Cù u sviluppu cuntinuu di i materiali cumposti, in più di i plastichi rinforzati cù fibre di vetru, sò apparsi plastichi rinforzati cù fibre di carbone, plastichi rinforzati cù fibre di boru, ecc. I cumposti polimerichi rinforzati cù fibre di carbone (CFRP) sò materiali leggeri è resistenti chì sò aduprati per fabricà parechji prudutti chì usemu in a nostra vita quotidiana. Hè un termine adupratu per discrive i materiali cumposti rinforzati cù fibre chì utilizanu fibre di carbone cum'è principale cumpunente strutturale.
Tavula di cuntenutu:
1. Struttura di polimeru rinforzatu cù fibra di carbone
2. U metudu di stampaggio di plastica rinforzata cù fibra di carbone
3. Proprietà di u polimeru rinforzatu cù fibra di carbone
4. Vantaghji di CFRP
5. Svantaghji di CFRP
6. Usi di plastica rinforzata cù fibra di carbone
Struttura di polimeru rinforzatu cù fibra di carbone
A plastica rinforzata cù fibra di carbone hè un materiale furmatu urganizendu materiali di fibra di carbone in una certa direzzione è aduprendu materiali polimeri legati. U diametru di a fibra di carbone hè estremamente finu, circa 7 micron, ma a so resistenza hè estremamente alta.
L'unità custituente più basica di u materiale cumpostu rinforzatu cù fibra di carbone hè u filamentu di fibra di carbone. A materia prima basica di u filamentu di carbone hè u poliacrilonitrile prepolimeru (PAN), u rayon, o a pece di petroliu. I filamenti di carbone sò poi trasformati in tessuti di fibra di carbone per metudi chimichi è meccanichi per e parti in fibra di carbone.
U polimeru legante hè di solitu una resina termoindurente cum'è l'epossidica. Altri polimeri termoindurenti o termoplastici sò qualchì volta usati, cum'è l'acetatu di polivinile o u nylon. In più di e fibre di carbone, i cumposti ponu ancu cuntene aramide Q, polietilene à pesu moleculare ultra-altu, aluminiu o fibre di vetru. E proprietà di u pruduttu finale in fibra di carbone ponu ancu esse influenzate da u tipu di additivi introdutti in a matrice di legame.
U Metudu di Stampaggio di Plastica Rinforzata cù Fibra di Carboniu
I prudutti di fibra di carbone sò principalmente diffirenti per via di i sfarenti prucessi. Ci sò parechji metudi per furmà materiali polimerichi rinforzati cù fibra di carbone.
1. Metudu di Lay-up à Manu
Divisu in metudu seccu (officina pre-preparata) è metudu umitu (tessutu di fibra è resina incollati da aduprà). A stesura manuale hè ancu aduprata per preparà i preimpregnati per l'usu in prucessi di stampaggio secundariu cum'è u stampaggio à compressione. Stu metudu hè induve i fogli di tela di fibra di carbone sò laminati nantu à un stampu per furmà u pruduttu finale. E proprietà di resistenza è rigidità di u materiale risultante sò ottimizzate selezziunendu l'allineamentu è a tessitura di e fibre di tela. U stampu hè poi pienu di resina epossidica è induritu cù calore o aria. Stu metudu di fabricazione hè spessu adupratu per pezzi senza stress, cum'è e coperture di u mutore.
2. Metudu di furmazione di u vacuum
Per u prepreg laminatu, hè necessariu applicà una pressione per mezu di un certu prucessu per avvicinallu à u stampu è per polimerizallu è modellallu sottu una certa temperatura è pressione. U metudu di u saccu à vuoto usa una pompa à vuoto per evacuà l'internu di u saccu di furmazione in modu chì a pressione negativa trà u saccu è u stampu formi una pressione in modu chì u materiale cumpostu sia vicinu à u stampu.
Basatu annantu à u metudu di u saccu à vuoto, u metudu di furmazione di saccu à vuoto-autoclave hè statu derivatu dopu. L'autoclave furniscenu pressioni più alte è curanu u calore di a parte (invece di a cura naturale) cà i metudi solu di saccu à vuoto. Una tale parte hà una struttura più compacta, una megliu qualità di superficia, pò eliminà efficacemente e bolle d'aria (e bolle influenzeranu assai a resistenza di a parte), è a qualità generale hè più alta. In fatti, u prucessu di insaccamentu à vuoto hè simile à quellu di l'incollamentu di a pellicola di u telefuninu mobile. Eliminà e bolle d'aria hè un compitu maiò.
3. Metudu di stampaggio per compressione
Stampaggio à compressionehè un metudu di stampaggio chì hè favurevule à a pruduzzione di massa è à a pruduzzione di massa. I stampi sò generalmente fatti di parti superiori è inferiori, chì chjamemu stampu maschile è stampu femminile. U prucessu di stampaggio hè di mette u tappettu fattu di prepregs in u stampu di metallu contr'à u stampu, è sottu l'azione di una certa temperatura è pressione, u tappettu hè riscaldatu è plastificatu in a cavità di u stampu, scorri sottu pressione, è riempie a cavità di u stampu, è dopu stampatu è polimerizatu per ottene prudutti. Tuttavia, questu metudu hà un costu iniziale più altu ch'è i precedenti, postu chì u stampu richiede una machinazione CNC di alta precisione.
4. Stampaggio di avvolgimenti
Per e parte cù forme cumplesse o in forma di corpu di rivoluzione, un avvolgitore di filamenti pò esse adupratu per fà a parte avvolgendu u filamentu nantu à un mandrinu o un core. Dopu l'avvolgimentu, si cura cumpletamente è si rimuove u mandrinu. Per esempiu, i bracci tubulari di giunzione aduprati in i sistemi di sospensione ponu esse fatti cù stu metudu.
5. Stampaggio di trasferimentu di resina
U stampaggio per trasferimentu di resina (RTM) hè un metudu di stampaggio relativamente pupulare. I so passi basi sò:
1. Pone u tissutu di fibra di carbone cattivu preparatu in u stampu è chjude u stampu.
2. Iniettate resina termoindurente liquida, impregnate u materiale di rinforzu è polimerizate.
Proprietà di u polimeru rinforzatu cù fibra di carbone
(1) Alta resistenza è bona elasticità.
A resistenza specifica (vale à dì, u rapportu trà a resistenza à a trazione è a densità) di a fibra di carbone hè 6 volte quella di l'acciaiu è 17 volte quella di l'aluminiu. U modulu specificu (vale à dì, u rapportu trà u modulu di Young è a densità, chì hè un segnu di l'elasticità di un ughjettu) hè più di 3 volte quellu di l'acciaiu o di l'aluminiu.
Cù una resistenza specifica elevata, pò suppurtà un grande caricu di travagliu. A so pressione massima di travagliu pò ghjunghje à 350 kg/cm2. Inoltre, hè più cumpressibile è resistente chè l'F-4 puru è a so treccia.
(2) Bona resistenza à a fatica è resistenza à l'usura.
A so resistenza à a fatica hè assai più alta chè quella di a resina epossidica è più alta chè quella di i materiali metallichi. E fibre di grafite sò autolubrificanti è anu un picculu coefficiente di attritu. A quantità di usura hè 5-10 volte più chjuca chè quella di i prudutti generali di amianto o di e trecce F-4.
(3) Bona cunduttività termica è resistenza à u calore.
I plastichi rinforzati cù fibra di carbone anu una bona cunduttività termica, è u calore generatu da l'attritu hè facilmente dissipatu. L'internu ùn hè micca faciule da surriscaldà è almacenà u calore è pò esse adupratu cum'è materiale di sigillatura dinamica. In aria, pò funziunà stabilmente in a gamma di temperature di -120 ~ 350 ° C. Cù a riduzione di u cuntenutu di metalli alcalini in fibra di carbone, a temperatura di serviziu pò esse ulteriormente aumentata. In un gas inerte, a so temperatura adattabile pò ghjunghje à circa 2000 ° C, è pò resiste à cambiamenti bruschi di fretu è di calore.
(4) Bona resistenza à e vibrazioni.
Ùn hè micca faciule di risunà o di flutterà, è hè ancu un eccellente materiale per a riduzione di e vibrazioni è a riduzione di u rumore.
Vantaghji di CFRP
1. Pesu ligeru
I plastichi tradiziunali rinforzati cù fibre di vetru utilizanu fibre di vetru continue è 70% di fibre di vetru (pesu di vetru / pesu tutale) è anu tipicamente una densità di 0,065 libbre per pollice cubicu. Un cumpostu CFRP cù u listessu pesu di fibre di 70% hà tipicamente una densità di 0,055 libbre per pollice cubicu.
2. Alta Forza
Ancu s'è i polimeri rinforzati cù fibre di carbone sò ligeri, i cumposti CFRP anu una resistenza è una rigidità per unità di pesu più elevate cà i cumposti in fibra di vetru. In paragone cù i materiali metallichi, questu vantaghju hè più evidente.
Svantaghji di CFRP
1. Costu elevatu
U costu di pruduzzione di a plastica rinforzata cù fibre di carbone hè pruibitivu. I prezzi di e fibre di carbone ponu varià dramaticamente secondu e cundizioni attuali di u mercatu (offerta è dumanda), u tipu di fibra di carbone (aerospaziale vs. qualità cummerciale) è a dimensione di u fasciu di fibre. Nantu à una basa libbra per libbra, a fibra di carbone vergine pò esse da 5 à 25 volte più cara di a fibra di vetru. Sta differenza hè ancu più grande quandu si paraguna l'acciaiu à u CFRP.
2. Cunduttività
Questu hè u vantaghju è u svantaghju di i materiali cumposti di fibra di carbone. Dipende da l'applicazione. E fibre di carbone sò estremamente conduttive è e fibre di vetru sò isolanti. Parechji prudutti utilizanu fibra di vetru invece di fibra di carbone o metallu perchè necessitanu un isolamentu strettu. In a pruduzzione di utilità, parechji prudutti richiedenu l'usu di fibre di vetru.
Usi di plastica rinforzata cù fibra di carbone
L'applicazioni di u polimeru rinforzatu cù fibra di carbone sò larghe in a vita, da e parti meccaniche à i materiali militari.
(1)cum'è imballaggio di sigillatura
U materiale PTFE rinforzatu cù fibra di carbone pò esse trasfurmatu in anelli di tenuta o imballi resistenti à a currusione, à l'usura è à e alte temperature. Quandu hè adupratu per a sigillatura statica, a durata di vita hè più longa, più di 10 volte più longa di quella di l'imballi generali in amianto immersi in oliu. Pò mantene e prestazioni di tenuta sottu cambiamenti di carica è raffreddamentu rapidu è riscaldamentu rapidu. È postu chì u materiale ùn cuntene micca sustanzi currusivi, ùn si verificarà alcuna currusione per pitting nantu à u metallu.
(2)cum'è pezzi di macinazione
Utilizendu e so proprietà autolubrificanti, pò esse adupratu cum'è cuscinetti, ingranaggi è anelli di pistone per scopi speciali. Cum'è cuscinetti lubrificati senza oliu per strumenti di aviazione è registratori à nastro, ingranaggi lubrificati senza oliu per locomotive diesel di trasmissione elettrica (per evità incidenti causati da perdite d'oliu), anelli di pistone lubrificati senza oliu nantu à i compressori, ecc. Inoltre, pò ancu esse adupratu cum'è cuscinetti scorrevoli o guarnizioni in l'industria alimentaria è farmaceutica sfruttendu e so caratteristiche non tossiche.
(3) Cum'è materiali strutturali per l'aerospaziale, l'aviazione è i missili. Hè statu adupratu per a prima volta in a fabricazione di aerei per riduce u pesu di l'aeromobile è migliurà l'efficienza di u volu. Hè ancu adupratu in l'industrie chimiche, petrolifere, elettriche, macchine è altre cum'è guarnizione dinamica rotativa o alternativa o vari materiali di guarnizione statica.
Zhengxi hè un prufessiunalefabbrica di presse idrauliche in Cina, furnisce alta qualitàpressa idraulica cumpostaper a furmazione di prudutti CFRP.
Data di publicazione: 25 di maghju 2023
