CFRP-ի վերջնական ուղեցույց. Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պլաստիկ/պոլիմեր

Կոմպոզիտային նյութերի շարունակական զարգացման հետ մեկտեղ, ապակե մանրաթելով ամրացված պլաստմասսաներից բացի, ի հայտ են եկել ածխածնային մանրաթելով ամրացված պլաստմասսաներ, բորով մանրաթելով ամրացված պլաստմասսաներ և այլն: Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պոլիմերային կոմպոզիտները (CFRP) թեթև և ամուր նյութեր են, որոնք օգտագործվում են մեր առօրյա կյանքում օգտագործվող բազմաթիվ ապրանքների արտադրության համար: Սա տերմին է, որն օգտագործվում է մանրաթելով ամրացված կոմպոզիտային նյութերը նկարագրելու համար, որոնք որպես հիմնական կառուցվածքային բաղադրիչ օգտագործում են ածխածնային մանրաթելեր:

Բովանդակության աղյուսակ՝

1. Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պոլիմերային կառուցվածք
2. Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պլաստիկի ձուլման մեթոդը
3. Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պոլիմերի հատկությունները
4. CFRP-ի առավելությունները
5. CFRP-ի թերությունները
6. Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պլաստիկի կիրառությունները

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պոլիմերային կառուցվածք

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պլաստիկը նյութ է, որը ստացվում է ածխածնային մանրաթելային նյութերը որոշակի ուղղությամբ դասավորելով և օգտագործելով կապված պոլիմերային նյութեր: Ածխածնային մանրաթելի տրամագիծը չափազանց բարակ է, մոտ 7 միկրոն, բայց դրա ամրությունը չափազանց բարձր է:

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված կոմպոզիտային նյութի ամենահիմնական բաղադրիչ միավորը ածխածնային մանրաթելային թելանման նյութն է: Ածխածնային թելանման հիմնական հումքը նախապատիլեր պոլիակրիլոնիտրիլն (PAN), արհեստական ​​վիսկոզան կամ նավթային խեժն է: Այնուհետև ածխածնային թելանման նյութերը քիմիական և մեխանիկական մեթոդներով պատրաստվում են ածխածնային մանրաթելային գործվածքների՝ ածխածնային մանրաթելային մասերի համար:

Կապող պոլիմերը սովորաբար ջերմակայուն խեժ է, ինչպիսին է էպօքսիդը: Երբեմն օգտագործվում են այլ ջերմակայուն կամ ջերմապլաստիկ պոլիմերներ, ինչպիսիք են պոլիվինիլացետատը կամ նեյլոնը: Ածխածնային մանրաթելերից բացի, կոմպոզիտները կարող են պարունակել նաև արամիդ Q, գերբարձր մոլեկուլային քաշով պոլիէթիլեն, ալյումին կամ ապակե մանրաթելեր: Վերջնական ածխածնային մանրաթելային արտադրանքի հատկությունների վրա կարող է ազդել նաև կապող մատրիցում ներմուծվող հավելանյութերի տեսակը:

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պլաստիկի ձուլման մեթոդը

Ածխածնային մանրաթելային արտադրանքը հիմնականում տարբերվում է տարբեր գործընթացների պատճառով։ Կան ածխածնային մանրաթելային ամրացված պոլիմերային նյութեր ստանալու բազմաթիվ մեթոդներ։

1. Ձեռքով դասավորության մեթոդ

Բաժանվում է չոր մեթոդի (նախապես պատրաստված արհեստանոց) և թաց մեթոդի (մանրաթելային գործվածք և խեժ, որոնք սոսնձված են օգտագործման համար): Ձեռքով դասավորությունը նույնպես օգտագործվում է նախնական պրեգմենտները երկրորդային ձուլման գործընթացներում, ինչպիսիք են սեղմման ձուլումը, պատրաստելու համար: Այս մեթոդը տեղի է ունենում, երբ ածխածնային մանրաթելային գործվածքի թերթերը լամինացվում են կաղապարի վրա՝ վերջնական արտադրանքը ձևավորելու համար: Արդյունքում ստացված նյութի ամրությունն ու կոշտությունը օպտիմալացվում են գործվածքի մանրաթելերի դասավորությունն ու հյուսվածքը ընտրելով: Այնուհետև կաղապարը լցվում է էպօքսիդային խեժով և կարծրացվում ջերմությամբ կամ օդով: Այս արտադրական մեթոդը հաճախ օգտագործվում է ոչ լարված մասերի, ինչպիսիք են շարժիչի ծածկոցները, համար:

2. Վակուումային ձևավորման մեթոդ

Լամինացված պրեպրեգի համար անհրաժեշտ է որոշակի գործընթացի միջոցով ճնշում գործադրել՝ այն կաղապարին մոտեցնելու և որոշակի ջերմաստիճանի ու ճնշման տակ չորացնելու ու ձևավորելու համար: Վակուումային պարկի մեթոդը օգտագործում է վակուումային պոմպ՝ ձևավորող պարկի ներսը դատարկելու համար, որպեսզի պարկի և կաղապարի միջև բացասական ճնշումը ձևավորի ճնշում, որպեսզի կոմպոզիտային նյութը մոտ լինի կաղապարին:

Վակուումային պարկի մեթոդի հիման վրա, վակուումային պարկ-ավտոկլավ ձևավորման մեթոդը մշակվել է ավելի ուշ: Ավտոկլավները ապահովում են ավելի բարձր ճնշում և ջերմային կարծրացում (բնական կարծրացման փոխարեն), քան միայն վակուումային պարկի մեթոդները: Նման մասը ունի ավելի կոմպակտ կառուցվածք, ավելի լավ մակերեսային որակ, կարող է արդյունավետորեն վերացնել օդային պղպջակները (պղպջակները մեծապես կազդեն մասի ամրության վրա), և ընդհանուր որակը ավելի բարձր է: Փաստորեն, վակուումային պարկի մեջ դնելու գործընթացը նման է բջջային հեռախոսի ժապավենի կպչման գործընթացին: Օդային պղպջակների հեռացումը կարևոր խնդիր է:

3. Սեղմման ձուլման մեթոդ

Սեղմման ձուլումՁուլման մեթոդ է, որը նպաստում է զանգվածային արտադրությանը: Ձուլվածքները սովորաբար պատրաստվում են վերին և ստորին մասերից, որոնք մենք անվանում ենք արական և իգական ձուլվածքներ: Ձուլման գործընթացը կայանում է նրանում, որ նախապես պատրաստված գորգը տեղադրվում է մետաղական հակաձուլվածքի մեջ, և որոշակի ջերմաստիճանի և ճնշման ազդեցության տակ գորգը տաքացվում և պլաստիկացվում է ձուլվածքի խոռոչում, հոսում ճնշման տակ և լցնում ձուլվածքի խոռոչը, այնուհետև ձուլվում և կարծրացվում է՝ արտադրանք ստանալու համար: Այնուամենայնիվ, այս մեթոդն ունի ավելի բարձր սկզբնական արժեք, քան նախորդները, քանի որ ձուլվածքը պահանջում է շատ բարձր ճշգրտության CNC մեքենայացում:

4. Փաթաթման ձուլվածք

Բարդ ձևեր ունեցող կամ պտտվող մարմնի ձև ունեցող մասերի համար, թելիկի փաթաթման սարքը կարող է օգտագործվել մասը պատրաստելու համար՝ թելիկը փաթաթելով մանդրելի կամ միջուկի վրա: Փաթաթումն ավարտվելուց հետո ամրացրեք և հեռացրեք մանդրելը: Օրինակ՝ կախովի համակարգերում օգտագործվող խողովակաձև միացման թևերը կարող են պատրաստվել այս մեթոդով:

5. Խեժի փոխանցման ձուլվածք

Խեժային փոխանցման ձուլումը (RTM) համեմատաբար տարածված ձուլման մեթոդ է: Դրա հիմնական քայլերն են՝
1. Պատրաստի վատ ածխածնային մանրաթելային գործվածքը տեղադրեք կաղապարի մեջ և փակեք կաղապարը։
2. Դրա մեջ ներարկեք հեղուկ ջերմակայուն խեժ, ներծծեք ամրացնող նյութը և չորացրեք։

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պոլիմերի հատկությունները

(1) Բարձր ամրություն և լավ առաձգականություն։

Ածխածնային մանրաթելի տեսակարար ամրությունը (այսինքն՝ ձգման ամրության և խտության հարաբերակցությունը) 6 անգամ մեծ է պողպատի և 17 անգամ՝ ալյումինի համեմատ: Տեսակարար մոդուլը (այսինքն՝ Յունգի մոդուլի և խտության հարաբերակցությունը, որը առարկայի առաձգականության նշան է) ավելի քան 3 անգամ մեծ է պողպատի կամ ալյումինի համեմատ:

Բարձր տեսակարար ամրության շնորհիվ այն կարող է կրել մեծ աշխատանքային բեռ։ Դրա առավելագույն աշխատանքային ճնշումը կարող է հասնել 350 կգ/սմ2-ի։ Բացի այդ, այն ավելի սեղմելի և դիմացկուն է, քան մաքուր F-4-ը և դրա հյուսածը։

(2) Լավ հոգնածության դիմադրություն և մաշվածության դիմադրություն։

Դրա հոգնածության դիմադրությունը շատ ավելի բարձր է, քան էպօքսիդային խեժինինը և ավելի բարձր, քան մետաղական նյութերինը: Գրաֆիտային մանրաթելերը ինքնայուղվող են և ունեն շփման փոքր գործակից: Մաշվածության աստիճանը 5-10 անգամ փոքր է, քան ընդհանուր ասբեստային արտադրանքներինը կամ F-4 հյուսերինը:

(3) Լավ ջերմահաղորդականություն և ջերմային դիմադրություն։

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պլաստմասսաները լավ ջերմահաղորդականություն ունեն, և շփման հետևանքով առաջացող ջերմությունը հեշտությամբ ցրվում է։ Ներքին մասը հեշտությամբ չի տաքանում և չի կուտակում ջերմություն, ուստի կարող է օգտագործվել որպես դինամիկ կնքող նյութ։ Օդում այն ​​կարող է կայուն աշխատել -120~350°C ջերմաստիճանային միջակայքում։ Ածխածնային մանրաթելում ալկալիական մետաղի պարունակության նվազման հետ մեկտեղ, ծառայության ջերմաստիճանը կարող է էլ ավելի բարձրանալ։ Իներտ գազում դրա հարմարվողական ջերմաստիճանը կարող է հասնել մոտ 2000°C-ի, և այն կարող է դիմակայել ցրտի և ջերմության կտրուկ փոփոխություններին։

(4) Լավ թրթռման դիմադրություն։

Այն հեշտ չէ ռեզոնանսել կամ տատանվել, և այն նաև հիանալի նյութ է թրթռումների և աղմուկի նվազեցման համար։

CFRP-ի առավելությունները

1. Թեթև քաշ

Ավանդական ապակե մանրաթելերով ամրացված պլաստմասսաները օգտագործում են անընդհատ ապակե մանրաթելեր և 70% ապակե մանրաթելեր (ապակու քաշ/ընդհանուր քաշ) և սովորաբար ունեն 0.065 ֆունտ խտություն մեկ խորանարդ դյույմի համար: Նույն 70% մանրաթելային քաշով CFRP կոմպոզիտը սովորաբար ունի 0.055 ֆունտ խտություն մեկ խորանարդ դյույմի համար:

2. Բարձր ամրություն

Չնայած ածխածնային մանրաթելով ամրացված պոլիմերները թեթև են, CFRP կոմպոզիտներն ունեն ավելի բարձր ամրություն և կոշտություն մեկ միավոր քաշի հաշվով, քան ապակե մանրաթելային կոմպոզիտները: Մետաղական նյութերի համեմատ այս առավելությունն ավելի ակնհայտ է:

CFRP-ի թերությունները

1. Բարձր գին

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պլաստիկի արտադրության արժեքը չափազանց բարձր է: Ածխածնային մանրաթելի գները կարող են զգալիորեն տարբերվել՝ կախված շուկայի ներկայիս պայմաններից (առաջարկ և պահանջարկ), ածխածնային մանրաթելի տեսակից (ավիատիեզերական կամ առևտրային) և մանրաթելերի խուրձի չափից: Ֆունտ-ֆունտ հարաբերակցությամբ, մաքուր ածխածնային մանրաթելը կարող է 5-ից 25 անգամ ավելի թանկ լինել, քան ապակե մանրաթելը: Այս տարբերությունն ավելի մեծ է պողպատը CFRP-ի հետ համեմատելիս:
2. Հաղորդունակություն
Սա ածխածնային մանրաթելային կոմպոզիտային նյութերի առավելությունն ու թերությունն է։ Դա կախված է կիրառությունից։ Ածխածնային մանրաթելերը չափազանց հաղորդունակ են, իսկ ապակե մանրաթելերը՝ մեկուսացնող։ Շատ արտադրանքներում ապակեթելն օգտագործվում է ածխածնային մանրաթելի կամ մետաղի փոխարեն, քանի որ դրանք պահանջում են խիստ մեկուսացում։ Կոմունալ ծառայությունների արտադրության մեջ շատ արտադրանքներ պահանջում են ապակե մանրաթելերի օգտագործում։

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պլաստիկի կիրառությունները

Ածխածնային մանրաթելով ամրացված պոլիմերի կիրառությունները լայն են՝ մեխանիկական մասերից մինչև ռազմական նյութեր:

(1)որպես կնքման փաթեթավորում
Ածխածնային մանրաթելով ամրացված PTFE նյութը կարող է օգտագործվել կոռոզիակայուն, մաշվածությանը դիմացկուն և բարձր ջերմաստիճանային պայմաններում կնքման օղակների կամ փաթեթավորման համար: Ստատիկ կնքման համար օգտագործվելիս ծառայության ժամկետն ավելի երկար է՝ ավելի քան 10 անգամ ավելի երկար, քան յուղի մեջ ընկղմված ասբեստի փաթեթավորման ընդհանուր ժամկետը: Այն կարող է պահպանել կնքման արդյունավետությունը բեռի փոփոխությունների, արագ սառեցման և արագ տաքացման դեպքում: Եվ քանի որ նյութը չի պարունակում կոռոզիոն նյութեր, մետաղի վրա փոսային կոռոզիա չի առաջանա:

(2)որպես հղկող մասեր
Իր ինքնաշաղախ հատկություններն օգտագործելով՝ այն կարող է օգտագործվել որպես կրողներ, ատամնանիվներ և մխոցային օղակներ հատուկ նպատակներով։ Օրինակ՝ ավիացիոն գործիքների և ձայնագրիչների համար նախատեսված յուղ չպարունակող յուղված կրողներ, էլեկտրական փոխանցման դիզելային շոգեքարշերի համար նախատեսված յուղ չպարունակող յուղված ատամնանիվներ (յուղի արտահոսքի պատճառով առաջացած վթարներից խուսափելու համար), կոմպրեսորների վրա յուղ չպարունակող յուղված մխոցային օղակներ և այլն։ Բացի այդ, այն կարող է նաև օգտագործվել որպես սահող կրողներ կամ կնիքներ սննդի և դեղագործական արդյունաբերություններում՝ օգտագործելով իր ոչ թունավոր հատկությունները։

(3) Որպես կառուցվածքային նյութեր ավիատիեզերական, ավիացիայի և հրթիռների համար: Այն սկզբում օգտագործվել է ինքնաթիռների արտադրության մեջ՝ ինքնաթիռի քաշը նվազեցնելու և թռիչքի արդյունավետությունը բարելավելու համար: Այն նաև օգտագործվում է քիմիական, նավթային, էլեկտրաէներգետիկ, մեքենաշինական և այլ արդյունաբերություններում որպես պտտվող կամ փոխադարձ դինամիկ կնիք կամ տարբեր ստատիկ կնիքների նյութեր:

Չժենսին պրոֆեսիոնալ էՀիդրավլիկ մամլիչի գործարան Չինաստանում, ապահովելով բարձր որակկոմպոզիտային հիդրավլիկ մամլիչCFRP արտադրանքների ձևավորման համար։