С непрекъснатото развитие на композитните материали, в допълнение към пластмасите, подсилени със стъклени влакна, се появиха пластмаси, подсилени с въглеродни влакна, пластмаси, подсилени с борни влакна и др.Усилените с въглеродни влакна полимерни композити (CFRP) са леки и здрави материали, които се използват за производството на много продукти, които използваме в ежедневието си.Това е термин, използван за описание на подсилени с влакна композитни материали, които използват въглеродни влакна като основен структурен компонент.
Съдържание:
1. Полимерна структура, подсилена с въглеродни влакна
2. Методът на формоване на пластмаса, подсилена с въглеродни влакна
3. Свойства на полимера, подсилен с въглеродни влакна
4. Предимства на CFRP
5. Недостатъци на CFRP
6. Използване на пластмаса, подсилена с въглеродни влакна
Полимерна структура, подсилена с въглеродни влакна
Пластмасата, подсилена с въглеродни влакна, е материал, образуван чрез подреждане на материали от въглеродни влакна в определена посока и използване на свързани полимерни материали.Диаметърът на въглеродните влакна е изключително тънък, около 7 микрона, но здравината му е изключително висока.
Най-основната съставна единица на композитния материал, подсилен с въглеродни влакна, е нишката от въглеродни влакна.Основната суровина за въглеродните нишки е преполимерен полиакрилонитрил (PAN), изкуствена коприна или петролна смола.След това въглеродните нишки се правят в тъкани от въглеродни влакна чрез химични и механични методи за части от въглеродни влакна.
Свързващият полимер обикновено е термореактивна смола като епоксидна.Понякога се използват други термореактивни или термопластични полимери, като поливинил ацетат или найлон.В допълнение към въглеродните влакна, композитите могат също да съдържат арамид Q, полиетилен с ултрависоко молекулно тегло, алуминий или стъклени влакна.Свойствата на крайния продукт от въглеродни влакна също могат да бъдат повлияни от вида на добавките, въведени в свързващата матрица.
Методът на формоване на пластмаса, подсилена с въглеродни влакна
Продуктите от въглеродни влакна се различават главно поради различни процеси.Има много методи за формиране на полимерни материали, подсилени с въглеродни влакна.
1. Метод на поставяне на ръце
Разделен на сух метод (предварително подготвен магазин) и мокър метод (тъкан от влакна и смола, залепени за употреба).Ръчното полагане също се използва за приготвяне на предварително импрегнирани материали за използване във вторични процеси на формоване, като пресоване.Този метод е, когато листове от плат от въглеродни влакна се ламинират върху матрица, за да се образува крайният продукт.Свойствата на якост и твърдост на получения материал се оптимизират чрез избор на подравняване и тъкане на тъканните влакна.След това матрицата се напълва с епоксидна смола и се втвърдява с топлина или въздух.Този метод на производство често се използва за ненапрегнати части, като например капаци на двигателя.
2. Метод на вакуумно формоване
За ламинирания препрег е необходимо да се приложи натиск чрез определен процес, за да се приближи до формата и да се втвърди и оформи при определена температура и налягане.Методът с вакуумна торбичка използва вакуумна помпа за евакуиране на вътрешността на торбичката за формоване, така че отрицателното налягане между торбичката и матрицата образува налягане, така че композитният материал да е близо до матрицата.
Въз основа на метода на вакуумната торба, по-късно е получен методът за формиране на вакуумна торба в автоклав.Автоклавите осигуряват по-високо налягане и топлинно втвърдяване на частта (вместо естествено втвърдяване) в сравнение с методите само с вакуумна торба.Такава част има по-компактна структура, по-добро качество на повърхността, може ефективно да елиминира въздушните мехурчета (мехурчетата значително ще повлияят на здравината на частта) и общото качество е по-високо.Всъщност процесът на вакуумно опаковане е подобен на този на залепването на филма за мобилни телефони.Премахването на въздушните мехурчета е основна задача.
3. Метод на компресионно формоване
Компресионно формованее метод на формоване, който е благоприятен за масово производство и масово производство.Формите обикновено се изработват от горна и долна част, които наричаме мъжка форма и женска форма.Процесът на формоване е да се постави матът, изработен от предварително импрегнирани форми, в металната насрещна форма и под действието на определена температура и налягане, матът се нагрява и пластифицира в кухината на формата, тече под налягане и запълва кухината на матрицата и след това И формоване и втвърдяване за получаване на продукти.Този метод обаче има по-висока първоначална цена от предишните, тъй като матрицата изисква много прецизна CNC обработка.
4. Формоване за навиване
За части със сложни форми или във формата на въртящо се тяло може да се използва устройство за навиване на нишка, за да се направи частта чрез навиване на нишката върху дорник или сърцевина.След навиване е пълно излекуване и премахване на дорника.Например, тръбните шарнирни рамена, използвани в системите за окачване, могат да бъдат направени по този метод.
5. Прехвърляне на смола
Формоването с трансфер на смола (RTM) е относително популярен метод на формоване.Основните му стъпки са:
1. Поставете подготвената лоша тъкан от въглеродни влакна във формата и затворете формата.
2. Инжектирайте течна термореактивна смола в него, импрегнирайте подсилващия материал и го втвърдете.
Свойства на полимера, подсилен с въглеродни влакна
(1) Висока якост и добра еластичност.
Специфичната якост (т.е. съотношението на якостта на опън към плътността) на въглеродните влакна е 6 пъти по-голяма от тази на стоманата и 17 пъти по-голяма от тази на алуминия.Специфичният модул (т.е. съотношението на модула на Йънг към плътността, което е знак за еластичността на даден обект) е повече от 3 пъти по-голям от този на стоманата или алуминия.
С висока специфична якост, той може да понесе голям работен товар.Максималното му работно налягане може да достигне 350 kg/cm2.В допълнение, той е по-свиваем и еластичен от чистия F-4 и неговата оплетка.
(2) Добра устойчивост на умора и устойчивост на износване.
Неговата устойчивост на умора е много по-висока от тази на епоксидната смола и по-висока от тази на металните материали.Графитните влакна са самосмазващи се и имат малък коефициент на триене.Степента на износване е 5-10 пъти по-малка от тази на обикновените азбестови продукти или F-4 плитки.
(3) Добра топлопроводимост и устойчивост на топлина.
Подсилените с въглеродни влакна пластмаси имат добра топлопроводимост и топлината, генерирана от триенето, се разсейва лесно.Вътрешността не е лесна за прегряване и съхраняване на топлина и може да се използва като динамичен уплътнителен материал.Във въздуха може да работи стабилно в температурния диапазон от -120~350°C.С намаляването на съдържанието на алкални метали във въглеродните влакна, работната температура може да се повиши допълнително.В инертен газ неговата адаптивна температура може да достигне около 2000°C и може да издържи резки промени в студ и топлина.
(4) Добра устойчивост на вибрации.
Не е лесно да резонира или трепти, а освен това е отличен материал за намаляване на вибрациите и шума.
Предимства на CFRP
1. Леко тегло
Традиционните пластмаси, подсилени със стъклени влакна, използват непрекъснати стъклени влакна и 70% стъклени влакна (тегло на стъкло/общо тегло) и обикновено имат плътност от 0,065 паунда на кубичен инч.CFRP композит със същото тегло от 70% влакна обикновено има плътност от 0,055 паунда на кубичен инч.
2. Висока якост
Въпреки че подсилените с въглеродни влакна полимери са леки, CFRP композитите имат по-висока якост и по-висока твърдост на единица тегло от композитите от стъклени влакна.В сравнение с металните материали това предимство е по-очевидно.
Недостатъци на CFRP
1. Висока цена
Производствените разходи за пластмаса, подсилена с въглеродни влакна, са непосилни.Цените на въглеродните влакна могат да варират драстично в зависимост от текущите пазарни условия (търсене и предлагане), вида на въглеродните влакна (аерокосмически срещу търговски клас) и размера на снопа от влакна.На база паунд за паунд необработените въглеродни влакна могат да бъдат 5 до 25 пъти по-скъпи от стъклените влакна.Тази разлика е още по-голяма, когато се сравнява стоманата с CFRP.
2. Проводимост
Това е предимството и недостатъка на композитните материали от въглеродни влакна.Зависи от приложението.Въглеродните влакна са изключително проводими, а стъклените влакна са изолиращи.Много продукти използват фибростъкло вместо въглеродни влакна или метал, защото изискват строга изолация.При производството на комунални услуги много продукти изискват използването на стъклени влакна.
Използване на пластмаса, подсилена с въглеродни влакна
Приложенията на полимера, подсилен с въглеродни влакна, са широки в живота, от механични части до военни материали.
(1)като запечатваща опаковка
Подсиленият с въглеродни влакна PTFE материал може да бъде направен в устойчиви на корозия, износване и устойчиви на висока температура уплътнителни пръстени или уплътнения.Когато се използва за статично уплътняване, експлоатационният живот е по-дълъг, повече от 10 пъти по-дълъг от този на обикновените потопени в масло азбестови уплътнения.Може да поддържа ефективността на уплътняване при промени в натоварването и бързо охлаждане и бързо нагряване.И тъй като материалът не съдържа корозивни вещества, върху метала няма да се появи точкова корозия.
(2)като части за смилане
Използвайки свойствата си за самосмазване, той може да се използва като лагери, зъбни колела и бутални пръстени за специални цели.Като смазани без масло лагери за авиационни инструменти и магнетофони, смазани без масло зъбни колела за дизелови локомотиви с електрическа трансмисия (за избягване на злополуки, причинени от изтичане на масло), смазани без масло бутални пръстени на компресори и др. Освен това може също така да се използва като плъзгащи лагери или уплътнения в хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост, като се възползват от неговите нетоксични характеристики.
(3) Като структурни материали за космическото пространство, авиацията и ракетите.За първи път е използван в производството на самолети за намаляване на теглото на самолета и подобряване на ефективността на полета.Използва се и в химическата, петролната, електрическата, машиностроителната и други индустрии като ротационно или възвратно-постъпателно динамично уплътнение или различни статични уплътнителни материали.
Zhengxi е професионалистфабрика за хидравлична преса в Китай, осигурявайки високо качествокомпозитна хидравлична пресаза формиране на CFRP продукти.
Време на публикуване: 25 май 2023 г
