Con il continuo sviluppo di materiali compositi, oltre alla plastica rinforzata in fibra di vetro, sono apparse materie plastiche rinforzate con fibra di carbonio, materie plastiche rinforzate con fibra di boro, ecc. I compositi polimerici rinforzati in fibra di carbonio (CFRP) sono materiali leggeri e forti che vengono utilizzati per produrre molti prodotti che utilizziamo nella nostra vita quotidiana. È un termine usato per descrivere i materiali compositi rinforzati con fibre che usano le fibre di carbonio come componente strutturale principale.
Tabella del contenuto:
1. Struttura polimerica rinforzata in fibra di carbonio
2. Il metodo di stampaggio della plastica rinforzata in fibra di carbonio
3. Proprietà del polimero rinforzato in fibra di carbonio
4. Vantaggi del CFRP
5. Svantaggi di CFRP
6. Usi di plastica rinforzati in fibra di carbonio
Struttura polimerica rinforzata in fibra di carbonio
La plastica rinforzata in fibra di carbonio è un materiale formato organizzando materiali in fibra di carbonio in una certa direzione e utilizzando materiali polimerici legati. Il diametro della fibra di carbonio è estremamente sottile, circa 7 micron, ma la sua resistenza è estremamente alta.
L'unità costituente più elementare di materiale composito rinforzato in fibra di carbonio è il filamento in fibra di carbonio. La materia prima di base del filamento di carbonio è il poliacrilonitrile (PAN), il rayon o il petrolio di petrolio. I filamenti di carbonio vengono quindi trasformati in tessuti in fibra di carbonio mediante metodi chimici e meccanici per le parti in fibra di carbonio.
Il polimero di legame è di solito una resina termosettica come epossidica. Altri termoset o polimeri termoplastici vengono talvolta utilizzati, come polivinil acetato o nylon. Oltre alle fibre di carbonio, i compositi possono anche contenere aramidi Q, polietilene a peso molecolare ultra-alto, alluminio o fibre di vetro. Le proprietà del prodotto finale in fibra di carbonio possono anche essere influenzate dal tipo di additivi introdotti nella matrice di legame.
Il metodo di modanatura della plastica rinforzata in fibra di carbonio
I prodotti in fibra di carbonio sono principalmente diversi a causa di processi diversi. Esistono molti metodi per formare materiali polimerici rinforzati in fibra di carbonio.
1. Metodo di lay-up manuale
Diviso nel metodo a secco (negozio pre-preparato) e nel metodo bagnato (tessuto in fibra e resina incollati per l'uso). Il lay-up a mano viene anche utilizzato per preparare pre -preg per l'uso in processi di stampaggio secondario come lo stampaggio a compressione. Questo metodo è dove fogli di tessuto in fibra di carbonio sono laminati su uno stampo per formare il prodotto finale. Le proprietà di resistenza e rigidità del materiale risultante sono ottimizzate selezionando l'allineamento e la trama delle fibre del tessuto. Lo stampo viene quindi riempito con resina epossidica e curata con calore o aria. Questo metodo di produzione viene spesso utilizzato per parti non stressate, come le coperture del motore.
2. Metodo di formazione del vuoto
Per il pre -preg laminato, è necessario applicare la pressione attraverso un determinato processo per avvicinarlo allo stampo e curarlo e modellarlo sotto una certa temperatura e pressione. Il metodo della borsa a vuoto utilizza una pompa a vuoto per evacuare l'interno del sacchetto di formazione in modo che la pressione negativa tra la borsa e lo stampo formi una pressione in modo che il materiale composito sia vicino allo stampo.
Sulla base del metodo della borsa a vuoto, il metodo di formazione della sacca a vuoto-autoclave è stato derivato in seguito. Le autoclave forniscono pressioni più elevate e calore curano la parte (anziché l'indurimento naturale) rispetto ai metodi solo a vuoto. Una parte del genere ha una struttura più compatta, una migliore qualità della superficie, può effettivamente eliminare le bolle d'aria (le bolle influenzerà notevolmente la forza della parte) e la qualità complessiva è più alta. In effetti, il processo di insaccamento del vuoto è simile a quello della pellicola di telefonia mobile. Eliminare le bolle d'aria è un compito importante.
3. Metodo di stampaggio a compressione
Stampaggio a compressioneè un metodo di stampaggio che favorisce la produzione di massa e la produzione di massa. I stampi sono generalmente realizzati con parti superiori e inferiori, che chiamiamo stampo maschile e uno stampo femminile. Il processo di stampaggio è quello di mettere il tappetino realizzato con pre -pregs nello stampo di metallo e, sotto l'azione di una certa temperatura e pressione, il tappetino viene riscaldato e plastificato nella cavità dello stampo, scorre sotto pressione e riempie la cavità dello stampo, quindi e lo modanatura e la polimerizzazione per ottenere prodotti. Tuttavia, questo metodo ha un costo iniziale più elevato rispetto ai precedenti, poiché lo stampo richiede una lavorazione a CNC di alta precisione.
4. Mormatura avvolgente
Per parti con forme complesse o a forma di corpo di rivoluzione, un avvolgimento di filamenti può essere usato per realizzare la parte avvolgendo il filamento su un mandrino o un nucleo. Dopo che l'avvolgimento è completamente cura e rimuovere il mandrino. Ad esempio, i bracci dell'articolazione tubolare utilizzati nei sistemi di sospensione possono essere realizzati utilizzando questo metodo.
5. Mormatura del trasferimento in resina
Lo stampaggio di trasferimento in resina (RTM) è un metodo di stampaggio relativamente popolare. I suoi passaggi di base sono:
1. Posizionare il tessuto in fibra di carbonio cattiva preparata nello stampo e chiudere lo stampo.
2. Iniettare resina a termointempo liquido in essa, impregnare il materiale di rinforzo e cura.
Proprietà del polimero rinforzato in fibra di carbonio
(1) alta resistenza e buona elasticità.
La resistenza specifica (cioè il rapporto tra resistenza alla trazione per densità) della fibra di carbonio è 6 volte quella dell'acciaio e 17 volte quella dell'alluminio. Il modulo specifico (cioè il rapporto tra il modulo di Young e la densità, che è un segno dell'elasticità di un oggetto) è più di 3 volte quello dell'acciaio o dell'alluminio.
Con un'elevata resistenza specifica, può sopportare un grande carico di lavoro. La sua pressione di lavoro massima può raggiungere 350 kg/cm2. Inoltre, è più comprimibile e resiliente della pura F-4 e della sua treccia.
(2) Buona resistenza alla fatica e resistenza all'usura.
La sua resistenza alla fatica è molto più alta di quella della resina epossidica e superiore a quella dei materiali metallici. Le fibre di grafite sono auto-lubrificanti e hanno un piccolo coefficiente di attrito. La quantità di usura è 5-10 volte più piccola di quella dei prodotti di amianto generale o delle trecce F-4.
(3) Buona conduttività termica e resistenza al calore.
Le materie plastiche rinforzate in fibra di carbonio hanno una buona conducibilità termica e il calore generato dall'attrito è facilmente dissipato. L'interno non è facile da surriscaldare e conservare il calore e può essere utilizzato come materiale di tenuta dinamica. Nell'aria, può funzionare stabilmente nell'intervallo di temperatura di -120 ~ 350 ° C. Con la riduzione del contenuto di metallo alcalino nella fibra di carbonio, la temperatura di servizio può essere ulteriormente aumentata. In un gas inerte, la sua temperatura adattabile può raggiungere circa 2000 ° C e può resistere a forti cambiamenti nel freddo e nel calore.
(4) Buona resistenza alle vibrazioni.
Non è facile risuonare o fluttuare ed è anche un materiale eccellente per la riduzione delle vibrazioni e la riduzione del rumore.
Vantaggi di CFRP
1. Peso leggero
La tradizionale plastica rinforzata in fibra di vetro utilizzano fibre di vetro continue e fibre di vetro al 70% (peso in vetro/peso totale) e in genere hanno una densità di 0,065 libbre per pollice cubo. Un composito CFRP con lo stesso peso in fibra del 70% ha in genere una densità di 0,055 libbre per pollice cubo.
2. Alta resistenza
Sebbene i polimeri rinforzati in fibra di carbonio siano leggeri, i compositi CFRP hanno una resistenza più elevata e una maggiore rigidità per unità di peso rispetto ai compositi in fibra di vetro. Rispetto ai materiali metallici, questo vantaggio è più ovvio.
Svantaggi di CFRP
1. Costo elevato
Il costo di produzione della plastica rinforzata in fibra di carbonio è proibitivo. I prezzi delle fibre di carbonio possono variare drasticamente a seconda delle attuali condizioni di mercato (offerta e domanda), del tipo di fibra di carbonio (aerospaziale vs. grado commerciale) e delle dimensioni del fascio di fibre. Su base di libbra per libbra, la fibra di carbonio vergine può essere da 5 a 25 volte più costosa della fibra di vetro. Questa differenza è ancora maggiore quando si confronta l'acciaio con CFRP.
2. Conducibilità
Questo è il vantaggio e lo svantaggio dei materiali compositi in fibra di carbonio. Dipende dall'applicazione. Le fibre di carbonio sono estremamente conduttive e le fibre di vetro sono isolanti. Molti prodotti usano fibra di vetro anziché fibra di carbonio o metallo perché richiedono un rigoroso isolamento. Nella produzione di servizi pubblici, molti prodotti richiedono l'uso di fibre di vetro.
Usi di plastica rinforzata in fibra di carbonio
Le applicazioni del polimero rinforzato in fibra di carbonio sono larghe nella vita, dalle parti meccaniche ai materiali militari.
(1)come imballaggio di tenuta
Il materiale PTFE rinforzato in fibra di carbonio può essere trasformato in anelli di tenuta o imballaggio resistenti all'usura, resistenti all'usura e ad alta temperatura. Se utilizzata per la tenuta statica, la durata di servizio è più lunga, più di 10 volte più lunga di quella del imballaggio di amianto immeresato dal petrolio generale. Può mantenere le prestazioni di sigillatura in cambi di carico e raffreddamento rapido e riscaldamento rapido. E poiché il materiale non contiene sostanze corrosive, sul metallo non si verificherà corrosione per la corrosione.
(2)come parti di macinazione
Utilizzando le sue proprietà auto-lubrificanti, può essere utilizzato come cuscinetti, ingranaggi e anelli di pistone per scopi speciali. Come cuscinetti lubrificati senza olio per strumenti aeronautici e registratori a nastro, ingranaggi lubrificati senza olio per locomotive diesel di trasmissione elettrica (per evitare incidenti causati da perdite di olio), anelli a pistoni lubrificati senza olio sui suoi compressori, ecc.
(3) come materiali strutturali per aerospaziale, aviazione e missili. È stato utilizzato per la prima volta nella produzione di aeromobili per ridurre il peso dell'aeromobile e migliorare l'efficienza di volo. Viene anche utilizzato in chimica, petrolio, energia elettrica, macchinari e altri settori come guarnizione dinamica rotante o alternativa o vari materiali di tenuta statica.
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Tempo post: maggio-25-2023
