Con el desarrollo continuo de materiales compuestos, además de plásticos reforzados con fibra de vidrio, han aparecido plásticos reforzados con fibra de carbono, plásticos reforzados con fibra de boro, etc. Los compuestos de polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) son materiales livianos y fuertes que se utilizan para fabricar muchos productos que utilizamos en nuestra vida cotidiana. Es un término utilizado para describir materiales compuestos reforzados con fibra que usan fibras de carbono como componente estructural principal.
Tabla de contenido:
1. Estructura de polímero reforzado con fibra de carbono
2. El método de moldeo de plástico reforzado con fibra de carbono
3. Propiedades del polímero reforzado con fibra de carbono
4. Ventajas de CFRP
5. Desventajas de CFRP
6. Usos de plástico reforzado con fibra de carbono
Estructura de polímero reforzado con fibra de carbono
El plástico reforzado con fibra de carbono es un material formado mediante la disposición de los materiales de fibra de carbono en una determinada dirección y utilizando materiales de polímero unidos. El diámetro de la fibra de carbono es extremadamente delgado, aproximadamente 7 micras, pero su resistencia es extremadamente alta.
La unidad constituyente más básica del material compuesto reforzado con fibra de carbono es el filamento de fibra de carbono. La materia prima básica del filamento de carbono es el prepolímero de poliacrilonitrilo (PAN), rayón o tono de petróleo. Los filamentos de carbono se convierten en telas de fibra de carbono mediante métodos químicos y mecánicos para piezas de fibra de carbono.
El polímero de unión suele ser una resina termoestable como el epoxi. A veces se usan otros termosets o polímeros termoplásticos, como acetato de polivinilo o nylon. Además de las fibras de carbono, los compuestos también pueden contener aramid Q, fibras de polietileno, aluminio o vidrio de peso molecular ultra alto. Las propiedades del producto final de fibra de carbono también pueden verse afectadas por el tipo de aditivos introducidos en la matriz de unión.
El método de moldeo de plástico reforzado con fibra de carbono
Los productos de fibra de carbono son principalmente diferentes debido a diferentes procesos. Existen muchos métodos para formar materiales de polímero reforzado con fibra de carbono.
1. Método de colocación de manos
Dividido en el método seco (taller preparado) y método húmedo (tela de fibra y resina pegados a su uso). La colocación de manos también se usa para preparar prepregs para su uso en procesos de moldeo secundario, como el moldeo por compresión. Este método es donde las láminas de tela de fibra de carbono se laminan en un molde para formar el producto final. Las propiedades de resistencia y rigidez del material resultante se optimizan seleccionando la alineación y el tejido de las fibras de tela. El molde se llena con epoxi y se cura con calor o aire. Este método de fabricación a menudo se usa para piezas no estresadas, como cubiertas de motor.
2. Método de formación de vacío
Para el prepregaje laminado, es necesario aplicar presión a través de un cierto proceso para acercarlo al molde y curarlo y dar forma a una cierta temperatura y presión. El método de la bolsa de vacío utiliza una bomba de vacío para evacuar el interior de la bolsa de formación para que la presión negativa entre la bolsa y el molde forme una presión para que el material compuesto esté cerca del molde.
Sobre la base del método de la bolsa de vacío, el método de formación de Autoclave de Bag-Autoclave se derivó más tarde. Los autoclaves proporcionan presiones más altas y cura el calor de la pieza (en lugar de curado natural) que los métodos solo de vacío. Tal parte tiene una estructura más compacta, una mejor calidad de la superficie, puede eliminar efectivamente las burbujas de aire (las burbujas afectarán en gran medida la resistencia de la pieza), y la calidad general es mayor. De hecho, el proceso de embolsado de vacío es similar al de la película de películas de teléfonos móviles. Eliminar burbujas de aire es una tarea importante.
3. Método de moldeo por compresión
Moldura de compresiónes un método de moldeo que conduce a la producción en masa y la producción en masa. Los moldes generalmente están hechos de partes superiores e inferiores, que llamamos moho masculino y un molde femenino. El proceso de moldeo es colocar la estera hecha de prepregs en el molde del mostrador de metal, y bajo la acción de cierta temperatura y presión, la estera se calienta y se plastifica en la cavidad del molde, fluye bajo presión y llena la cavidad del moho, y luego y el moldeo y curado para obtener productos. Sin embargo, este método tiene un costo inicial más alto que el anterior, ya que el molde requiere mecanizado CNC de muy alta precisión.
4. Moldura sinuosa
Para piezas con formas complejas o en forma de un cuerpo de revolución, se puede usar una enrolladora de filamentos para hacer la pieza al enrollar el filamento en un mandril o núcleo. Después de que el devanado sea completo, la cura y retire el mandril. Por ejemplo, los brazos de la articulación tubular utilizados en los sistemas de suspensión se pueden hacer utilizando este método.
5. Moldado de transferencia de resina
El moldeo por transferencia de resina (RTM) es un método de moldeo relativamente popular. Sus pasos básicos son:
1. Coloque la tela de fibra de carbono mala preparada en el molde y cierre el molde.
2. Inyectar resina termoestable líquida en ella, impregnar el material de refuerzo y curar.
Propiedades del polímero reforzado con fibra de carbono
(1) alta fuerza y buena elasticidad.
La resistencia específica (es decir, la relación entre la resistencia a la tracción a la densidad) de la fibra de carbono es 6 veces la de acero y 17 veces la de aluminio. El módulo específico (es decir, la relación del módulo de Young a la densidad, que es un signo de elasticidad de un objeto) es más de 3 veces mayor que la de acero o aluminio.
Con una alta resistencia específica, puede soportar una gran carga de trabajo. Su presión de trabajo máxima puede alcanzar 350 kg/cm2. Además, es más compresible y resistente que el F-4 puro y su trenza.
(2) buena resistencia a la fatiga y resistencia al desgaste.
Su resistencia a la fatiga es mucho mayor que la de la resina epoxi y más alta que la de los materiales metálicos. Las fibras de grafito son autocrutadoras y tienen un pequeño coeficiente de fricción. La cantidad de desgaste es 5-10 veces menor que la de los productos generales de asbesto o las trenzas F-4.
(3) buena conductividad térmica y resistencia al calor.
Los plásticos reforzados con fibra de carbono tienen una buena conductividad térmica, y el calor generado por la fricción se disipa fácilmente. El interior no es fácil de sobrecalentar y almacenar el calor y puede usarse como un material de sellado dinámico. En el aire, puede funcionar de manera estable en el rango de temperatura de -120 ~ 350 ° C. Con la reducción del contenido de metal alcalino en la fibra de carbono, la temperatura del servicio puede aumentar aún más. En un gas inerte, su temperatura adaptable puede alcanzar aproximadamente 2000 ° C, y puede soportar cambios agudos en el frío y el calor.
(4) buena resistencia a la vibración.
No es fácil resonar o aletear, y también es un material excelente para la reducción de vibraciones y la reducción de ruido.
Ventajas de CFRP
1. Peso ligero
Los plásticos tradicionales reforzados con fibra de vidrio usan fibras de vidrio continuas y fibras de vidrio del 70% (peso de vidrio/peso total) y generalmente tienen una densidad de 0.065 libras por pulgada cúbica. Un compuesto CFRP con el mismo peso de fibra del 70% generalmente tiene una densidad de 0.055 libras por pulgada cúbica.
2. Alta fuerza
Aunque los polímeros reforzados con fibra de carbono son livianos, los compuestos CFRP tienen mayor resistencia y mayor rigidez por unidad de peso que los compuestos de fibra de vidrio. En comparación con los materiales metálicos, esta ventaja es más obvia.
Desventajas de CFRP
1. Alto costo
El costo de producción del plástico reforzado con fibra de carbono es prohibitivo. Los precios de la fibra de carbono pueden variar dramáticamente dependiendo de las condiciones actuales del mercado (oferta y demanda), el tipo de fibra de carbono (aeroespacial versus grado comercial) y el tamaño del paquete de fibra. Sobre una base de libra por libra, la fibra de carbono virgen puede ser de 5 a 25 veces más caro que la fibra de vidrio. Esta diferencia es aún mayor al comparar el acero con CFRP.
2. Conductividad
Esta es la ventaja y desventaja de los materiales compuestos de fibra de carbono. Depende de la aplicación. Las fibras de carbono son extremadamente conductoras y las fibras de vidrio están aislando. Muchos productos usan fibra de vidrio en lugar de fibra de carbono o metal porque requieren un aislamiento estricto. En la producción de servicios públicos, muchos productos requieren el uso de fibras de vidrio.
Usos de plástico reforzado con fibra de carbono
Las aplicaciones del polímero reforzado con fibra de carbono son amplias en la vida, desde piezas mecánicas hasta materiales militares.
(1)como sellando embalaje
El material PTFE reforzado con fibra de carbono se puede convertir en anillos de sellado o empaquetado resistente a la corrosión, resistente al desgaste y a alta temperatura. Cuando se usa para el sellado estático, la vida útil es más larga, más de 10 veces más larga que la del empaque de la asbesto inmobiliaria general. Puede mantener el rendimiento del sellado bajo cambios de carga y enfriamiento rápido y calentamiento rápido. Y dado que el material no contiene sustancias corrosivas, no se producirá corrosión de picaduras en el metal.
(2)Como piezas de molienda
Utilizando sus propiedades auto-lubricantes, se puede usar como rodamientos, engranajes y anillos de pistón para fines especiales. Tales como cojinetes lubricados sin aceite para instrumentos de aviación y grabadoras de cintas, engranajes lubricados sin aceite para locomotoras diesel de transmisión eléctrica (para evitar accidentes causados por la fuga de aceite), pistones lubricados sin aceite sin anillos en los compresores, etc. Además, también se pueden usar como cojinetes de deslizamiento o sellados en los alimentos y las industrias farmacéuticas mediante la adopción de sus no tóxicos.
(3) Como materiales estructurales para aeroespacial, aviación y misiles. Primero se usó en la fabricación de aviones para reducir el peso de la aeronave y mejorar la eficiencia de vuelo. También se utiliza en productos químicos, de petróleo, energía eléctrica, maquinaria y otras industrias como un sello dinámico giratorio o recíproco o varios materiales de sello estático.
Zhengxi es un profesionalFábrica de prensa hidráulica en China, proporcionando alta Quliatyprensa hidráulica compuestapara formar productos CFRP.
Tiempo de publicación: mayo 25-2023
