S neustálým vývojem kompozitních materiálů se vedle plastů vyztužených skelnými vlákny objevily plasty vyztužené uhlíkovými vlákny, plasty vyztužené borovými vlákny atd.Polymerní kompozity vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP) jsou lehké a pevné materiály, které se používají k výrobě mnoha produktů, které používáme v každodenním životě.Je to termín používaný k popisu kompozitních materiálů vyztužených vlákny, které používají uhlíková vlákna jako hlavní konstrukční složku.
Obsah:
1. Struktura polymeru vyztužená uhlíkovými vlákny
2. Metoda lisování plastů vyztužených uhlíkovými vlákny
3. Vlastnosti polymeru vyztuženého uhlíkovými vlákny
4. Výhody CFRP
5. Nevýhody CFRP
6. Použití plastů vyztužených uhlíkovými vlákny
Polymerová struktura vyztužená uhlíkovými vlákny
Plast vyztužený uhlíkovými vlákny je materiál vytvořený uspořádáním materiálů uhlíkových vláken v určitém směru a použitím spojených polymerních materiálů.Průměr uhlíkových vláken je extrémně tenký, asi 7 mikronů, ale jeho pevnost je extrémně vysoká.
Nejzákladnější základní jednotkou kompozitního materiálu vyztuženého uhlíkovými vlákny je vlákno z uhlíkových vláken.Základní surovinou uhlíkového vlákna je prepolymer polyakrylonitril (PAN), umělé hedvábí nebo ropná smola.Z uhlíkových vláken se pak chemickými a mechanickými metodami vyrábějí tkaniny z uhlíkových vláken pro díly z uhlíkových vláken.
Pojivovým polymerem je obvykle termosetová pryskyřice, jako je epoxid.Někdy se používají jiné termosety nebo termoplastické polymery, jako je polyvinylacetát nebo nylon.Kromě uhlíkových vláken mohou kompozity obsahovat také aramid Q, ultravysokomolekulární polyethylen, hliník nebo skleněná vlákna.Vlastnosti konečného produktu z uhlíkových vláken mohou být ovlivněny také typem přísad zaváděných do pojivové matrice.
Metoda lisování plastů vyztužených uhlíkovými vlákny
Produkty z uhlíkových vláken se liší především v důsledku různých procesů.Existuje mnoho metod pro vytváření polymerních materiálů vyztužených uhlíkovými vlákny.
1. Metoda pokládání rukou
Dělí se na suchou metodu (předem připravená dílna) a mokrou metodu (vláknitá tkanina a pryskyřice lepené k použití).Ruční pokládání se také používá k přípravě prepregů pro použití v sekundárních formovacích procesech, jako je lisování.Tato metoda spočívá v tom, že se listy látky z uhlíkových vláken laminují na formu, aby se vytvořil konečný produkt.Vlastnosti pevnosti a tuhosti výsledného materiálu jsou optimalizovány výběrem zarovnání a vazby vláken tkaniny.Forma se poté naplní epoxidem a vytvrdí teplem nebo vzduchem.Tento způsob výroby se často používá u nenamáhaných dílů, jako jsou kryty motoru.
2. Metoda vakuového tvarování
U vrstveného prepregu je nutné vyvinout tlak určitým procesem, aby se přiblížil k formě a vytvrdil a tvaroval při určité teplotě a tlaku.Metoda vakuového vaku využívá vakuové čerpadlo k evakuaci vnitřku tvarovacího vaku tak, že podtlak mezi sáčkem a formou vytvoří tlak, takže kompozitní materiál je blízko formy.
Na základě metody vakuového vaku byla později odvozena metoda vakuového vaku-autoklávu.Autoklávy poskytují vyšší tlaky a tepelně vytvrzují součást (místo přirozeného vytvrzování) než metody pouze s vakuovým vakuem.Takový díl má kompaktnější strukturu, lepší kvalitu povrchu, dokáže efektivně eliminovat vzduchové bubliny (bubliny velmi ovlivní pevnost dílu) a celková kvalita je vyšší.Ve skutečnosti je proces vakuového balení podobný jako při lepení fólie na mobilní telefon.Odstranění vzduchových bublin je hlavním úkolem.
3. Metoda lisování
Lisování lisovánímje metoda lisování, která přispívá k hromadné výrobě a hromadné výrobě.Formy se obvykle vyrábějí z horních a spodních částí, které nazýváme samčí forma a samičí forma.Proces lisování spočívá v tom, že se rohož vyrobená z prepregů vloží do kovové protiformy a působením určité teploty a tlaku se rohož zahřeje a změkčí v dutině formy, teče pod tlakem a vyplní dutinu formy a poté A lisování a vytvrzování za účelem získání produktů.Tato metoda má však vyšší počáteční náklady než předchozí, protože forma vyžaduje velmi přesné CNC obrábění.
4. Navíjení lisování
Pro díly se složitými tvary nebo ve tvaru rotačního tělesa lze použít navíječ vlákna k výrobě součásti navinutím vlákna na trn nebo jádro.Po úplném vytvrzení vyjměte trn.Touto metodou lze vyrobit například trubková kloubová ramena používaná v závěsných systémech.
5. Pryskyřičná přetlačovací forma
Resin transfer molding (RTM) je poměrně oblíbený způsob formování.Jeho základní kroky jsou:
1. Vložte připravenou špatnou tkaninu z uhlíkových vláken do formy a formu zavřete.
2. Vstříkněte do něj tekutou termosetovou pryskyřici, impregnujte výztužný materiál a vytvrzujte.
Vlastnosti polymeru vyztuženého uhlíkovými vlákny
(1) Vysoká pevnost a dobrá elasticita.
Měrná pevnost (tj. poměr pevnosti v tahu k hustotě) uhlíkových vláken je 6krát větší než u oceli a 17krát větší než u hliníku.Specifický modul (tedy poměr Youngova modulu k hustotě, který je známkou pružnosti předmětu) je více než 3krát vyšší než u oceli nebo hliníku.
S vysokou měrnou pevností snese velké pracovní zatížení.Jeho maximální pracovní tlak může dosáhnout 350 kg/cm2.Navíc je stlačitelnější a odolnější než čistý F-4 a jeho oplet.
(2) Dobrá odolnost proti únavě a odolnost proti opotřebení.
Jeho odolnost proti únavě je mnohem vyšší než u epoxidové pryskyřice a vyšší než u kovových materiálů.Grafitová vlákna jsou samomazná a mají malý koeficient tření.Míra opotřebení je 5-10krát menší než u běžných azbestových výrobků nebo opletení F-4.
(3) Dobrá tepelná vodivost a tepelná odolnost.
Plasty vyztužené uhlíkovými vlákny mají dobrou tepelnou vodivost a teplo vznikající třením se snadno odvádí.Vnitřek není snadné přehřívat a akumulovat teplo a lze jej použít jako dynamický těsnící materiál.Na vzduchu dokáže stabilně pracovat v rozmezí teplot -120~350°C.Se snížením obsahu alkalických kovů v uhlíkových vláknech může být provozní teplota dále zvýšena.V inertním plynu může jeho adaptabilní teplota dosáhnout asi 2000 °C a snese prudké změny chladu a tepla.
(4) Dobrá odolnost proti vibracím.
Není snadné rezonovat nebo třepetat a je to také výborný materiál pro snížení vibrací a hluku.
Výhody CFRP
1. Nízká hmotnost
Tradiční plasty vyztužené skleněnými vlákny používají kontinuální skleněná vlákna a 70 % skleněných vláken (hmotnost skla/celková hmotnost) a typicky mají hustotu 0,065 liber na krychlový palec.Kompozit CFRP se stejnou hmotností vláken 70 % má obvykle hustotu 0,055 liber na krychlový palec.
2. Vysoká pevnost
Přestože jsou polymery vyztužené uhlíkovými vlákny lehké, kompozity CFRP mají vyšší pevnost a vyšší tuhost na jednotku hmotnosti než kompozity se skleněnými vlákny.Ve srovnání s kovovými materiály je tato výhoda zřetelnější.
Nevýhody CFRP
1. Vysoké náklady
Výrobní cena plastu vyztuženého uhlíkovými vlákny je neúměrná.Ceny uhlíkových vláken se mohou dramaticky lišit v závislosti na aktuálních tržních podmínkách (nabídka a poptávka), typu uhlíkových vláken (letecký vs. komerční stupeň) a velikosti svazku vláken.V přepočtu na libru může být primární uhlíkové vlákno 5 až 25krát dražší než skleněné vlákno.Tento rozdíl je ještě větší při srovnání oceli s CFRP.
2. Vodivost
To je výhoda i nevýhoda kompozitních materiálů z uhlíkových vláken.Záleží na aplikaci.Uhlíková vlákna jsou extrémně vodivá a skleněná vlákna jsou izolační.Mnoho produktů používá sklolaminát místo uhlíkových vláken nebo kovu, protože vyžadují přísnou izolaci.Při výrobě veřejných služeb vyžaduje mnoho produktů použití skleněných vláken.
Použití plastů vyztužených uhlíkovými vlákny
Použití polymeru vyztuženého uhlíkovými vlákny je široké, od mechanických dílů až po vojenské materiály.
(1)jako těsnící obal
Materiál PTFE vyztužený uhlíkovými vlákny lze vyrobit do těsnicích kroužků nebo těsnění odolných proti korozi, opotřebení a vysokým teplotám.Při použití pro statické těsnění je životnost delší, více než 10krát delší než u běžných azbestových těsnění ponořených v oleji.Dokáže udržet těsnicí výkon při změnách zatížení a rychlém chlazení a rychlém ohřevu.A protože materiál neobsahuje korozivní látky, nevznikne na kovu důlková koroze.
(2)jako brusné díly
S využitím svých samomazných vlastností může být použit jako ložiska, ozubená kola a pístní kroužky pro speciální účely.Jako jsou bezolejová mazaná ložiska pro letecké přístroje a magnetofony, bezolejová mazaná ozubená kola pro elektrické převodové dieselové lokomotivy (aby nedocházelo k nehodám způsobeným únikem oleje), bezolejové mazané pístní kroužky na kompresorech atd. Kromě toho umí lze také použít jako kluzná ložiska nebo těsnění v potravinářském a farmaceutickém průmyslu s využitím jeho netoxických vlastností.
(3) Jako konstrukční materiály pro letectví, letectví a střely.Poprvé byl použit při výrobě letadel pro snížení hmotnosti letadla a zlepšení letové efektivity.Používá se také v chemickém průmyslu, ropě, elektroenergetice, strojírenství a dalších průmyslových odvětvích jako rotační nebo vratné dynamické těsnění nebo různé statické materiály těsnění.
Zhengxi je profesionáltovárna na hydraulické lisy v Číně, poskytující vysokou kvalitukompozitní hydraulický lispro tvarování výrobků z CFRP.
Čas odeslání: 25. května 2023
