Kontinuiranim razvojem kompozitnih materijala, uz plastiku ojačanu staklenim vlaknima, pojavile su se plastike ojačane ugljičnim vlaknima, plastike ojačane borom itd. Polimerni kompoziti ojačani ugljičnim vlaknima (CFRP) lagani su 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 nastao slaganjem karbonskih vlakana u određenom smjeru i korištenjem vezanih polimernih materijala. Promjer karbonskih vlakana je izuzetno tanak, oko 7 mikrona, ali im je čvrstoća izuzetno visoka.
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 kemijskim 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. Osim ugljičnih vlakana, kompoziti mogu sadržavati i aramid Q, polietilen ultra visoke molekularne težine, aluminij ili staklena vlakna. Na svojstva konačnog proizvoda od ugljičnih vlakana može utjecati i vrsta aditiva unesenih u matricu za vezivanje.
Metoda oblikovanja plastike ojačane karbonskim vlaknima
Proizvodi od karbonskih vlakana uglavnom se razlikuju zbog različitih procesa. Postoje mnoge metode za oblikovanje 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. Kod ove metode listovi tkanine od karbonskih vlakana laminiraju se 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 pod naprezanjem, poput poklopaca motora.
2. Metoda vakuumskog oblikovanja
Za laminirani prepreg potrebno je primijeniti tlak kroz određeni postupak kako bi se približio kalupu te ga stvrdnuo i oblikovao pod određenom temperaturom i tlakom. Metoda vakuumske vrećice koristi vakuumsku pumpu za evakuiranje unutrašnjosti vreće za oblikovanje tako da negativni tlak između vreće i kalupa stvara tlak tako da je kompozitni materijal blizu kalupa.
Na temelju metode vakuumskog pakiranja, kasnije je izvedena metoda oblikovanja u vakuumskom pakiranju i autoklavu. Autoklavi pružaju veći tlak i toplinski stvrdnjavaju dio (umjesto prirodnog stvrdnjavanja) nego metode koje koriste samo vakuumsko pakiranje. Takav dio ima kompaktniju strukturu, bolju kvalitetu površine, može učinkovito ukloniti mjehuriće zraka (mjehurići će uvelike utjecati na čvrstoću dijela), a ukupna kvaliteta je viša. Zapravo, proces vakuumskog pakiranja sličan je procesu lijepljenja folije za mobitel. 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 prepreg materijala u metalni protukalup, a pod djelovanjem određene temperature i tlaka, materijal se zagrijava i plastificira u šupljini kalupa, teče pod tlakom 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 namotač niti za izradu dijela namatanjem niti na trn ili jezgru. Nakon što se namotavanje potpuno osuši, trn se uklanja. Na primjer, cjevasti zglobni krakovi koji se koriste u sustavima ovjesa mogu se izraditi ovom metodom.
5. Prenošenje smole u kalupu
Transferno oblikovanje smole (RTM) je relativno popularna metoda oblikovanja. 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 stvrdnite.
Svojstva polimera ojačanog ugljičnim vlaknima
(1) Visoka čvrstoća i dobra elastičnost.
Specifična čvrstoća (tj. omjer vlačne čvrstoće i gustoće) karbonskih vlakana je 6 puta veća od čelika i 17 puta veća od aluminija. Specifični modul (tj. omjer Youngovog modula i gustoće, što je znak elastičnosti objekta) je više od 3 puta veći od čelika ili aluminija.
S visokom specifičnom čvrstoćom, može podnijeti veliko radno opterećenje. Njegov maksimalni radni tlak može doseći 350 kg/cm2. Osim toga, stlačiviji je i otporniji od čistog F-4 i njegove pletenice.
(2) Dobra otpornost na umor i otpornost na habanje.
Njegova otpornost na umor je mnogo veća od one epoksidne smole i veća od one metalnih materijala. Grafitna vlakna su samopodmazujuća i imaju mali koeficijent trenja. Količina trošenja je 5-10 puta manja od one kod općih azbestnih proizvoda ili F-4 pletenica.
(3) Dobra toplinska vodljivost i otpornost na toplinu.
Plastika ojačana ugljičnim vlaknima ima dobru toplinsku vodljivost, a toplina nastala trenjem lako se rasipa. Unutrašnjost se ne pregrije lako i ne pohranjuje toplinu te se može koristiti kao dinamički brtveni materijal. Na zraku može stabilno raditi u temperaturnom rasponu od -120 do 350 °C. Smanjenjem sadržaja alkalijskih metala u ugljičnim vlaknima, radna temperatura može se 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 izvrstan 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 s 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 usporedbi s metalnim materijalima, ova prednost je očitija.
Nedostaci CFRP-a
1. Visoka cijena
Troškovi proizvodnje plastike ojačane karbonskim vlaknima su previsoki. Cijene karbonskih vlakana mogu se dramatično razlikovati ovisno o trenutnim tržišnim uvjetima (ponuda i potražnja), vrsti karbonskih vlakana (zrakoplovna vs. komercijalna kvaliteta) i veličini snopa vlakana. U odnosu na funtu, djevičanska karbonska vlakna mogu biti 5 do 25 puta skuplja od staklenih vlakana. Ova razlika je još veća kada se uspoređuje čelik s CFRP-om.
2. Vodljivost
Ovo je prednost i nedostatak kompozitnih materijala od karbonskih vlakana. Ovisi o primjeni. Karbonska vlakna su izuzetno vodljiva, a staklena vlakna su izolirajuća. Mnogi proizvodi koriste stakloplastika 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 brtveno pakiranje
PTFE materijal ojačan ugljičnim vlaknima može se izraditi u brtvene prstenove ili pakiranja otporne na koroziju, habanje i visoke temperature. Kada se koristi za statičko brtvljenje, vijek trajanja je dulji, više od 10 puta dulji od vijeka trajanja općeg azbestnog pakiranja uronjenog u ulje. Može održati performanse brtvljenja pod promjenama opterećenja te brzom hlađenju i brzom zagrijavanju. 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 zrakoplovne instrumente i magnetofone, zupčanici podmazani bez ulja za električne dizelske lokomotive (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 brtve u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji iskorištavanjem svojih netoksičnih karakteristika.
(3) Kao konstrukcijski materijali za zrakoplovstvo, zrakoplovstvo i projektile. Prvi put je korišten u proizvodnji zrakoplova kako bi se smanjila težina zrakoplova i poboljšala učinkovitost leta. Također se koristi u kemijskoj, naftnoj, elektroenergetskoj, strojarskoj i drugim industrijama kao rotaciono ili klipno dinamičko brtvilo ili razni statički brtveni materijali.
Zhengxi je profesionalactvornica hidrauličnih preša u Kini, pružajući visoku kvalitetukompozitna hidraulična prešaza oblikovanje CFRP proizvoda.
Vrijeme objave: 25. svibnja 2023.
