راهنمای نهایی CFRP: پلاستیک/پلیمر تقویت شده فیبر کربن

با توسعه مداوم مواد کامپوزیت ، علاوه بر پلاستیک های تقویت شده با فیبر شیشه ای ، پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن ، پلاستیک های تقویت شده با فیبر بورون و غیره ظاهر شده اند. کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با فیبر کربن (CFRP) مواد سبک و قوی هستند که برای تولید بسیاری از محصولات مورد استفاده در زندگی روزمره خود استفاده می شود. این اصطلاحی است که برای توصیف مواد کامپوزیت تقویت شده با فیبر که از الیاف کربن به عنوان مؤلفه اصلی ساختاری استفاده می کنند ، استفاده می شود.

جدول محتوای:

1. ساختار پلیمری تقویت شده فیبر کربن
2. روش قالب گیری پلاستیک تقویت شده فیبر کربن
3. خواص پلیمر تقویت شده فیبر کربن
4. مزایای CFRP
5. مضرات CFRP
6. استفاده از پلاستیک تقویت شده فیبر کربن

ساختار پلیمری تقویت شده فیبر کربن

پلاستیک تقویت شده با فیبر کربن ماده ای است که با تنظیم مواد فیبر کربن در یک جهت خاص و استفاده از مواد پلیمری پیوند خورده تشکیل شده است. قطر فیبر کربن بسیار نازک است ، در حدود 7 میکرون ، اما استحکام آن بسیار زیاد است.

اساسی ترین واحد تشکیل دهنده مواد کامپوزیت تقویت شده با فیبر کربن رشته فیبر کربن است. ماده اولیه اصلی رشته کربن پلی آکریلونیتریل پروپلیمر (PAN) ، ریون یا زمین نفتی است. سپس رشته های کربن با روش های شیمیایی و مکانیکی برای قطعات فیبر کربن به پارچه های فیبر کربن تبدیل می شوند.

پلیمر اتصال دهنده معمولاً یک رزین ترموزاسیون مانند اپوکسی است. از دیگر ترموست ها یا پلیمرهای ترموپلاستیک مانند پلی وینیل استات یا نایلون استفاده می شود. علاوه بر الیاف کربن ، کامپوزیت ها همچنین می توانند حاوی Q ، پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا ، الیاف آلومینیوم یا شیشه باشند. خواص محصول فیبر کربن نهایی نیز می تواند تحت تأثیر نوع مواد افزودنی معرفی شده به ماتریس پیوند قرار بگیرد.

روش قالب گیری پلاستیک تقویت شده فیبر کربن

محصولات فیبر کربن به دلیل فرآیندهای مختلف عمدتاً متفاوت هستند. روشهای زیادی برای تشکیل مواد پلیمری تقویت شده با فیبر کربن وجود دارد.

1 روش دراز کشیدن دست

تقسیم شده به روش خشک (فروشگاه از پیش آماده شده) و روش مرطوب (پارچه فیبر و رزین چسبانده شده برای استفاده). از خوابیدن دست نیز برای تهیه پیش فرض برای استفاده در فرآیندهای قالب بندی ثانویه مانند قالب گیری فشرده سازی استفاده می شود. این روش جایی است که ورق های پارچه فیبر کربن روی قالب لمینت می شوند تا محصول نهایی را تشکیل دهند. با انتخاب تراز و بافندگی الیاف پارچه ، ویژگی های قدرت و سفتی مواد حاصل بهینه می شوند. سپس قالب با اپوکسی پر شده و با گرما یا هوا درمان می شود. این روش تولید اغلب برای قطعات غیر استرس مانند پوشش موتور استفاده می شود.

2 روش تشکیل خلاء

برای prepreg لمینت ، لازم است فشار را از طریق یک فرآیند خاص اعمال کنید تا آن را به قالب نزدیک کنید و آن را تحت درجه حرارت و فشار خاص درمان و شکل دهید. روش کیسه خلاء از پمپ خلاء برای تخلیه داخل کیسه تشکیل دهنده استفاده می کند تا فشار منفی بین کیسه و قالب فشار ایجاد کند تا مواد کامپوزیت نزدیک به قالب باشد.

بر اساس روش کیسه خلاء ، روش تشکیل کیسه خلاء Autoclave بعداً به دست آمد. اتوکلاوها فشارهای بالاتری را ارائه می دهند و گرما را نسبت به روشهای فقط کیسه خلاء (به جای پخت طبیعی) درمان می کنند. چنین بخشی دارای ساختار جمع و جور تر ، کیفیت سطح بهتر ، می تواند حباب های هوا را از بین ببرد (حباب ها تا حد زیادی بر قدرت قسمت تأثیر می گذارد) و کیفیت کلی بالاتر است. در حقیقت ، روند کیسه های خلاء شبیه به عملکرد فیلم تلفن همراه است. از بین بردن حباب های هوا یک کار مهم است.

3 روش قالب گیری فشرده سازی

قالب گیری فشرده سازییک روش قالب بندی است که منجر به تولید انبوه و تولید انبوه می شود. قالب ها معمولاً از قسمت های فوقانی و پایین ساخته شده اند که ما آن را قالب نر و قالب ماده می نامیم. فرآیند قالب گیری این است که تشک ساخته شده از پیش از پروانه ها را در قالب پیشخوان فلزی قرار دهد و تحت عمل دما و فشار خاصی ، تشک در حفره قالب گرم و پلاستیک می شود ، تحت فشار جریان می یابد و حفره قالب را پر می کند ، و سپس و قالب بندی و پخت و پز برای به دست آوردن محصولات. با این حال ، این روش هزینه اولیه بالاتری نسبت به موارد قبلی دارد ، زیرا قالب به ماشینکاری CNC با دقت بسیار بالا نیاز دارد.

4. قالب سیم پیچ

برای قطعاتی با اشکال پیچیده یا به شکل بدن انقلاب ، می توان از یک بادگیر رشته ای استفاده کرد تا قسمت را با پیچیدن رشته بر روی یک ماندار یا هسته ایجاد کند. بعد از سیم پیچ کامل درمان شده و ماندل را بردارید. به عنوان مثال ، بازوهای مفصلی لوله ای که در سیستم های تعلیق مورد استفاده قرار می گیرد با استفاده از این روش می توان ساخته شد.

5. قالب انتقال رزین

قالب انتقال رزین (RTM) یک روش قالب بندی نسبتاً محبوب است. مراحل اساسی آن عبارتند از:
1. پارچه فیبر کربن آماده آماده را در قالب قرار داده و قالب را ببندید.
2. رزین ترموزاسیون مایع را به آن تزریق کنید ، مواد تقویت کننده را آغشته کرده و درمان کنید.

خواص پلیمر تقویت شده فیبر کربن

(1) قدرت بالا و خاصیت ارتجاعی خوب.

استحکام خاص (یعنی نسبت استحکام کششی به چگالی) فیبر کربن 6 برابر فولاد و 17 برابر آلومینیوم است. مدول خاص (یعنی نسبت مدول یانگ به چگالی ، که نشانه ای از کشش یک جسم است) بیش از 3 برابر فولاد یا آلومینیوم است.

با استحکام خاص بالا ، می تواند بار کار بزرگی داشته باشد. حداکثر فشار کار آن می تواند به 350 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برسد. علاوه بر این ، از F-4 خالص تر و انعطاف پذیر تر است.

(2) مقاومت در برابر خستگی خوب و مقاومت در برابر سایش.

مقاومت در برابر خستگی آن بسیار بیشتر از رزین اپوکسی و بالاتر از مواد فلزی است. الیاف گرافیتی خودآزمایی هستند و ضریب اصطکاک کمی دارند. میزان سایش 5-10 برابر کوچکتر از محصولات عمومی آزبست یا نوارهای F-4 است.

(3) هدایت حرارتی خوب و مقاومت در برابر حرارت.

پلاستیک های تقویت شده با فیبر کربن دارای هدایت حرارتی خوبی هستند و گرمای تولید شده توسط اصطکاک به راحتی از بین می رود. گرمای بیش از حد و ذخیره گرما آسان نیست و می تواند به عنوان یک ماده آب بندی پویا مورد استفاده قرار گیرد. در هوا می تواند به طور پایدار در محدوده دمای 350 ~ 350 درجه سانتیگراد کار کند. با کاهش میزان فلز قلیایی در فیبر کربن ، دمای سرویس ممکن است بیشتر افزایش یابد. در یک گاز بی اثر ، دمای سازگار آن می تواند به حدود 2000 درجه سانتیگراد برسد و می تواند در برابر تغییرات شدید در سرما و گرما مقاومت کند.

(4) مقاومت در برابر لرزش خوب.

طنین انداز یا لرزش آسان نیست ، و همچنین یک ماده عالی برای کاهش لرزش و کاهش نویز است.

مزایای CFRP

1. وزن سبک

پلاستیک های تقویت شده با فیبر شیشه ای سنتی از الیاف شیشه ای مداوم و 70 ٪ الیاف شیشه ای (وزن شیشه/وزن کل) استفاده می کنند و به طور معمول دارای چگالی 0.065 پوند در هر اینچ مکعب هستند. یک کامپوزیت CFRP با همان وزن فیبر 70 ٪ به طور معمول دارای چگالی 0.055 پوند در هر اینچ مکعب است.

2. قدرت بالا

اگرچه پلیمرهای تقویت شده با فیبر کربن سبک وزن هستند ، اما کامپوزیت های CFRP از قدرت بالاتری و سفتی بالاتر در واحد وزن نسبت به کامپوزیت های فیبر شیشه ای برخوردار هستند. در مقایسه با مواد فلزی ، این مزیت آشکارتر است.

مضرات CFRP

1. هزینه بالا

هزینه تولید پلاستیک تقویت شده با فیبر کربن ممنوع است. قیمت فیبر کربن بسته به شرایط فعلی بازار (عرضه و تقاضا) ، نوع فیبر کربن (هوافضا در مقابل درجه تجاری) و اندازه بسته نرم افزاری فیبر می تواند به طرز چشمگیری متفاوت باشد. بر اساس پوند برای پوند ، فیبر کربن باکره می تواند 5 تا 25 برابر گرانتر از فیبر شیشه ای باشد. این تفاوت حتی هنگام مقایسه فولاد با CFRP بیشتر است.
2. هدایت
این مزیت و ضرر مواد کامپوزیت فیبر کربن است. بستگی به برنامه دارد. الیاف کربن بسیار رسانا هستند و الیاف شیشه ای عایق هستند. بسیاری از محصولات به جای فیبر کربن یا فلز از فایبرگلاس استفاده می کنند زیرا به عایق بندی دقیق نیاز دارند. در تولید آب و برق ، بسیاری از محصولات نیاز به استفاده از الیاف شیشه ای دارند.

استفاده از پلاستیک تقویت شده فیبر کربن

کاربردهای پلیمر تقویت شده با فیبر کربن از نظر زندگی ، از قطعات مکانیکی گرفته تا مواد نظامی گسترده است.

(1)به عنوان بسته بندی آب بندی
مواد PTFE تقویت شده با فیبر کربن را می توان به حلقه های آب بندی یا بسته بندی مقاوم در برابر خوردگی ، مقاوم در برابر سایش و مقاومت در برابر دمای بالا تبدیل کرد. هنگامی که برای آب بندی استاتیک استفاده می شود ، عمر خدمات طولانی تر است ، بیش از 10 برابر بیشتر از بسته بندی آزبست آلوده به روغن. این می تواند عملکرد آب بندی را تحت تغییرات بار و خنک کننده سریع و گرمایش سریع حفظ کند. و از آنجا که این ماده حاوی مواد خورنده نیست ، هیچ خوردگی بر روی فلز رخ نخواهد داد.

(2)به عنوان قطعات سنگ زنی
با استفاده از خواص خودآزمایی خود ، می توان از آن به عنوان یاتاقان ، چرخ دنده و حلقه های پیستون برای اهداف خاص استفاده کرد. مانند یاتاقان های روغن کاری شده بدون روغن برای ابزارهای حمل و نقل هوایی و ضبط کننده های نوار ، چرخ دنده های روغن کاری شده بدون روغن برای لوکوموتیوهای دیزلی انتقال الکتریکی (برای جلوگیری از تصادفات ناشی از نشت روغن) ، حلقه های پیستون روغن کاری شده بدون روغن روی کمپرسورها و غیره. علاوه بر این ، می توان از آن به عنوان یاتاقان های کشویی یا مهر و موم های موجود در مواد غذایی و صنایع دارویی آن استفاده کرد.

(3) به عنوان مواد ساختاری برای هوافضا ، حمل و نقل هوایی و موشک. این نخستین بار در ساخت هواپیما برای کاهش وزن هواپیما و بهبود راندمان پرواز مورد استفاده قرار گرفت. این ماده همچنین در شیمیایی ، نفت ، برق ، ماشین آلات و سایر صنایع به عنوان یک مهر و موم پویا روتاری یا متقابل یا مواد مهر و موم استاتیک مختلف استفاده می شود.

Zhengxi یک حرفه ای استکارخانه مطبوعات هیدرولیک در چین، ارائه Quliaty بالاپرس هیدرولیک کامپوزیتبرای تشکیل محصولات CFRP.