Wraz z ciągłym rozwojem materiałów kompozytowych, oprócz tworzyw sztucznych powiązanych z włókna, tworzywa sztucznego wzmocnione włóknem węglowym, tworzywa sztuczne, tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem boru itp. Kompozyty polimerowe wzmocnione włóknem węglowym (CFRP) to lekkie i mocne materiały, które są używane do produkcji wielu produktów, których używamy w naszym codziennym życiu. Jest to termin używany do opisywania materiałów kompozytowych wzmocnionych włóknami, które wykorzystują włókna węglowe jako główny składnik strukturalny.
Tabela treści:
1. Struktura polimeru wzmocnionego włóknem węglowym
2. Metoda formowania plastiku wzmocnionego włóknem węglowym
3. Właściwości polimeru wzmocnionego włóknem węglowym
4. Zalety CFRP
5. Wady CFRP
6. Zastosowania z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym
Struktura polimeru wzmocniona włóknem węglowym
Plastek wzmocniony włóknem węglowym jest materiałem utworzonym przez rozmieszczenie materiałów z włókna węglowego w określonym kierunku i przy użyciu związanych materiałów polimerowych. Średnica włókna węglowego jest wyjątkowo cienka, około 7 mikronów, ale jej wytrzymałość jest wyjątkowo wysoka.
Najbardziej podstawową jednostką składową materiału kompozytowego wzmocnionego włóknem węglowym jest włókno węglowe. Podstawowym surowcem filamentu węglowego jest prepolimer poliakrylonitrylu (PAN), Rayon lub Petroleum. Włókna węglowe są następnie przetwarzane w tkaniny z włókna węglowego metodami chemicznymi i mechanicznymi dla części włókna węglowego.
Polimer wiążący jest zwykle żywicą termoutwardzalną, taką jak epoksyd. Czasami stosuje się inne termoset lub polimery termoplastyczne, takie jak octan poliwinylu lub nylon. Oprócz włókien węglowych kompozyty mogą również zawierać Aramid Q, ultra-wysoką masę cząsteczkową polietylen, aluminium lub włókna szklane. Na właściwości końcowego produktu z włókna węglowego mogą mieć również wpływ rodzaj dodatków wprowadzonych do matrycy wiązania.
Metoda formowania plastiku wzmocnionego włóknem węglowym
Produkty z włókna węglowego są głównie różne ze względu na różne procesy. Istnieje wiele metod tworzenia materiałów polimerowych wzmocnionych włóknem węglowym.
1. Metoda układania rąk
Podzielone na metodę suchą (wcześniej przygotowany sklep) i metodę mokra (tkanina światłowodowa i żywica sklejone do użycia). Układanie rąk służy również do przygotowania rzutów prepregs do zastosowania w wtórnych procesach formowania, takich jak formowanie kompresyjne. Ta metoda polega na tym, że arkusze tkaniny z włókna węglowego są laminowane na formie, tworząc produkt końcowy. Właściwości wytrzymałości i sztywności powstałego materiału są zoptymalizowane poprzez wybór wyrównania i splot włókien tkaninowych. Forma jest następnie wypełniona epoksydem i utwardzana ciepłem lub powietrzem. Ta metoda produkcyjna jest często stosowana w częściach nie stresowanych, takich jak osłony silnika.
2. Metoda tworzenia próżni
W przypadku laminowanego preprega konieczne jest wywieranie ciśnienia w określonym procesie, aby zbliżyć się do formy oraz leczyć i kształtować ją pod pewną temperaturą i ciśnieniem. Metoda worka próżniowego wykorzystuje pompę próżniową do ewakuacji wnętrza torby formującej się, tak aby ciśnienie u podnośników a pleśnią tworzy ciśnienie, tak aby materiał kompozytowy był blisko formy.
Na podstawie metody torby próżniowej metoda formowania torby próżniowej uzyskano później. Autoklawe zapewniają wyższe ciśnienia i wylecz ciepła część (zamiast naturalnego utwardzania) niż metody tylko próżniowe. Taka część ma bardziej zwartą strukturę, lepsza jakość powierzchni, może skutecznie wyeliminować pęcherzyki powietrza (pęcherzyki znacznie wpływają na wytrzymałość części), a ogólna jakość jest wyższa. W rzeczywistości proces pakowania próżniowego jest podobny do procesu przyklejenia filmu telefonu komórkowego. Wyeliminowanie bąbelków powietrza jest głównym zadaniem.
3. Metoda formowania kompresji
Formowanie kompresyjneto metoda formowania sprzyjająca masowej produkcji i produkcji masowej. Formy są zwykle wykonane z górnych i dolnych części, które nazywamy męską pleśnią i kobiecą formą. Proces formowania polega na umieszczeniu maty wykonanej z prepregów do metalowej formy, a pod działaniem pewnej temperatury i ciśnienia mata jest podgrzewana i plastyczna w jamie formy, przepływa pod ciśnieniem i wypełnia jamę pleśni, a następnie, a także formowanie i utwardzanie w celu uzyskania produktów. Jednak ta metoda ma wyższy koszt początkowy niż poprzednie, ponieważ pleśń wymaga bardzo precyzyjnej obróbki CNC.
4. Formowanie uzwojenia
W przypadku części o złożonych kształtach lub w kształcie ciała rewolucji można użyć nawijnika filamentu do wykonania części poprzez uzwojenie włókna na trzpieniu lub rdzeniu. Po uzwojeniu jest całkowite wyleczenie i usuń trzpień. Na przykład rurowe ramiona stawowe stosowane w systemach zawieszenia można wykonać przy użyciu tej metody.
5. Listwa transferowe żywicy
Formowanie transferu żywicy (RTM) jest stosunkowo popularną metodą formowania. Jego podstawowe kroki to:
1. Umieść przygotowany zły tkaninę z włókna węglowego w formie i zamknij formę.
2. Wstrzyknij do niego ciekłej żywicy termoutwardztej, zaimpregnuj materiał wzmacniający i leczyć.
Właściwości polimeru wzmocnionego włóknem węglowym
(1) Wysoka siła i dobra elastyczność.
Siła specyficzna (to znaczy stosunek wytrzymałości na rozciąganie do gęstości) włókna węglowego jest 6 razy większa niż stal i 17 razy większa niż aluminium. Specyficzny moduł (to znaczy stosunek modułu Younga do gęstości, który jest oznaką elastyczności obiektu) jest ponad 3 razy większy niż stal lub aluminium.
Przy wysokiej wytrzymałości specyficznej może znieść duży obciążenie robocze. Jego maksymalne ciśnienie robocze może osiągnąć 350 kg/cm2. Ponadto jest bardziej ściśliwy i odporny niż czysty F-4 i jego warkocz.
(2) Dobra odporność na zmęczenie i odporność na zużycie.
Jego odporność na zmęczenie jest znacznie wyższa niż w przypadku żywicy epoksydowej i wyższa niż w przypadku materiałów metali. Włókna grafitowe są samokierujące i mają niewielki współczynnik tarcia. Ilość zużycia jest 5-10 razy mniejsza niż w przypadku ogólnych produktów azbestowych lub warkoczy F-4.
(3) Dobra przewodność cieplna i odporność na ciepło.
Tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym mają dobrą przewodność cieplną, a ciepło wytwarzane przez tarcie można łatwo rozproszyć. Wnętrze nie jest łatwe do przegrzania i przechowywania ciepła i może być używane jako dynamiczny materiał uszczelniający. W powietrzu może działać stabilnie w zakresie temperatur -120 ~ 350 ° C. Wraz ze zmniejszeniem zawartości metali alkalicznych w włóknie węglowym temperatura usługi można dalej zwiększyć. W gazie obojętnym jego dostosowalna temperatura może osiągnąć około 2000 ° C i może wytrzymać ostre zmiany w zimnie i ciepło.
(4) Dobra odporność na wibracje.
Nie jest łatwe do rezonansowania lub trzepotania, a także jest doskonałym materiałem do redukcji wibracji i redukcji hałasu.
Zalety CFRP
1. Lekki
Tradycyjne tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym wykorzystują ciągłe włókna szklane i 70% włókien szklanych (ciężar szklany/całkowita waga) i zwykle mają gęstość 0,065 funta na cal sześcienny. Kompozyt CFRP o tej samej 70% masie światłowodowej zwykle ma gęstość 0,055 funta na cal sześcienny.
2. Wysoka siła
Chociaż polimery wzmocnione włóknem węglowym są lekkie, kompozyty CFRP mają wyższą wytrzymałość i wyższą sztywność na jednostkę masy niż kompozyty włókien szklanych. W porównaniu z materiałami metalowymi ta przewaga jest bardziej oczywista.
Wady CFRP
1. Wysoki koszt
Koszt produkcji plastiku wzmocnionego włóknem węglowym jest wygórowany. Ceny włókien węglowych mogą się znacznie różnić w zależności od obecnych warunków rynkowych (podaży i popytu), rodzaju włókna węglowego (stopień lotniczy vs. klasa komercyjna) i wielkości pakietu włókien. Na podstawie funta na funty włókna węglowe Virgin może być 5 do 25 razy droższe niż włókno szklane. Ta różnica jest jeszcze większa podczas porównywania stali do CFRP.
2. Przewodnictwo
Jest to zaleta i niekorzystna część materiałów kompozytowych z włókna węglowego. To zależy od aplikacji. Włókna węglowe są wyjątkowo przewodzące, a włókna szklane izolują. Wiele produktów używa włókna szklanego zamiast włókna węglowego lub metalu, ponieważ wymagają one surowej izolacji. W produkcji mediów wiele produktów wymaga stosowania włókien szklanych.
Zastosowanie z tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym
Zastosowania polimeru wzmocnionego włóknem węglowym są szerokie w życiu, od części mechanicznych po materiały wojskowe.
(1)jako pakowanie uszczelniające
Materiał PTFE wzmocniony włóknem węglowym można wykonać w odporne na korozję, odporne na zużycie i oporne na wysokiej temperatury pierścienie uszczelniające lub pakowanie. Używana do uszczelnienia statycznego życie serwisowe jest dłuższe, więcej niż 10 razy dłuższe niż w przypadku ogólnego pakowania azbestu. Może utrzymać wydajność uszczelnienia przy zmianach obciążenia oraz szybkie chłodzenie i szybkie ogrzewanie. A ponieważ materiał nie zawiera substancji żrących, na metalu nie wystąpi korozja wżery.
(2)jako części szlifowania
Wykorzystując własne właściwości, może być stosowane jako łożyska, przekładnie i pierścienie tłokowe do specjalnych celów. Takie jak bezleżne łożyska smarowane dla instrumentów lotniczych i rejestratorów taśm, bezleżne zębate zębate do elektrycznych lokomotyw oleju napędowego (w celu uniknięcia wypadków spowodowanych wyciekiem oleju), beztleniowe pierścienie tłokowe beztoksyczne na oleju, wykorzystując jego nietoksyczne charakterystyki.
(3) Jako materiały konstrukcyjne dla lotniczej, lotniczej i pocisków. Po raz pierwszy zastosowano go w produkcji samolotów w celu zmniejszenia masy samolotu i poprawy wydajności lotu. Jest również stosowany w chemicznej, naftowej, energii elektrycznej, maszyn i innych branżach jako obrotowe lub tłokowe uszczelnienie dynamiczne lub różne materiały statyczne.
Zhengxi jest profesjonalistąHydraulic Press Factory w Chinach, zapewnienie wysokiej kaucjiZłożona prasa hydraulicznado tworzenia produktów CFRP.
Czas po: 25-2023
