Con el continuo desarrollo de los materiales compuestos, además de los plásticos reforzados con fibra de vidrio, han aparecido plásticos reforzados con fibra de carbono, plásticos reforzados con fibra de boro, etc.Los compuestos de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) son materiales livianos y resistentes que se utilizan para fabricar muchos productos que utilizamos en nuestra vida diaria.Es un término utilizado para describir materiales compuestos reforzados con fibras que utilizan fibras de carbono como componente estructural principal.
Tabla de contenidos:
1. Estructura de polímero reforzado con fibra de carbono
2. El método de moldeo del plástico reforzado con fibra de carbono
3. Propiedades del polímero reforzado con fibra de carbono
4. Ventajas del CFRP
5. Desventajas del CFRP
6. Usos del 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 disponiendo materiales de fibra de carbono en una dirección determinada y utilizando materiales poliméricos unidos.El diámetro de la fibra de carbono es extremadamente delgado, de unas 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 poliacrilonitrilo prepolímero (PAN), el rayón o la brea de petróleo.Luego, los filamentos de carbono se convierten en tejidos de fibra de carbono mediante métodos químicos y mecánicos para piezas de fibra de carbono.
El polímero aglutinante suele ser una resina termoendurecible como la epoxi.A veces se utilizan otros polímeros termoestables o termoplásticos, como el acetato de polivinilo o el nailon.Además de fibras de carbono, los composites también pueden contener aramida Q, polietileno de peso molecular ultraalto, aluminio o fibras de vidrio.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 poliméricos reforzados con fibra de carbono.
1. Método de colocación manual
Dividido en método seco (taller preparado previamente) y método húmedo (tejido de fibra y resina pegada al uso).El laminado manual también se utiliza para preparar preimpregnados para su uso en procesos de moldeo secundario, como el moldeo por compresión.Este método consiste en laminar láminas de tela de fibra de carbono 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 del tejido.Luego, el molde se llena con epoxi y se cura con calor o aire.Este método de fabricación se utiliza a menudo para piezas no sometidas a tensión, como las cubiertas del motor.
2. Método de formación al vacío
Para el preimpregnado laminado, es necesario aplicar presión a través de un determinado proceso para acercarlo al molde y curarlo y darle forma bajo una determinada temperatura y presión.El método de la bolsa de vacío utiliza una bomba de vacío para evacuar el interior de la bolsa formadora de modo 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, se desarrolló más tarde el método de formación de bolsa de vacío-autoclave.Los autoclaves proporcionan presiones más altas y curan la pieza con calor (en lugar del curado natural) que los métodos que solo utilizan bolsas de vacío.Una pieza de este tipo tiene una estructura más compacta, mejor calidad de superficie, puede eliminar eficazmente 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 al vacío es similar al de pegar películas de teléfonos móviles.Eliminar las burbujas de aire es una tarea importante.
3. Método de moldeo por compresión
Moldeo por compresiónEs un método de moldeo que favorece la producción en masa y la producción en masa.Los moldes suelen estar formados por partes superior e inferior, a las que llamamos molde macho y molde hembra.El proceso de moldeo consiste en colocar la estera hecha de preimpregnados en el contramolde de metal y, bajo la acción de cierta temperatura y presión, la estera se calienta y plastifica en la cavidad del molde, fluye bajo presión, llena la cavidad del molde y luego Y moldeado y curado para la obtención de productos.Sin embargo, este método tiene un coste inicial mayor que los anteriores, ya que el molde requiere un mecanizado CNC de muy alta precisión.
4. Moldura de bobinado
Para piezas con formas complejas o con forma de cuerpo de revolución, se puede utilizar una bobinadora de filamento para fabricar la pieza enrollando el filamento en un mandril o núcleo.Después del enrollado, cure por completo y retire el mandril.Por ejemplo, se pueden fabricar brazos de unión tubulares utilizados en sistemas de suspensión utilizando este método.
5. Moldeo por 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 preparada en el molde y cierre el molde.
2. Inyecte resina termoendurecible líquida, impregne el material de refuerzo y cure.
Propiedades del polímero reforzado con fibra de carbono
(1) Alta resistencia y buena elasticidad.
La resistencia específica (es decir, la relación entre resistencia a la tracción y densidad) de la fibra de carbono es 6 veces mayor que la del acero y 17 veces mayor que la del aluminio.El módulo específico (es decir, la relación entre el módulo de Young y la densidad, que es un signo de la elasticidad de un objeto) es más de 3 veces mayor que el del acero o el aluminio.
Con una alta resistencia específica, puede soportar una gran carga de trabajo.Su presión máxima de trabajo puede alcanzar los 350 kg/cm2.Además, es más comprimible 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 mayor que la de los materiales metálicos.Las fibras de grafito son autolubricantes y tienen un pequeño coeficiente de fricción.La cantidad de desgaste es de 5 a 10 veces menor que la de los productos de asbesto en general o las trenzas F-4.
(3) Buena conductividad térmica y resistencia al calor.
Los plásticos reforzados con fibra de carbono tienen buena conductividad térmica y el calor generado por la fricción se disipa fácilmente.El interior no se sobrecalienta ni almacena calor fácilmente y puede usarse como 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 metales alcalinos en la fibra de carbono, la temperatura de servicio puede aumentar aún más.En un gas inerte, su temperatura adaptable puede alcanzar unos 2000°C y puede soportar cambios bruscos de frío y calor.
(4) Buena resistencia a las vibraciones.
No es fácil resonar ni aletear, y también es un material excelente para reducir la vibración y el ruido.
Ventajas del CFRP
1. Peso ligero
Los plásticos reforzados con fibra de vidrio tradicionales utilizan fibras de vidrio continuas y un 70% de fibras de vidrio (peso de vidrio/peso total) y normalmente tienen una densidad de 0,065 libras por pulgada cúbica.Un compuesto de CFRP con el mismo 70 % de peso de fibra suele tener una densidad de 0,055 libras por pulgada cúbica.
2. Alta resistencia
Aunque los polímeros reforzados con fibra de carbono son livianos, los compuestos de CFRP tienen mayor resistencia y rigidez por unidad de peso que los compuestos de fibra de vidrio.En comparación con los materiales metálicos, esta ventaja es más evidente.
Desventajas del CFRP
1. Alto costo
El coste de producción del plástico reforzado con fibra de carbono es prohibitivo.Los precios de la fibra de carbono pueden variar drásticamente según las condiciones actuales del mercado (oferta y demanda), el tipo de fibra de carbono (grado aeroespacial o comercial) y el tamaño del haz de fibras.Libra por libra, la fibra de carbono virgen puede ser de 5 a 25 veces más cara que la fibra de vidrio.Esta diferencia es aún mayor cuando se compara el acero con el CFRP.
2. Conductividad
Ésta 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 son aislantes.Muchos productos utilizan 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 fibra de vidrio.
Usos del 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 embalaje de sellado
El material de PTFE reforzado con fibra de carbono se puede convertir en anillos de sellado o empaquetaduras resistentes a la corrosión, al desgaste y a las altas temperaturas.Cuando se utiliza para sellado estático, la vida útil es más larga, más de 10 veces más larga que la de las empaquetaduras de asbesto sumergidas en aceite en general.Puede mantener el rendimiento de sellado bajo cambios de carga y enfriamiento rápido y calentamiento rápido.Y como el material no contiene sustancias corrosivas, no se producirá corrosión por picaduras en el metal.
(2)como piezas de molienda
Utilizando sus propiedades autolubricantes, se puede utilizar como cojinetes, engranajes y anillos de pistón para fines especiales.Como cojinetes lubricados sin aceite para instrumentos de aviación y grabadoras, engranajes lubricados sin aceite para locomotoras diésel de transmisión eléctrica (para evitar accidentes causados por fugas de aceite), anillos de pistón lubricados sin aceite en compresores, etc. También se pueden utilizar como cojinetes deslizantes o sellos en la industria alimentaria y farmacéutica aprovechando sus características no tóxicas.
(3) Como materiales estructurales para la industria aeroespacial, de aviación y de misiles.Se utilizó por primera vez en la fabricación de aviones para reducir el peso del avión y mejorar la eficiencia del vuelo.También se utiliza en industrias químicas, petroleras, de energía eléctrica, de maquinaria y otras industrias como sello dinámico giratorio o alternativo o en diversos materiales de sello estático.
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Hora de publicación: 25 de mayo de 2023
