المعامل المحدد (أي نسبة معامل يونج إلى الكثافة، وهو علامة على مرونة الجسم) هو أكثر من 3 مرات من الفولاذ أو الألومنيوم.

مع القوة النوعية العالية، يمكنها تحمل حمل عمل كبير.الحد الأقصى لضغط العمل يمكن أن يصل إلى 350 كجم/سم2.بالإضافة إلى ذلك، فهو أكثر قابلية للانضغاط ومرونة من F-4 النقي وجديله.

(2) مقاومة جيدة للتعب ومقاومة التآكل.

مقاومة التعب أعلى بكثير من مقاومة راتنجات الايبوكسي وأعلى من مقاومة المواد المعدنية.ألياف الجرافيت ذاتية التشحيم ولها معامل احتكاك صغير.كمية التآكل أقل بـ 5-10 مرات من منتجات الأسبستوس العامة أو الضفائر F-4.

(3) التوصيل الحراري الجيد والمقاومة للحرارة.

تتمتع المواد البلاستيكية المقواة بألياف الكربون بموصلية حرارية جيدة، ويتم تبديد الحرارة الناتجة عن الاحتكاك بسهولة.ليس من السهل زيادة درجة حرارة الجزء الداخلي وتخزين الحرارة ويمكن استخدامه كمادة مانعة للتسرب ديناميكية.في الهواء، يمكن أن تعمل بثبات في نطاق درجة الحرارة من -120 إلى 350 درجة مئوية.مع تقليل محتوى المعدن القلوي في ألياف الكربون، يمكن زيادة درجة حرارة الخدمة بشكل أكبر.في الغاز الخامل، يمكن أن تصل درجة حرارته القابلة للتكيف إلى حوالي 2000 درجة مئوية، ويمكنه تحمل التغيرات الحادة في البرد والحرارة.

(4) مقاومة جيدة للاهتزاز.

ليس من السهل أن يتردد صداها أو ترفرف، كما أنها مادة ممتازة لتقليل الاهتزاز وتقليل الضوضاء.

مزايا مادة CFRP

1. خفيفة الوزن

يستخدم البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية التقليدية أليافًا زجاجية متواصلة و70% من الألياف الزجاجية (وزن الزجاج/الوزن الإجمالي) وعادةً ما تبلغ كثافته 0.065 رطل لكل بوصة مكعبة.عادة ما يكون لمركب CFRP الذي له نفس وزن الألياف بنسبة 70% كثافة تبلغ 0.055 رطل لكل بوصة مكعبة.

2. قوة عالية

على الرغم من أن البوليمرات المقواة بألياف الكربون خفيفة الوزن، إلا أن مركبات CFRP تتمتع بقوة أعلى وصلابة أعلى لكل وحدة وزن من مركبات الألياف الزجاجية.بالمقارنة مع المواد المعدنية، هذه الميزة أكثر وضوحا.

عيوب CFRP

1. التكلفة العالية

تكلفة إنتاج البلاستيك المقوى بألياف الكربون باهظة.يمكن أن تختلف أسعار ألياف الكربون بشكل كبير اعتمادًا على ظروف السوق الحالية (العرض والطلب)، ونوع ألياف الكربون (الفضاء مقابل الدرجة التجارية)، وحجم حزمة الألياف.على أساس الجنيه مقابل الجنيه، يمكن أن تكون ألياف الكربون البكر أكثر تكلفة من 5 إلى 25 مرة من الألياف الزجاجية.يكون هذا الاختلاف أكبر عند مقارنة الفولاذ بالألياف الكربونية المدعمة بألياف الكربون.
2. الموصلية
هذه هي ميزة وعيوب المواد المركبة من ألياف الكربون.ذلك يعتمد على التطبيق.ألياف الكربون موصلة للغاية والألياف الزجاجية عازلة.تستخدم العديد من المنتجات الألياف الزجاجية بدلاً من ألياف الكربون أو المعدن لأنها تتطلب عزلًا صارمًا.في إنتاج المرافق، تتطلب العديد من المنتجات استخدام الألياف الزجاجية.

استخدامات البلاستيك المقوى بألياف الكربون

إن تطبيقات البوليمر المقوى بألياف الكربون واسعة في الحياة، بدءًا من الأجزاء الميكانيكية وحتى المواد العسكرية.

(1)كما ختم التعبئة
يمكن تصنيع مادة PTFE المقواة بألياف الكربون في حلقات أو عبوات مانعة للتسرب ومقاومة للتآكل ومقاومة للحرارة العالية.عند استخدامها للختم الثابت، يكون عمر الخدمة أطول، أكثر من 10 مرات أطول من عمر التعبئة العامة للأسبستوس المغمورة بالزيت.يمكنه الحفاظ على أداء الختم في ظل تغيرات الحمل والتبريد السريع والتسخين السريع.وبما أن المادة لا تحتوي على مواد قابلة للتآكل، فلن يحدث أي تآكل على المعدن.

(2)كأجزاء طحن
من خلال الاستفادة من خصائص التشحيم الذاتي، يمكن استخدامه كمحامل، وتروس، وحلقات مكبس لأغراض خاصة.مثل المحامل المشحمة الخالية من الزيت لأدوات الطيران ومسجلات الأشرطة، والتروس المشحمة الخالية من الزيت لقاطرات الديزل ذات ناقل الحركة الكهربائي (لتجنب الحوادث الناجمة عن تسرب الزيت)، وحلقات المكبس المشحمة الخالية من الزيت على الضواغط، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، يمكنها كما يمكن استخدامها كمحامل انزلاقية أو أختام في الصناعات الغذائية والصيدلانية من خلال الاستفادة من خصائصها غير السامة.

(3) كمواد هيكلية للفضاء والطيران والصواريخ.تم استخدامه لأول مرة في تصنيع الطائرات لتقليل وزن الطائرة وتحسين كفاءة الطيران.يتم استخدامه أيضًا في الصناعات الكيميائية والبترولية والطاقة الكهربائية والآلات وغيرها من الصناعات كختم ديناميكي دوار أو ترددي أو مواد ختم ثابتة مختلفة.

Zhengxi محترفمصنع الضغط الهيدروليكي في الصين، توفير عالية الجودةالصحافة الهيدروليكية المركبةلتشكيل منتجات CFRP.