Με τη συνεχή ανάπτυξη σύνθετων υλικών, εκτός από τα πλαστικά που ενισχύονται με γυάλινες ίνες, τα πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα, τα πλαστικά ενισχυμένα με ίνες βορίου κ.λπ.Πολυμερές ενισχυμένο με ίνες άνθρακαΤα σύνθετα υλικά (CFRP) είναι ελαφριά και ισχυρά υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πολλών προϊόντων που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή.Είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει σύνθετα υλικά ενισχυμένα με ίνες που χρησιμοποιούν ίνες άνθρακα ως το κύριο δομικό συστατικό.
Πίνακας Περιεχομένων:
1. Δομή πολυμερούς ενισχυμένης από ίνες άνθρακα
2. Η μέθοδος χύτευσης του πλαστικού ενισχυμένου από ίνες άνθρακα
3. Ιδιότητες του ενισχυμένου από ίνες άνθρακα πολυμερές
4. Πλεονεκτήματα του CFRP
5. Μειονεκτήματα του CFRP
6. Χρήσεις ενισχυμένων με ίνες άνθρακα
Δομή ενισχυμένης από ίνες άνθρακα
Το πλαστικό ενισχυμένο με ίνες άνθρακα είναι ένα υλικό που σχηματίζεται με την τοποθέτηση υλικών από ανθρακονήματα σε μια ορισμένη κατεύθυνση και τη χρήση συνδεδεμένων πολυμερών υλικών.Η διάμετρος των ινών άνθρακα είναι εξαιρετικά λεπτή, περίπου 7 μικρά, αλλά η ισχύς του είναι εξαιρετικά υψηλή.
Η πιο βασική συστατική μονάδα σύνθετου υλικού ενισχυμένης από ίνες άνθρακα είναι το νήμα των ινών άνθρακα.Η βασική πρώτη ύλη του νήματος του άνθρακα είναι πολυακρυλονιτρίλιο προπολυμερούς (PAN), ρεγιόν ή πετρέλαιο.Τα νημάτια άνθρακα στη συνέχεια γίνονται σε υφάσματα από ίνες άνθρακα με χημικές και μηχανικές μεθόδους για τμήματα ινών άνθρακα.
Το πολυμερές δέσμευσης είναι συνήθως μια ρητίνη θερμοστοιχείων όπως εποξική.Άλλα θερμοστοιχεία ή θερμοπλαστικά πολυμερή χρησιμοποιούνται μερικές φορές, όπως οξικό πολυβινύλιο ή νάιλον.Εκτός από τις ίνες του άνθρακα, τα σύνθετα υλικά μπορούν επίσης να περιέχουν αραμίδα Q, πολυαιθυλενίου, αλουμινίου ή γυαλί εξαιρετικά υψηλού μοριακού βάρους.Οι ιδιότητες του τελικού προϊόντος ινών άνθρακα μπορούν επίσης να επηρεαστούν από τον τύπο των προσθέτων που εισάγονται στη μήτρα συγκόλλησης.
Η μέθοδος χύτευσης του πλαστικού ενισχυμένου από ίνες άνθρακα
Τα προϊόντα από ανθρακονήματα είναι κυρίως διαφορετικά λόγω διαφορετικών διεργασιών.Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για τη δημιουργία υλικών ενισχυμένων με ίνες άνθρακα.
1. Μέθοδος τοποθέτησης χεριών
Διαχωρισμένο στη στεγνή μέθοδο (προπαρασκευασμένο κατάστημα) και υγρή μέθοδο (ύφασμα ινών και ρητίνη κολλημένη στη χρήση).Η τοποθέτηση χεριών χρησιμοποιείται επίσης για την παρασκευή προπληρωμών για χρήση σε δευτερεύουσες διαδικασίες χύτευσης, όπως η χύτευση συμπίεσης.Αυτή η μέθοδος είναι όπου τα φύλλα από ύφασμα από ίνες άνθρακα είναι πλαστικοποιημένα σε ένα καλούπι για να σχηματίσουν το τελικό προϊόν.Οι ιδιότητες αντοχής και δυσκαμψίας του προκύπτοντος υλικού βελτιστοποιούνται επιλέγοντας την ευθυγράμμιση και την ύφανση των ινών υφασμάτων.Το καλούπι γεμίζει στη συνέχεια με εποξική και θεραπεύεται με θερμότητα ή αέρα.Αυτή η μέθοδος κατασκευής χρησιμοποιείται συχνά για μη διαχωρισμένα μέρη, όπως καλύμματα κινητήρα.
2. Μέθοδος σχηματισμού κενού
Για το πλαστικοποιημένο prepreg, είναι απαραίτητο να ασκήσετε πίεση μέσω μιας συγκεκριμένης διαδικασίας για να το κάνετε κοντά στο καλούπι και να θεραπεύσετε και να το διαμορφώσετε κάτω από μια ορισμένη θερμοκρασία και πίεση.Η μέθοδος τσάντα κενού χρησιμοποιεί μια αντλία κενού για να εκκενώσει το εσωτερικό της τσάντας σχηματισμού έτσι ώστε η αρνητική πίεση μεταξύ της τσάντας και του καλουπιού να σχηματίζει μια πίεση έτσι ώστε το σύνθετο υλικό να είναι κοντά στο καλούπι.
Με βάση τη μέθοδο της τσάντας κενού, η μέθοδος σχηματισμού σάκων κενού προέκυψε αργότερα.Τα αυτόκλειστο παρέχουν υψηλότερες πιέσεις και θερμότητα να θεραπεύσουν το τμήμα (αντί για φυσική σκλήρυνση) από τις μεθόδους μόνο για τσάντα κενού.Ένα τέτοιο μέρος έχει μια πιο συμπαγή δομή, καλύτερη ποιότητα επιφάνειας, μπορεί να εξαλείψει αποτελεσματικά τις φυσαλίδες αέρα (οι φυσαλίδες θα επηρεάσουν σημαντικά τη δύναμη του τμήματος) και η συνολική ποιότητα είναι υψηλότερη.Στην πραγματικότητα, η διαδικασία της σακούλας κενού είναι παρόμοια με αυτή της ταινίας κινητής τηλεφωνίας.Η εξάλειψη των φυσαλίδων αέρα είναι ένα σημαντικό καθήκον.
3. Μέθοδος χύτευσης συμπίεσης
Χύτευση συμπίεσηςείναι μια μέθοδος χύτευσης που ευνοεί τη μαζική παραγωγή και τη μαζική παραγωγή.Τα καλούπια είναι συνήθως κατασκευασμένα από άνω και κάτω μέρη, τα οποία ονομάζουμε αρσενικό καλούπι και θηλυκό καλούπι.Η διαδικασία χύτευσης είναι να τοποθετηθεί το στρώμα από προετοιμασία στο μούχλα μεταλλικού μετρητή και κάτω από τη δράση ορισμένης θερμοκρασίας και πίεσης, το χαλάκι θερμαίνεται και πλαστικοποιείται στην κοιλότητα του καλουπιού, ρέει υπό πίεση και γεμίζει την κοιλότητα του καλουπιού και στη συνέχεια Και τη χύτευση και τη θεραπεία για την απόκτηση προϊόντων.Ωστόσο, αυτή η μέθοδος έχει υψηλότερο αρχικό κόστος από το προηγούμενο, αφού το καλούπι απαιτεί επεξεργασία CNC πολύ υψηλής ακρίβειας.
4. Χύτευση περιέλιξης
Για τμήματα με σύνθετα σχήματα ή με τη μορφή ενός σώματος επανάστασης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα νηματοειδές μολύβι για να κάνει το μέρος με την εκκαθάριση του νήματος σε ένα άξονα ή πυρήνα.Αφού η περιέλιξη είναι πλήρης θεραπεία και αφαιρέστε το άξονα.Για παράδειγμα, οι σωληνοειδείς βραχίονες άρθρωσης που χρησιμοποιούνται σε συστήματα ανάρτησης μπορούν να γίνουν χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο.
5. Χύτευση μεταφοράς ρητίνης
Η χύτευση μεταφοράς ρητίνης (RTM) είναι μια σχετικά δημοφιλής μέθοδος χύτευσης.Τα βασικά του βήματα είναι:
1. Τοποθετήστε το παρασκευασμένο κακό ύφασμα από ίνες άνθρακα στο καλούπι και κλείστε το καλούπι.
2. Εισαγάγετε τη ρητίνη υγρού θερμοσκληρυντικής σε αυτό, εμποτίζετε το ενισχυτικό υλικό και θεραπεύστε.
Ιδιότητες του ενισχυμένου πολυμερούς άνθρακα
(1) Υψηλή αντοχή και καλή ελαστικότητα.
Η ειδική αντοχή (δηλαδή η αναλογία αντοχής εφελκυσμού προς πυκνότητα) της ίνας άνθρακα είναι 6 φορές αυτή του χάλυβα και 17 φορές εκείνη του αλουμινίου.Το συγκεκριμένο μέτρο (δηλαδή η αναλογία του συντελεστή Young σε πυκνότητα, που αποτελεί ένδειξη της ελαστικότητας ενός αντικειμένου) είναι περισσότερο από 3 φορές αυτό του χάλυβα ή του αλουμινίου.
Με υψηλή ειδική αντοχή, μπορεί να φέρει ένα μεγάλο φορτίο εργασίας.Η μέγιστη πίεση λειτουργίας μπορεί να φτάσει τα 350 kg/cm2.Επιπλέον, είναι πιο συμπιεστή και ανθεκτική από την καθαρή F-4 και την πλεξούδα του.
(2) Αντίσταση καλής κόπωσης και αντίσταση στη φθορά.
Η αντίσταση της κόπωσης είναι πολύ υψηλότερη από αυτή της εποξειδικής ρητίνης και υψηλότερη από αυτή των μεταλλικών υλικών.Οι ίνες γραφίτη είναι αυτο-λασπώδεις και έχουν ένα μικρό συντελεστή τριβής.Η ποσότητα φθοράς είναι 5-10 φορές μικρότερη από αυτή των γενικών προϊόντων αμιάντου ή των πλεξούδων F-4.
(3) Καλή θερμική αγωγιμότητα και αντοχή στη θερμότητα.
Τα πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα έχουν καλή θερμική αγωγιμότητα και η θερμότητα που παράγεται από την τριβή διαχέεται εύκολα.Το εσωτερικό δεν είναι εύκολο να υπερθερμανθεί και να αποθηκεύσει τη θερμότητα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δυναμικό υλικό σφράγισης.Στον αέρα, μπορεί να λειτουργήσει σταθερά στην περιοχή θερμοκρασίας -120 ~ 350 ° C.Με τη μείωση της περιεκτικότητας σε αλκαλικά μέταλλα σε ίνες άνθρακα, η θερμοκρασία της υπηρεσίας μπορεί να αυξηθεί περαιτέρω.Σε ένα αδρανές αέριο, η προσαρμόσιμη θερμοκρασία του μπορεί να φτάσει περίπου τους 2000 ° C και μπορεί να αντέξει τις αιχμηρές αλλαγές στο κρύο και τη θερμότητα.
(4) Καλή αντίσταση δόνησης.
Δεν είναι εύκολο να αντηχούν ή να πτερύνουν, και είναι επίσης ένα εξαιρετικό υλικό για τη μείωση των κραδασμών και τη μείωση του θορύβου.
Πλεονεκτήματα του CFRP
1. ελαφρύ βάρος
Οι παραδοσιακές πλαστικές ενισχυμένες με γυαλί χρησιμοποιούν συνεχείς ίνες γυαλιού και 70% γυάλινες ίνες (βάρος γυαλιού/συνολικό βάρος) και συνήθως έχουν πυκνότητα 0,065 λίβρες ανά κυβικό ίντσα.Ένα σύνθετο CFRP με το ίδιο βάρος 70% ίνας έχει τυπικά πυκνότητα 0,055 λίβρες ανά κυβική ίντσα.
2. Υψηλή δύναμη
Αν και τα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα είναι ελαφριά, τα σύνθετα CFRP έχουν υψηλότερη αντοχή και υψηλότερη δυσκαμψία ανά μονάδα βάρους από τα σύνθετα υαλοπίνακα.Σε σύγκριση με τα μεταλλικά υλικά, αυτό το πλεονέκτημα είναι πιο προφανές.
Μειονεκτήματα του CFRP
1. Υψηλό κόστος
Το κόστος παραγωγής του πλαστικού ενισχυμένου άνθρακα είναι απαγορευτικό.Οι τιμές των ινών άνθρακα μπορεί να ποικίλουν δραματικά ανάλογα με τις τρέχουσες συνθήκες της αγοράς (προσφορά και ζήτηση), τον τύπο ινών άνθρακα (αεροδιαστημική έναντι εμπορικού βαθμού) και το μέγεθος της δέσμης ινών.Σε βάση λίβρας-προς-λιβρών, η παρθένη ίνα άνθρακα μπορεί να είναι 5 έως 25 φορές ακριβότερη από τις γυάλινες ίνες.Αυτή η διαφορά είναι ακόμη μεγαλύτερη όταν συγκρίνεται ο χάλυβας με το CFRP.
2. αγωγιμότητα
Αυτό είναι το πλεονέκτημα και το μειονέκτημα των σύνθετων υλικών ινών άνθρακα.Εξαρτάται από την εφαρμογή.Οι ίνες άνθρακα είναι εξαιρετικά αγώγιμες και οι ίνες γυαλιού είναι μονωτικές.Πολλά προϊόντα χρησιμοποιούν υαλοβάμβακα αντί για ίνες άνθρακα ή μέταλλο επειδή απαιτούν αυστηρή μόνωση.Στην παραγωγή επιχειρήσεων κοινής ωφέλειας, πολλά προϊόντα απαιτούν τη χρήση γυάλινων ινών.
Οι πλαστικές ενισχυμένες με ίνες άνθρακα
οΕφαρμογές ενισχυμένου από ίνες άνθρακα πολυμερέςείναι ευρεία στη ζωή, από μηχανικά μέρη έως στρατιωτικά υλικά.
(1)ως συσκευασία σφράγισης
Το υλικό PTFE ενισχυμένο με ίνες άνθρακα μπορεί να γίνει σε ανθεκτικά στη διάβρωση, ανθεκτικά στη φθορά και ανθεκτικά σε υψηλής θερμοκρασίας δακτυλίους σφράγισης ή συσκευασίας.Όταν χρησιμοποιείται για τη στατική σφράγιση, η διάρκεια ζωής είναι μεγαλύτερη, περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από αυτή της γενικής συσκευασίας αμιάντου που βυθίζεται με πετρέλαιο.Μπορεί να διατηρήσει την απόδοση σφράγισης κάτω από αλλαγές φορτίου και ταχεία ψύξη και ταχεία θέρμανση.Και δεδομένου ότι το υλικό δεν περιέχει διαβρωτικές ουσίες, δεν θα συμβεί διάβρωση στο μέταλλο.
(2)ως μέρη λείανσης
Χρησιμοποιώντας τις αυτόματες ιδιότητες, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ρουλεμάν, γρανάζια και δαχτυλίδια εμβόλου για ειδικούς σκοπούς.Όπως λίπανση λιπασμάτων χωρίς λάδι για όργανα αεροπορίας και συσκευές μαγνητοσκόπησης, λιπαντικές ταχύτητες χωρίς λάδι για μηχανές ντίζελ ηλεκτρικών κιβωτίων ταχυτήτων (για να αποφευχθούν ατυχήματα που προκαλούνται από διαρροή πετρελαίου), δακτυλίους με λίπανση με λίπανση πετρελαίου σε συμπιεστές κ.λπ. Επιπλέον, Επίσης, να χρησιμοποιούνται ως συρόμενα ρουλεμάν ή σφραγίδες στις βιομηχανίες τροφίμων και φαρμακευτικών προϊόντων, αξιοποιώντας τα μη τοξικά χαρακτηριστικά της.
(3) ως δομικά υλικά για αεροδιαστημική, αεροπορία και πυραύλους.Χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά στην κατασκευή αεροσκαφών για τη μείωση του βάρους του αεροσκάφους και τη βελτίωση της απόδοσης των πτήσεων.Χρησιμοποιείται επίσης σε χημικά, πετρέλαιο, ηλεκτρική ενέργεια, μηχανήματα και άλλες βιομηχανίες ως περιστροφική ή παλινδρομική δυναμική σφραγίδα ή διάφορα υλικά στατικής σφράγισης.
Ο Zhengxi είναι επαγγελματίαςεργοστάσιο υδραυλικών πιεστηρίων στην Κίνα, παρέχοντας υψηλό-quliatyσύνθετος υδραυλικός τύποςγια τη διαμόρφωση προϊόντων CFRP.
Ώρα δημοσίευσης: 25 Μαΐου 2023
