الدليل النهائي لـ CFRP: البلاستيك/البوليمر المقوى بألياف الكربون

مع التطوير المستمر للمواد المركبة ، بالإضافة إلى المواد البلاستيكية المقواة بالألياف الزجاجية ، ظهرت المواد البلاستيكية المقواة بألياف الكربون ، والبلاستيك المقوى بالألياف البورون ، وما إلى ذلك. مركبات البوليمر المقواة من ألياف الكربون (CFRP) هي مواد خفيفة الوزن وقوية تستخدم لتصنيع العديد من المنتجات التي نستخدمها في حياتنا اليومية. إنه مصطلح يستخدم لوصف المواد المركبة المقوى بالألياف التي تستخدم ألياف الكربون كمكون هيكلي رئيسي.

جدول المحتوى:

1. هيكل البوليمر المعزز بألياف الكربون
2. طريقة صب الألياف الكربونية المعززة من البلاستيك
3. خصائص بوليمر معززة ألياف الكربون
4. مزايا CFRP
5. عيوب CFRP
6. استخدامات الألياف المعززة بألياف الكربون

هيكل البوليمر المعزز بألياف الكربون

البلاستيك المقوى من ألياف الكربون هو مادة تتشكل عن طريق ترتيب مواد ألياف الكربون في اتجاه معين واستخدام مواد البوليمر المستعبدين. قطر ألياف الكربون نحيف للغاية ، حوالي 7 ميكرون ، ولكن قوتها عالية للغاية.

الوحدة المكونة الأساسية للمواد المركبة المعززة بألياف الكربون هي خيوط ألياف الكربون. المادة الخام الأساسية لخيوط الكربون هي prepolymer polyacrylonitrile (PAN) ، الحمراء ، أو ملعب البترول. ثم يتم تحويل خيوط الكربون إلى أقمشة ألياف الكربون بالطرق الكيميائية والميكانيكية لأجزاء ألياف الكربون.

عادة ما يكون البوليمر الربط راتنجًا حراريًا مثل الايبوكسي. في بعض الأحيان يتم استخدام الحرارية الأخرى أو البوليمرات المرنة الحرارية ، مثل أسيتات البولي فينيل أو النايلون. بالإضافة إلى ألياف الكربون ، يمكن أن تحتوي المركبات أيضًا على Aramid Q ، أو البولي إيثيلين الجزيئي الفائق ، أو الألومنيوم ، أو الألياف الزجاجية. يمكن أن تتأثر خصائص منتج ألياف الكربون النهائي أيضًا بنوع الإضافات التي تم إدخالها في مصفوفة الترابط.

طريقة صب الألياف الكربونية المعززة من البلاستيك

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

1. طريقة وضع اليد

مقسمة إلى الطريقة الجافة (المتجر المعدة مسبقًا) والطريقة الرطبة (نسيج الألياف والراتنج ملتصقون بالاستخدام). يتم استخدام وضع اليد أيضًا لإعداد الأحرف المسبقة للاستخدام في عمليات صب ثانوية مثل صب الضغط. هذه الطريقة هي المكان الذي تُغلف فيه أوراق قماش ألياف الكربون على قالب لتشكيل المنتج النهائي. يتم تحسين خصائص القوة والتصلب للمادة الناتجة عن طريق اختيار محاذاة ونسج ألياف النسيج. ثم يملأ القالب بالإيبوكسي ويتم علاجه بالحرارة أو الهواء. غالبًا ما تستخدم طريقة التصنيع هذه للأجزاء غير المجهرية ، مثل أغطية المحرك.

2. طريقة تشكيل الفراغ

بالنسبة إلى prepreg المغطى ، من الضروري تطبيق الضغط من خلال عملية معينة لجعله قريبًا من القالب وعلاجه وتشكيله تحت درجة حرارة وضغط معين. تستخدم طريقة BACUUM BAG مضخة فراغ لإخلاء الجزء الداخلي من كيس التكوين بحيث يشكل الضغط السلبي بين الحقيبة والقالب ضغطًا بحيث تكون المادة المركبة قريبة من القالب.

على أساس طريقة حقيبة الفراغ ، تم اشتقاق طريقة تكوين أكياس الفراغ في وقت لاحق. توفر أدوات AutoClaves ضغوطًا أعلى وعلاج الحرارة (بدلاً من المعالجة الطبيعية) من أساليب الفراغ فقط. مثل هذا الجزء له بنية أكثر إحكاما ، وجودة سطح أفضل ، يمكن أن تقضي بشكل فعال على فقاعات الهواء (ستؤثر الفقاعات بشكل كبير على قوة الجزء) ، والجودة الإجمالية أعلى. في الواقع ، تشبه عملية التعبئة الفراغية فيلم الهاتف المحمول. القضاء على فقاعات الهواء هو مهمة رئيسية.

3. طريقة صب الضغط

صب الضغطهي طريقة صب مفضية للإنتاج الضخم والإنتاج الضخم. عادة ما تكون القوالب مصنوعة من الأجزاء العلوية والسفلية ، والتي نسميها القالب الذكور والقالب الأنثوي. تتمثل عملية القولبة في وضع حصيرة مصنوعة من الأجزاء المسبقة في قالب المعادن ، وتحت عمل بعض درجة الحرارة والضغط ، يتم تسخين الحصيرة والبلاسفة في تجويف القالب ، تتدفق تحت الضغط ، وتملأ تجويف القالب ، ثم الصب والمعالجة للحصول على المنتجات. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة لها تكلفة أولية أعلى من التكلفة السابقة ، لأن القالب يتطلب تصنيع CNC عالي الدقة.

4

بالنسبة للأجزاء ذات الأشكال المعقدة أو في شكل جسم من الثورة ، يمكن استخدام لائحة الشعيرة لجعل الجزء من خلال لف الشعيرة على مغزل أو جوهر. بعد اللف هو علاج كامل وإزالة المغزل. على سبيل المثال ، يمكن إجراء أذرع مفصل أنبوبي المستخدمة في أنظمة التعليق باستخدام هذه الطريقة.

5. صب الراتنج

صب الراتنج (RTM) هو طريقة صب شائعة نسبيا. خطواتها الأساسية هي:
1. ضع نسيج ألياف الكربون السيئ المعدة في القالب وأغلق القالب.
2. حقن راتنجات الحرارية السائل في ذلك ، وتشريب مادة التعزيز ، والعلاج.

خصائص البوليمر المعزز بألياف الكربون

(1) قوة عالية ومرونة جيدة.

القوة المحددة (أي نسبة قوة الشد إلى كثافة) من ألياف الكربون هي 6 أضعاف قوة الصلب و 17 ضعف نسبة الألومنيوم. المعامل المحدد (أي ، نسبة معامل يونغ إلى الكثافة ، وهي علامة على مرونة كائن ما) هي أكثر من 3 أضعاف نسبة الصلب أو الألمنيوم.

مع قوة محددة عالية ، يمكن أن يتحمل حمولة عمل كبيرة. يمكن أن يصل الحد الأقصى لضغط العمل إلى 350 كجم/سم 2. بالإضافة إلى ذلك ، يكون أكثر انضغاطًا ومرونة من F-4 النقي وجديلة.

(2) مقاومة التعب الجيدة وارتداء المقاومة.

مقاومة التعب أعلى بكثير من راتنج الايبوكسي وأعلى من مواد المعادن. ألياف الجرافيت هي تشحيم ذاتي ولها معامل صغير من الاحتكاك. مقدار التآكل أصغر من 5 إلى 10 مرات من منتجات الأسبستوس العامة أو الضفائر F-4.

(3) الموصلية الحرارية الجيدة ومقاومة الحرارة.

تحتوي المواد البلاستيكية المقواة على الألياف الكربونية على توصيل حراري جيد ، ويتم تبديد الحرارة الناتجة عن الاحتكاك بسهولة. ليس من السهل ارتفاع درجة حرارة وتخزين الحرارة الداخلية ويمكن استخدامها كمواد ختم ديناميكية. في الهواء ، يمكن أن يعمل بشكل ثابت في نطاق درجة حرارة -120 ~ 350 درجة مئوية. مع تقليل المحتوى المعدني القلوي في ألياف الكربون ، قد تزداد درجة حرارة الخدمة. في غاز خامل ، يمكن أن تصل درجة حرارة قابلة للتكيف إلى حوالي 2000 درجة مئوية ، ويمكن أن تصمد أمام التغيرات الحادة في البرد والحرارة.

(4) مقاومة الاهتزاز الجيدة.

ليس من السهل صداها أو الرفرفة ، وهي أيضًا مادة ممتازة لتقليل الاهتزاز وتقليل الضوضاء.

مزايا CFRP

1. الوزن الخفيف

تستخدم الألياف الزجاجية التقليدية الألياف الزجاجية الألياف الزجاجية المستمرة وألياف زجاجية 70 ٪ (الوزن الزجاجي/الوزن الكلي) وعادة ما تكون كثافة 0.065 رطل لكل بوصة مكعبة. عادةً ما يكون لدى مركب CFRP مع نفس وزن الألياف 70 ٪ كثافة 0.055 رطل لكل بوصة مكعبة.

2. قوة عالية

على الرغم من أن البوليمرات المقواة بألياف الكربون خفيفة الوزن ، إلا أن مركبات CFRP لها قوة أعلى وارتفاع صلابة لكل وحدة الوزن من مركبات الألياف الزجاجية. مقارنة مع المواد المعدنية ، هذه الميزة أكثر وضوحا.

عيوب CFRP

1. التكلفة العالية

تكلفة إنتاج الألياف الكربونية المعززة من البلاستيك باهظ. يمكن أن تختلف أسعار ألياف الكربون بشكل كبير اعتمادًا على ظروف السوق الحالية (العرض والطلب) ، ونوع ألياف الكربون (الفضاء مقابل الصف التجاري) ، وحجم حزمة الألياف. على أساس رطل مقابل رطل ، يمكن أن تكون ألياف الكربون البكر 5 إلى 25 مرة أكثر تكلفة من الألياف الزجاجية. هذا الاختلاف أكبر عند مقارنة الصلب بـ CFRP.
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.

الاستخدامات البلاستيكية المقواة من ألياف الكربون

تطبيقات البوليمر المقوى بألياف الكربون واسعة في الحياة ، من الأجزاء الميكانيكية إلى المواد العسكرية.

(1)كما تم ختم التعبئة
يمكن تحويل مواد PTFE المقواة بألياف الكربون إلى حلقات أو حلقات ختم مقاومة للارتداء وذات درجات الحرارة العالية. عند استخدامها في الختم الثابت ، تكون عمر الخدمة أطول ، وأكثر من 10 أضعاف أطول من تعبئة الأسبستوس المليئة بالزيت. يمكن أن تحافظ على أداء الختم تحت تغييرات الحمل والتبريد السريع والتدفئة السريعة. ونظرًا لأن المادة لا تحتوي على مواد تآكل ، فلن يحدث أي تآكل على المعدن.

(2)كما أجزاء طحن
باستخدام خصائصها المشتاجية ، يمكن استخدامها كحامل ، تروس ، وخواتم المكبس لأغراض خاصة. مثل المحامل المشحمة الخالية من النفط لأدوات الطيران ومسجلات الأشرطة ، والتروس المشحمة الخالية من النفط من أجل قاطرات الديزل الكهربائية (لتجنب الحوادث الناجمة عن تسرب الزيت) ، والمعدلات المشحمة الخالية من النفط ، يمكن استخدامها أيضًا على حلقات المكبس المشحمة على الصيدلة عن طريق الاستفادة من التخصيصات غير المتوفرة.

(3) كمواد هيكلية للفضاء والطيران والصواريخ. تم استخدامه لأول مرة في تصنيع الطائرات لتقليل وزن الطائرة وتحسين كفاءة الطيران. كما أنه يستخدم في المواد الكيميائية والبترولية والكهربائية والآلات وغيرها من الصناعات كختم ديناميكي دوار أو متداول أو مواد ختم ثابتة مختلفة.

Zhengxi محترفمصنع الصحافة الهيدروليكية في الصين، وتوفير عالية القلعةالصحافة الهيدروليكية المركبةلتشكيل منتجات CFRP.