Komposiittimateriaalien jatkuvan kehityksen myötä lasikuituvahvisteisten muovien lisäksi on ilmaantunut hiilikuituvahvisteisia muoveja, boorikuituvahvisteisia muoveja jne.Hiilikuituvahvisteiset polymeerikomposiitit (CFRP) ovat kevyitä ja vahvoja materiaaleja, joista valmistetaan monia jokapäiväisessä elämässämme käyttämiämme tuotteita.Se on termi, jota käytetään kuvaamaan kuituvahvisteisia komposiittimateriaaleja, jotka käyttävät hiilikuituja päärakennekomponenttina.
Sisällysluettelo:
1. Hiilikuituvahvistettu polymeerirakenne
2. Hiilikuituvahvisteisen muovin muovausmenetelmä
3. Hiilikuituvahvisteisen polymeerin ominaisuudet
4. CFRP:n edut
5. CFRP:n haitat
6. Hiilikuituvahvisteisen muovin käyttötarkoitukset
Hiilikuituvahvisteinen polymeerirakenne
Hiilikuituvahvistettu muovi on materiaali, joka on muodostettu järjestämällä hiilikuitumateriaaleja tiettyyn suuntaan ja käyttämällä sidottuja polymeerimateriaaleja.Hiilikuidun halkaisija on erittäin ohut, noin 7 mikronia, mutta sen lujuus on erittäin korkea.
Hiilikuituvahvisteisen komposiittimateriaalin perusaineyksikkö on hiilikuitufilamentti.Hiilifilamentin perusraaka-aine on esipolymeeripolyakryylinitriili (PAN), viskoosi tai maaöljypiki.Hiilifilamenteista valmistetaan sitten hiilikuitukankaita kemiallisin ja mekaanisin menetelmin hiilikuituosia varten.
Sidospolymeeri on yleensä lämpökovettuva hartsi, kuten epoksi.Joskus käytetään muita kertamuovia tai kestomuovipolymeerejä, kuten polyvinyyliasetaattia tai nailonia.Komposiitit voivat sisältää hiilikuitujen lisäksi myös aramidi Q:ta, ultrakorkean molekyylipainon polyeteeniä, alumiinia tai lasikuituja.Lopullisen hiilikuitutuotteen ominaisuuksiin voi vaikuttaa myös sidosmatriisiin lisättyjen lisäaineiden tyyppi.
Hiilikuituvahvisteisen muovin muovausmenetelmä
Hiilikuitutuotteet eroavat pääasiassa erilaisista prosesseista johtuen.On olemassa monia menetelmiä hiilikuituvahvisteisten polymeerimateriaalien muodostamiseksi.
1. Käsien asettelumenetelmä
Jaettu kuivamenetelmään (esivalmistettu myymälä) ja märkämenetelmään (kuitukangas ja hartsi liimattu käyttöön).Käsin asettamista käytetään myös prepregien valmistukseen käytettäväksi toissijaisissa muovausprosesseissa, kuten puristusmuovauksessa.Tässä menetelmässä hiilikuitukangaslevyt laminoidaan muottiin lopullisen tuotteen muodostamiseksi.Tuloksena olevan materiaalin lujuus- ja jäykkyysominaisuudet optimoidaan valitsemalla kankaan kuitujen kohdistus ja kudos.Muotti täytetään sitten epoksilla ja kovetetaan lämmöllä tai ilmalla.Tätä valmistusmenetelmää käytetään usein jännittämättömissä osissa, kuten moottorin kansissa.
2. Tyhjiömuovausmenetelmä
Laminoitua prepregiä varten on tarpeen kohdistaa painetta tietyn prosessin kautta, jotta se saadaan lähelle muottia ja kovettaa ja muotoilla se tietyssä lämpötilassa ja paineessa.Tyhjiöpussimenetelmässä tyhjiöpumpulla tyhjennetään muodostuspussin sisäpuoli siten, että pussin ja muotin välinen alipaine muodostaa paineen siten, että komposiittimateriaali on lähellä muottia.
Tyhjiöpussimenetelmän pohjalta johdettiin myöhemmin tyhjiöpussi-autoklaavimuodostusmenetelmä.Autoklaavit tarjoavat korkeammat paineet ja lämpökovettavat osan (luonnollisen kovetuksen sijaan) kuin tyhjiöpussimenetelmät.Tällaisella osalla on kompaktimpi rakenne, parempi pinnanlaatu, se voi tehokkaasti poistaa ilmakuplat (kuplat vaikuttavat suuresti osan lujuuteen) ja yleinen laatu on korkeampi.Itse asiassa tyhjiöpakkausprosessi on samanlainen kuin matkapuhelimen kalvon kiinnitys.Ilmakuplien poistaminen on tärkeä tehtävä.
3. Puristusmuovausmenetelmä
Puristusmuovauson muovausmenetelmä, joka edistää massatuotantoa ja massatuotantoa.Muotit valmistetaan yleensä ylä- ja alaosista, joita kutsumme urosmuotiksi ja naarasmuotiksi.Muovausprosessissa prepregeistä valmistettu matto asetetaan metalliseen vastamuottiin, ja tietyn lämpötilan ja paineen vaikutuksesta matto kuumennetaan ja pehmitetään muotin ontelossa, virtaa paineen alaisena ja täyttää muotin ontelon ja sitten Ja muovaus ja kovetus tuotteiden saamiseksi.Tällä menetelmällä on kuitenkin korkeammat alkukustannukset kuin aikaisemmilla, koska muotti vaatii erittäin tarkkaa CNC-työstöä.
4. Käämitys
Jos osissa on monimutkaisia muotoja tai pyörimiskappaleen muotoisia, osa voidaan valmistaa filamentin kelauslaitteella käämimällä filamentti tuurnalle tai sydämelle.Kun käämitys on valmis, kovetta ja poista kara.Tällä menetelmällä voidaan valmistaa esimerkiksi ripustusjärjestelmissä käytettävät putkimaiset nivelvarret.
5. Hartsin siirtomuovaus
Hartsin siirtomuovaus (RTM) on suhteellisen suosittu muovausmenetelmä.Sen perusvaiheet ovat:
1. Aseta valmistettu huono hiilikuitukangas muottiin ja sulje muotti.
2. Ruiskuta siihen nestemäistä lämpökovettuvaa hartsia, kyllästä lujitemateriaali ja koveta.
Hiilikuituvahvisteisen polymeerin ominaisuudet
(1) Korkea lujuus ja hyvä elastisuus.
Hiilikuidun ominaislujuus (eli vetolujuuden suhde tiheyteen) on 6 kertaa teräksen ja 17 kertaa alumiinin.Spesifinen moduuli (eli Youngin moduulin suhde tiheyteen, joka on merkki kohteen elastisuudesta) on yli 3 kertaa teräksen tai alumiinin suhde.
Suurella ominaislujuudella se kestää suuren työkuorman.Sen suurin käyttöpaine voi olla 350 kg/cm2.Lisäksi se on puristuvampi ja joustavampi kuin puhdas F-4 ja sen punos.
(2) Hyvä väsymiskestävyys ja kulutuskestävyys.
Sen väsymiskestävyys on paljon korkeampi kuin epoksihartsin ja korkeampi kuin metallimateriaalien.Grafiittikuidut ovat itsevoitelevia ja niillä on pieni kitkakerroin.Kulumisen määrä on 5-10 kertaa pienempi kuin yleisillä asbestituotteilla tai F-4-punoksilla.
(3) Hyvä lämmönjohtavuus ja lämmönkestävyys.
Hiilikuituvahvisteisilla muovilla on hyvä lämmönjohtavuus ja kitkan tuottama lämpö haihtuu helposti.Sisusta ei ole helppo ylikuumentua ja varastoida lämpöä, ja sitä voidaan käyttää dynaamisena tiivistysmateriaalina.Ilmassa se voi toimia vakaasti lämpötila-alueella -120-350 °C.Hiilikuidun alkalimetallipitoisuuden vähentämisen myötä käyttölämpötilaa voidaan edelleen nostaa.Inertissä kaasussa sen mukautuva lämpötila voi nousta noin 2000 °C:een ja se kestää jyrkkiä kylmän ja lämmön muutoksia.
(4) Hyvä tärinänkestävyys.
Se ei ole helppo resonoida tai lepattaa, ja se on myös erinomainen materiaali tärinän ja melun vähentämiseen.
CFRP:n edut
1. Kevyt
Perinteiset lasikuituvahvisteiset muovit käyttävät jatkuvia lasikuituja ja 70 % lasikuituja (lasin paino/kokonaispaino), ja niiden tiheys on tyypillisesti 0,065 paunaa kuutiometriä kohti.CFRP-komposiitin, jolla on sama 70 % kuidun paino, tiheys on tyypillisesti 0,055 paunaa kuutiometriä kohti.
2. Suuri lujuus
Vaikka hiilikuituvahvisteiset polymeerit ovat kevyitä, CFRP-komposiiteilla on suurempi lujuus ja suurempi jäykkyys painoyksikköä kohti kuin lasikuitukomposiiteilla.Metallimateriaaleihin verrattuna tämä etu on ilmeisempi.
CFRP:n haitat
1. Korkeat kustannukset
Hiilikuituvahvisteisen muovin tuotantokustannukset ovat kohtuuttomat.Hiilikuitujen hinnat voivat vaihdella dramaattisesti nykyisten markkinaolosuhteiden (tarjonta ja kysyntä), hiilikuidun tyypin (ilmailu vs. kaupallinen laatu) ja kuitukimppujen koon mukaan.Neitsythiilikuitu voi olla 5-25 kertaa kalliimpaa kuin lasikuitu.Tämä ero on vielä suurempi, kun verrataan terästä CFRP:hen.
2. Johtavuus
Tämä on hiilikuitukomposiittimateriaalien etu ja haitta.Se riippuu sovelluksesta.Hiilikuidut ovat erittäin johtavia ja lasikuidut eristävät.Monet tuotteet käyttävät lasikuitua hiilikuitujen tai metallin sijaan, koska ne vaativat tiukkaa eristystä.Kunnallistekniikan tuotannossa monet tuotteet vaativat lasikuitujen käyttöä.
Hiilikuituvahvisteisen muovin käyttö
Hiilikuituvahvisteisen polymeerin käyttökohteet ovat laajat, mekaanisista osista sotilaallisiin materiaaleihin.
(1)sulkupakkauksena
Hiilikuituvahvisteisesta PTFE-materiaalista voidaan valmistaa korroosionkestäviä, kulutusta ja korkeita lämpötiloja kestäviä tiivisterenkaita tai tiivisteitä.Kun sitä käytetään staattiseen tiivistykseen, käyttöikä on pidempi, yli 10 kertaa pidempi kuin tavallisella öljyllä upotetulla asbestitiivisteellä.Se voi ylläpitää tiivistyskykyä kuormituksen muutosten sekä nopean jäähdytyksen ja nopean lämmityksen aikana.Ja koska materiaali ei sisällä syövyttäviä aineita, metalliin ei tapahdu pistekorroosiota.
(2)hiomaosina
Itsevoitelevia ominaisuuksiaan hyödyntäen sitä voidaan käyttää laakereina, hammaspyörinä ja männänrenkaina erikoistarkoituksiin.Kuten öljyttömät voideltavat laakerit lentokoneisiin ja nauhureihin, öljyttömät voideltu vaihteistot sähkövaihteistodieselvetureille (öljyvuotojen aiheuttamien onnettomuuksien välttämiseksi), öljyttömät voideltuja männänrenkaita kompressoreissa jne. Lisäksi se voi voidaan käyttää myös liukulaakereina tai tiivisteinä elintarvike- ja lääketeollisuudessa hyödyntämällä sen myrkyttömät ominaisuudet.
(3) Rakennemateriaaleina ilmailu-, ilmailu- ja ohjuksia varten.Sitä käytettiin ensin lentokoneiden valmistuksessa vähentämään lentokoneen painoa ja parantamaan lentotehokkuutta.Sitä käytetään myös kemian-, öljy-, sähkö-, kone- ja muilla teollisuudenaloilla pyörivänä tai edestakaisin liikkuvana dynaamisena tiivisteenä tai erilaisina staattisina tiivistemateriaaleina.
Zhengxi on ammattilainenhydraulipuristimen tehdas Kiinassa, joka tarjoaa korkealaatuistahydraulinen komposiittipuristinCFRP-tuotteiden muodostamiseen.
Postitusaika: 25.5.2023
