CFRP ની અંતિમ માર્ગદર્શિકા: કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પ્લાસ્ટિક/પોલિમર

સંયુક્ત સામગ્રીના સતત વિકાસ સાથે, ગ્લાસ ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ પ્લાસ્ટિક ઉપરાંત, કાર્બન ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ પ્લાસ્ટિક, બોરોન ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ પ્લાસ્ટિક વગેરે દેખાયા છે.કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પોલિમર કમ્પોઝીટ (CFRP) એ હલકો અને મજબૂત સામગ્રી છે જેનો ઉપયોગ આપણે આપણા રોજિંદા જીવનમાં ઉપયોગ કરતા ઘણા ઉત્પાદનો બનાવવા માટે થાય છે.તે ફાઇબર-રિઇનફોર્સ્ડ સંયુક્ત સામગ્રીનું વર્ણન કરવા માટે વપરાતો શબ્દ છે જે મુખ્ય માળખાકીય ઘટક તરીકે કાર્બન ફાઇબરનો ઉપયોગ કરે છે.

સામગ્રી કોષ્ટક:

1. કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પોલિમર સ્ટ્રક્ચર
2. કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પ્લાસ્ટિકની મોલ્ડિંગ પદ્ધતિ
3. કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પોલિમરના ગુણધર્મો
4. CFRP ના ફાયદા
5. CFRP ના ગેરફાયદા
6. કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત પ્લાસ્ટિકનો ઉપયોગ

કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત પોલિમર માળખું

કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પ્લાસ્ટિક એ કાર્બન ફાઇબર સામગ્રીને ચોક્કસ દિશામાં ગોઠવીને અને બોન્ડેડ પોલિમર સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને રચાયેલી સામગ્રી છે.કાર્બન ફાઇબરનો વ્યાસ અત્યંત પાતળો છે, લગભગ 7 માઇક્રોન છે, પરંતુ તેની મજબૂતાઈ અત્યંત ઊંચી છે.

કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત સંયુક્ત સામગ્રીનું સૌથી મૂળભૂત ઘટક એકમ કાર્બન ફાઇબર ફિલામેન્ટ છે.કાર્બન ફિલામેન્ટનો મૂળભૂત કાચો માલ પ્રીપોલિમર પોલિએક્રાયલોનિટ્રાઇલ (PAN), રેયોન અથવા પેટ્રોલિયમ પિચ છે.ત્યારબાદ કાર્બન ફાઇબરના ભાગો માટે રાસાયણિક અને યાંત્રિક પદ્ધતિઓ દ્વારા કાર્બન ફિલામેન્ટ્સને કાર્બન ફાઇબર કાપડમાં બનાવવામાં આવે છે.

બંધનકર્તા પોલિમર સામાન્ય રીતે થર્મોસેટિંગ રેઝિન હોય છે જેમ કે ઇપોક્સી.અન્ય થર્મોસેટ્સ અથવા થર્મોપ્લાસ્ટિક પોલિમરનો ઉપયોગ ક્યારેક કરવામાં આવે છે, જેમ કે પોલિવિનાઇલ એસિટેટ અથવા નાયલોન.કાર્બન તંતુઓ ઉપરાંત, કમ્પોઝીટ્સમાં એરામિડ ક્યૂ, અલ્ટ્રા-હાઇ મોલેક્યુલર વેઇટ પોલિઇથિલિન, એલ્યુમિનિયમ અથવા ગ્લાસ ફાઇબર પણ હોઈ શકે છે.અંતિમ કાર્બન ફાઇબર ઉત્પાદનના ગુણધર્મોને બોન્ડિંગ મેટ્રિક્સમાં દાખલ કરવામાં આવેલા ઉમેરણોના પ્રકાર દ્વારા પણ અસર થઈ શકે છે.

કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પ્લાસ્ટિકની મોલ્ડિંગ પદ્ધતિ

વિવિધ પ્રક્રિયાઓને કારણે કાર્બન ફાઇબર ઉત્પાદનો મુખ્યત્વે અલગ હોય છે.કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પોલિમર મટિરિયલ બનાવવાની ઘણી પદ્ધતિઓ છે.

1. હેન્ડ લે-અપ પદ્ધતિ

શુષ્ક પદ્ધતિ (પૂર્વે તૈયાર કરેલી દુકાન) અને ભીની પદ્ધતિ (ફાઇબર ફેબ્રિક અને રેઝિનનો ઉપયોગ કરવા માટે ગુંદર ધરાવતા) ​​માં વિભાજિત.કમ્પ્રેશન મોલ્ડિંગ જેવી ગૌણ મોલ્ડિંગ પ્રક્રિયાઓમાં ઉપયોગ માટે પ્રિપ્રેગ્સ તૈયાર કરવા માટે હેન્ડ લે-અપનો પણ ઉપયોગ થાય છે.આ પદ્ધતિ એ છે જ્યાં કાર્બન ફાઇબર કાપડની શીટ્સને અંતિમ ઉત્પાદન બનાવવા માટે ઘાટ પર લેમિનેટ કરવામાં આવે છે.ફેબ્રિક તંતુઓની ગોઠવણી અને વણાટને પસંદ કરીને પરિણામી સામગ્રીની મજબૂતાઈ અને જડતા ગુણધર્મો ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવે છે.પછી ઘાટ ઇપોક્સીથી ભરાય છે અને ગરમી અથવા હવાથી મટાડવામાં આવે છે.આ ઉત્પાદન પદ્ધતિનો ઉપયોગ ઘણીવાર બિન-તણાવવાળા ભાગો માટે થાય છે, જેમ કે એન્જિન કવર.

2. વેક્યુમ રચના પદ્ધતિ

લેમિનેટેડ પ્રિપ્રેગ માટે, તેને ઘાટની નજીક બનાવવા અને ચોક્કસ તાપમાન અને દબાણ હેઠળ તેને ઠીક કરવા અને આકાર આપવા માટે ચોક્કસ પ્રક્રિયા દ્વારા દબાણ કરવું જરૂરી છે.વેક્યૂમ બેગ પદ્ધતિ વેક્યૂમ પંપનો ઉપયોગ કરતી બેગની અંદરના ભાગને ખાલી કરવા માટે કરે છે જેથી બેગ અને ઘાટ વચ્ચેનું નકારાત્મક દબાણ દબાણ બનાવે છે જેથી સંયુક્ત સામગ્રી ઘાટની નજીક હોય.

શૂન્યાવકાશ બેગ પદ્ધતિના આધારે, વેક્યૂમ બેગ-ઓટોક્લેવ બનાવવાની પદ્ધતિ પાછળથી આવી.ઑટોક્લેવ માત્ર વેક્યૂમ બેગની પદ્ધતિઓ કરતાં વધુ દબાણ અને ગરમીના ભાગને (કુદરતી ઉપચારને બદલે) ઈલાજ આપે છે.આવા ભાગમાં વધુ કોમ્પેક્ટ માળખું હોય છે, સપાટીની ગુણવત્તા સારી હોય છે, હવાના પરપોટાને અસરકારક રીતે દૂર કરી શકે છે (પરપોટા ભાગની મજબૂતાઈને ખૂબ અસર કરશે), અને એકંદર ગુણવત્તા વધારે છે.વાસ્તવમાં, વેક્યૂમ બેગિંગની પ્રક્રિયા મોબાઈલ ફોન ફિલ્મ સ્ટિકિંગ જેવી જ છે.હવાના પરપોટાને દૂર કરવું એ એક મુખ્ય કાર્ય છે.

3. કમ્પ્રેશન મોલ્ડિંગ પદ્ધતિ

કમ્પ્રેશન મોલ્ડિંગએક મોલ્ડિંગ પદ્ધતિ છે જે મોટા પાયે ઉત્પાદન અને મોટા પાયે ઉત્પાદન માટે અનુકૂળ છે.મોલ્ડ સામાન્ય રીતે ઉપલા અને નીચેના ભાગોમાંથી બનેલા હોય છે, જેને આપણે નર મોલ્ડ અને માદા બીબા કહીએ છીએ.મોલ્ડિંગ પ્રક્રિયા પ્રીપ્રેગ્સથી બનેલી સાદડીને મેટલ કાઉન્ટર મોલ્ડમાં નાખવાની છે, અને ચોક્કસ તાપમાન અને દબાણની ક્રિયા હેઠળ, સાદડીને ગરમ કરવામાં આવે છે અને બીબાના પોલાણમાં પ્લાસ્ટિસાઇઝ કરવામાં આવે છે, દબાણ હેઠળ વહે છે, અને મોલ્ડના પોલાણને ભરે છે, અને પછી અને ઉત્પાદનો મેળવવા માટે મોલ્ડિંગ અને ક્યોરિંગ.જો કે, આ પદ્ધતિનો પ્રારંભિક ખર્ચ અગાઉના કરતા વધારે છે, કારણ કે મોલ્ડને ખૂબ જ ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા CNC મશીનિંગની જરૂર પડે છે.

4. વિન્ડિંગ મોલ્ડિંગ

જટિલ આકાર ધરાવતા ભાગો માટે અથવા ક્રાંતિના શરીરના આકારમાં, ફિલામેન્ટ વાઇન્ડરનો ઉપયોગ મેન્ડ્રેલ અથવા કોર પર ફિલામેન્ટને વાઇન્ડિંગ કરીને ભાગ બનાવવા માટે કરી શકાય છે.વાઇન્ડિંગ પછી સંપૂર્ણ ઉપચાર અને મેન્ડ્રેલ દૂર કરો.ઉદાહરણ તરીકે, સસ્પેન્શન સિસ્ટમમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ટ્યુબ્યુલર સંયુક્ત હથિયારો આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને બનાવી શકાય છે.

5. રેઝિન ટ્રાન્સફર મોલ્ડિંગ

રેઝિન ટ્રાન્સફર મોલ્ડિંગ (RTM) પ્રમાણમાં લોકપ્રિય મોલ્ડિંગ પદ્ધતિ છે.તેના મૂળભૂત પગલાં છે:
1. તૈયાર ખરાબ કાર્બન ફાઈબર ફેબ્રિકને મોલ્ડમાં મૂકો અને મોલ્ડ બંધ કરો.
2. તેમાં પ્રવાહી થર્મોસેટિંગ રેઝિન દાખલ કરો, રિઇન્ફોર્સિંગ સામગ્રીને ગર્ભિત કરો અને ઉપચાર કરો.

કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પોલિમરના ગુણધર્મો

(1) ઉચ્ચ શક્તિ અને સારી સ્થિતિસ્થાપકતા.

કાર્બન ફાઇબરની ચોક્કસ તાકાત (એટલે ​​કે, ઘનતા અને તાણ શક્તિનો ગુણોત્તર) સ્ટીલ કરતાં 6 ગણો અને એલ્યુમિનિયમ કરતાં 17 ગણો છે.ચોક્કસ મોડ્યુલસ (એટલે ​​કે, યંગના મોડ્યુલસ અને ઘનતાનો ગુણોત્તર, જે પદાર્થની સ્થિતિસ્થાપકતાની નિશાની છે) સ્ટીલ અથવા એલ્યુમિનિયમ કરતા 3 ગણા કરતાં વધુ છે.

ઉચ્ચ ચોક્કસ શક્તિ સાથે, તે મોટા કાર્યકારી ભારને સહન કરી શકે છે.તેનું મહત્તમ કાર્યકારી દબાણ 350 kg/cm2 સુધી પહોંચી શકે છે.વધુમાં, તે શુદ્ધ F-4 અને તેની વેણી કરતાં વધુ સંકુચિત અને સ્થિતિસ્થાપક છે.

(2) સારી થાક પ્રતિકાર અને વસ્ત્રો પ્રતિકાર.

તેની થાક પ્રતિકાર ઇપોક્સી રેઝિન કરતા ઘણી વધારે છે અને ધાતુની સામગ્રી કરતા વધારે છે.ગ્રેફાઇટ તંતુઓ સ્વ-લુબ્રિકેટિંગ છે અને ઘર્ષણના નાના ગુણાંક ધરાવે છે.વસ્ત્રોની માત્રા સામાન્ય એસ્બેસ્ટોસ ઉત્પાદનો અથવા F-4 વેણી કરતાં 5-10 ગણી ઓછી હોય છે.

(3) સારી થર્મલ વાહકતા અને ગરમી પ્રતિકાર.

કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત પ્લાસ્ટિકમાં સારી થર્મલ વાહકતા હોય છે, અને ઘર્ષણ દ્વારા ઉત્પન્ન થતી ગરમી સરળતાથી ઓગળી જાય છે.આંતરિક ભાગ વધુ ગરમ અને સંગ્રહિત કરવા માટે સરળ નથી અને ગતિશીલ સીલિંગ સામગ્રી તરીકે ઉપયોગ કરી શકાય છે.હવામાં, તે -120 ~ 350 ° સે તાપમાનની શ્રેણીમાં સ્થિર રીતે કામ કરી શકે છે.કાર્બન ફાઇબરમાં ક્ષારયુક્ત ધાતુની સામગ્રીમાં ઘટાડો થવાથી, સેવાના તાપમાનમાં વધુ વધારો થઈ શકે છે.નિષ્ક્રિય ગેસમાં, તેનું અનુકૂલનક્ષમ તાપમાન લગભગ 2000 ° સે સુધી પહોંચી શકે છે, અને તે ઠંડી અને ગરમીમાં તીવ્ર ફેરફારોનો સામનો કરી શકે છે.

(4) સારી કંપન પ્રતિકાર.

તે પડઘો પાડવો અથવા ફફડાવવો સરળ નથી, અને તે કંપન ઘટાડવા અને અવાજ ઘટાડવા માટે પણ ઉત્તમ સામગ્રી છે.

CFRP ના ફાયદા

1. હલકો વજન

પરંપરાગત ગ્લાસ ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પ્લાસ્ટિક સતત ગ્લાસ ફાઇબર અને 70% ગ્લાસ રેસા (કાચનું વજન/કુલ વજન) વાપરે છે અને સામાન્ય રીતે 0.065 પાઉન્ડ પ્રતિ ઘન ઇંચની ઘનતા ધરાવે છે.સમાન 70% ફાઇબર વજન સાથેના CFRP સંયુક્તમાં સામાન્ય રીતે 0.055 પાઉન્ડ પ્રતિ ઘન ઇંચની ઘનતા હોય છે.

2. ઉચ્ચ શક્તિ

કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પોલિમર ઓછા વજનના હોવા છતાં, કાચ ફાઇબર કમ્પોઝીટ કરતાં CFRP કંપોઝીટમાં એકમ વજન દીઠ ઊંચી તાકાત અને ઉચ્ચ કઠોરતા હોય છે.ધાતુની સામગ્રીની તુલનામાં, આ ફાયદો વધુ સ્પષ્ટ છે.

CFRP ના ગેરફાયદા

1. ઊંચી કિંમત

કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત પ્લાસ્ટિકની ઉત્પાદન કિંમત પ્રતિબંધિત છે.કાર્બન ફાઈબરની કિંમતો વર્તમાન બજારની સ્થિતિ (પુરવઠો અને માંગ), કાર્બન ફાઈબરનો પ્રકાર (એરોસ્પેસ વિ. કોમર્શિયલ ગ્રેડ), અને ફાઈબર બંડલના કદના આધારે નાટ્યાત્મક રીતે બદલાઈ શકે છે.પાઉન્ડ-ફોર-પાઉન્ડના આધારે, વર્જિન કાર્બન ફાઇબર ગ્લાસ ફાઇબર કરતાં 5 થી 25 ગણા મોંઘા હોઈ શકે છે.સ્ટીલની CFRP સાથે સરખામણી કરતી વખતે આ તફાવત વધારે છે.
2. વાહકતા
આ કાર્બન ફાઇબર સંયુક્ત સામગ્રીનો ફાયદો અને ગેરલાભ છે.તે એપ્લિકેશન પર આધાર રાખે છે.કાર્બન તંતુઓ અત્યંત વાહક હોય છે અને કાચના તંતુઓ અવાહક હોય છે.ઘણા ઉત્પાદનો કાર્બન ફાઇબર અથવા મેટલને બદલે ફાઇબર ગ્લાસનો ઉપયોગ કરે છે કારણ કે તેમને કડક ઇન્સ્યુલેશનની જરૂર હોય છે.ઉપયોગિતાઓના ઉત્પાદનમાં, ઘણા ઉત્પાદનોને ગ્લાસ ફાઇબરનો ઉપયોગ કરવાની જરૂર પડે છે.

કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત પ્લાસ્ટિક ઉપયોગો

કાર્બન ફાઇબર રિઇનફોર્સ્ડ પોલિમરનો ઉપયોગ યાંત્રિક ભાગોથી લશ્કરી સામગ્રી સુધીના જીવનમાં વ્યાપક છે.

(1)સીલિંગ પેકિંગ તરીકે
કાર્બન ફાઇબર પ્રબલિત પીટીએફઇ સામગ્રીને કાટ-પ્રતિરોધક, વસ્ત્રો-પ્રતિરોધક અને ઉચ્ચ-તાપમાન-પ્રતિરોધક સીલિંગ રિંગ્સ અથવા પેકિંગમાં બનાવી શકાય છે.જ્યારે સ્ટેટિક સીલિંગ માટે ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે સર્વિસ લાઇફ લાંબી હોય છે, સામાન્ય તેલમાં ડૂબેલા એસ્બેસ્ટોસ પેકિંગ કરતા 10 ગણા કરતાં વધુ.તે લોડ ફેરફારો અને ઝડપી ઠંડક અને ઝડપી ગરમી હેઠળ સીલિંગ કામગીરી જાળવી શકે છે.અને સામગ્રીમાં કાટરોધક પદાર્થો ન હોવાથી, ધાતુ પર કોઈ ખાડો કાટ લાગશે નહીં.

(2)ગ્રાઇન્ડીંગ ભાગો તરીકે
તેના સ્વ-લુબ્રિકેટિંગ ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરીને, તેનો ઉપયોગ ખાસ હેતુઓ માટે બેરિંગ્સ, ગિયર્સ અને પિસ્ટન રિંગ્સ તરીકે કરી શકાય છે.જેમ કે ઉડ્ડયન સાધનો અને ટેપ રેકોર્ડર માટે તેલ-મુક્ત લ્યુબ્રિકેટેડ બેરિંગ્સ, ઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સમિશન ડીઝલ લોકોમોટિવ્સ માટે ઓઇલ-ફ્રી લ્યુબ્રિકેટેડ ગિયર્સ (ઓઇલ લીકેજને કારણે થતા અકસ્માતો ટાળવા), કોમ્પ્રેસર પર ઓઇલ-ફ્રી લ્યુબ્રિકેટેડ પિસ્ટન રિંગ્સ વગેરે. વધુમાં, તે કરી શકે છે. ખોરાક અને ફાર્માસ્યુટિકલ ઉદ્યોગોમાં તેની બિન-ઝેરી લાક્ષણિકતાઓનો લાભ લઈને સ્લાઇડિંગ બેરિંગ્સ અથવા સીલ તરીકે પણ ઉપયોગમાં લેવાય છે.

(3) એરોસ્પેસ, ઉડ્ડયન અને મિસાઇલો માટે માળખાકીય સામગ્રી તરીકે.એરક્રાફ્ટનું વજન ઘટાડવા અને ફ્લાઇટની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવા માટે તેનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ એરક્રાફ્ટ ઉત્પાદનમાં કરવામાં આવ્યો હતો.તેનો ઉપયોગ રાસાયણિક, પેટ્રોલિયમ, ઇલેક્ટ્રિક પાવર, મશીનરી અને અન્ય ઉદ્યોગોમાં રોટરી અથવા પરસ્પર ગતિશીલ સીલ અથવા વિવિધ સ્થિર સીલ સામગ્રી તરીકે પણ થાય છે.

Zhengxi એક વ્યાવસાયિક છેચીનમાં હાઇડ્રોલિક પ્રેસ ફેક્ટરી, ઉચ્ચ ગુણવત્તા પ્રદાન કરે છેસંયુક્ત હાઇડ્રોલિક પ્રેસCFRP ઉત્પાદનોની રચના માટે.