Kontinuiranim razvojem kompozitnih materijala, osim plastike ojačane staklenim vlaknima, pojavile su se plastike ojačane ugljičnim vlaknima, plastike ojačane borovim vlaknima itd.Polimerni kompoziti ojačani ugljičnim vlaknima (CFRP) lagani su i čvrsti materijali koji se koriste za proizvodnju mnogih proizvoda koje koristimo u svakodnevnom životu.To je izraz koji se koristi za opisivanje kompozitnih materijala ojačanih vlaknima koji koriste karbonska vlakna kao glavnu strukturnu komponentu.
Tablica sadržaja:
1. Polimerna struktura ojačana ugljičnim vlaknima
2. Metoda oblikovanja plastike ojačane ugljičnim vlaknima
3. Svojstva polimera ojačanog ugljičnim vlaknima
4. Prednosti CFRP-a
5. Nedostaci CFRP-a
6. Upotreba plastike ojačane ugljičnim vlaknima
Polimerna struktura ojačana ugljičnim vlaknima
Plastika ojačana ugljičnim vlaknima materijal je formiran raspoređivanjem materijala od ugljičnih vlakana u određenom smjeru i korištenjem vezanih polimernih materijala.Promjer karbonskih vlakana je izuzetno tanak, oko 7 mikrona, ali je njegova čvrstoća izuzetno velika.
Najosnovnija sastavna jedinica kompozitnog materijala ojačanog ugljičnim vlaknima je filament od ugljičnih vlakana.Osnovna sirovina ugljičnog filamenta je predpolimer poliakrilonitril (PAN), rajon ili naftna smola.Ugljične niti se zatim kemijskim i mehaničkim metodama izrađuju u tkanine od ugljičnih vlakana za dijelove od ugljičnih vlakana.
Vezivni polimer je obično termoreaktivna smola kao što je epoksid.Ponekad se koriste i drugi duroplasti ili termoplastični polimeri, poput polivinil acetata ili najlona.Osim karbonskih vlakana, kompoziti mogu sadržavati i aramid Q, polietilen ultravisoke molekularne mase, aluminijska ili staklena vlakna.Na svojstva konačnog proizvoda od ugljičnih vlakana može utjecati i vrsta aditiva unesenih u veznu matricu.
Metoda oblikovanja plastike ojačane ugljičnim vlaknima
Proizvodi od karbonskih vlakana uglavnom se razlikuju zbog različitih procesa.Postoje mnoge metode za izradu polimernih materijala ojačanih ugljičnim vlaknima.
1. Metoda polaganja ruke
Dijele se na suhu metodu (prethodno pripremljena radnja) i mokru metodu (vlaknasta tkanina i smola zalijepljena za upotrebu).Ručno polaganje također se koristi za pripremu preprega za upotrebu u sekundarnim procesima kalupljenja kao što je kompresijsko kalupljenje.Ovom se metodom listovi tkanine od karbonskih vlakana laminiraju na kalup kako bi se formirao konačni proizvod.Svojstva čvrstoće i krutosti dobivenog materijala optimiziraju se odabirom poravnanja i tkanja vlakana tkanine.Kalup se zatim napuni epoksidom i očvrsne toplinom ili zrakom.Ova metoda proizvodnje često se koristi za nenapregnute dijelove, kao što su poklopci motora.
2. Metoda vakuumskog oblikovanja
Za laminirani prepreg potrebno je primijeniti pritisak kroz određeni postupak kako bi se približio kalupu te kako bi se stvrdnuo i oblikovao pod određenom temperaturom i pritiskom.Metoda vakuumske vrećice koristi vakuumsku pumpu za pražnjenje unutrašnjosti vrećice za oblikovanje tako da negativni tlak između vrećice i kalupa stvara pritisak tako da je kompozitni materijal blizu kalupa.
Na temelju metode vakuumske vrećice kasnije je izvedena metoda oblikovanja vakuumske vrećice-autoklava.Autoklavi osiguravaju viši tlak i toplinu stvrdnjavaju dio (umjesto prirodnog stvrdnjavanja) nego metode koje se koriste samo vakuumskom vrećicom.Takav dio ima kompaktniju strukturu, bolju kvalitetu površine, može učinkovito eliminirati mjehuriće zraka (mjehurići će uvelike utjecati na čvrstoću dijela), a ukupna kvaliteta je viša.Zapravo, postupak vakuumskog pakiranja u vrećice sličan je postupku lijepljenja folije za mobilni telefon.Uklanjanje mjehurića zraka veliki je zadatak.
3. Metoda kompresijskog kalupljenja
Kompresirano kalupljenjeje metoda kalupljenja koja pogoduje masovnoj proizvodnji i masovnoj proizvodnji.Kalupi se obično izrađuju od gornjeg i donjeg dijela, koje nazivamo muški kalup i ženski kalup.Proces kalupljenja je da se prostirka izrađena od preprega stavi u metalni kalup, a pod djelovanjem određene temperature i pritiska, prostirka se zagrijava i plastificira u šupljini kalupa, teče pod pritiskom i ispunjava šupljinu kalupa, a zatim I oblikovanje i stvrdnjavanje za dobivanje proizvoda.Međutim, ova metoda ima veću početnu cijenu od prethodnih, budući da kalup zahtijeva vrlo preciznu CNC obradu.
4. Kalup za namatanje
Za dijelove složenih oblika ili u obliku tijela rotacije, može se koristiti uređaj za namatanje filamenta za izradu dijela namotavanjem filamenta na trn ili jezgru.Nakon potpunog stvrdnjavanja namota i uklonite trn.Na primjer, cijevni spojni krakovi koji se koriste u sustavima ovjesa mogu se izraditi ovom metodom.
5. Kalup za prijenos smole
Prešanje smole (RTM) relativno je popularna metoda prešanja.Njegovi osnovni koraci su:
1. Stavite pripremljenu lošu tkaninu od karbonskih vlakana u kalup i zatvorite kalup.
2. U njega ubrizgajte tekuću termoreaktivnu smolu, impregnirajte materijal za ojačanje i očvrsnite.
Svojstva polimera ojačanog ugljičnim vlaknima
(1) Visoka čvrstoća i dobra elastičnost.
Specifična čvrstoća (to jest, omjer vlačne čvrstoće i gustoće) karbonskih vlakana je 6 puta veća od čelika i 17 puta od aluminija.Specifični modul (to jest, omjer Youngovog modula i gustoće, što je znak elastičnosti predmeta) je više od 3 puta veći od čelika ili aluminija.
Uz visoku specifičnu čvrstoću, može podnijeti veliko radno opterećenje.Njegov maksimalni radni tlak može doseći 350 kg/cm2.Osim toga, kompresivniji je i elastičniji od čistog F-4 i njegove pletenice.
(2) Dobra otpornost na zamor i otpornost na trošenje.
Njegova otpornost na zamor puno je veća od otpornosti epoksidne smole i veća od otpornosti metalnih materijala.Grafitna vlakna su samopodmazujuća i imaju mali koeficijent trenja.Količina habanja je 5-10 puta manja nego kod uobičajenih azbestnih proizvoda ili F-4 pletenica.
(3) Dobra toplinska vodljivost i otpornost na toplinu.
Plastika ojačana ugljičnim vlaknima ima dobru toplinsku vodljivost, a toplina nastala trenjem lako se odvodi.Unutrašnjost nije lako pregrijati i pohraniti toplinu te se može koristiti kao dinamički brtveni materijal.Na zraku može raditi stabilno u temperaturnom rasponu od -120~350°C.Uz smanjenje sadržaja alkalnih metala u ugljičnim vlaknima, radna temperatura može se dodatno povećati.U inertnom plinu njegova prilagodljiva temperatura može doseći oko 2000°C i može izdržati oštre promjene hladnoće i topline.
(4) Dobra otpornost na vibracije.
Nije lako rezonirati ili lepršati, a također je izvrstan materijal za smanjenje vibracija i buke.
Prednosti CFRP-a
1. Mala težina
Tradicionalna plastika ojačana staklenim vlaknima koristi kontinuirana staklena vlakna i 70% staklenih vlakana (težina stakla/ukupna težina) i obično ima gustoću od 0,065 funti po kubnom inču.CFRP kompozit s istom težinom od 70% vlakana obično ima gustoću od 0,055 funti po kubnom inču.
2. Visoka čvrstoća
Iako su polimeri ojačani ugljičnim vlaknima lagani, CFRP kompoziti imaju veću čvrstoću i veću krutost po jedinici težine od kompozita staklenih vlakana.U usporedbi s metalnim materijalima, ova prednost je očiglednija.
Nedostaci CFRP-a
1. Visoki trošak
Troškovi proizvodnje plastike ojačane karbonskim vlaknima su previsoki.Cijene ugljičnih vlakana mogu dramatično varirati ovisno o trenutnim tržišnim uvjetima (ponuda i potražnja), vrsti ugljičnih vlakana (zrakoplovna naspram komercijalne) i veličini snopa vlakana.Na bazi funta za funtu, čista karbonska vlakna mogu biti 5 do 25 puta skuplja od staklenih vlakana.Ova razlika je još veća kada se čelik uspoređuje s CFRP-om.
2. Vodljivost
Ovo je prednost i nedostatak kompozitnih materijala od karbonskih vlakana.Ovisi o primjeni.Karbonska vlakna su izuzetno vodljiva, a staklena su izolacijska.Mnogi proizvodi koriste staklena vlakna umjesto karbonskih vlakana ili metala jer zahtijevaju strogu izolaciju.U proizvodnji komunalija, mnogi proizvodi zahtijevaju upotrebu staklenih vlakana.
Upotreba plastike ojačane ugljičnim vlaknima
Primjena polimera ojačanog ugljičnim vlaknima široka je u životu, od mehaničkih dijelova do vojnih materijala.
(1)kao brtvena ambalaža
PTFE materijal ojačan ugljičnim vlaknima može se izraditi u brtvene prstenove ili brtve otporne na koroziju, habanje i otporne na visoke temperature.Kada se koristi za statičko brtvljenje, životni vijek je duži, više od 10 puta duži od uobičajenog azbestnog brtvljenja uronjenog u ulje.Može održati performanse brtvljenja pri promjenama opterećenja i brzom hlađenju i brzom zagrijavanju.Budući da materijal ne sadrži korozivne tvari, na metalu se neće pojaviti rupičasta korozija.
(2)kao dijelovi za mljevenje
Koristeći svoja svojstva samopodmazivanja, može se koristiti kao ležajevi, zupčanici i klipni prstenovi za posebne namjene.Kao što su bezuljni podmazani ležajevi za zrakoplovne instrumente i magnetofone, bezuljni podmazani zupčanici za dizelske lokomotive s električnim prijenosom (kako bi se izbjegle nesreće uzrokovane curenjem ulja), bezuljno podmazani klipni prstenovi na kompresorima, itd. Osim toga, može također se mogu koristiti kao klizni ležajevi ili brtve u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji iskorištavanjem svojih netoksičnih karakteristika.
(3) Kao strukturni materijali za zrakoplovstvo, zrakoplovstvo i projektile.Prvo je korišten u proizvodnji zrakoplova kako bi se smanjila težina zrakoplova i poboljšala učinkovitost leta.Također se koristi u kemijskoj, naftnoj, elektroenergetskoj, strojevarskoj i drugim industrijama kao rotacijska ili recipročna dinamička brtva ili različiti materijali za statičke brtve.
Zhengxi je profesionalactvornica hidraulične preše u Kini, pružajući visoku kvalitetukompozitna hidraulička prešaza izradu CFRP proizvoda.
Vrijeme objave: 25. svibnja 2023
