Kontinuiranim razvojem kompozitnih materijala, osim plastike ojačane staklenim vlaknima, pojavile su se plastike ojačane karbonskim vlaknima, plastike ojačane borovim vlaknima itd.Polimerni kompoziti ojačani karbonskim vlaknima (CFRP) su lagani i jaki materijali koji se koriste za proizvodnju mnogih proizvoda koje koristimo u svakodnevnom životu.To je izraz koji se koristi za opisivanje kompozitnih materijala ojačanih vlaknima koji koriste karbonska vlakna kao glavnu strukturnu komponentu.
SADRŽAJ:
1. Polimerna struktura ojačana karbonskim vlaknima
2. Metoda oblikovanja plastike ojačane karbonskim vlaknima
3. Svojstva polimera ojačanog karbonskim vlaknima
4. Prednosti CFRP-a
5. Nedostaci CFRP-a
6. Upotreba plastike ojačane karbonskim vlaknima
Polimerna struktura ojačana karbonskim vlaknima
Plastika ojačana ugljičnim vlaknima je materijal koji nastaje slaganjem materijala od karbonskih vlakana u određenom smjeru i korištenjem vezanih polimernih materijala.Prečnik karbonskih vlakana je izuzetno tanak, oko 7 mikrona, ali je njegova čvrstoća izuzetno visoka.
Najosnovnija sastavna jedinica kompozitnog materijala ojačanog karbonskim vlaknima je filament od karbonskih vlakana.Osnovna sirovina karbonskih filamenta je prepolimer poliakrilonitril (PAN), rajon ili naftna smola.Ugljični filamenti se zatim pretvaraju u tkanine od karbonskih vlakana hemijskim i mehaničkim metodama za dijelove od karbonskih vlakana.
Vezivni polimer je obično termoreaktivna smola kao što je epoksid.Ponekad se koriste i drugi termoreaktivni ili termoplastični polimeri, kao što su polivinil acetat ili najlon.Osim karbonskih vlakana, kompoziti mogu sadržavati i aramid Q, polietilen ultra visoke molekularne težine, aluminij ili staklena vlakna.Na svojstva konačnog proizvoda od karbonskih vlakana može uticati i vrsta aditiva unesenih u matricu vezivanja.
Metoda oblikovanja plastike ojačane karbonskim vlaknima
Proizvodi od karbonskih vlakana uglavnom se razlikuju zbog različitih procesa.Postoje mnoge metode za formiranje polimernih materijala ojačanih karbonskim vlaknima.
1. Ručna metoda polaganja
Dijeli se na suhu metodu (prethodno pripremljena radnja) i mokru metodu (vlaknasta tkanina i smola zalijepljena za upotrebu).Ručno polaganje se također koristi za pripremu preprega za upotrebu u sekundarnim procesima oblikovanja kao što je kompresijsko oblikovanje.Ova metoda je kada se listovi tkanine od karbonskih vlakana laminiraju na kalup kako bi se formirao konačni proizvod.Svojstva čvrstoće i krutosti rezultirajućeg materijala optimiziraju se odabirom poravnanja i tkanja vlakana tkanine.Kalup se zatim puni epoksidom i stvrdnjava toplotom ili vazduhom.Ova metoda proizvodnje se često koristi za dijelove koji nisu napregnuti, kao što su poklopci motora.
2. Metoda vakuumskog oblikovanja
Za laminirani prepreg potrebno je izvršiti pritisak kroz određeni proces kako bi se približio kalupu i očvrsnuo i oblikovao pod određenom temperaturom i pritiskom.Metoda vakuumske vrećice koristi vakuumsku pumpu za evakuaciju unutrašnjosti vreće za formiranje tako da negativni tlak između vrećice i kalupa stvara pritisak tako da je kompozitni materijal blizu kalupa.
Na osnovu metode vakuum vrećice, kasnije je izvedena metoda formiranja vakuum vreće-autoklava.Autoklavi obezbeđuju veće pritiske i toplotno stvrdnjavanje dela (umesto prirodnog očvršćavanja) od metoda samo sa vakuum vrećama.Takav dio ima kompaktniju strukturu, bolji kvalitet površine, može efikasno eliminirati mjehuriće zraka (mjehurići će uvelike utjecati na čvrstoću dijela), a ukupni kvalitet je veći.U stvari, proces vakuumskog pakovanja sličan je onom lijepljenja folije za mobilni telefon.Uklanjanje mjehurića zraka je glavni zadatak.
3. Metoda kompresijskog kalupa
Kompresijsko oblikovanjeje metoda oblikovanja koja je pogodna za masovnu proizvodnju i masovnu proizvodnju.Kalupi se obično prave od gornjeg i donjeg dijela, koje nazivamo muški kalup i ženski kalup.Proces oblikovanja je da se otirač od preprega umetne u metalni kontra kalup, a pod dejstvom određene temperature i pritiska, otirač se zagreva i plastifikuje u šupljini kalupa, teče pod pritiskom i ispunjava kalupnu šupljinu, a zatim I oblikovanje i sušenje za dobivanje proizvoda.Međutim, ova metoda ima veću početnu cijenu od prethodnih, budući da kalup zahtijeva vrlo preciznu CNC obradu.
4. Namotavanje kalupa
Za dijelove složenih oblika ili u obliku tijela okretanja, za izradu dijela može se koristiti namotač filamenta namotavanjem filamenta na trn ili jezgro.Nakon potpunog namotavanja osušite i uklonite trn.Na primjer, cijevni zglobni krakovi koji se koriste u sustavima ovjesa mogu se napraviti ovom metodom.
5. Prenos smole za kalupljenje
Prenošenje smole (RTM) je relativno popularna metoda oblikovanja.Njegovi osnovni koraci su:
1. Stavite pripremljenu lošu tkaninu od karbonskih vlakana u kalup i zatvorite kalup.
2. U njega ubrizgati tečnu termoreaktivnu smolu, impregnirati armaturni materijal i očvrsnuti.
Svojstva polimera ojačanog karbonskim vlaknima
(1) Visoka čvrstoća i dobra elastičnost.
Specifična čvrstoća (odnosno omjer vlačne čvrstoće i gustoće) karbonskih vlakana je 6 puta veća od čelika i 17 puta veća od aluminija.Specifični modul (tj. omjer Youngovog modula i gustoće, koji je znak elastičnosti objekta) je više od 3 puta veći od čelika ili aluminija.
Sa visokom specifičnom čvrstoćom, može podnijeti veliko radno opterećenje.Njegov maksimalni radni pritisak može doseći 350 kg/cm2.Osim toga, kompresiji je i otporniji od čistog F-4 i njegove pletenice.
(2) Dobra otpornost na zamor i otpornost na habanje.
Njegova otpornost na zamor je mnogo veća od otpornosti epoksidne smole i veća od otpornosti metalnih materijala.Grafitna vlakna su samopodmazujuća i imaju mali koeficijent trenja.Količina habanja je 5-10 puta manja nego kod općih azbestnih proizvoda ili pletenica F-4.
(3) Dobra toplotna provodljivost i otpornost na toplotu.
Plastika ojačana karbonskim vlaknima ima dobru toplotnu provodljivost, a toplota nastala trenjem lako se rasipa.Unutrašnjost nije lako pregrijati i pohraniti toplinu i može se koristiti kao dinamički zaptivni materijal.Na vazduhu može stabilno da radi u temperaturnom opsegu od -120~350°C.Sa smanjenjem sadržaja alkalnih metala u karbonskim vlaknima, radna temperatura se može dodatno povećati.U inertnom plinu, njegova prilagodljiva temperatura može doseći oko 2000°C i može izdržati oštre promjene hladnoće i vrućine.
(4) Dobra otpornost na vibracije.
Nije lako rezonirati ili lepršati, a također je odličan materijal za smanjenje vibracija i buke.
Prednosti CFRP-a
1. Mala težina
Tradicionalna plastika ojačana staklenim vlaknima koristi neprekidna staklena vlakna i 70% staklenih vlakana (težina stakla/ukupna težina) i obično imaju gustinu od 0,065 funti po kubnom inču.CFRP kompozit sa istom težinom vlakana od 70% obično ima gustinu od 0,055 funti po kubnom inču.
2. Visoka čvrstoća
Iako su polimeri ojačani karbonskim vlaknima lagani, CFRP kompoziti imaju veću čvrstoću i veću krutost po jedinici težine od kompozita staklenim vlaknima.U poređenju sa metalnim materijalima, ova prednost je očiglednija.
Nedostaci CFRP-a
1. Visoka cijena
Troškovi proizvodnje plastike ojačane karbonskim vlaknima su previsoki.Cijene karbonskih vlakana mogu dramatično varirati ovisno o trenutnim tržišnim uvjetima (ponuda i potražnja), vrsti karbonskih vlakana (aerospace naspram komercijalnog kvaliteta) i veličini snopa vlakana.Na bazi funta za funtu, neobrađena karbonska vlakna mogu biti 5 do 25 puta skuplja od staklenih vlakana.Ova razlika je još veća kada se uporedi čelik i CFRP.
2. Provodljivost
Ovo je prednost i nedostatak kompozitnih materijala od karbonskih vlakana.Zavisi od aplikacije.Ugljična vlakna su izuzetno provodljiva, a staklena vlakna su izolacijska.Mnogi proizvodi koriste stakloplastike umjesto karbonskih vlakana ili metala jer zahtijevaju strogu izolaciju.U proizvodnji komunalnih usluga, mnogi proizvodi zahtijevaju upotrebu staklenih vlakana.
Upotreba plastike ojačane karbonskim vlaknima
Primjena polimera ojačanog karbonskim vlaknima široka je u životu, od mehaničkih dijelova do vojnih materijala.
(1)kao zaptivna ambalaža
PTFE materijal ojačan karbonskim vlaknima može se izraditi u zaptivne prstenove ili brtvene prstenove otporne na koroziju, habanje i visoke temperature.Kada se koristi za statičko zaptivanje, životni vek je duži, više od 10 puta duži od uobičajenog azbestnog pakovanja potopljenog u ulje.Može održavati performanse zaptivanja pod promjenama opterećenja i brzog hlađenja i brzog zagrijavanja.A budući da materijal ne sadrži korozivne tvari, na metalu neće doći do pitting korozije.
(2)kao dijelovi za mljevenje
Koristeći svoja svojstva samopodmazivanja, može se koristiti kao ležajevi, zupčanici i klipni prstenovi za posebne namjene.Kao što su podmazani ležajevi bez ulja za vazduhoplovne instrumente i magnetofone, podmazani zupčanici za dizel lokomotive sa električnim prijenosom (da bi se izbjegle nesreće uzrokovane curenjem ulja), klipni prstenovi bez ulja na kompresorima, itd. Osim toga, može može se koristiti i kao klizni ležajevi ili zaptivke u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji koristeći prednosti svojih netoksičnih karakteristika.
(3) Kao konstrukcijski materijali za vazduhoplovstvo, avijaciju i rakete.Prvo je korišten u proizvodnji aviona kako bi se smanjila težina aviona i poboljšala efikasnost leta.Takođe se koristi u hemijskoj, naftnoj, elektroenergetskoj, mašinskoj i drugim industrijama kao rotacioni ili klipni dinamički zaptivač ili različiti statički zaptivni materijali.
Zhengxi je profesionalactvornica hidrauličnih presa u Kini, pružajući visoku kvalitetukompozitna hidraulična presaza formiranje CFRP proizvoda.
Vrijeme objave: 25.05.2023
