З безперервним розвитком композиційних матеріалів, крім армованих склопластиком, з’явилися вуглепластики, армовані борним волокном пластики тощо.Армовані вуглецевим волокном полімерні композити (CFRP) – це легкі та міцні матеріали, які використовуються для виготовлення багатьох продуктів, які ми використовуємо в повсякденному житті.Це термін, який використовується для опису армованих волокнами композитних матеріалів, які використовують вуглецеві волокна як основний структурний компонент.
Зміст:
1. Полімерна структура, армована вуглецевим волокном
2. Метод формування пластику, армованого вуглецевим волокном
3. Властивості полімеру, армованого вуглецевим волокном
4. Переваги CFRP
5. Недоліки CFRP
6. Використання пластику, армованого вуглецевим волокном
Полімерна структура, армована вуглецевим волокном
Пластик, армований вуглецевим волокном, — це матеріал, утворений шляхом розміщення матеріалів з вуглецевого волокна в певному напрямку та використання зв’язаних полімерних матеріалів.Діаметр вуглецевого волокна надзвичайно тонкий, близько 7 мікрон, але його міцність надзвичайно висока.
Найосновнішою складовою частиною композитного матеріалу, армованого вуглецевим волокном, є нитка з вуглецевого волокна.Основною сировиною для вуглецевої нитки є преполімер поліакрилонітрилу (PAN), віскоза або нафтовий пек.Потім з вуглецевих ниток виготовляють тканини з вуглецевого волокна хімічними та механічними методами для деталей з вуглецевого волокна.
Зв'язуючим полімером зазвичай є термореактивна смола, така як епоксидна смола.Іноді використовуються інші термореактивні або термопластичні полімери, такі як полівінілацетат або нейлон.Окрім вуглецевих волокон, композити також можуть містити арамід Q, надвисокомолекулярний поліетилен, алюміній або скловолокна.На властивості кінцевого продукту з вуглецевого волокна також може вплинути тип добавок, введених у сполучну матрицю.
Метод формування пластику, армованого вуглецевим волокном
Продукти з вуглецевого волокна в основному відрізняються через різні процеси.Існує багато методів формування полімерних матеріалів, армованих вуглецевим волокном.
1. Метод ручного укладання
Поділяється на сухий спосіб (попередньо підготовлений цех) і мокрий спосіб (волокниста тканина та смола, склеєна для використання).Ручне укладання також використовується для підготовки препрегів для використання у вторинних процесах формування, таких як пресування.Цей метод полягає в тому, що листи тканини з вуглецевого волокна ламінують на форму для формування кінцевого продукту.Властивості міцності та жорсткості отриманого матеріалу оптимізуються шляхом вибору вирівнювання та переплетення волокон тканини.Потім форму заповнюють епоксидною смолою та затверджують нагріванням або повітрям.Цей спосіб виготовлення часто використовується для ненапружених деталей, таких як кришки двигуна.
2. Метод вакуумного формування
Для ламінованого препрега необхідно застосувати тиск за допомогою певного процесу, щоб наблизити його до форми, а також затвердіти та надати йому форму під певною температурою та тиском.У методі вакуумного мішка використовується вакуумний насос для вакуумування внутрішньої частини формувального мішка, щоб негативний тиск між мішком і формою створював тиск, щоб композитний матеріал був близько до форми.
На основі методу вакуумного мішка пізніше був виведений метод формування вакуумного мішка в автоклаві.Автоклави забезпечують вищий тиск і термозатвердіння деталі (замість природного затвердіння), ніж методи лише вакуумного мішка.Така деталь має більш компактну структуру, кращу якість поверхні, може ефективно усувати бульбашки повітря (бульбашки сильно вплинуть на міцність деталі), а загальна якість вища.Насправді процес вакуумного пакування схожий на процес наклеювання плівки для мобільних телефонів.Усунення бульбашок повітря є головним завданням.
3. Метод пресування
Компресійне формуванняце метод формування, який сприяє масовому виробництву та масовому виробництву.Прес-форми зазвичай виготовляються з верхньої та нижньої частин, які ми називаємо чоловічою формою та жіночою формою.Процес формування полягає в тому, щоб килимок, виготовлений із препрегів, помістити в металеву протилежну форму, і під дією певної температури та тиску мат нагрівається та пластифікується в порожнині форми, тече під тиском і заповнює порожнину форми, а потім А також формування та затвердіння для отримання виробів.Однак цей метод має вищу початкову вартість, ніж попередні, оскільки форма вимагає дуже високої точності обробки з ЧПУ.
4. Намотування
Для деталей складної форми або у формі тіла обертання можна використовувати пристрій для намотування нитки, щоб виготовити деталь шляхом намотування нитки на оправку або сердечник.Після повного затвердіння намотування знімають оправку.Наприклад, за допомогою цього методу можна виготовляти трубчасті шарнірні важелі, які використовуються в системах підвіски.
5. Формування смолою
Формування з перенесенням смоли (RTM) є відносно популярним методом формування.Його основні кроки:
1. Помістіть підготовлену погану тканину з вуглецевого волокна у форму та закрийте форму.
2. Влийте в нього рідку термореактивну смолу, просочіть армуючий матеріал і затвердіть.
Властивості полімеру, армованого вуглецевим волокном
(1) Висока міцність і хороша еластичність.
Питома міцність (тобто відношення міцності на розрив до щільності) вуглецевого волокна в 6 разів більша, ніж у сталі, і в 17 разів, ніж у алюмінію.Питомий модуль (тобто відношення модуля Юнга до щільності, що є ознакою пружності об’єкта) більш ніж у 3 рази перевищує модуль сталі або алюмінію.
Володіючи високою питомою міцністю, він може витримувати велике робоче навантаження.Його максимальний робочий тиск може досягати 350 кг/см2.Крім того, він більш стисливий і пружний, ніж чистий F-4 і його оплітка.
(2) Хороша стійкість до втоми та зносостійкість.
Його стійкість до втоми значно вища, ніж у епоксидної смоли, і вище, ніж у металевих матеріалів.Графітові волокна самозмащуються і мають малий коефіцієнт тертя.Рівень зносу в 5-10 разів менший, ніж у звичайних азбестових виробів або опліток F-4.
(3) Хороша теплопровідність і термостійкість.
Армований вуглецевим волокном пластик має хорошу теплопровідність, і тепло, що виділяється при терті, легко розсіюється.Внутрішню частину непросто перегріти та зберегти тепло, її можна використовувати як динамічний ущільнювальний матеріал.На повітрі він може стабільно працювати в діапазоні температур -120~350°C.Зі зменшенням вмісту лужних металів у вуглецевому волокні робоча температура може бути додатково підвищена.В інертному газі його адаптована температура може досягати близько 2000 °C, і він може витримувати різкі зміни холоду та спеки.
(4) Хороша стійкість до вібрації.
Його нелегко резонувати або тріпотіти, і це також чудовий матеріал для зменшення вібрації та шуму.
Переваги CFRP
1. Легка вага
Традиційний армований скловолокном пластик використовує безперервне скловолокно та 70% скловолокна (вага скла/загальна вага) і зазвичай має щільність 0,065 фунта на кубічний дюйм.Композит CFRP з тією самою вагою 70% волокон зазвичай має щільність 0,055 фунтів на кубічний дюйм.
2. Висока міцність
Хоча полімери, армовані вуглецевим волокном, легкі, композити з вуглепластику мають вищу міцність і більшу жорсткість на одиницю ваги, ніж композити зі скловолокна.У порівнянні з металевими матеріалами ця перевага більш очевидна.
Недоліки CFRP
1. Висока вартість
Вартість виробництва пластику, армованого вуглецевим волокном, є непомірно високою.Ціни на вуглецеве волокно можуть різко відрізнятися залежно від поточних ринкових умов (попит і пропозиція), типу вуглецевого волокна (аерокосмічний чи комерційний) і розміру пучка волокон.У перерахунку «фунт за фунт» натуральне вуглецеве волокно може бути в 5-25 разів дорожчим за скловолокно.Ця різниця стає ще більшою, якщо порівнювати сталь із вуглепластиком.
2. Провідність
Це перевага і недолік композитних матеріалів з вуглецевого волокна.Це залежить від програми.Вуглецеві волокна є надзвичайно провідними, а скляні – ізоляційними.У багатьох продуктах використовується скловолокно замість вуглецевого волокна або металу, оскільки вони потребують суворої ізоляції.У виробництві інженерних комунікацій багато продуктів вимагають використання скловолокна.
Використання пластику, армованого вуглецевим волокном
Полімер, армований вуглецевим волокном, широко використовується в житті: від механічних частин до військових матеріалів.
(1)як герметична упаковка
Матеріал PTFE, армований вуглецевим волокном, може бути зроблений у стійкі до корозії, зносостійкі та високотемпературні ущільнювальні кільця або сальники.При використанні для статичної герметизації термін служби довший, більш ніж у 10 разів довший, ніж у звичайної азбестової упаковки, зануреної в масло.Він може підтримувати ефективність ущільнення при зміні навантаження та швидкому охолодженні та швидкому нагріванні.А оскільки матеріал не містить їдких речовин, на металі не виникає точкової корозії.
(2)як шліфувальні деталі
Завдяки самозмащувальним властивостям його можна використовувати як підшипники, шестерні та поршневі кільця спеціального призначення.Наприклад, безмасляні змащені підшипники для авіаційних приладів і магнітофонів, безмасляні змащені шестерні для дизельних локомотивів з електропередачею (щоб уникнути аварій, спричинених витоком масла), безмасляні змащені поршневі кільця на компресорах тощо. Крім того, він може також можна використовувати як підшипники ковзання або ущільнення в харчовій і фармацевтичній промисловості завдяки перевагам його нетоксичних характеристик.
(3) Як конструкційні матеріали для аерокосмічної, авіаційної та ракетної техніки.Вперше він був використаний у літакобудуванні для зменшення ваги літака та підвищення ефективності польоту.Він також використовується в хімічній, нафтовій, електроенергетиці, машинобудуванні та інших галузях промисловості як обертове або зворотно-поступальне динамічне ущільнення або різні статичні ущільнювальні матеріали.
Чженсі - професіоналфабрика гідравлічних пресів у Китаї, забезпечуючи високу якістькомпозиційний гідравлічний пресдля формування виробів з вуглепластику.
Час публікації: 25 травня 2023 р
