S neustálym vývojom kompozitných materiálov sa okrem plastov vystužených sklenenými vláknami objavili plasty vystužené uhlíkovými vláknami, plasty vystužené bórovými vláknami atď.Polymérne kompozity vystužené uhlíkovými vláknami (CFRP) sú ľahké a pevné materiály, ktoré sa používajú na výrobu mnohých produktov, ktoré používame v každodennom živote.Je to termín používaný na opis kompozitných materiálov vystužených vláknami, ktoré používajú uhlíkové vlákna ako hlavnú konštrukčnú zložku.
Obsah:
1. Polymérna štruktúra vystužená uhlíkovými vláknami
2. Spôsob tvarovania plastov vystužených uhlíkovými vláknami
3. Vlastnosti polyméru vystuženého uhlíkovými vláknami
4. Výhody CFRP
5. Nevýhody CFRP
6. Použitie plastov vystužených uhlíkovými vláknami
Polymérová štruktúra vystužená uhlíkovými vláknami
Plast vystužený uhlíkovými vláknami je materiál vytvorený usporiadaním materiálov uhlíkových vlákien v určitom smere a použitím spájaných polymérnych materiálov.Priemer uhlíkových vlákien je extrémne tenký, asi 7 mikrónov, ale jeho pevnosť je extrémne vysoká.
Najzákladnejšou základnou jednotkou kompozitného materiálu vystuženého uhlíkovými vláknami je vlákno z uhlíkových vlákien.Základnou surovinou uhlíkového vlákna je predpolymérový polyakrylonitril (PAN), umelý hodváb alebo ropná smola.Z uhlíkových vlákien sa potom chemickými a mechanickými metódami pre diely z uhlíkových vlákien vyrábajú tkaniny z uhlíkových vlákien.
Spojivovým polymérom je zvyčajne termosetová živica, ako je epoxid.Niekedy sa používajú iné termosety alebo termoplastické polyméry, ako napríklad polyvinylacetát alebo nylon.Okrem uhlíkových vlákien môžu kompozity obsahovať aj aramid Q, polyetylén s ultravysokou molekulovou hmotnosťou, hliník alebo sklenené vlákna.Vlastnosti konečného produktu z uhlíkových vlákien môžu byť ovplyvnené aj typom aditív zavedených do spojovacej matrice.
Metóda lisovania plastov vystužených uhlíkovými vláknami
Produkty z uhlíkových vlákien sa líšia najmä v dôsledku rôznych procesov.Existuje mnoho spôsobov vytvárania polymérnych materiálov vystužených uhlíkovými vláknami.
1. Metóda položenia rukou
Delí sa na suchú metódu (vopred pripravená predajňa) a mokrú metódu (vláknitá tkanina a živica lepená na použitie).Ručné kladenie sa tiež používa na prípravu predimpregnovaných laminátov na použitie v sekundárnych formovacích procesoch, ako je lisovanie.Táto metóda spočíva v tom, že sa listy látky z uhlíkových vlákien laminujú na formu, aby sa vytvoril konečný produkt.Vlastnosti pevnosti a tuhosti výsledného materiálu sú optimalizované výberom zarovnania a väzby vlákien tkaniny.Forma sa potom naplní epoxidom a vytvrdí teplom alebo vzduchom.Tento spôsob výroby sa často používa pre nenamáhané diely, ako sú kryty motora.
2. Metóda vákuového tvarovania
V prípade laminovaného predimpregnovaného laminátu je potrebné vyvinúť tlak prostredníctvom určitého procesu, aby sa priblížil k forme a aby sa vytvrdil a tvaroval pri určitej teplote a tlaku.Metóda vákuového vrecka využíva vákuové čerpadlo na evakuáciu vnútra formovacieho vrecka tak, že podtlak medzi vakom a formou vytvorí tlak, takže kompozitný materiál je blízko formy.
Na základe metódy vákuového vrecúška bola neskôr odvodená metóda formovania vákuovým vakom-autoklávom.Autoklávy poskytujú vyššie tlaky a tepelne vytvrdzujú diel (namiesto prirodzeného vytvrdzovania) ako metódy len s vákuovým vakom.Takýto diel má kompaktnejšiu štruktúru, lepšiu kvalitu povrchu, dokáže efektívne eliminovať vzduchové bubliny (bubliny výrazne ovplyvnia pevnosť dielu) a celková kvalita je vyššia.V skutočnosti je proces vákuového vrecovania podobný ako pri lepení fólie na mobilný telefón.Odstránenie vzduchových bublín je hlavnou úlohou.
3. Metóda lisovania
Lisovanie lisovanímje metóda lisovania, ktorá prispieva k hromadnej výrobe a hromadnej výrobe.Formy sa zvyčajne vyrábajú z horných a spodných častí, ktoré nazývame mužská forma a ženská forma.Proces formovania spočíva v vložení rohože vyrobenej z predimpregnovaných laminátov do kovovej protiformy a pôsobením určitej teploty a tlaku sa rohož zahrieva a plastifikuje v dutine formy, tečie pod tlakom a vypĺňa dutinu formy a potom A tvarovanie a vytvrdzovanie na získanie produktov.Táto metóda má však vyššie počiatočné náklady ako predchádzajúce, pretože forma vyžaduje veľmi presné CNC obrábanie.
4. Vinutie Lisovanie
Pre diely so zložitými tvarmi alebo v tvare rotačného telesa sa môže použiť navíjač vlákna na výrobu dielu navíjaním vlákna na tŕň alebo jadro.Po úplnom navinutí vytvrdnite a odstráňte tŕň.Touto metódou možno vyrobiť napríklad rúrkové kĺbové ramená používané v závesných systémoch.
5. Lisovanie na prenos živice
Resin transfer molding (RTM) je pomerne populárny spôsob formovania.Jeho základné kroky sú:
1. Vložte pripravenú zlú tkaninu z uhlíkových vlákien do formy a zatvorte formu.
2. Vstreknite do nej tekutú termosetovú živicu, impregnujte výstužný materiál a vytvrdzujte.
Vlastnosti polyméru vystuženého uhlíkovými vláknami
(1) Vysoká pevnosť a dobrá elasticita.
Špecifická pevnosť (teda pomer pevnosti v ťahu k hustote) uhlíkových vlákien je 6-krát väčšia ako oceľ a 17-krát väčšia ako u hliníka.Špecifický modul (teda pomer Youngovho modulu k hustote, ktorý je znakom pružnosti predmetu) je viac ako 3-krát väčší ako v prípade ocele alebo hliníka.
S vysokou špecifickou pevnosťou znesie veľké pracovné zaťaženie.Jeho maximálny pracovný tlak môže dosiahnuť 350 kg/cm2.Navyše je stlačiteľnejšia a odolnejšia ako čistá F-4 a jej oplet.
(2) Dobrá odolnosť proti únave a odolnosť proti opotrebovaniu.
Jeho odolnosť proti únave je oveľa vyššia ako u epoxidovej živice a vyššia ako u kovových materiálov.Grafitové vlákna sú samomazné a majú malý koeficient trenia.Miera opotrebovania je 5-10 krát menšia ako pri bežných azbestových výrobkoch alebo F-4 vrkôčikoch.
(3) Dobrá tepelná vodivosť a tepelná odolnosť.
Plasty vystužené uhlíkovými vláknami majú dobrú tepelnú vodivosť a teplo generované trením sa ľahko rozptýli.Vnútorný priestor nie je ľahké prehrievať a skladovať teplo a možno ho použiť ako dynamický tesniaci materiál.Na vzduchu dokáže stabilne pracovať v teplotnom rozsahu -120~350°C.So znížením obsahu alkalických kovov v uhlíkových vláknach sa môže prevádzková teplota ďalej zvýšiť.V inertnom plyne môže jeho prispôsobivá teplota dosiahnuť asi 2000 °C a znesie prudké zmeny chladu a tepla.
(4) Dobrá odolnosť voči vibráciám.
Nie je ľahké s ním rezonovať, trepotať sa a navyše je to výborný materiál na zníženie vibrácií a hluku.
Výhody CFRP
1. Nízka hmotnosť
Tradičné plasty vystužené sklenenými vláknami používajú kontinuálne sklenené vlákna a 70 % sklenených vlákien (hmotnosť skla/celková hmotnosť) a zvyčajne majú hustotu 0,065 libier na kubický palec.CFRP kompozit s rovnakou hmotnosťou vlákna 70 % má zvyčajne hustotu 0,055 libier na kubický palec.
2. Vysoká pevnosť
Hoci polyméry vystužené uhlíkovými vláknami sú ľahké, kompozity CFRP majú vyššiu pevnosť a vyššiu tuhosť na jednotku hmotnosti ako kompozity zo sklenených vlákien.V porovnaní s kovovými materiálmi je táto výhoda zreteľnejšia.
Nevýhody CFRP
1. Vysoké náklady
Výrobné náklady plastov vystužených uhlíkovými vláknami sú neúmerné.Ceny uhlíkových vlákien sa môžu dramaticky líšiť v závislosti od aktuálnych podmienok na trhu (ponuka a dopyt), typu uhlíkových vlákien (letecký alebo komerčný stupeň) a veľkosti zväzku vlákien.V prepočte na libru môže byť čisté uhlíkové vlákno 5 až 25-krát drahšie ako sklenené vlákno.Tento rozdiel je ešte väčší pri porovnaní ocele s CFRP.
2. Vodivosť
To je výhoda a nevýhoda kompozitných materiálov z uhlíkových vlákien.Závisí to od aplikácie.Uhlíkové vlákna sú extrémne vodivé a sklenené vlákna sú izolačné.Mnoho produktov používa sklolaminát namiesto uhlíkových vlákien alebo kovu, pretože vyžadujú prísnu izoláciu.Pri výrobe úžitkových látok si mnohé výrobky vyžadujú použitie sklenených vlákien.
Použitie plastov vystužených uhlíkovými vláknami
Použitie polyméru vystuženého uhlíkovými vláknami je široké, od mechanických častí až po vojenské materiály.
(1)ako tesniace balenie
Materiál PTFE vystužený uhlíkovými vláknami môže byť vyrobený do tesniacich krúžkov alebo tesnení odolných voči korózii, opotrebovaniu a vysokej teplote.Pri použití na statické tesnenie je životnosť dlhšia, viac ako 10-krát dlhšia ako pri bežných azbestových obaloch ponorených do oleja.Dokáže udržať tesniaci výkon pri zmenách zaťaženia a rýchlom chladení a rýchlom ohreve.A keďže materiál neobsahuje korozívne látky, na kove nevznikne jamková korózia.
(2)ako brúsne diely
Vďaka svojim samomazným vlastnostiam môže byť použitý ako ložiská, ozubené kolesá a piestne krúžky na špeciálne účely.Ako sú bezolejové mazané ložiská pre letecké prístroje a magnetofóny, bezolejové mazané prevody pre dieselové lokomotívy s elektrickým prevodom (aby sa predišlo nehodám spôsobeným únikom oleja), bezolejové mazané piestne krúžky na kompresoroch atď. možno použiť aj ako klzné ložiská alebo tesnenia v potravinárskom a farmaceutickom priemysle, pretože využívajú jeho netoxické vlastnosti.
(3) Ako konštrukčné materiály pre kozmonautiku, letectvo a rakety.Prvýkrát bol použitý pri výrobe lietadiel na zníženie hmotnosti lietadla a zlepšenie letovej efektivity.Používa sa tiež v chemickom, ropnom, elektroenergetike, strojárstve a iných priemyselných odvetviach ako rotačné alebo vratné dynamické tesnenie alebo rôzne statické tesniace materiály.
Zhengxi je profesionáltováreň na hydraulické lisy v Číne, poskytujúce vysokú kvalitukompozitný hydraulický lisna tvarovanie produktov CFRP.
Čas odoslania: 25. mája 2023
