คู่มือ Ultimate ของ CFRP: พลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์/พอลิเมอร์

ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของวัสดุคอมโพสิตนอกเหนือไปจากพลาสติกเสริมใยแก้ว, พลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์, พลาสติกเสริมไฟเบอร์โบรอน, ฯลฯ ได้ปรากฏขึ้น คอมโพสิตพอลิเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์ (CFRP) เป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบาและแข็งแรงซึ่งใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์จำนวนมากที่เราใช้ในชีวิตประจำวันของเรา มันเป็นคำที่ใช้อธิบายวัสดุคอมโพสิตเสริมเส้นใยที่ใช้เส้นใยคาร์บอนเป็นส่วนประกอบโครงสร้างหลัก

เนื้อหาเนื้อหา:

1. โครงสร้างพอลิเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์
2. วิธีการปั้นของพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์
3. คุณสมบัติของพอลิเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์
4. ข้อดีของ CFRP
5. ข้อเสียของ CFRP
6. การใช้พลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์

โครงสร้างพอลิเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์

พลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุที่เกิดจากการจัดเรียงวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ในทิศทางที่แน่นอนและใช้วัสดุพอลิเมอร์ที่ถูกยึดติด เส้นผ่านศูนย์กลางของคาร์บอนไฟเบอร์นั้นบางมากประมาณ 7 ไมครอน แต่ความแข็งแรงของมันสูงมาก

หน่วยองค์ประกอบพื้นฐานที่สุดของวัสดุคอมโพสิตเสริมคาร์บอนไฟเบอร์คือเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์ วัตถุดิบพื้นฐานของเส้นใยคาร์บอนคือ prepolymer polyacrylonitrile (PAN), เรยอนหรือพิทช์ปิโตรเลียม จากนั้นเส้นใยคาร์บอนจะถูกนำไปใช้เป็นผ้าคาร์บอนไฟเบอร์โดยวิธีการทางเคมีและเครื่องจักรกลสำหรับชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์

พอลิเมอร์ที่มีผลผูกพันมักจะเป็นเรซิน thermosetting เช่นอีพ็อกซี่ บางครั้งมีการใช้เทอร์โมเซ็ตอื่น ๆ หรือเทอร์โมพลาสติกโพลีเมอร์เช่นโพลีไวนิลอะซิเตทหรือไนลอน นอกจากเส้นใยคาร์บอนแล้วคอมโพสิตยังสามารถมี aramid q, polyethylene น้ำหนักโมเลกุลสูงพิเศษ, อลูมิเนียมหรือเส้นใยแก้ว คุณสมบัติของผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์สุดท้ายยังสามารถได้รับผลกระทบจากประเภทของสารเติมแต่งที่นำเข้าสู่เมทริกซ์พันธะ

วิธีการปั้นของพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์

ผลิตภัณฑ์คาร์บอนไฟเบอร์ส่วนใหญ่แตกต่างกันเนื่องจากกระบวนการที่แตกต่างกัน มีหลายวิธีในการสร้างวัสดุพอลิเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์

1. วิธีการจัดวางมือ

แบ่งออกเป็นวิธีแห้ง (ร้านค้าที่เตรียมไว้ล่วงหน้า) และวิธีเปียก (ผ้าเส้นใยและเรซินติดกาวเพื่อใช้) การจัดวางด้วยมือยังใช้เพื่อเตรียม prepregs สำหรับใช้ในกระบวนการขึ้นรูปรองเช่นการขึ้นรูปการบีบอัด วิธีนี้เป็นที่ที่ผ้าปูที่นอนคาร์บอนไฟเบอร์ลามิเนตบนแม่พิมพ์เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย คุณสมบัติความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุที่เกิดขึ้นได้รับการปรับให้เหมาะสมโดยเลือกการจัดตำแหน่งและสานเส้นใยผ้า แม่พิมพ์จะเต็มไปด้วยอีพ็อกซี่และรักษาด้วยความร้อนหรืออากาศ วิธีการผลิตนี้มักจะใช้สำหรับชิ้นส่วนที่ไม่เครียดเช่นฝาครอบเครื่องยนต์

2. วิธีการขึ้นรูปสูญญากาศ

สำหรับ prepreg ลามิเนตมีความจำเป็นที่จะต้องใช้แรงดันผ่านกระบวนการบางอย่างเพื่อให้ใกล้กับแม่พิมพ์และเพื่อรักษาและรูปร่างภายใต้อุณหภูมิและความดันที่แน่นอน วิธีถุงสูญญากาศใช้ปั๊มสูญญากาศเพื่ออพยพด้านในของถุงขึ้นรูปเพื่อให้ความดันลบระหว่างถุงและแม่พิมพ์สร้างแรงดันเพื่อให้วัสดุคอมโพสิตอยู่ใกล้กับแม่พิมพ์

บนพื้นฐานของวิธีถุงสูญญากาศวิธีการขึ้นรูปถุงสุญญากาศจะได้รับในภายหลัง Autoclaves ให้แรงกดดันและความร้อนที่สูงขึ้น (แทนที่จะเป็นวิธีการบ่มตามธรรมชาติ) กว่าวิธีการซื้อถุงสูญญากาศเท่านั้น ส่วนดังกล่าวมีโครงสร้างที่กะทัดรัดมากขึ้นคุณภาพพื้นผิวที่ดีขึ้นสามารถกำจัดฟองอากาศได้อย่างมีประสิทธิภาพ (ฟองจะส่งผลกระทบอย่างมากต่อความแข็งแรงของชิ้นส่วน) และคุณภาพโดยรวมจะสูงขึ้น ในความเป็นจริงกระบวนการบรรจุถุงสูญญากาศนั้นคล้ายคลึงกับฟิล์มโทรศัพท์มือถือที่ติดอยู่ การกำจัดฟองอากาศเป็นงานสำคัญ

3. วิธีการบีบอัดการขึ้นรูป

การบีบอัดเป็นวิธีการขึ้นรูปที่เอื้อต่อการผลิตจำนวนมากและการผลิตจำนวนมาก แม่พิมพ์มักจะทำจากส่วนบนและส่วนล่างซึ่งเราเรียกว่าแม่พิมพ์ชายและแม่พิมพ์หญิง กระบวนการขึ้นรูปคือการวางเสื่อที่ทำจาก prepregs ลงในแม่พิมพ์เคาน์เตอร์โลหะและภายใต้การกระทำของอุณหภูมิและความดันบางอย่างเสื่อจะถูกทำให้ร้อนและพลาสติกในโพรงเชื้อราไหลภายใต้ความดันและเติมโพรงแม่พิมพ์จากนั้นและการขึ้นรูปและการบ่มเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ อย่างไรก็ตามวิธีนี้มีค่าใช้จ่ายเริ่มต้นสูงกว่าวิธีการก่อนหน้านี้เนื่องจากแม่พิมพ์ต้องใช้เครื่องจักร CNC ที่มีความแม่นยำสูงมาก

4. การปั้นที่คดเคี้ยว

สำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปร่างที่ซับซ้อนหรือในรูปของร่างกายของการปฏิวัติสามารถใช้เส้นใยเส้นใยสามารถใช้ในการสร้างส่วนโดยการไขมันบนแมนเดรลหรือแกนกลาง หลังจากที่คดเคี้ยวได้รับการรักษาอย่างสมบูรณ์และถอดแมนเดลออก ตัวอย่างเช่นแขนข้อต่อท่อที่ใช้ในระบบกันสะเทือนสามารถทำได้โดยใช้วิธีนี้

5. การปั้นการถ่ายโอนเรซิ่น

การขึ้นรูปเรซิ่น (RTM) เป็นวิธีการขึ้นรูปที่ค่อนข้างเป็นที่นิยม ขั้นตอนพื้นฐานคือ:
1. วางผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ที่ไม่ดีที่เตรียมไว้ในแม่พิมพ์และปิดแม่พิมพ์
2. ฉีดเทอร์โมเซ็ตของเหลวลงในเรซินลงไปทำให้วัสดุเสริมแรงและการรักษา

คุณสมบัติของพอลิเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์

(1) ความแข็งแรงสูงและความยืดหยุ่นที่ดี

ความแข็งแรงเฉพาะ (นั่นคืออัตราส่วนของความต้านทานแรงดึงต่อความหนาแน่น) ของคาร์บอนไฟเบอร์คือ 6 เท่าของเหล็กและ 17 เท่าของอลูมิเนียม โมดูลัสเฉพาะ (นั่นคืออัตราส่วนของโมดูลัสของ Young ต่อความหนาแน่นซึ่งเป็นสัญญาณของความยืดหยุ่นของวัตถุ) มากกว่า 3 เท่าของเหล็กหรืออลูมิเนียม

ด้วยความแข็งแรงที่เฉพาะเจาะจงสูงสามารถรับภาระงานได้มาก แรงดันการทำงานสูงสุดสามารถเข้าถึง 350 กก./ซม. 2 นอกจากนี้ยังมีการบีบอัดและยืดหยุ่นมากกว่า F-4 บริสุทธิ์และถักเปีย

(2) ความต้านทานความเหนื่อยล้าที่ดีและความต้านทานการสึกหรอ

ความต้านทานความเหนื่อยล้าของมันสูงกว่าอีพอกซีเรซินและสูงกว่าวัสดุโลหะ เส้นใยกราไฟท์เป็นการหล่อลื่นด้วยตนเองและมีค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเล็กน้อย ปริมาณการสึกหรอมีขนาดเล็กกว่าผลิตภัณฑ์แร่ใยหินทั่วไป 5-10 เท่าหรือ B-4 braids

(3) การนำความร้อนที่ดีและความต้านทานความร้อน

พลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์มีค่าการนำความร้อนที่ดีและความร้อนที่เกิดจากแรงเสียดทานจะกระจายไปอย่างง่ายดาย การตกแต่งภายในไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะร้อนเกินไปและเก็บความร้อนและสามารถใช้เป็นวัสดุปิดผนึกแบบไดนามิก ในอากาศสามารถทำงานได้อย่างเสถียรในช่วงอุณหภูมิ -120 ~ 350 ° C ด้วยการลดลงของปริมาณโลหะอัลคาลีในคาร์บอนไฟเบอร์อุณหภูมิการบริการอาจเพิ่มขึ้นอีก ในก๊าซเฉื่อยอุณหภูมิที่ปรับได้สามารถเข้าถึงได้ประมาณ 2,000 ° C และสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงที่คมชัดในความเย็นและความร้อน

(4) ความต้านทานการสั่นสะเทือนที่ดี

ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะสะท้อนหรือกระพือและยังเป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยมสำหรับการลดการสั่นสะเทือนและการลดเสียงรบกวน

ข้อดีของ CFRP

1. น้ำหนักเบา

พลาสติกเสริมใยแก้วแบบดั้งเดิมใช้เส้นใยแก้วต่อเนื่องและเส้นใยแก้ว 70% (น้ำหนักแก้ว/น้ำหนักรวม) และโดยทั่วไปจะมีความหนาแน่น 0.065 ปอนด์ต่อลูกบาศก์นิ้ว คอมโพสิต CFRP ที่มีน้ำหนักเส้นใย 70% เดียวกันมักจะมีความหนาแน่น 0.055 ปอนด์ต่อลูกบาศก์นิ้ว

2. ความแข็งแรงสูง

แม้ว่าพอลิเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์จะมีน้ำหนักเบา แต่คอมโพสิต CFRP มีความแข็งแรงสูงกว่าและความแข็งสูงต่อหน่วยน้ำหนักมากกว่าคอมโพสิตใยแก้ว เมื่อเทียบกับวัสดุโลหะข้อได้เปรียบนี้ชัดเจนยิ่งขึ้น

ข้อเสียของ CFRP

1. ราคาสูง

ต้นทุนการผลิตพลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์เป็นสิ่งต้องห้าม ราคาคาร์บอนไฟเบอร์อาจแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับสภาวะตลาดในปัจจุบัน (อุปสงค์และอุปทาน) ประเภทของคาร์บอนไฟเบอร์ (การบินและอวกาศกับเกรดเชิงพาณิชย์) และขนาดของกลุ่มเส้นใย ด้วยเงินปอนด์สำหรับปอนด์ Virgin Carbon Fiber อาจมีราคาแพงกว่าเส้นใยแก้ว 5 ถึง 25 เท่า ความแตกต่างนี้ยิ่งใหญ่กว่าเมื่อเปรียบเทียบเหล็กกับ CFRP
2. การนำไฟฟ้า
นี่คือข้อได้เปรียบและข้อเสียของวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ ขึ้นอยู่กับแอปพลิเคชัน เส้นใยคาร์บอนมีความเป็นตัวนำและเส้นใยแก้วเป็นฉนวน ผลิตภัณฑ์จำนวนมากใช้ไฟเบอร์กลาสแทนคาร์บอนไฟเบอร์หรือโลหะเพราะต้องการฉนวนกันความร้อนที่เข้มงวด ในการผลิตยูทิลิตี้ผลิตภัณฑ์จำนวนมากต้องการการใช้เส้นใยแก้ว

การใช้พลาสติกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์

การประยุกต์ใช้พอลิเมอร์เสริมคาร์บอนไฟเบอร์นั้นมีความกว้างในชีวิตตั้งแต่ชิ้นส่วนเชิงกลไปจนถึงวัสดุทางทหาร

(1)เป็นการบรรจุหีบห่อ
วัสดุ PTFE เสริมคาร์บอนไฟเบอร์สามารถทำในการทนต่อการกัดกร่อนทนต่อการสึกหรอและวงแหวนซีลหรือบรรจุภัณฑ์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง เมื่อใช้สำหรับการปิดผนึกแบบคงที่อายุการใช้งานจะนานกว่า 10 เท่าของการบรรจุแร่ใยหินที่ใช้น้ำมันทั่วไป มันสามารถรักษาประสิทธิภาพการปิดผนึกภายใต้การเปลี่ยนแปลงโหลดและการระบายความร้อนอย่างรวดเร็วและความร้อนอย่างรวดเร็ว และเนื่องจากวัสดุไม่มีสารกัดกร่อนจึงไม่มีการกัดกร่อนของหลุมเกิดขึ้นบนโลหะ

(2)เป็นชิ้นส่วนบด
การใช้คุณสมบัติการหล่อลื่นด้วยตนเองสามารถใช้เป็นตลับลูกปืนเกียร์และแหวนลูกสูบเพื่อวัตถุประสงค์พิเศษ เช่นแบริ่งหล่อลื่นน้ำมันสำหรับเครื่องมือการบินและเครื่องบันทึกเทปอุปกรณ์หล่อลื่นน้ำมันสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลที่ไม่มีน้ำมันเกียร์ไฟฟ้า

(3) เป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับการบินและอวกาศการบินและขีปนาวุธ มันถูกใช้ครั้งแรกในการผลิตเครื่องบินเพื่อลดน้ำหนักของเครื่องบินและปรับปรุงประสิทธิภาพการบิน นอกจากนี้ยังใช้ในสารเคมี, ปิโตรเลียม, พลังงานไฟฟ้า, เครื่องจักรและอุตสาหกรรมอื่น ๆ เป็นซีลแบบหมุนหรือแบบไดนามิกหรือวัสดุซีลคงที่ต่างๆ

เจิ้งซีเป็นมืออาชีพโรงงานสำนักพิมพ์ไฮดรอลิกในประเทศจีนให้บริการ quliaty สูงกดไฮดรอลิกคอมโพสิตสำหรับการสร้างผลิตภัณฑ์ CFRP