CFRP चे अंतिम मार्गदर्शक: कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिक/पॉलिमर

संमिश्र सामग्रीच्या सतत विकासासह, ग्लास फायबर-प्रबलित प्लास्टिक व्यतिरिक्त, कार्बन फायबर-प्रबलित प्लास्टिक, बोरॉन फायबर-प्रबलित प्लास्टिक इ.कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर कंपोजिट्स (CFRP) हे हलके आणि मजबूत साहित्य आहेत जे आपण आपल्या दैनंदिन जीवनात वापरत असलेली अनेक उत्पादने तयार करण्यासाठी वापरली जातात.हे फायबर-प्रबलित मिश्रित पदार्थांचे वर्णन करण्यासाठी वापरले जाणारे एक शब्द आहे जे मुख्य संरचनात्मक घटक म्हणून कार्बन तंतू वापरतात.

सामग्री सारणी:

1. कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर संरचना
2. कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकची मोल्डिंग पद्धत
3. कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमरचे गुणधर्म
4. CFRP चे फायदे
5. CFRP चे तोटे
6. कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकचा वापर

कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर संरचना

कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिक ही कार्बन फायबर सामग्री एका विशिष्ट दिशेने व्यवस्थित करून आणि बॉन्डेड पॉलिमर सामग्री वापरून तयार केलेली सामग्री आहे.कार्बन फायबरचा व्यास अत्यंत पातळ आहे, सुमारे 7 मायक्रॉन आहे, परंतु त्याची ताकद खूप जास्त आहे.

कार्बन फायबर प्रबलित संमिश्र सामग्रीचे सर्वात मूलभूत घटक एकक म्हणजे कार्बन फायबर फिलामेंट.कार्बन फिलामेंटचा मूळ कच्चा माल म्हणजे प्रीपॉलिमर पॉलीएक्रिलोनिट्रिल (PAN), रेयॉन किंवा पेट्रोलियम पिच.कार्बन फायबर भागांसाठी रासायनिक आणि यांत्रिक पद्धतींनी कार्बन तंतू नंतर कार्बन फायबर फॅब्रिक्समध्ये बनवले जातात.

बंधनकारक पॉलिमर सामान्यतः थर्मोसेटिंग राळ आहे जसे की इपॉक्सी.इतर थर्मोसेट्स किंवा थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर कधीकधी वापरले जातात, जसे की पॉलिव्हिनाल एसीटेट किंवा नायलॉन.कार्बन फायबर्स व्यतिरिक्त, कंपोझिटमध्ये अरामिड क्यू, अल्ट्रा-हाय मॉलिक्युलर वेट पॉलीथिलीन, ॲल्युमिनियम किंवा काचेचे तंतू देखील असू शकतात.अंतिम कार्बन फायबर उत्पादनाचे गुणधर्म बाँडिंग मॅट्रिक्समध्ये समाविष्ट केलेल्या ऍडिटीव्हच्या प्रकारामुळे देखील प्रभावित होऊ शकतात.

कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकची मोल्डिंग पद्धत

कार्बन फायबर उत्पादने प्रामुख्याने वेगवेगळ्या प्रक्रियेमुळे भिन्न असतात.कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर सामग्री तयार करण्याच्या अनेक पद्धती आहेत.

1. हँड ले-अप पद्धत

कोरडी पद्धत (पूर्व-तयार दुकान) आणि ओले पद्धत (फायबर फॅब्रिक आणि राळ वापरण्यासाठी चिकटलेली) मध्ये विभागली.कॉम्प्रेशन मोल्डिंग सारख्या दुय्यम मोल्डिंग प्रक्रियेमध्ये वापरण्यासाठी प्रीप्रेग तयार करण्यासाठी हँड ले-अप देखील वापरला जातो.या पद्धतीमध्ये कार्बन फायबर कापडाच्या शीट्सला साच्यावर लॅमिनेटेड करून अंतिम उत्पादन तयार केले जाते.फॅब्रिक तंतूंचे संरेखन आणि विणणे निवडून परिणामी सामग्रीची ताकद आणि कडकपणा गुणधर्म ऑप्टिमाइझ केले जातात.साचा नंतर इपॉक्सीने भरला जातो आणि उष्णता किंवा हवेने बरा होतो.ही मॅन्युफॅक्चरिंग पद्धत बऱ्याचदा ताण नसलेल्या भागांसाठी वापरली जाते, जसे की इंजिन कव्हर्स.

2. व्हॅक्यूम तयार करण्याची पद्धत

लॅमिनेटेड प्रीप्रेगसाठी, विशिष्ट प्रक्रियेद्वारे दाब लागू करणे आवश्यक आहे जेणेकरून ते साच्याच्या जवळ जावे आणि विशिष्ट तापमान आणि दाबाने ते बरे करणे आणि आकार देणे आवश्यक आहे.व्हॅक्यूम पिशवी पद्धत व्हॅक्यूम पंप वापरून तयार केलेल्या पिशवीच्या आतील भाग रिकामी करते जेणेकरून पिशवी आणि साचा यांच्यातील नकारात्मक दाब एक दाब तयार करतो जेणेकरून संमिश्र सामग्री साच्याच्या जवळ असते.

व्हॅक्यूम बॅग पद्धतीच्या आधारावर, व्हॅक्यूम बॅग-ऑटोक्लेव्ह तयार करण्याची पद्धत नंतर प्राप्त झाली.ऑटोक्लेव्ह केवळ व्हॅक्यूम बॅग पद्धतींपेक्षा जास्त दाब देतात आणि भाग (नैसर्गिक उपचाराऐवजी) उष्णता बरे करतात.अशा भागाची रचना अधिक कॉम्पॅक्ट असते, पृष्ठभागाची गुणवत्ता चांगली असते, हवेचे फुगे प्रभावीपणे काढून टाकू शकतात (फुगे भागाच्या मजबुतीवर मोठ्या प्रमाणात परिणाम करतात), आणि एकूण गुणवत्ता जास्त असते.खरं तर, व्हॅक्यूम बॅगिंगची प्रक्रिया मोबाईल फोन फिल्म स्टिकिंग सारखीच आहे.हवेचे फुगे काढून टाकणे हे एक मोठे काम आहे.

3. कॉम्प्रेशन मोल्डिंग पद्धत

कॉम्प्रेशन मोल्डिंगही एक मोल्डिंग पद्धत आहे जी मोठ्या प्रमाणात उत्पादन आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादनासाठी अनुकूल आहे.साचे हे सहसा वरच्या आणि खालच्या भागांपासून बनलेले असतात, ज्याला आपण नर मोल्ड आणि मादी साचा म्हणतो.मोल्डिंग प्रक्रिया म्हणजे प्रीप्रेग्सपासून बनवलेली चटई मेटल काउंटर मोल्डमध्ये टाकणे, आणि विशिष्ट तापमान आणि दाबांच्या कृती अंतर्गत, चटई गरम केली जाते आणि साच्याच्या पोकळीत प्लास्टीझाईझ केली जाते, दाबाने वाहते आणि साच्याची पोकळी भरते, आणि नंतर आणि उत्पादने मिळविण्यासाठी मोल्डिंग आणि क्युरिंग.तथापि, या पद्धतीची सुरुवातीची किंमत मागील पद्धतींपेक्षा जास्त आहे, कारण मोल्डसाठी खूप उच्च-परिशुद्धता CNC मशीनिंग आवश्यक आहे.

4. विंडिंग मोल्डिंग

क्लिष्ट आकार असलेल्या किंवा क्रांतीच्या शरीराच्या आकारात असलेल्या भागांसाठी, फिलामेंट वाइंडरचा वापर मँडरेल किंवा कोरवर फिलामेंट वाइंड करून भाग बनवण्यासाठी केला जाऊ शकतो.वळण पूर्ण बरा झाल्यानंतर आणि mandrel काढा.उदाहरणार्थ, या पद्धतीचा वापर करून सस्पेंशन सिस्टीममध्ये वापरलेले ट्यूबलर संयुक्त हात बनवता येतात.

5. राळ हस्तांतरण मोल्डिंग

रेझिन ट्रान्सफर मोल्डिंग (RTM) ही तुलनेने लोकप्रिय मोल्डिंग पद्धत आहे.त्याच्या मूलभूत पायऱ्या आहेत:
1. तयार केलेले खराब कार्बन फायबर फॅब्रिक मोल्डमध्ये ठेवा आणि साचा बंद करा.
2. त्यात लिक्विड थर्मोसेटिंग राळ इंजेक्ट करा, मजबुतीकरण सामग्री गर्भाधान करा आणि बरा करा.

कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमरचे गुणधर्म

(1) उच्च शक्ती आणि चांगली लवचिकता.

कार्बन फायबरची विशिष्ट ताकद (म्हणजे तन्य शक्ती आणि घनतेचे गुणोत्तर) स्टीलच्या 6 पट आणि ॲल्युमिनियमच्या 17 पट आहे.विशिष्ट मापांक (म्हणजे यंगच्या मॉड्यूलसचे घनतेचे गुणोत्तर, जे एखाद्या वस्तूच्या लवचिकतेचे लक्षण आहे) स्टील किंवा ॲल्युमिनियमच्या 3 पट जास्त आहे.

उच्च विशिष्ट सामर्थ्याने, ते मोठ्या प्रमाणात कार्यरत भार सहन करू शकते.त्याचा कमाल कामाचा दाब 350 kg/cm2 पर्यंत पोहोचू शकतो.याव्यतिरिक्त, ते शुद्ध F-4 आणि त्याच्या वेणीपेक्षा अधिक दाबण्यायोग्य आणि लवचिक आहे.

(2) चांगला थकवा प्रतिकार आणि परिधान प्रतिकार.

त्याची थकवा प्रतिरोधक क्षमता इपॉक्सी रेझिनपेक्षा खूप जास्त आहे आणि धातूच्या सामग्रीपेक्षा जास्त आहे.ग्रेफाइट तंतू स्वयं-स्नेहन करणारे असतात आणि त्यांच्यात घर्षणाचा एक छोटा गुणांक असतो.परिधान करण्याचे प्रमाण सामान्य एस्बेस्टोस उत्पादनांच्या किंवा एफ-4 वेणीपेक्षा 5-10 पट कमी असते.

(3) चांगली थर्मल चालकता आणि उष्णता प्रतिरोधकता.

कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकची थर्मल चालकता चांगली असते आणि घर्षणामुळे निर्माण होणारी उष्णता सहजपणे नष्ट होते.आतील भाग जास्त गरम करणे आणि उष्णता साठवणे सोपे नाही आणि डायनॅमिक सीलिंग सामग्री म्हणून वापरले जाऊ शकते.हवेत, ते -120 ~ 350 ° से तापमान श्रेणीमध्ये स्थिरपणे कार्य करू शकते.कार्बन फायबरमधील अल्कली धातूचे प्रमाण कमी झाल्यामुळे, सेवा तापमान आणखी वाढू शकते.अक्रिय वायूमध्ये, त्याचे अनुकूल तापमान सुमारे 2000°C पर्यंत पोहोचू शकते आणि ते थंड आणि उष्णतेतील तीव्र बदलांना तोंड देऊ शकते.

(4) चांगला कंपन प्रतिकार.

हे प्रतिध्वनी किंवा फडफडणे सोपे नाही आणि कंपन कमी करण्यासाठी आणि आवाज कमी करण्यासाठी देखील हे एक उत्कृष्ट साहित्य आहे.

CFRP चे फायदे

1. हलके वजन

पारंपारिक ग्लास फायबर प्रबलित प्लास्टिक सतत काचेचे तंतू आणि 70% ग्लास तंतू (काचेचे वजन/एकूण वजन) वापरतात आणि त्यांची घनता सामान्यत: 0.065 पाउंड प्रति घन इंच असते.समान 70% फायबर वजन असलेल्या CFRP कंपोझिटमध्ये सामान्यत: 0.055 पाउंड प्रति घन इंच घनता असते.

2. उच्च सामर्थ्य

कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमर हलके असले तरी, CFRP कंपोझिटमध्ये ग्लास फायबर कंपोझिटपेक्षा जास्त ताकद आणि प्रति युनिट वजन जास्त कडकपणा असतो.मेटल सामग्रीच्या तुलनेत, हा फायदा अधिक स्पष्ट आहे.

CFRP चे तोटे

1. उच्च किंमत

कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिकची उत्पादन किंमत प्रतिबंधात्मक आहे.कार्बन फायबरच्या किमती सध्याच्या बाजारपेठेतील परिस्थिती (पुरवठा आणि मागणी), कार्बन फायबरचा प्रकार (एरोस्पेस विरुद्ध व्यावसायिक दर्जा) आणि फायबर बंडलचा आकार यावर अवलंबून बदलू शकतात.पाउंड-फॉर-पाउंड आधारावर, व्हर्जिन कार्बन फायबर ग्लास फायबरपेक्षा 5 ते 25 पट जास्त महाग असू शकते.सीएफआरपीशी स्टीलची तुलना करताना हा फरक अधिक आहे.
2. चालकता
कार्बन फायबर संमिश्र सामग्रीचा हा फायदा आणि तोटा आहे.ते अर्जावर अवलंबून असते.कार्बन तंतू अत्यंत प्रवाहकीय असतात आणि काचेचे तंतू इन्सुलेट करणारे असतात.अनेक उत्पादने कार्बन फायबर किंवा धातूऐवजी फायबरग्लास वापरतात कारण त्यांना कडक इन्सुलेशन आवश्यक असते.युटिलिटीजच्या उत्पादनामध्ये, बर्याच उत्पादनांना काचेच्या तंतूंचा वापर आवश्यक असतो.

कार्बन फायबर प्रबलित प्लास्टिक वापर

कार्बन फायबर प्रबलित पॉलिमरचा वापर यांत्रिक भागांपासून लष्करी सामग्रीपर्यंत जीवनात विस्तृत आहे.

(१)सीलिंग पॅकिंग म्हणून
कार्बन फायबर प्रबलित PTFE सामग्री गंज-प्रतिरोधक, पोशाख-प्रतिरोधक आणि उच्च-तापमान-प्रतिरोधक सीलिंग रिंग किंवा पॅकिंगमध्ये बनवता येते.जेव्हा स्टॅटिक सीलिंगसाठी वापरले जाते, तेव्हा सेवा आयुष्य जास्त असते, सामान्य तेल-मग्न एस्बेस्टोस पॅकिंगपेक्षा 10 पट जास्त असते.हे लोड बदल आणि जलद थंड आणि जलद गरम अंतर्गत सीलिंग कार्यप्रदर्शन राखू शकते.आणि सामग्रीमध्ये संक्षारक पदार्थ नसल्यामुळे, धातूवर गंज होणार नाही.

(२)पीसण्याचे भाग म्हणून
त्याच्या स्वयं-वंगण गुणधर्मांचा वापर करून, ते विशेष हेतूंसाठी बेअरिंग्ज, गीअर्स आणि पिस्टन रिंग म्हणून वापरले जाऊ शकते.जसे की उड्डाण उपकरणे आणि टेप रेकॉर्डरसाठी तेल-मुक्त ल्युब्रिकेटेड बेअरिंग्ज, इलेक्ट्रिक ट्रान्समिशन डिझेल लोकोमोटिव्हसाठी तेल-मुक्त ल्युब्रिकेटेड गीअर्स (तेल गळतीमुळे होणारे अपघात टाळण्यासाठी), कंप्रेसरवरील तेल-मुक्त वंगणयुक्त पिस्टन रिंग इ. याव्यतिरिक्त, हे करू शकते. अन्न आणि फार्मास्युटिकल उद्योगांमध्ये त्याच्या गैर-विषारी वैशिष्ट्यांचा फायदा घेऊन स्लाइडिंग बेअरिंग किंवा सील म्हणून देखील वापरला जाऊ शकतो.

(3) एरोस्पेस, विमानचालन आणि क्षेपणास्त्रांसाठी संरचनात्मक साहित्य म्हणून.विमानाचे वजन कमी करण्यासाठी आणि उड्डाण कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी ते प्रथम विमान निर्मितीमध्ये वापरले गेले.हे रासायनिक, पेट्रोलियम, विद्युत उर्जा, यंत्रसामग्री आणि इतर उद्योगांमध्ये रोटरी किंवा परस्पर डायनॅमिक सील किंवा विविध स्थिर सील सामग्री म्हणून देखील वापरले जाते.

झेंग्झी एक व्यावसायिक आहेचीन मध्ये हायड्रॉलिक प्रेस कारखाना, उच्च गुणवत्ता प्रदानसंमिश्र हायड्रॉलिक प्रेसCFRP उत्पादने तयार करण्यासाठी.