Komposiitmaterjalide pideva arenguga on lisaks klaaskiuga armeeritud plastidele ilmunud süsinikkiuga armeeritud plastid, boorkiuga armeeritud plastid jne.Süsinikkiust tugevdatud polümeerkomposiidid (CFRP) on kerged ja tugevad materjalid, mida kasutatakse paljude igapäevaelus kasutatavate toodete valmistamiseks.Seda terminit kasutatakse kiududega tugevdatud komposiitmaterjalide kirjeldamiseks, mis kasutavad peamise konstruktsioonikomponendina süsinikkiude.
Sisukord:
1. Süsinikkiust tugevdatud polümeerstruktuur
2. Süsinikkiuga tugevdatud plasti vormimismeetod
3. Süsinikkiust tugevdatud polümeeri omadused
4. CFRP eelised
5. CFRP puudused
6. Süsinikkiuga tugevdatud plasti kasutusalad
Süsinikkiust tugevdatud polümeerstruktuur
Süsinikkiududega tugevdatud plastik on materjal, mis on moodustatud süsinikkiudmaterjalide paigutamisel teatud suunas ja ühendatud polümeermaterjalide abil.Süsinikkiu läbimõõt on üliõhuke, umbes 7 mikronit, kuid selle tugevus on ülimalt suur.
Süsinikkiust tugevdatud komposiitmaterjali kõige põhilisem koostisosa on süsinikkiust filament.Süsinikfilamendi põhitooraineks on polüakrüülnitriil (PAN), rayon või nafta pigi.Seejärel valmistatakse süsinikkiust keemiliste ja mehaaniliste meetoditega süsinikkiust kangad süsinikkiust osade jaoks.
Siduv polümeer on tavaliselt termoreaktiivne vaik, näiteks epoksü.Mõnikord kasutatakse muid termoreaktiivseid või termoplastseid polümeere, näiteks polüvinüülatsetaati või nailoni.Lisaks süsinikkiududele võivad komposiidid sisaldada ka aramiid Q, ülikõrge molekulmassiga polüetüleeni, alumiiniumi või klaaskiude.Lõppsüsinikkiudtoote omadusi võib mõjutada ka sidumismaatriksisse lisatud lisandite tüüp.
Süsinikkiuga tugevdatud plasti vormimismeetod
Süsinikkiust tooted on peamiselt erinevate protsesside tõttu erinevad.Süsinikkiududega tugevdatud polümeermaterjalide moodustamiseks on palju meetodeid.
1. Käsitsi ülespanemise meetod
Jaotatud kuivmeetodiks (eelvalmistatud tsehh) ja märgmeetodiks (kiudkangas ja kasutamiseks liimitud vaik).Käsitsi paigaldamist kasutatakse ka prepregmaterjalide ettevalmistamiseks kasutamiseks sekundaarsetes vormimisprotsessides, nagu survevalu.Selle meetodi puhul lamineeritakse süsinikkiust riide lehed vormile, et moodustada lõpptoode.Saadud materjali tugevus- ja jäikusomadused optimeeritakse kangakiudude joonduse ja kudumise valikuga.Seejärel täidetakse vorm epoksiidiga ja kuivatatakse kuumuse või õhuga.Seda tootmismeetodit kasutatakse sageli pingevabade osade, näiteks mootorikatete jaoks.
2. Vaakumvormimise meetod
Lamineeritud prepregi jaoks on vaja teatud protsessi kaudu survet avaldada, et muuta see vormi lähedale ning kõveneda ja vormida teatud temperatuuril ja rõhul.Vaakumkoti meetodi puhul kasutatakse vaakumpumpa vormimiskoti sisemuse tühjendamiseks nii, et koti ja vormi vaheline alarõhk moodustab rõhu nii, et komposiitmaterjal on vormi lähedal.
Vaakumkoti meetodi alusel tuletati hiljem vaakumkott-autoklaavi moodustamise meetod.Autoklaavid tagavad kõrgema rõhu ja kuumtöötluse (loodusliku kõvenemise asemel) kui vaakumkotiga meetodid.Sellisel osal on kompaktsem struktuur, parem pinnakvaliteet, see suudab tõhusalt eemaldada õhumulle (mullid mõjutavad oluliselt detaili tugevust) ja üldine kvaliteet on kõrgem.Tegelikult on vaakumkottidesse pakkimise protsess sarnane mobiiltelefoni kile kleepimisega.Õhumullide eemaldamine on suur ülesanne.
3. Survevormimise meetod
Survevormimineon vormimismeetod, mis soodustab masstootmist ja masstootmist.Vormid on tavaliselt valmistatud ülemisest ja alumisest osast, mida me nimetame meesvormiks ja emasvormiks.Vormimisprotsess seisneb prepregmaterjalist matt asetamises metallist vastuvormi ning teatud temperatuuri ja rõhu mõjul matt kuumutatakse ja plastifitseeritakse vormiõõnes, voolab rõhu all ja täidab vormiõõnsuse ning seejärel. Ja vormimine ja kõvenemine toodete saamiseks.Selle meetodi algkulud on aga kõrgemad kui eelmistel, kuna vorm nõuab väga täpset CNC-töötlust.
4. Mähisvormimine
Keerulise kujuga või pöördkeha kujuga osade puhul saab osa valmistamiseks kasutada hõõgniidi kerijat, kerides hõõgniidi tornile või südamikule.Pärast mähise täielikku kõvenemist ja eemaldage südamik.Seda meetodit kasutades saab valmistada näiteks vedrustussüsteemides kasutatavaid torukujulisi ühendusõlgusid.
5. Vaigu ülekandevormimine
Vaigu ülekandevormimine (RTM) on suhteliselt populaarne vormimismeetod.Selle põhietapid on järgmised:
1. Asetage ettevalmistatud halb süsinikkiust kangas vormi ja sulgege vorm.
2. Süstige sellesse vedel termoreaktiivne vaik, immutage tugevdusmaterjal ja kõvendage.
Süsinikkiust tugevdatud polümeeri omadused
(1) Kõrge tugevus ja hea elastsus.
Süsinikkiu eritugevus (st tõmbetugevuse ja tiheduse suhe) on 6 korda suurem terase omast ja 17 korda alumiiniumi omast.Spetsiifiline moodul (st Youngi mooduli ja tiheduse suhe, mis on objekti elastsuse märk) on rohkem kui 3 korda suurem terase või alumiiniumi omast.
Suure eritugevusega suudab see taluda suurt töökoormust.Selle maksimaalne töörõhk võib ulatuda 350 kg/cm2.Lisaks on see kokkusurutavam ja vastupidavam kui puhas F-4 ja selle punutis.
(2) Hea väsimus- ja kulumiskindlus.
Selle väsimuskindlus on palju suurem kui epoksüvaigul ja kõrgem kui metallmaterjalidel.Grafiitkiud on isemäärduvad ja neil on väike hõõrdetegur.Kulumismäär on 5-10 korda väiksem kui üldistel asbestitoodetel või F-4 punutistel.
(3) Hea soojusjuhtivus ja kuumakindlus.
Süsinikkiuga tugevdatud plastidel on hea soojusjuhtivus ja hõõrdumisel tekkiv soojus hajub kergesti.Sisemust ei ole kerge üle kuumeneda ja soojust säilitada ning seda saab kasutada dünaamilise tihendusmaterjalina.Õhus võib see stabiilselt töötada temperatuurivahemikus -120–350 °C.Leelismetallide sisalduse vähendamisega süsinikkius võib töötemperatuuri veelgi tõsta.Inertgaasis võib selle kohanemisvõimeline temperatuur ulatuda umbes 2000 °C-ni ning see talub järske külma ja kuumuse muutusi.
(4) Hea vibratsioonikindlus.
Seda ei ole kerge resoneerida ega laperdada, lisaks on see suurepärane materjal vibratsiooni ja müra vähendamiseks.
CFRP eelised
1. Kerge kaal
Traditsioonilised klaaskiuga tugevdatud plastid kasutavad pidevaid klaaskiude ja 70% klaaskiude (klaasi kaal / kogukaal) ning nende tihedus on tavaliselt 0,065 naela kuuptolli kohta.Sama 70% kiu massiga CFRP-komposiidi tihedus on tavaliselt 0,055 naela kuuptolli kohta.
2. Kõrge tugevus
Kuigi süsinikkiuga tugevdatud polümeerid on kerged, on CFRP komposiitidel suurem tugevus ja suurem jäikus kaaluühiku kohta kui klaaskiudkomposiitidel.Võrreldes metallmaterjalidega on see eelis ilmsem.
CFRP puudused
1. Kõrge hind
Süsinikkiuga tugevdatud plasti tootmiskulud on üle jõu käivad.Süsinikkiu hinnad võivad järsult erineda sõltuvalt praegustest turutingimustest (pakkumine ja nõudlus), süsinikkiu tüübist (lennundus vs kaubanduslik kvaliteet) ja kiukimbu suurusest.Naela naela arvestuses võib esmane süsinikkiud olla 5–25 korda kallim kui klaaskiud.See erinevus on veelgi suurem, kui võrrelda terast CFRP-ga.
2. Juhtivus
See on süsinikkiust komposiitmaterjalide eelis ja puudus.Oleneb rakendusest.Süsinikkiud on äärmiselt juhtivad ja klaaskiud isoleerivad.Paljudes toodetes kasutatakse süsinikkiu või metalli asemel klaaskiudu, kuna need nõuavad ranget isolatsiooni.Kommunaalteenuste tootmisel on paljude toodete puhul vaja kasutada klaaskiudu.
Süsinikkiuga tugevdatud plasti kasutusalad
Süsinikkiust tugevdatud polümeeri kasutusalad on laialdased, alates mehaanilistest osadest kuni sõjaliste materjalideni.
(1)tihenduspakendina
Süsinikkiuga tugevdatud PTFE materjalist saab valmistada korrosiooni-, kulumis- ja kõrge temperatuurikindlad tihendusrõngad või -pakendid.Staatiliseks tihendamiseks on kasutusiga pikem, üle 10 korra pikem kui üldise õliga sukeldatud asbestipakendi kasutusiga.See suudab säilitada tihendusjõudlust koormuse muutuste ning kiire jahutamise ja kiire kuumutamise korral.Ja kuna materjal ei sisalda söövitavaid aineid, ei teki metallil punktkorrosiooni.
(2)lihvimisosadena
Kasutades oma isemäärimisomadusi, saab seda kasutada eriotstarbeliste laagrite, hammasrataste ja kolvirõngastena.Näiteks õlivabad õlitatud laagrid lennuriistadele ja magnetofonidele, õlivabad määritud käigud elektriülekandega diiselvedurite jaoks (õlilekkest põhjustatud õnnetuste vältimiseks), õlivabad õlitatud kolvirõngad kompressoritel jne. Lisaks võib see kasutada ka liuglaagrite või tihenditena toiduaine- ja farmaatsiatööstuses, kasutades ära selle mittetoksilisi omadusi.
(3) Lennunduse, lennunduse ja rakettmürskude konstruktsioonimaterjalidena.Seda kasutati esmakordselt õhusõidukite tootmises, et vähendada lennuki kaalu ja parandada lennu efektiivsust.Seda kasutatakse ka keemia-, nafta-, elektri-, masina- ja muudes tööstusharudes pöörleva või edasi-tagasi liikuva dünaamilise tihendi või mitmesuguste staatilise tihendimaterjalina.
Zhengxi on professionaalhüdraulilise pressi tehas Hiinas, pakkudes kõrget kvaliteetikomposiithüdrauliline pressCFRP toodete moodustamiseks.
Postitusaeg: 25. mai-2023
