З бесперапынным развіццём кампазітных матэрыялаў, акрамя шкловалакна, з'явіліся вугляродныя валакна, борныя валакна і г.д. Палімерныя кампазіты, узмоцненыя вугляродным валакном (CFRP), — гэта лёгкія і трывалыя матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для вырабу многіх прадуктаў, якія мы выкарыстоўваем у паўсядзённым жыцці. Гэты тэрмін выкарыстоўваецца для апісання валакна-армаваных кампазітных матэрыялаў, у якіх вугляродныя валокны выкарыстоўваюцца ў якасці асноўнага структурнага кампанента.
Змест:
1. Палімерная структура, узмоцненая вугляродным валакном
2. Метад фармавання вугляроднага валакна
3. Уласцівасці палімера, узмоцненага вугляродным валакном
4. Перавагі вугляпластыку
5. Недахопы вугляпластыку
6. Выкарыстанне вугляроднага валакна
Структура палімера, узмоцненага вугляродным валакном
Вугляпластык — гэта матэрыял, які атрымліваецца шляхам размяшчэння вугляродных валокнаў у пэўным кірунку і выкарыстання звязаных палімерных матэрыялаў. Дыяметр вугляроднага валакна надзвычай тонкі, каля 7 мікронаў, але яго трываласць надзвычай высокая.
Найбольш асноўнай адзінкай кампазітнага матэрыялу, узмоцненага вугляродным валакном, з'яўляецца вугляродная валакністая нітка. Асноўнай сыравінай для вугляроднай ніткі з'яўляецца прэпалімер поліакрыланітрыл (ПАН), віскоза або нафтавая пёка. Затым вугляродныя ніткі ператвараюцца ў вугляродныя валакністыя тканіны хімічнымі і механічнымі метадамі для вырабу дэталяў з вугляроднага валакна.
Звязальным палімерам звычайна з'яўляецца тэрмарэактыўны смала, напрыклад, эпаксідная смала. Часам выкарыстоўваюцца іншыя тэрмарэактыўныя або тэрмапластычныя палімеры, такія як полівінілацэтат або нейлон. Акрамя вугляродных валокнаў, кампазіты могуць таксама ўтрымліваць арамід Q, поліэтылен звышвысокай малекулярнай масай, алюміній або шкляныя валокны. На ўласцівасці канчатковага прадукту з вугляроднага валакна таксама можа паўплываць тып дабавак, якія ўводзяцца ў звязальную матрыцу.
Метад фармавання вугляроднага валакна армаванага пластыка
Вырабы з вугляроднага валакна ў асноўным адрозніваюцца з-за розных працэсаў. Існуе мноства метадаў фармавання палімерных матэрыялаў, узмоцненых вугляродным валакном.
1. Метад ручной кладкі
Падзяляецца на сухі метад (папярэдне падрыхтаваны цэх) і мокры метад (валакністая тканіна і смала склейваюцца для выкарыстання). Ручное кладанне таксама выкарыстоўваецца для падрыхтоўкі препрэгаў для выкарыстання ў другасных працэсах фармавання, такіх як кампрэсійнае фармаванне. Пры гэтым метаде лісты вугляроднай тканіны ламінуюцца на форму для атрымання канчатковага прадукту. Уласцівасці трываласці і калянасці атрыманага матэрыялу аптымізуюцца шляхам выбару выраўноўвання і пляцення валокнаў тканіны. Затым форма запаўняецца эпаксіднай смалой і зацвярдзее цяплом або паветрам. Гэты метад вытворчасці часта выкарыстоўваецца для дэталяў, якія не падвяргаюцца напрузе, такіх як крышкі рухавіка.
2. Метад вакуумнага фармавання
Для ламінаванага препрэга неабходна прыкласці ціск з дапамогай пэўнага працэсу, каб ён быў блізка да формы, а затым зацвярдзеў і сфармаваўся пры пэўнай тэмпературы і ціску. Метад вакуумнага мяшка выкарыстоўвае вакуумны помпа для адпампоўкі ўнутранай часткі фармавальнага мяшка, каб адмоўны ціск паміж мяшком і формай стварыў ціск, такім чынам кампазітны матэрыял быў блізка да формы.
На аснове метаду вакуумнага пакета пазней быў распрацаваны метад фармавання ў аўтаклаве з выкарыстаннем вакуумнага пакета. Аўтаклаўны метад забяспечвае больш высокі ціск і зацвярдзее дэталь пад награваннем (замест натуральнага зацвярдзення), чым метады, якія выкарыстоўваюць толькі вакуумны пакет. Такая дэталь мае больш кампактную структуру, лепшую якасць паверхні, можа эфектыўна выдаляць паветраныя бурбалкі (бурбалкі значна ўплываюць на трываласць дэталі), і агульная якасць вышэйшая. Фактычна, працэс вакуумнага пакетавання падобны да працэсу склейвання плёнкі для мабільных тэлефонаў. Выдаленне паветраных бурбалак з'яўляецца важнай задачай.
3. Метад фармавання пад ціскам
Ліццё пад ціскам- гэта метад ліцця, які спрыяе масавай вытворчасці. Формы звычайна вырабляюцца з верхняй і ніжняй частак, якія мы называем мужчынскай формай і жаночай формай. Працэс ліцця заключаецца ў тым, што матэрыял, зроблены з препрэгаў, змяшчаецца ў металічную контрформу, і пад дзеяннем пэўнай тэмпературы і ціску матэрыял награваецца і пластыфікуецца ў паражніне формы, цячэ пад ціскам і запаўняе паражніну формы, а затым ліваецца і зацвярдзее для атрымання вырабаў. Аднак гэты метад мае больш высокі пачатковы кошт, чым папярэднія, паколькі форма патрабуе вельмі высокай дакладнасці апрацоўкі на станках з ЧПУ.
4. Намотванне ліцця
Для вырабу дэталяў складанай формы або ў форме цела кручэння можна выкарыстоўваць намотчык ніткі, намотваючы нітку на апраўку або стрыжань. Пасля поўнага зацвярдзення намоткі апраўку зніміце. Напрыклад, з дапамогай гэтага метаду можна вырабляць трубчастыя шарнірныя рычагі, якія выкарыстоўваюцца ў сістэмах падвескі.
5. Ліццё з дапамогай смалы
Ліццё пад ціскам смалы (RTM) — адносна папулярны метад ліцця. Яго асноўныя этапы:
1. Змесціце падрыхтаваную дрэнную вугляродную тканіну ў форму і зачыніце форму.
2. Упырскайце ў яго вадкую тэрмарэактыўны смалу, прапітайце армавальны матэрыял і зацвярдзейце.
Уласцівасці палімера, узмоцненага вугляродным валакном
(1) Высокая трываласць і добрая эластычнасць.
Удзельная трываласць (гэта значыць суадносіны трываласці на расцяжэнне да шчыльнасці) вугляроднага валакна ў 6 разоў вышэйшая за трываласць сталі і ў 17 разоў за трываласць алюмінія. Удзельны модуль пругкасці (гэта значыць суадносіны модуля Юнга да шчыльнасці, які з'яўляецца паказчыкам пругкасці аб'екта) больш чым у 3 разы вышэйшы за сталь або алюміній.
Дзякуючы высокай удзельнай трываласці, ён можа вытрымліваць вялікую рабочую нагрузку. Яго максімальны рабочы ціск можа дасягаць 350 кг/см2. Акрамя таго, ён больш сціскальны і пругкі, чым чысты F-4 і яго аплётка.
(2) Добрая ўстойлівасць да стомленасці і зносаўстойлівасць.
Яго ўстойлівасць да стомленасці значна вышэйшая, чым у эпаксіднай смалы і вышэйшая, чым у металічных матэрыялаў. Графітавыя валокны самазмазваюцца і маюць малы каэфіцыент трэння. Знос у 5-10 разоў меншы, чым у звычайных азбеставых вырабаў або аплётак F-4.
(3) Добрая цеплаправоднасць і цеплаўстойлівасць.
Вугляпластык мае добрую цеплаправоднасць, і цяпло, якое выпрацоўваецца пры трэнні, лёгка рассейваецца. Унутраная частка не пераграваецца і не назапашвае цяпло, таму можа выкарыстоўвацца ў якасці дынамічнага герметызацыйнага матэрыялу. На паветры ён можа стабільна працаваць у дыяпазоне тэмператур ад -120 да 350°C. Пры зніжэнні ўтрымання шчолачных металаў у вугляродным валокне тэмпература эксплуатацыі можа яшчэ больш павысіцца. У інэртным газе яго адаптыўная тэмпература можа дасягаць каля 2000°C і ён можа вытрымліваць рэзкія перапады холаду і спякоты.
(4) Добрая вібраўстойлівасць.
Ён не лёгка рэзаніраваць або трапятаць, а таксама з'яўляецца выдатным матэрыялам для зніжэння вібрацыі і шуму.
Перавагі вугляпластыку
1. Лёгкая вага
Традыцыйныя шкловалакністыя пластыкі выкарыстоўваюць бесперапынныя шкловалакна і 70% шкловалакна (вага шкла/агульная вага) і звычайна маюць шчыльнасць 0,065 фунта на кубічны цаля. Кампазіт з вугляроднага валакна з такімі ж 70% валокнаў звычайна мае шчыльнасць 0,055 фунта на кубічны цаля.
2. Высокая трываласць
Нягледзячы на тое, што палімеры, узмоцненыя вугляродным валакном, лёгкія, кампазіты з вугляроднага валакна маюць большую трываласць і калянасць на адзінку вагі, чым кампазіты са шкловалакна. У параўнанні з металічнымі матэрыяламі гэтая перавага больш відавочная.
Недахопы вугляпластыку
1. Высокі кошт
Вытворчы кошт вугляпластыку з'яўляецца занадта высокім. Кошты на вугляроднае валакно могуць істотна адрознівацца ў залежнасці ад бягучых рынкавых умоў (попыту і прапановы), тыпу вугляроднага валакна (аэракасмічнае або камерцыйнае) і памеру пучка валакна. У пераліку фунтаў, чыстае вугляроднае валакно можа быць у 5-25 разоў даражэйшым за шкловалакно. Гэтая розніца яшчэ большая пры параўнанні сталі з вугляродным валакном.
2. Праводнасць
Гэта перавага і недахоп вугляродна-валакністыя кампазітныя матэрыялы. Гэта залежыць ад прымянення. Вугляродныя валокны надзвычай праводзяць ток, а шкляныя валокны з'яўляюцца ізаляцыйнымі. У многіх прадуктах замест вугляроднага валакна або металу выкарыстоўваецца шкловалакно, бо яны патрабуюць строгай ізаляцыі. У вытворчасці камунальных паслуг многія прадукты патрабуюць выкарыстання шкловалакна.
Выкарыстанне вугляроднага валакна ў армаваным пластыку
Ужыванне вугляроднага валакна, узмоцненага палімера, шырокае, ад механічных дэталяў да ваенных матэрыялаў.
(1)у якасці герметычнай упакоўкі
З вугляроднага валакна ўзмоцнены PTFE-матэрыял можна вырабляць каразійна-ўстойлівыя, зносаўстойлівыя і высокатэмпературныя ўшчыльняльныя кольцы або набіўныя ўшчыльняльнікі. Пры выкарыстанні для статычнага ўшчыльнення тэрмін службы даўжэйшы, больш чым у 10 разоў даўжэйшы, чым у звычайнага азбеставага набіўнога ўшчыльняльніка, апусканага ў алей. Ён можа падтрымліваць герметычнасць пры зменах нагрузкі, хуткім астуджэнні і хуткім награванні. А паколькі матэрыял не ўтрымлівае агрэсіўных рэчываў, на метале не ўзнікае кропкавай карозіі.
(2)як шліфавальныя дэталі
Дзякуючы сваім самазмазвальным уласцівасцям, яго можна выкарыстоўваць у якасці падшыпнікаў, шасцярняў і поршневых кольцаў спецыяльнага прызначэння. Напрыклад, падшыпнікі са змазкай без алею для авіяцыйных прыбораў і магнітафонаў, шасцярні са змазкай без алею для электрапрывадаў дызельных лакаматываў (каб пазбегнуць аварый, выкліканых уцечкай алею), поршневыя кольцы са змазкай без алею на кампрэсарах і г.д. Акрамя таго, яго можна выкарыстоўваць у якасці падшыпнікаў слізгання або ўшчыльненняў у харчовай і фармацэўтычнай прамысловасці, бо ён нетаксічны.
(3) У якасці канструкцыйных матэрыялаў для аэракасмічнай, авіяцыйнай і ракетнай прамысловасці. Упершыню быў выкарыстаны ў авіябудаванні для зніжэння вагі самалёта і павышэння эфектыўнасці палёту. Ён таксама выкарыстоўваецца ў хімічнай, нафтавай, электраэнергетычнай, машынабудаўнічай і іншых галінах прамысловасці ў якасці ратацыйнага або зваротна-паступальнага дынамічнага ўшчыльнення або розных статычных ушчыльняльных матэрыялаў.
Чжэнсі — прафесіяналзавод гідраўлічных прэсаў у Кітаі, забяспечваючы высокую якасцькампазітны гідраўлічны прэсдля фармавання вырабаў з вугляпластыку.
Час публікацыі: 25 мая 2023 г.
