Odată cu dezvoltarea continuă a materialelor compozite, pe lângă materialele plastice armate cu fibră de sticlă, au apărut materialele plastice armate cu fibră de carbon, materialele plastice armate cu fibre de bor etc.Compozitele polimerice armate cu fibră de carbon (CFRP) sunt materiale ușoare și puternice care sunt folosite pentru a fabrica multe produse pe care le folosim în viața noastră de zi cu zi.Este un termen folosit pentru a descrie materialele compozite armate cu fibre care folosesc fibre de carbon ca componentă structurală principală.
Cuprins:
1. Structură polimerică armată cu fibră de carbon
2. Metoda de turnare a plasticului armat cu fibră de carbon
3. Proprietățile polimerului armat cu fibră de carbon
4. Avantajele CFRP
5. Dezavantajele CFRP
6. Utilizări ale plasticului armat cu fibră de carbon
Structură polimerică armată cu fibră de carbon
Plasticul armat cu fibră de carbon este un material format prin aranjarea materialelor din fibră de carbon într-o anumită direcție și folosind materiale polimerice lipite.Diametrul fibrei de carbon este extrem de subțire, aproximativ 7 microni, dar rezistența sa este extrem de mare.
Cea mai de bază unitate constitutivă a materialului compozit armat cu fibră de carbon este filamentul din fibră de carbon.Materia primă de bază a filamentului de carbon este poliacrilonitril prepolimer (PAN), raion sau smoală de petrol.Filamentele de carbon sunt apoi transformate în țesături din fibră de carbon prin metode chimice și mecanice pentru piesele din fibră de carbon.
Polimerul de legare este de obicei o rășină termorezistentă, cum ar fi epoxidul.Uneori sunt utilizați și alți termorigizi sau polimeri termoplastici, cum ar fi acetatul de polivinil sau nailonul.Pe lângă fibrele de carbon, compozitele pot conține, de asemenea, aramidă Q, polietilenă cu greutate moleculară foarte mare, aluminiu sau fibre de sticlă.Proprietățile produsului final din fibră de carbon pot fi afectate și de tipul de aditivi introduși în matricea de lipire.
Metoda de turnare a plasticului armat cu fibră de carbon
Produsele din fibră de carbon sunt în principal diferite din cauza proceselor diferite.Există multe metode de formare a materialelor polimerice armate cu fibră de carbon.
1. Metoda de întindere manuală
Împărțit în metoda uscată (magazin pregătit în prealabil) și metoda umedă (țesătură din fibre și rășină lipite pentru utilizare).Întinderea manuală este, de asemenea, utilizată pentru a pregăti preimpregnate pentru utilizare în procesele secundare de turnare, cum ar fi turnarea prin compresie.Această metodă este în cazul în care foile de pânză din fibră de carbon sunt laminate pe o matriță pentru a forma produsul final.Proprietățile de rezistență și rigiditate ale materialului rezultat sunt optimizate prin selectarea alinierii și țesuturii fibrelor țesăturii.Forma este apoi umplută cu epoxidice și întărită cu căldură sau aer.Această metodă de fabricație este adesea folosită pentru piese nesolicitate, cum ar fi capacele motorului.
2. Metoda de formare în vid
Pentru preimpregnatul laminat, este necesar să se aplice o presiune printr-un anumit proces pentru a-l apropia de matriță și pentru a-l întări și modela la o anumită temperatură și presiune.Metoda sacului de vid folosește o pompă de vid pentru a evacua interiorul sacului de formare, astfel încât presiunea negativă dintre sac și matriță să formeze o presiune astfel încât materialul compozit să fie aproape de matriță.
Pe baza metodei sacului vacuum, a fost derivată ulterior metoda de formare a sacului în vid-autoclav.Autoclavele oferă presiuni mai mari și întăresc la căldură piesa (în loc de întărire naturală) decât metodele cu sac de vid.O astfel de piesă are o structură mai compactă, o calitate mai bună a suprafeței, poate elimina eficient bulele de aer (bulele vor afecta foarte mult rezistența piesei), iar calitatea generală este mai mare.De fapt, procesul de ambalare cu vid este similar cu cel de lipire a filmului pentru telefonul mobil.Eliminarea bulelor de aer este o sarcină majoră.
3. Metoda de turnare prin compresie
Turnare prin compresieeste o metodă de turnare care este favorabilă producției de masă și producției de masă.Formele sunt de obicei făcute din părți superioare și inferioare, pe care le numim mucegai masculin și matriță feminină.Procesul de turnare este de a pune covorașul din materiale preimpregnate în matrița de metal, iar sub acțiunea unei anumite temperaturi și presiune, covorașul este încălzit și plastificat în cavitatea matriței, curge sub presiune și umple cavitatea matriței, apoi Și turnare și întărire pentru a obține produse.Cu toate acestea, această metodă are un cost inițial mai mare decât cele anterioare, deoarece matrița necesită prelucrare CNC de foarte mare precizie.
4. Turnare de bobinaj
Pentru piese cu forme complexe sau în formă de corp de revoluție, se poate folosi un înfășurător de filament pentru a realiza piesa prin înfășurarea filamentului pe un dorn sau miez.După ce înfășurarea este întărită complet și scoateți dornul.De exemplu, brațele articulare tubulare utilizate în sistemele de suspensie pot fi realizate folosind această metodă.
5. Turnare prin transfer de rășină
Turnarea prin transfer de rășină (RTM) este o metodă de turnare relativ populară.Pașii săi de bază sunt:
1. Puneți țesătura din fibră de carbon proastă pregătită în matriță și închideți matrița.
2. Injectați rășină termorezistentă lichidă în ea, impregnați materialul de armare și întăriți.
Proprietățile polimerului armat cu fibră de carbon
(1) Rezistență ridicată și elasticitate bună.
Rezistența specifică (adică raportul dintre rezistența la tracțiune și densitatea) fibrei de carbon este de 6 ori mai mare decât cea a oțelului și de 17 ori mai mare decât cea a aluminiului.Modulul specific (adică raportul dintre modulul Young și densitatea, care este un semn al elasticității unui obiect) este de peste 3 ori mai mare decât cel al oțelului sau al aluminiului.
Cu o rezistență specifică ridicată, poate suporta o sarcină mare de lucru.Presiunea sa maximă de lucru poate ajunge la 350 kg/cm2.În plus, este mai compresibil și mai rezistent decât F-4 pur și împletitura sa.
(2) Rezistență bună la oboseală și rezistență la uzură.
Rezistența sa la oboseală este mult mai mare decât cea a rășinii epoxidice și mai mare decât cea a materialelor metalice.Fibrele de grafit sunt auto-lubrifiante și au un coeficient mic de frecare.Cantitatea de uzură este de 5-10 ori mai mică decât cea a produselor generale din azbest sau a împletiturii F-4.
(3) Bună conductivitate termică și rezistență la căldură.
Materialele plastice armate cu fibră de carbon au o conductivitate termică bună, iar căldura generată de frecare este ușor disipată.Interiorul nu este ușor de supraîncălzit și de stocat căldura și poate fi folosit ca material de etanșare dinamic.În aer, poate funcționa stabil în intervalul de temperatură de -120 ~ 350 ° C.Odată cu reducerea conținutului de metale alcaline din fibra de carbon, temperatura de serviciu poate fi crescută și mai mult.Într-un gaz inert, temperatura sa adaptabilă poate atinge aproximativ 2000°C și poate rezista la schimbări bruște de frig și căldură.
(4) Rezistență bună la vibrații.
Nu este ușor să rezonați sau să fluturați și este, de asemenea, un material excelent pentru reducerea vibrațiilor și a zgomotului.
Avantajele CFRP
1. Greutate ușoară
Materialele plastice tradiționale armate cu fibră de sticlă folosesc fibre de sticlă continue și fibre de sticlă 70% (greutate sticlă/greutate totală) și au de obicei o densitate de 0,065 de lire sterline pe inch cub.Un compozit CFRP cu aceeași greutate a fibrelor de 70% are de obicei o densitate de 0,055 de lire sterline pe inch cub.
2. Înaltă rezistență
Deși polimerii armați cu fibră de carbon sunt ușoare, compozitele CFRP au o rezistență mai mare și o rigiditate mai mare pe unitate de greutate decât compozitele din fibră de sticlă.În comparație cu materialele metalice, acest avantaj este mai evident.
Dezavantajele CFRP
1. Cost ridicat
Costul de producție al plasticului armat cu fibră de carbon este prohibitiv.Prețurile fibrei de carbon pot varia dramatic în funcție de condițiile actuale ale pieței (oferta și cererea), tipul de fibră de carbon (aerospațială vs. calitate comercială) și dimensiunea pachetului de fibre.La o liră pentru o liră, fibra de carbon virgină poate fi de 5 până la 25 de ori mai scumpă decât fibra de sticlă.Această diferență este și mai mare când se compară oțelul cu CFRP.
2. Conductivitate
Acesta este avantajul și dezavantajul materialelor compozite din fibră de carbon.Depinde de aplicație.Fibrele de carbon sunt extrem de conductoare, iar fibrele de sticlă sunt izolatoare.Multe produse folosesc fibră de sticlă în loc de fibră de carbon sau metal, deoarece necesită izolație strictă.În producția de utilități, multe produse necesită utilizarea fibrelor de sticlă.
Utilizări ale plasticului armat cu fibră de carbon
Aplicațiile polimerului armat cu fibră de carbon sunt largi în viață, de la piese mecanice la materiale militare.
(1)ca ambalaj de etanșare
Materialul PTFE armat cu fibră de carbon poate fi transformat în inele sau garnituri de etanșare rezistente la coroziune, la uzură și la temperaturi ridicate.Când este utilizat pentru etanșarea statică, durata de viață este mai lungă, de peste 10 ori mai mare decât cea a ambalajului general cu azbest immers în ulei.Poate menține performanța de etanșare în condiții de schimbări de sarcină și răcire rapidă și încălzire rapidă.Și, deoarece materialul nu conține substanțe corozive, nu va apărea nicio coroziune pe metal.
(2)ca piese de slefuire
Folosind proprietățile sale de auto-lubrifiere, poate fi folosit ca rulmenți, angrenaje și inele de piston în scopuri speciale.Cum ar fi rulmenți lubrifiați fără ulei pentru instrumente de aviație și casetofone, angrenaje lubrifiate fără ulei pentru locomotive diesel cu transmisie electrică (pentru a evita accidentele cauzate de scurgerile de ulei), segmente de piston lubrifiate fără ulei pe compresoare etc. În plus, poate de asemenea, poate fi folosit ca lagăre de alunecare sau etanșare în industria alimentară și farmaceutică, profitând de caracteristicile sale netoxice.
(3) Ca materiale structurale pentru industria aerospațială, aviație și rachete.A fost folosit pentru prima dată în producția de aeronave pentru a reduce greutatea aeronavei și pentru a îmbunătăți eficiența zborului.Este, de asemenea, utilizat în chimie, petrol, energie electrică, mașini și alte industrii ca sigiliu dinamic rotativ sau alternativ sau diferite materiale de etanșare statică.
Zhengxi este un profesionistfabrica de prese hidraulice din China, oferind calitate ridicatăpresă hidraulică compozităpentru formarea produselor CFRP.
Ora postării: 25-mai-2023
