Co desenvolvemento continuo dos materiais compostos, ademais dos plásticos reforzados con fibra de vidro, apareceron plásticos reforzados con fibra de carbono, plásticos reforzados con fibra de boro, etc. Os compostos de polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP) son materiais lixeiros e resistentes que se empregan na fabricación de moitos produtos que empregamos na nosa vida diaria. É un termo que se emprega para describir os materiais compostos reforzados con fibra que empregan fibras de carbono como principal compoñente estrutural.
Táboa de contidos:
1. Estrutura de polímero reforzado con fibra de carbono
2. O método de moldeo de plástico reforzado con fibra de carbono
3. Propiedades do polímero reforzado con fibra de carbono
4. Vantaxes do CFRP
5. Desvantaxes do CFRP
6. Usos do plástico reforzado con fibra de carbono
Estrutura de polímero reforzado con fibra de carbono
O plástico reforzado con fibra de carbono é un material formado pola disposición de materiais de fibra de carbono nunha determinada dirección e o uso de materiais poliméricos unidos. O diámetro da fibra de carbono é extremadamente delgado, duns 7 micras, pero a súa resistencia é extremadamente alta.
A unidade constitutiva máis básica do material composto reforzado con fibra de carbono é o filamento de fibra de carbono. A materia prima básica do filamento de carbono é o prepolímero de poliacrilonitrilo (PAN), o raión ou a brea de petróleo. Os filamentos de carbono convértense entón en tecidos de fibra de carbono mediante métodos químicos e mecánicos para pezas de fibra de carbono.
O polímero aglutinante adoita ser unha resina termoendurecible como a resina epoxi. Ás veces utilízanse outros polímeros termoestables ou termoplásticos, como o acetato de polivinilo ou o nailon. Ademais das fibras de carbono, os materiais compostos tamén poden conter aramida Q, polietileno de peso molecular ultraalto, aluminio ou fibras de vidro. As propiedades do produto final de fibra de carbono tamén poden verse afectadas polo tipo de aditivos introducidos na matriz de unión.
O método de moldeo de plástico reforzado con fibra de carbono
Os produtos de fibra de carbono difiren principalmente debido aos diferentes procesos. Existen moitos métodos para formar materiais poliméricos reforzados con fibra de carbono.
1. Método de colocación manual
Divídese en método seco (preparación previa no taller) e método húmido (tecido de fibra e resina pegadas para usar). A colocación manual tamén se usa para preparar preimpregnados para o seu uso en procesos de moldeo secundario, como o moldeo por compresión. Este método consiste en laminar láminas de tecido de fibra de carbono nun molde para formar o produto final. As propiedades de resistencia e rixidez do material resultante optimízanse seleccionando a aliñación e o tecido das fibras do tecido. Despois, o molde énchese con epoxi e cúrase con calor ou aire. Este método de fabricación úsase a miúdo para pezas non sometidas a tensión, como as cubertas do motor.
2. Método de conformado ao baleiro
Para o prepreg laminado, é necesario aplicar presión mediante un determinado proceso para achegalo ao molde e curalo e darlle forma a unha determinada temperatura e presión. O método da bolsa de baleiro usa unha bomba de baleiro para evacuar o interior da bolsa de formación de xeito que a presión negativa entre a bolsa e o molde forme unha presión para que o material composto estea preto do molde.
Baseándose no método da bolsa de baleiro, derivouse posteriormente o método de formación de bolsas de baleiro en autoclave. As autoclaves proporcionan presións máis altas e curan a peza por calor (en lugar de curado natural) que os métodos só con bolsas de baleiro. Esta peza ten unha estrutura máis compacta, unha mellor calidade superficial, pode eliminar eficazmente as burbullas de aire (as burbullas afectarán en gran medida a resistencia da peza) e a calidade xeral é maior. De feito, o proceso de ensacado ao baleiro é similar ao de pegar unha película de teléfono móbil. Eliminar as burbullas de aire é unha tarefa importante.
3. Método de moldeo por compresión
Moldeo por compresióné un método de moldeo que favorece a produción en masa e a produción en masa. Os moldes adoitan estar feitos de partes superior e inferior, que chamamos molde macho e molde femia. O proceso de moldeo consiste en colocar a alfombra feita de preimpregnados no contramolde metálico e, baixo a acción dunha determinada temperatura e presión, a alfombra quéntase e plastifícase na cavidade do molde, flúe baixo presión e énchese a cavidade do molde, e logo moldéase e cura para obter produtos. Non obstante, este método ten un custo inicial maior que os anteriores, xa que o molde require un mecanizado CNC de moi alta precisión.
4. Moldura por enrolamento
Para pezas con formas complexas ou en forma de corpo de revolución, pódese usar un enrolador de filamentos para fabricar a peza enrolando o filamento nun mandril ou núcleo. Unha vez enrolado, cúrase completamente e retírase o mandril. Por exemplo, os brazos de unión tubular utilizados nos sistemas de suspensión pódense fabricar con este método.
5. Moldeo por transferencia de resina
O moldeo por transferencia de resina (RTM) é un método de moldeo relativamente popular. Os seus pasos básicos son:
1. Coloque o tecido de fibra de carbono en mal estado preparado no molde e pécheo.
2. Inxectar resina termoendurecible líquida nela, impregnar o material de reforzo e curar.
Propiedades do polímero reforzado con fibra de carbono
(1) Alta resistencia e boa elasticidade.
A resistencia específica (é dicir, a relación entre a resistencia á tracción e a densidade) da fibra de carbono é 6 veces maior que a do aceiro e 17 veces maior que a do aluminio. O módulo específico (é dicir, a relación entre o módulo de Young e a densidade, que é un sinal da elasticidade dun obxecto) é máis de 3 veces maior que o do aceiro ou o aluminio.
Cunha alta resistencia específica, pode soportar unha gran carga de traballo. A súa presión máxima de traballo pode alcanzar os 350 kg/cm2. Ademais, é máis compresible e resistente que o F-4 puro e a súa trenza.
(2) Boa resistencia á fatiga e ao desgaste.
A súa resistencia á fatiga é moito maior que a da resina epoxi e maior que a dos materiais metálicos. As fibras de grafito son autolubricantes e teñen un pequeno coeficiente de fricción. A cantidade de desgaste é de 5 a 10 veces menor que a dos produtos xerais de amianto ou as trenzas F-4.
(3) Boa condutividade térmica e resistencia á calor.
Os plásticos reforzados con fibra de carbono teñen boa condutividade térmica e a calor xerada pola fricción disípase facilmente. O interior non se sobrequenta nin almacena calor facilmente e pódese usar como material de selado dinámico. No aire, pode funcionar de forma estable no rango de temperatura de -120 a 350 °C. Coa redución do contido de metais alcalinos na fibra de carbono, a temperatura de servizo pode aumentar aínda máis. Nun gas inerte, a súa temperatura adaptable pode alcanzar uns 2000 °C e pode soportar cambios bruscos de frío e calor.
(4) Boa resistencia ás vibracións.
Non é doado que resoe ou axite, e tamén é un excelente material para a redución de vibracións e ruído.
Vantaxes do CFRP
1. Peso lixeiro
Os plásticos tradicionais reforzados con fibra de vidro usan fibras de vidro continuas e un 70 % de fibras de vidro (peso do vidro/peso total) e adoitan ter unha densidade de 0,065 libras por polgada cúbica. Un composto CFRP co mesmo 70 % de peso de fibra adoita ter unha densidade de 0,055 libras por polgada cúbica.
2. Alta resistencia
Aínda que os polímeros reforzados con fibra de carbono son lixeiros, os materiais compostos CFRP teñen maior resistencia e maior rixidez por unidade de peso que os materiais compostos de fibra de vidro. En comparación cos materiais metálicos, esta vantaxe é máis evidente.
Desvantaxes do CFRP
1. Alto custo
O custo de produción do plástico reforzado con fibra de carbono é prohibitivo. Os prezos da fibra de carbono poden variar drasticamente dependendo das condicións actuais do mercado (oferta e demanda), o tipo de fibra de carbono (aeroespacial fronte a comercial) e o tamaño do feixe de fibras. En termos libra por libra, a fibra de carbono virxe pode ser de 5 a 25 veces máis cara que a fibra de vidro. Esta diferenza é aínda maior cando se compara o aceiro co CFRP.
2. Condutividade
Esta é a vantaxe e a desvantaxe dos materiais compostos de fibra de carbono. Depende da aplicación. As fibras de carbono son extremadamente condutoras e as fibras de vidro son illantes. Moitos produtos usan fibra de vidro en lugar de fibra de carbono ou metal porque requiren un illamento rigoroso. Na produción de servizos públicos, moitos produtos requiren o uso de fibras de vidro.
Usos do plástico reforzado con fibra de carbono
As aplicacións do polímero reforzado con fibra de carbono son amplas, desde pezas mecánicas ata materiais militares.
(1)como embalaxe de selado
O material de PTFE reforzado con fibra de carbono pódese converter en aneis de selado ou empaquetaduras resistentes á corrosión, ao desgaste e ás altas temperaturas. Cando se usa para selado estático, a vida útil é maior, máis de 10 veces maior que a das empaquetaduras xerais de amianto mergulladas en aceite. Pode manter o rendemento de selado baixo cambios de carga e baixo arrefriamento e quecemento rápidos. E como o material non contén substancias corrosivas, non se producirá corrosión por picaduras no metal.
(2)como pezas de moenda
Aproveitando as súas propiedades autolubricantes, pódese empregar como rodamentos, engrenaxes e aneis de pistón para fins especiais. Tales como rodamentos lubricados sen aceite para instrumentos de aviación e gravadores de cinta, engrenaxes lubricadas sen aceite para locomotoras diésel de transmisión eléctrica (para evitar accidentes causados por fugas de aceite), aneis de pistón lubricados sen aceite en compresores, etc. Ademais, tamén se pode empregar como rodamentos deslizantes ou selos nas industrias alimentaria e farmacéutica aproveitando as súas características non tóxicas.
(3) Como materiais estruturais para a industria aeroespacial, a aviación e os mísiles. Empregouse por primeira vez na fabricación de aeronaves para reducir o peso das aeronaves e mellorar a eficiencia do voo. Tamén se emprega en industrias química, petrolífera, eléctrica, de maquinaria e outras como selo dinámico rotatorio ou alternativo ou como diversos materiais de selo estático.
Zhengxi é un profesionalfábrica de prensas hidráulicas en China, proporcionando alta calidadeprensa hidráulica compostapara a formación de produtos CFRP.
Data de publicación: 25 de maio de 2023
