Sa patuloy na pag-unlad ng mga composite na materyales, bilang karagdagan sa mga glass fiber-reinforced plastic, lumitaw ang carbon fiber-reinforced plastic, boron fiber-reinforced plastic, atbp.Ang carbon fiber reinforced polymer composites (CFRP) ay magaan at matibay na materyales na ginagamit sa paggawa ng maraming produkto na ginagamit natin sa ating pang-araw-araw na buhay.Ito ay isang terminong ginamit upang ilarawan ang fiber-reinforced composite material na gumagamit ng carbon fibers bilang pangunahing bahagi ng istruktura.
Talaan ng nilalaman:
1. Carbon Fiber Reinforced Polymer Structure
2. Ang Paraan ng Paghubog ng Carbon Fiber Reinforced Plastic
3. Mga Katangian ng Carbon Fiber Reinforced Polymer
4. Mga kalamangan ng CFRP
5. Mga disadvantages ng CFRP
6. Carbon Fiber Reinforced Plastic Uses
Carbon Fiber Reinforced Polymer Structure
Ang carbon fiber reinforced plastic ay isang materyal na nabuo sa pamamagitan ng pag-aayos ng mga materyales ng carbon fiber sa isang tiyak na direksyon at paggamit ng mga bonded polymer na materyales.Ang diameter ng carbon fiber ay sobrang manipis, mga 7 microns, ngunit ang lakas nito ay napakataas.
Ang pinaka-basic na constituent unit ng carbon fiber reinforced composite material ay carbon fiber filament.Ang pangunahing hilaw na materyal ng carbon filament ay prepolymer polyacrylonitrile (PAN), rayon, o petroleum pitch.Ang mga filament ng carbon ay ginagawang mga tela ng carbon fiber sa pamamagitan ng mga kemikal at mekanikal na pamamaraan para sa mga bahagi ng carbon fiber.
Ang binding polymer ay karaniwang isang thermosetting resin tulad ng epoxy.Minsan ginagamit ang iba pang mga thermoset o thermoplastic polymer, gaya ng polyvinyl acetate o nylon.Bilang karagdagan sa mga carbon fiber, ang mga composite ay maaari ding maglaman ng aramid Q, ultra-high molecular weight polyethylene, aluminum, o glass fibers.Ang mga katangian ng panghuling produkto ng carbon fiber ay maaari ding maapektuhan ng uri ng mga additives na ipinakilala sa bonding matrix.
Ang Paraan ng Paghubog ng Carbon Fiber Reinforced Plastic
Ang mga produkto ng carbon fiber ay pangunahing naiiba dahil sa iba't ibang mga proseso.Mayroong maraming mga paraan para sa pagbuo ng carbon fiber reinforced polymer materials.
1. Paraan ng Hand Lay-up
Nahahati sa dry method (pre-prepared shop) at wet method (fiber fabric at resin na nakadikit para gamitin).Ginagamit din ang hand lay-up upang maghanda ng mga prepreg para magamit sa pangalawang proseso ng paghubog tulad ng compression molding.Ang pamamaraang ito ay kung saan ang mga sheet ng carbon fiber na tela ay nakalamina sa isang amag upang mabuo ang huling produkto.Ang mga katangian ng lakas at higpit ng nagresultang materyal ay na-optimize sa pamamagitan ng pagpili ng pagkakahanay at paghabi ng mga hibla ng tela.Ang amag ay pagkatapos ay puno ng epoxy at cured sa init o hangin.Ang pamamaraang ito ng pagmamanupaktura ay kadalasang ginagamit para sa mga hindi naka-stress na bahagi, tulad ng mga takip ng makina.
2. Paraan ng Vacuum Forming
Para sa laminated prepreg, kinakailangan na maglagay ng pressure sa pamamagitan ng isang tiyak na proseso upang gawin itong malapit sa amag at upang gamutin at hubugin ito sa ilalim ng isang tiyak na temperatura at presyon.Ang paraan ng vacuum bag ay gumagamit ng vacuum pump upang ilikas ang loob ng bumubuo ng bag upang ang negatibong presyon sa pagitan ng bag at ng amag ay bumubuo ng isang presyon upang ang pinagsama-samang materyal ay malapit sa amag.
Sa batayan ng paraan ng vacuum bag, ang paraan ng pagbuo ng vacuum bag-autoclave ay hinango sa ibang pagkakataon.Ang mga autoclave ay nagbibigay ng mas mataas na presyon at pinainit ng init ang bahagi (sa halip na natural na pagpapagaling) kaysa sa mga paraan ng vacuum bag-only.Ang nasabing bahagi ay may mas compact na istraktura, mas mahusay na kalidad ng ibabaw, maaaring epektibong maalis ang mga bula ng hangin (ang mga bula ay lubos na makakaapekto sa lakas ng bahagi), at ang pangkalahatang kalidad ay mas mataas.Sa katunayan, ang proseso ng vacuum bagging ay katulad ng sa pagdikit ng pelikula sa mobile phone.Ang pag-alis ng mga bula ng hangin ay isang pangunahing gawain.
3. Paraan ng Compression Molding
Paghubog ng compressionay isang paraan ng paghubog na nakakatulong sa mass production at mass production.Ang mga amag ay karaniwang gawa sa itaas at ibabang bahagi, na tinatawag nating amag ng lalaki at isang amag ng babae.Ang proseso ng paghubog ay upang ilagay ang banig na gawa sa prepregs sa metal counter mold, at sa ilalim ng pagkilos ng ilang temperatura at presyon, ang banig ay pinainit at pinaplastik sa lukab ng amag, dumadaloy sa ilalim ng presyon, at pinupuno ang lukab ng amag, at pagkatapos At paghubog at paggamot upang makakuha ng mga produkto.Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay may mas mataas na paunang gastos kaysa sa mga nauna, dahil ang amag ay nangangailangan ng napakataas na katumpakan ng CNC machining.
4. Winding Molding
Para sa mga bahagi na may kumplikadong mga hugis o sa hugis ng isang katawan ng rebolusyon, isang filament winder ay maaaring gamitin upang gawin ang bahagi sa pamamagitan ng paikot-ikot na filament sa isang mandrel o core.Pagkatapos ng paikot-ikot ay ganap na gamutin at alisin ang mandrel.Halimbawa, ang mga tubular joint arm na ginagamit sa mga suspension system ay maaaring gawin gamit ang paraang ito.
5. Resin Transfer Molding
Resin transfer molding (RTM) ay isang medyo popular na paraan ng paghubog.Ang mga pangunahing hakbang nito ay:
1. Ilagay ang inihandang bad carbon fiber fabric sa molde at isara ang molde.
2. Mag-iniksyon ng likidong thermosetting resin dito, i-pregnate ang reinforcing material, at gamutin.
Mga Katangian ng Carbon Fiber Reinforced Polymer
(1) Mataas na lakas at mahusay na pagkalastiko.
Ang tiyak na lakas (iyon ay, ang ratio ng tensile strength sa density) ng carbon fiber ay 6 na beses kaysa sa bakal at 17 na beses kaysa sa aluminyo.Ang tiyak na modulus (iyon ay, ang ratio ng Young's modulus sa density, na isang tanda ng pagkalastiko ng isang bagay) ay higit sa 3 beses kaysa sa bakal o aluminyo.
Na may mataas na tiyak na lakas, maaari itong magdala ng malaking kargada sa pagtatrabaho.Ang maximum working pressure nito ay maaaring umabot sa 350 kg/cm2.Bilang karagdagan, ito ay mas compressible at nababanat kaysa sa purong F-4 at ang tirintas nito.
(2) Magandang paglaban sa pagkapagod at paglaban sa pagsusuot.
Ang paglaban sa pagkapagod nito ay mas mataas kaysa sa epoxy resin at mas mataas kaysa sa mga metal na materyales.Ang mga graphite fibers ay self-lubricating at may maliit na koepisyent ng friction.Ang dami ng pagsusuot ay 5-10 beses na mas maliit kaysa sa mga pangkalahatang produkto ng asbestos o F-4 braids.
(3) Magandang thermal conductivity at heat resistance.
Ang carbon fiber reinforced plastics ay may magandang thermal conductivity, at ang init na dulot ng friction ay madaling mawala.Ang interior ay hindi madaling mag-overheat at mag-imbak ng init at maaaring gamitin bilang isang dynamic na sealing material.Sa hangin, maaari itong gumana nang matatag sa hanay ng temperatura na -120~350°C.Sa pagbabawas ng nilalaman ng alkali metal sa carbon fiber, ang temperatura ng serbisyo ay maaaring tumaas pa.Sa isang hindi gumagalaw na gas, ang naaangkop na temperatura nito ay maaaring umabot sa humigit-kumulang 2000°C, at maaari itong makatiis ng matalim na pagbabago sa lamig at init.
(4) Magandang vibration resistance.
Ito ay hindi madaling mag-resonate o mag-flutter, at ito rin ay isang mahusay na materyal para sa pagbawas ng vibration at pagbabawas ng ingay.
Mga kalamangan ng CFRP
1. Banayad na Timbang
Ang tradisyonal na glass fiber reinforced plastic ay gumagamit ng tuloy-tuloy na glass fibers at 70% glass fibers (glass weight/total weight) at karaniwang may density na 0.065 pounds per cubic inch.Ang isang CFRP composite na may parehong 70% fiber weight ay karaniwang may density na 0.055 pounds bawat cubic inch.
2. Mataas na Lakas
Kahit na ang carbon fiber reinforced polymers ay magaan, ang CFRP composites ay may mas mataas na lakas at mas mataas na stiffness bawat unit weight kaysa sa glass fiber composites.Kung ikukumpara sa mga materyales na metal, ang kalamangan na ito ay mas halata.
Mga disadvantages ng CFRP
1. Mataas na Gastos
Ang gastos sa produksyon ng carbon fiber reinforced plastic ay humahadlang.Ang mga presyo ng carbon fiber ay maaaring mag-iba nang malaki depende sa kasalukuyang kondisyon ng merkado (supply at demand), ang uri ng carbon fiber (aerospace vs. commercial grade), at ang laki ng fiber bundle.Sa isang pound-for-pound na batayan, ang virgin carbon fiber ay maaaring 5 hanggang 25 beses na mas mahal kaysa sa glass fiber.Mas malaki ang pagkakaibang ito kapag inihahambing ang bakal sa CFRP.
2. Konduktibidad
Ito ang kalamangan at kawalan ng carbon fiber composite materials.Depende sa application.Ang mga carbon fiber ay sobrang conductive at ang mga glass fiber ay insulating.Maraming mga produkto ang gumagamit ng fiberglass sa halip na carbon fiber o metal dahil nangangailangan sila ng mahigpit na pagkakabukod.Sa paggawa ng mga kagamitan, maraming mga produkto ang nangangailangan ng paggamit ng mga hibla ng salamin.
Gumagamit ng Carbon Fiber Reinforced Plastic
Ang mga aplikasyon ng carbon fiber reinforced polymer ay malawak sa buhay, mula sa mga mekanikal na bahagi hanggang sa mga materyales sa militar.
(1)bilang sealing packing
Ang carbon fiber reinforced PTFE material ay maaaring gawing corrosion-resistant, wear-resistant, at high-temperature-resistant sealing ring o packing.Kapag ginamit para sa static sealing, ang buhay ng serbisyo ay mas mahaba, higit sa 10 beses na mas mahaba kaysa sa pangkalahatang oil-immersed asbestos packing.Maaari nitong mapanatili ang pagganap ng sealing sa ilalim ng mga pagbabago sa pagkarga at mabilis na paglamig at mabilis na pag-init.At dahil ang materyal ay hindi naglalaman ng mga kinakaing unti-unti, walang pitting corrosion na magaganap sa metal.
(2)bilang mga bahagi ng paggiling
Gamit ang mga katangian ng self-lubricating nito, maaari itong magamit bilang mga bearings, gears, at piston ring para sa mga espesyal na layunin.Gaya ng oil-free lubricated bearings para sa aviation instruments at tape recorder, oil-free lubricated gears para sa electric transmission diesel locomotives (upang maiwasan ang mga aksidenteng dulot ng oil leakage), oil-free lubricated piston ring sa mga compressor, atbp. Bilang karagdagan, maaari itong magagamit din bilang mga sliding bearings o seal sa mga industriya ng pagkain at parmasyutiko sa pamamagitan ng pagsasamantala sa mga hindi nakakalason na katangian nito.
(3) Bilang mga materyales sa istruktura para sa aerospace, aviation, at missiles.Ito ay unang ginamit sa paggawa ng sasakyang panghimpapawid upang bawasan ang bigat ng sasakyang panghimpapawid at pagbutihin ang kahusayan sa paglipad.Ginagamit din ito sa kemikal, petrolyo, kuryente, makinarya, at iba pang industriya bilang rotary o reciprocating dynamic seal o iba't ibang static seal na materyales.
Si Zhengxi ay isang propesyonalpabrika ng hydraulic press sa China, na nagbibigay ng mataas na kalidadcomposite hydraulic presspara sa pagbuo ng mga produkto ng CFRP.
Oras ng post: Mayo-25-2023
