Amb el desenvolupament continu dels materials compostos, a més dels plàstics reforçats amb fibra de vidre, han aparegut els plàstics reforçats amb fibra de carboni, els plàstics reforçats amb fibra de bor, etc.Els compostos de polímers reforçats amb fibra de carboni (CFRP) són materials lleugers i forts que s'utilitzen per fabricar molts productes que utilitzem a la nostra vida diària.És un terme utilitzat per descriure materials compostos reforçats amb fibra que utilitzen fibres de carboni com a component estructural principal.
Taula de contingut:
1. Estructura de polímer reforçada amb fibra de carboni
2. El mètode d'emmotllament del plàstic reforçat amb fibra de carboni
3. Propietats del polímer reforçat amb fibra de carboni
4. Avantatges del CFRP
5. Inconvenients del CFRP
6. Usos del plàstic reforçat amb fibra de carboni
Estructura de polímer reforçada amb fibra de carboni
El plàstic reforçat amb fibra de carboni és un material format mitjançant la disposició dels materials de fibra de carboni en una direcció determinada i l'ús de materials polimèrics units.El diàmetre de la fibra de carboni és extremadament prim, unes 7 micres, però la seva resistència és extremadament alta.
La unitat constitutiva més bàsica del material compost reforçat amb fibra de carboni és el filament de fibra de carboni.La matèria primera bàsica del filament de carboni és el poliacrilonitril de prepolímer (PAN), el raió o la breu de petroli.Els filaments de carboni es transformen en teixits de fibra de carboni mitjançant mètodes químics i mecànics per a peces de fibra de carboni.
El polímer aglutinant sol ser una resina termoendurible com l'epoxi.De vegades s'utilitzen altres polímers termoestables o termoplàstics, com l'acetat de polivinil o el niló.A més de les fibres de carboni, els compostos també poden contenir aramida Q, polietilè de pes molecular ultra alt, alumini o fibres de vidre.Les propietats del producte final de fibra de carboni també es poden veure afectades pel tipus d'additius introduïts a la matriu d'unió.
El mètode d'emmotllament del plàstic reforçat amb fibra de carboni
Els productes de fibra de carboni són principalment diferents a causa de diferents processos.Hi ha molts mètodes per formar materials polímers reforçats amb fibra de carboni.
1. Mètode de posada a mà
Es divideix en mètode sec (botiga preparada prèviament) i mètode humit (tela de fibra i resina encolada per utilitzar).La posada manual també s'utilitza per preparar preimpregnats per al seu ús en processos d'emmotllament secundari, com ara l'emmotllament per compressió.Aquest mètode és on les làmines de tela de fibra de carboni es laminen en un motlle per formar el producte final.Les propietats de resistència i rigidesa del material resultant s'optimitzen seleccionant l'alineació i el teixit de les fibres del teixit.A continuació, s'omple el motlle amb epoxi i es cura amb calor o aire.Aquest mètode de fabricació s'utilitza sovint per a peces no tensades, com ara les cobertes del motor.
2. Mètode de conformació al buit
Per al preimpregnat laminat, cal aplicar pressió mitjançant un procés determinat per apropar-lo al motlle i curar-lo i donar-li forma sota una determinada temperatura i pressió.El mètode de la bossa de buit utilitza una bomba de buit per evacuar l'interior de la bossa de formació de manera que la pressió negativa entre la bossa i el motlle formi una pressió perquè el material compost estigui a prop del motlle.
Sobre la base del mètode de la bossa de buit, es va derivar més tard el mètode de formació de bossa de buit-autoclau.Els autoclaus proporcionen pressions més altes i curen la peça amb calor (en lloc de curar naturalment) que els mètodes només amb bosses al buit.Aquesta peça té una estructura més compacta, una millor qualitat superficial, pot eliminar eficaçment les bombolles d'aire (les bombolles afectaran molt la força de la peça) i la qualitat general és més alta.De fet, el procés d'envasat al buit és similar al de l'enganxament de la pel·lícula del telèfon mòbil.Eliminar les bombolles d'aire és una tasca important.
3. Mètode d'emmotllament per compressió
Emmotllament per compressióés un mètode d'emmotllament que és propici per a la producció en massa i la producció en massa.Els motlles solen estar fets de parts superior i inferior, que anomenem motlle masculí i motlle femení.El procés d'emmotllament consisteix a posar la catifa feta de preimpregnats al motlle del taulell de metall i, sota l'acció d'una determinada temperatura i pressió, la catifa s'escalfa i plastifica a la cavitat del motlle, flueix sota pressió i omple la cavitat del motlle, i després I modelat i curat per obtenir productes.Tanmateix, aquest mètode té un cost inicial més elevat que els anteriors, ja que el motlle requereix un mecanitzat CNC de molt alta precisió.
4. Motlladura de bobinatge
Per a peces amb formes complexes o en forma de cos de revolució, es pot utilitzar un bobinador de filaments per fer la peça enrotllant el filament sobre un mandril o nucli.Després de l'enrotllament, cureu completament i retireu el mandril.Per exemple, els braços d'articulació tubulars utilitzats en sistemes de suspensió es poden fabricar mitjançant aquest mètode.
5. Emmotllament per transferència de resina
L'emmotllament per transferència de resina (RTM) és un mètode d'emmotllament relativament popular.Els seus passos bàsics són:
1. Col·loqueu el teixit de fibra de carboni dolent preparat al motlle i tanqueu el motlle.
2. Injecteu-hi resina líquida termoestables, impregneu el material de reforç i cureu.
Propietats del polímer reforçat amb fibra de carboni
(1) Alta resistència i bona elasticitat.
La força específica (és a dir, la relació entre la resistència a la tracció i la densitat) de la fibra de carboni és 6 vegades la de l'acer i 17 vegades la de l'alumini.El mòdul específic (és a dir, la relació entre el mòdul de Young i la densitat, que és un signe de l'elasticitat d'un objecte) és més de 3 vegades el de l'acer o l'alumini.
Amb una gran resistència específica, pot suportar una gran càrrega de treball.La seva pressió màxima de treball pot arribar als 350 kg/cm2.A més, és més compressible i resistent que l'F-4 pur i la seva trena.
(2) Bona resistència a la fatiga i resistència al desgast.
La seva resistència a la fatiga és molt superior a la de la resina epoxi i superior a la dels materials metàl·lics.Les fibres de grafit són autolubricants i tenen un petit coeficient de fricció.La quantitat de desgast és de 5 a 10 vegades menor que la dels productes generals d'amiant o les trenes F-4.
(3) Bona conductivitat tèrmica i resistència a la calor.
Els plàstics reforçats amb fibra de carboni tenen una bona conductivitat tèrmica i la calor generada per la fricció es dissipa fàcilment.L'interior no és fàcil de sobreescalfar i emmagatzemar calor i es pot utilitzar com a material de segellat dinàmic.A l'aire, pot funcionar de manera estable en el rang de temperatura de -120 ~ 350 ° C.Amb la reducció del contingut de metalls alcalins a la fibra de carboni, la temperatura de servei es pot augmentar encara més.En un gas inert, la seva temperatura adaptable pot arribar als 2000 °C i pot suportar canvis bruscos de fred i calor.
(4) Bona resistència a les vibracions.
No és fàcil de ressonar o aletejar, i també és un material excel·lent per a la reducció de vibracions i la reducció del soroll.
Avantatges del CFRP
1. Pes lleuger
Els plàstics tradicionals reforçats amb fibra de vidre utilitzen fibres de vidre contínues i un 70% de fibres de vidre (pes de vidre/pes total) i solen tenir una densitat de 0,065 lliures per polzada cúbica.Un compost CFRP amb el mateix pes de fibra del 70% normalment té una densitat de 0,055 lliures per polzada cúbica.
2. Alta resistència
Tot i que els polímers reforçats amb fibra de carboni són lleugers, els compostos CFRP tenen una major resistència i una major rigidesa per unitat de pes que els compostos de fibra de vidre.En comparació amb els materials metàl·lics, aquest avantatge és més evident.
Desavantatges de CFRP
1. Alt cost
El cost de producció del plàstic reforçat amb fibra de carboni és prohibitiu.Els preus de la fibra de carboni poden variar dràsticament depenent de les condicions actuals del mercat (oferta i demanda), el tipus de fibra de carboni (aeroespacial vs. grau comercial) i la mida del paquet de fibres.Lliura per lliura, la fibra de carboni verge pot ser de 5 a 25 vegades més cara que la fibra de vidre.Aquesta diferència és encara més gran quan es compara l'acer amb CFRP.
2. Conductivitat
Aquest és l'avantatge i el desavantatge dels materials compostos de fibra de carboni.Depèn de l'aplicació.Les fibres de carboni són extremadament conductores i les fibres de vidre són aïllants.Molts productes utilitzen fibra de vidre en lloc de fibra de carboni o metall perquè requereixen un aïllament estricte.En la producció de serveis públics, molts productes requereixen l'ús de fibres de vidre.
Usos de plàstic reforçat amb fibra de carboni
Les aplicacions del polímer reforçat amb fibra de carboni són àmplies, des de peces mecàniques fins a materials militars.
(1)com a embalatge de segellat
El material de PTFE reforçat amb fibra de carboni es pot convertir en anells o embalatges resistents a la corrosió, al desgast i a les altes temperatures.Quan s'utilitza per al segellat estàtic, la vida útil és més de 10 vegades més llarga que la de l'embalatge general d'amiant submergit en oli.Pot mantenir el rendiment de segellat amb canvis de càrrega i refredament ràpid i escalfament ràpid.I com que el material no conté substàncies corrosives, no es produirà cap corrosió per picadura al metall.
(2)com a peces de mòlta
Utilitzant les seves propietats autolubricants, es pot utilitzar com a coixinets, engranatges i anells de pistó per a finalitats especials.Com ara coixinets lubricats sense oli per a instruments d'aviació i gravadores, engranatges lubricats sense oli per a locomotores dièsel de transmissió elèctrica (per evitar accidents causats per fuites d'oli), anells de pistons lubricats sense oli en compressors, etc. A més, pot També es poden utilitzar com a coixinets lliscants o segells en la indústria alimentària i farmacèutica aprofitant les seves característiques no tòxiques.
(3) Com a materials estructurals per a l'aeronàutica, l'aviació i els míssils.Es va utilitzar per primera vegada en la fabricació d'avions per reduir el pes de l'avió i millorar l'eficiència del vol.També s'utilitza en productes químics, petroliers, energia elèctrica, maquinària i altres indústries com a segell dinàmic rotatiu o alternatiu o diversos materials de segell estàtics.
Zhengxi és un professionalfàbrica de premsa hidràulica a la Xina, proporcionant alta qualitatpremsa hidràulica compostaper formar productes CFRP.
Hora de publicació: 25-mai-2023
