Z nenehnim razvojem kompozitnih materialov so se poleg plastike, ojačane s steklenimi vlakni, pojavile plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, plastike, ojačane z borovimi vlakni itd.Polimerni kompoziti, ojačani z ogljikovimi vlakni (CFRP), so lahki in močni materiali, ki se uporabljajo za izdelavo številnih izdelkov, ki jih uporabljamo v vsakdanjem življenju.To je izraz, ki se uporablja za opis kompozitnih materialov, ojačanih z vlakni, ki uporabljajo ogljikova vlakna kot glavno strukturno komponento.
Kazalo:
1. Polimerna struktura, ojačana z ogljikovimi vlakni
2. Metoda oblikovanja plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni
3. Lastnosti polimera, ojačanega z ogljikovimi vlakni
4. Prednosti CFRP
5. Slabosti CFRP
6. Uporaba plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni
Polimerna struktura, ojačana z ogljikovimi vlakni
Plastika, ojačana z ogljikovimi vlakni, je material, ki nastane z razporeditvijo materialov iz ogljikovih vlaken v določeni smeri in z uporabo vezanih polimernih materialov.Premer ogljikovih vlaken je izredno tanek, približno 7 mikronov, vendar je njihova trdnost izjemno velika.
Najosnovnejša sestavna enota kompozitnega materiala, ojačanega z ogljikovimi vlakni, je filament iz ogljikovih vlaken.Osnovna surovina ogljikovega filamenta je predpolimer poliakrilonitril (PAN), rajon ali naftna smola.Ogljikove filamente nato s kemičnimi in mehanskimi metodami izdelamo v tkanine iz ogljikovih vlaken za dele iz ogljikovih vlaken.
Vezivni polimer je običajno termoreaktivna smola, kot je epoksi.Včasih se uporabljajo tudi drugi duroplasti ali termoplastični polimeri, kot sta polivinil acetat ali najlon.Poleg ogljikovih vlaken lahko kompoziti vsebujejo tudi aramid Q, polietilen z ultravisoko molekulsko maso, aluminij ali steklena vlakna.Na lastnosti končnega izdelka iz ogljikovih vlaken lahko vpliva tudi vrsta dodatkov, vnesenih v vezno matriko.
Metoda oblikovanja plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni
Izdelki iz ogljikovih vlaken se razlikujejo predvsem zaradi različnih procesov.Obstaja veliko metod za oblikovanje polimernih materialov, ojačanih z ogljikovimi vlakni.
1. Metoda ročnega polaganja
Razdeljeno na suho metodo (predpripravljena trgovina) in mokro metodo (tkanina iz vlaken in smola, zlepljena za uporabo).Ročno polaganje se uporablja tudi za pripravo prepregov za uporabo v sekundarnih postopkih oblikovanja, kot je stiskanje.Pri tej metodi se listi blaga iz ogljikovih vlaken laminirajo na kalup, da se oblikuje končni izdelek.Lastnosti trdnosti in togosti dobljenega materiala so optimizirane z izbiro poravnave in tkanja tkaninskih vlaken.Kalup nato napolnimo z epoksidom in strdimo s toploto ali zrakom.Ta način izdelave se pogosto uporablja za neobremenjene dele, kot so pokrovi motorja.
2. Metoda vakuumskega oblikovanja
Pri laminiranem prepregu je treba skozi določen postopek uporabiti pritisk, da se približa kalupu ter da se strdi in oblikuje pod določeno temperaturo in pritiskom.Metoda z vakuumsko vrečko uporablja vakuumsko črpalko za izpraznitev notranjosti oblikovalne vrečke, tako da podtlak med vrečko in kalupom tvori pritisk, tako da je kompozitni material blizu kalupa.
Na podlagi metode vakuumske vrečke je kasneje izpeljana metoda oblikovanja vakuumske vrečke-avtoklav.Avtoklavi zagotavljajo višje pritiske in toplotno utrjujejo del (namesto naravnega strjevanja) kot metode samo z vakuumsko vrečko.Takšen del ima bolj kompaktno strukturo, boljšo kakovost površine, lahko učinkovito odstrani zračne mehurčke (mehurčki bodo močno vplivali na trdnost dela), splošna kakovost pa je višja.Pravzaprav je postopek vakuumskega pakiranja v vrečke podoben postopku lepljenja folije za mobilne telefone.Odstranjevanje zračnih mehurčkov je pomembna naloga.
3. Metoda stiskanja
Stiskanjeje metoda oblikovanja, ki je ugodna za množično proizvodnjo in masovno proizvodnjo.Kalupi so običajno izdelani iz zgornjega in spodnjega dela, ki ju imenujemo moški kalup in ženski kalup.Postopek oblikovanja je, da se preproga iz prepregov vstavi v kovinski nasprotni kalup in pod delovanjem določene temperature in tlaka se podloga segreje in plastificira v votlini kalupa, teče pod pritiskom in napolni votlino kalupa, nato pa In oblikovanje in strjevanje za pridobivanje izdelkov.Vendar ima ta metoda višje začetne stroške kot prejšnje, saj kalup zahteva zelo natančno CNC obdelavo.
4. Navijanje
Za dele s kompleksnimi oblikami ali v obliki vrtilnega telesa je mogoče uporabiti navijalec filamentov za izdelavo dela z navijanjem filamenta na trn ali jedro.Po končanem navijanju se trn odstrani.Na primer, s to metodo je mogoče izdelati cevne spojne roke, ki se uporabljajo v sistemih vzmetenja.
5. Prenos smole
Prenos smole (RTM) je razmeroma priljubljena metoda oblikovanja.Njegovi osnovni koraki so:
1. Pripravljeno slabo tkanino iz ogljikovih vlaken položite v kalup in zaprite kalup.
2. Vanj vbrizgajte tekočo termoreaktivno smolo, impregnirajte ojačitveni material in utrdite.
Lastnosti polimera, ojačanega z ogljikovimi vlakni
(1) Visoka trdnost in dobra elastičnost.
Specifična trdnost (to je razmerje med natezno trdnostjo in gostoto) ogljikovih vlaken je 6-krat večja od jekla in 17-krat večja od aluminija.Specifični modul (to je razmerje med Youngovim modulom in gostoto, ki je znak elastičnosti predmeta) je več kot 3-krat večji od jekla ali aluminija.
Z visoko specifično trdnostjo lahko prenese veliko delovno obremenitev.Njegov največji delovni tlak lahko doseže 350 kg/cm2.Poleg tega je bolj stisljiv in prožen kot čisti F-4 in njegova pletenica.
(2) Dobra odpornost proti utrujenosti in odpornost proti obrabi.
Njegova odpornost proti utrujenosti je veliko večja kot pri epoksi smoli in večja kot pri kovinskih materialih.Grafitna vlakna so samomazalna in imajo majhen koeficient trenja.Količina obrabe je 5-10-krat manjša kot pri običajnih azbestnih izdelkih ali pletenicah F-4.
(3) Dobra toplotna prevodnost in toplotna odpornost.
Plastika, ojačana z ogljikovimi vlakni, ima dobro toplotno prevodnost, toplota, ki nastane zaradi trenja, pa se zlahka odvaja.Notranjosti ni enostavno pregreti in shraniti toplote in se lahko uporablja kot dinamični tesnilni material.Na zraku lahko stabilno deluje v temperaturnem območju od -120 do 350 °C.Z zmanjšanjem vsebnosti alkalijskih kovin v ogljikovih vlaknih se lahko delovna temperatura še poveča.V inertnem plinu lahko njegova prilagodljiva temperatura doseže približno 2000 °C in lahko prenese ostre spremembe v mrazu in vročini.
(4) Dobra odpornost na vibracije.
Ni enostavno resonirati ali plapolati, poleg tega pa je odličen material za zmanjšanje vibracij in hrupa.
Prednosti CFRP
1. Majhna teža
Tradicionalna plastika, ojačana s steklenimi vlakni, uporablja neprekinjena steklena vlakna in 70 % steklenih vlaken (teža stekla/skupna teža) in ima običajno gostoto 0,065 funtov na kubični palec.Kompozit CFRP z enako maso vlaken, ki vsebuje 70 %, ima običajno gostoto 0,055 funtov na kubični palec.
2. Visoka trdnost
Čeprav so polimeri, ojačani z ogljikovimi vlakni, lahki, imajo kompoziti CFRP višjo trdnost in večjo togost na enoto teže kot kompoziti iz steklenih vlaken.V primerjavi s kovinskimi materiali je ta prednost očitnejša.
Slabosti CFRP
1. Visoki stroški
Proizvodni stroški plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni, so previsoki.Cene ogljikovih vlaken se lahko močno razlikujejo glede na trenutne tržne razmere (ponudba in povpraševanje), vrsto ogljikovih vlaken (letalska ali komercialna) in velikost snopa vlaken.Na osnovi funt za funt so lahko čista ogljikova vlakna 5- do 25-krat dražja od steklenih vlaken.Ta razlika je še večja, če primerjamo jeklo s CFRP.
2. Prevodnost
To je prednost in slabost kompozitnih materialov iz ogljikovih vlaken.Odvisno od aplikacije.Ogljikova vlakna so izjemno prevodna, steklena vlakna pa so izolacijska.Veliko izdelkov uporablja steklena vlakna namesto ogljikovih vlaken ali kovine, ker zahtevajo strogo izolacijo.Pri proizvodnji pripomočkov veliko izdelkov zahteva uporabo steklenih vlaken.
Uporaba plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni
Uporabe polimera, ojačanega z ogljikovimi vlakni, so široke v življenju, od mehanskih delov do vojaških materialov.
(1)kot tesnilna embalaža
PTFE material, ojačan z ogljikovimi vlakni, je mogoče izdelati v tesnilne obroče ali tesnila, odporne na korozijo, obrabo in visoko temperaturo.Pri uporabi za statično tesnjenje je življenjska doba daljša, več kot 10-krat daljša kot pri običajnem azbestnem tesnilu, potopljenem v olje.Ohranja lahko tesnjenje pri spremembah obremenitve ter hitrem hlajenju in hitrem segrevanju.In ker material ne vsebuje jedkih snovi, na kovini ne bo prišlo do luknjičaste korozije.
(2)kot brusilne dele
Zaradi svojih samomazalnih lastnosti se lahko uporablja kot ležaji, zobniki in batni obročki za posebne namene.Kot so brezoljni mazani ležaji za letalske instrumente in magnetofone, brezoljni mazani zobniki za dizelske lokomotive z električnim prenosom (da bi se izognili nesrečam zaradi puščanja olja), brezoljni mazani batni obročki na kompresorjih itd. Poleg tega lahko se lahko uporabljajo tudi kot drsni ležaji ali tesnila v živilski in farmacevtski industriji z izkoriščanjem prednosti njegovih netoksičnih lastnosti.
(3) Kot strukturni materiali za vesoljsko, letalstvo in rakete.Prvič so ga uporabili v proizvodnji letal za zmanjšanje teže letala in izboljšanje učinkovitosti letenja.Uporablja se tudi v kemični, naftni, elektroenergetski, strojni in drugi industriji kot rotacijsko ali recipročno dinamično tesnilo ali različni statični tesnilni materiali.
Zhengxi je profesionalectovarna hidravličnih stiskalnic na Kitajskem, ki zagotavlja visoko kakovostkompozitna hidravlična stiskalnicaza oblikovanje izdelkov CFRP.
Čas objave: 25. maj 2023
