Kontinuiranim razvojem kompozitnih materijala, pored plastike ojačane staklenim vlaknima, pojavile su se i plastike ojačane ugljičnim vlaknima, plastike ojačane borom itd. Polimerni kompoziti ojačani ugljičnim vlaknima (CFRP) su lagani i čvrsti materijali koji se koriste za proizvodnju mnogih proizvoda koje koristimo u svakodnevnom životu. To je termin koji se koristi za opisivanje kompozitnih materijala ojačanih vlaknima koji koriste ugljična vlakna kao glavnu strukturnu komponentu.
Sadržaj:
1. Struktura polimera ojačana karbonskim vlaknima
2. Metoda oblikovanja plastike ojačane karbonskim vlaknima
3. Svojstva polimera ojačanog ugljičnim vlaknima
4. Prednosti CFRP-a
5. Nedostaci CFRP-a
6. Upotreba plastike ojačane karbonskim vlaknima
Struktura polimera ojačana karbonskim vlaknima
Plastika ojačana karbonskim vlaknima je materijal koji se formira slaganjem karbonskih vlakana u određenom smjeru i korištenjem vezanih polimernih materijala. Prečnik karbonskih vlakana je izuzetno tanak, oko 7 mikrona, ali je njihova čvrstoća izuzetno velika.
Najosnovnija sastavna jedinica kompozitnog materijala ojačanog ugljičnim vlaknima je filament od ugljičnih vlakana. Osnovna sirovina za ugljične filamente je prepolimer poliakrilonitril (PAN), rajon ili naftna smola. Ugljični filamenti se zatim hemijskim i mehaničkim metodama prerađuju u tkanine od ugljičnih vlakana za dijelove od ugljičnih vlakana.
Vezivni polimer je obično termoreaktivna smola poput epoksidne smole. Ponekad se koriste i drugi termoreaktivni ili termoplastični polimeri, poput polivinil acetata ili najlona. Pored karbonskih vlakana, kompoziti mogu sadržavati i aramid Q, polietilen ultra visoke molekularne težine, aluminij ili staklena vlakna. Na svojstva konačnog proizvoda od karbonskih vlakana može utjecati i vrsta aditiva unesenih u vezivnu matricu.
Metoda oblikovanja plastike ojačane karbonskim vlaknima
Proizvodi od karbonskih vlakana se uglavnom razlikuju zbog različitih procesa. Postoje mnoge metode za formiranje polimernih materijala ojačanih karbonskim vlaknima.
1. Metoda ručnog slaganja
Podijeljena je na suhu metodu (unaprijed pripremljena radionica) i mokru metodu (vlaknasta tkanina i smola lijepljene za upotrebu). Ručno slaganje se također koristi za pripremu preprega za upotrebu u sekundarnim procesima oblikovanja kao što je kompresijsko oblikovanje. Ova metoda je gdje se listovi tkanine od karbonskih vlakana laminiraju na kalup kako bi se formirao konačni proizvod. Svojstva čvrstoće i krutosti dobivenog materijala optimiziraju se odabirom poravnanja i tkanja vlakana tkanine. Kalup se zatim puni epoksidnom smolom i stvrdnjava toplinom ili zrakom. Ova metoda proizvodnje često se koristi za dijelove koji nisu izloženi naprezanju, kao što su poklopci motora.
2. Metoda vakuumskog oblikovanja
Za laminirani prepreg, potrebno je primijeniti pritisak kroz određeni proces kako bi se približio kalupu i kako bi se stvrdnuo i oblikovao pod određenom temperaturom i pritiskom. Metoda vakuumske vreće koristi vakuumsku pumpu za evakuaciju unutrašnjosti vreće za oblikovanje tako da negativni pritisak između vreće i kalupa stvara pritisak tako da kompozitni materijal bude blizu kalupa.
Na osnovu metode vakuumskog pakovanja, kasnije je izvedena metoda formiranja u vakuumskom pakovanju i autoklavu. Autoklavi pružaju veći pritisak i termički stvrdnjavaju dio (umjesto prirodnog stvrdnjavanja) u odnosu na metode koje koriste samo vakuumsko pakovanje. Takav dio ima kompaktniju strukturu, bolji kvalitet površine, može efikasno eliminisati mjehuriće zraka (mjehurići će uveliko uticati na čvrstoću dijela), a ukupni kvalitet je viši. U stvari, proces vakuumskog pakovanja sličan je procesu lijepljenja folije za mobilne telefone. Uklanjanje mjehurića zraka je glavni zadatak.
3. Metoda kompresijskog oblikovanja
Kompresijsko oblikovanjeje metoda oblikovanja koja pogoduje masovnoj proizvodnji. Kalupi se obično izrađuju od gornjeg i donjeg dijela, koje nazivamo muškim i ženskim kalupom. Proces oblikovanja sastoji se od stavljanja materijala napravljenog od preprega u metalni kontra kalup, a pod djelovanjem određene temperature i pritiska, materijal se zagrijava i plastificira u šupljini kalupa, teče pod pritiskom i ispunjava šupljinu kalupa, a zatim se oblikuje i stvrdnjava kako bi se dobili proizvodi. Međutim, ova metoda ima veće početne troškove od prethodnih, jer kalup zahtijeva vrlo preciznu CNC obradu.
4. Namotavanje kalupa
Za dijelove složenih oblika ili u obliku rotacijskog tijela, može se koristiti namotivač niti za izradu dijela namotavanjem niti na trn ili jezgro. Nakon što se namotavanje potpuno osuši, trn se uklanja. Na primjer, cjevasti zglobni krakovi koji se koriste u sistemima ovjesa mogu se izraditi ovom metodom.
5. Kalupljenje transferom smole
Transferno brizganje smole (RTM) je relativno popularna metoda brizganja. Njeni osnovni koraci su:
1. Stavite pripremljenu tkaninu od loših karbonskih vlakana u kalup i zatvorite kalup.
2. Ubrizgajte tekuću termoreaktivnu smolu u nju, impregnirajte ojačavajući materijal i očvrsnite.
Svojstva polimera ojačanog ugljičnim vlaknima
(1) Visoka čvrstoća i dobra elastičnost.
Specifična čvrstoća (tj. odnos zatezne čvrstoće i gustoće) karbonskih vlakana je 6 puta veća od čelika i 17 puta veća od aluminija. Specifični modul (tj. odnos Youngovog modula i gustoće, koji je znak elastičnosti objekta) je više od 3 puta veći od čelika ili aluminija.
Sa visokom specifičnom čvrstoćom, može podnijeti veliko radno opterećenje. Njegov maksimalni radni pritisak može doseći 350 kg/cm2. Osim toga, kompresivniji je i otporniji od čistog F-4 i njegovog pletiva.
(2) Dobra otpornost na zamor i otpornost na habanje.
Njegova otpornost na zamor je mnogo veća od one kod epoksidne smole i veća od one kod metalnih materijala. Grafitna vlakna su samopodmazujuća i imaju mali koeficijent trenja. Količina habanja je 5-10 puta manja od one kod općih azbestnih proizvoda ili F-4 pletenica.
(3) Dobra toplotna provodljivost i otpornost na toplotu.
Plastika ojačana ugljičnim vlaknima ima dobru toplinsku provodljivost, a toplina stvorena trenjem se lako rasipa. Unutrašnjost se ne pregrijava lako i ne akumulira toplinu te se može koristiti kao dinamički zaptivni materijal. Na zraku može stabilno raditi u temperaturnom rasponu od -120 do 350 °C. Smanjenjem sadržaja alkalnih metala u ugljičnim vlaknima, radna temperatura se može dodatno povećati. U inertnom plinu, njegova prilagodljiva temperatura može doseći oko 2000 °C i može izdržati nagle promjene hladnoće i topline.
(4) Dobra otpornost na vibracije.
Nije lako rezonirati ili lepršati, a također je odličan materijal za smanjenje vibracija i buke.
Prednosti CFRP-a
1. Mala težina
Tradicionalne plastike ojačane staklenim vlaknima koriste kontinuirana staklena vlakna i 70% staklenih vlakana (težina stakla/ukupna težina) i obično imaju gustoću od 0,065 funti po kubnom inču. CFRP kompozit sa istim udjelom od 70% vlakana obično ima gustoću od 0,055 funti po kubnom inču.
2. Visoka čvrstoća
Iako su polimeri ojačani ugljičnim vlaknima lagani, CFRP kompoziti imaju veću čvrstoću i veću krutost po jedinici težine od kompozita od staklenih vlakana. U poređenju s metalnim materijalima, ova prednost je očiglednija.
Nedostaci CFRP-a
1. Visoka cijena
Troškovi proizvodnje plastike ojačane karbonskim vlaknima su previsoki. Cijene karbonskih vlakana mogu dramatično varirati ovisno o trenutnim tržišnim uvjetima (ponuda i potražnja), vrsti karbonskih vlakana (avionsko-industrijska vs. komercijalna) i veličini snopa vlakana. Na osnovu cijene, djevičanska karbonska vlakna mogu biti 5 do 25 puta skuplja od staklenih vlakana. Ova razlika je još veća kada se uporedi čelik sa CFRP-om.
2. Provodljivost
Ovo je prednost i nedostatak kompozitnih materijala od karbonskih vlakana. Zavisi od primjene. Karbonska vlakna su izuzetno provodljiva, a staklena vlakna su izolirajuća. Mnogi proizvodi koriste fiberglas umjesto karbonskih vlakana ili metala jer zahtijevaju strogu izolaciju. U proizvodnji komunalnih usluga, mnogi proizvodi zahtijevaju upotrebu staklenih vlakana.
Upotreba plastike ojačane karbonskim vlaknima
Primjena polimera ojačanih ugljičnim vlaknima je široka u životu, od mehaničkih dijelova do vojnih materijala.
(1)kao zaptivno pakovanje
PTFE materijal ojačan ugljičnim vlaknima može se koristiti kao zaptivne prstenove ili pakovanja otporne na koroziju, habanje i visoke temperature. Kada se koristi za statičko zaptivanje, vijek trajanja je duži, više od 10 puta duži od vijeka trajanja općeg azbestnog pakovanja uronjenog u ulje. Može održati performanse zaptivanja pod promjenama opterećenja i brzog hlađenja i brzog zagrijavanja. A budući da materijal ne sadrži korozivne tvari, neće doći do rupičaste korozije na metalu.
(2)kao dijelovi za brušenje
Koristeći svoja samopodmazujuća svojstva, može se koristiti kao ležajevi, zupčanici i klipni prstenovi za posebne namjene. Kao što su ležajevi podmazani bez ulja za avionske instrumente i magnetofone, zupčanici podmazani bez ulja za dizel lokomotive s električnim prijenosom (kako bi se izbjegle nesreće uzrokovane curenjem ulja), klipni prstenovi podmazani bez ulja na kompresorima itd. Osim toga, može se koristiti i kao klizni ležajevi ili zaptivke u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji iskorištavanjem svojih netoksičnih karakteristika.
(3) Kao strukturni materijali za vazduhoplovstvo, avijaciju i projektile. Prvi put je korišten u proizvodnji aviona kako bi se smanjila težina aviona i poboljšala efikasnost leta. Također se koristi u hemijskoj, naftnoj, elektroenergetskoj, mašinskoj i drugim industrijama kao rotaciono ili klipno dinamičko zaptivanje ili razni statički materijali za zaptivanje.
Zhengxi je profesionalacfabrika hidrauličnih presa u Kini, pružajući visokokvalitetnekompozitna hidraulična presaza oblikovanje CFRP proizvoda.
Vrijeme objave: 25. maj 2023.
