Með sífelldri þróun samsettra efna hafa auk glerþráðastyrktra plastefna einnig komið fram koltrefjastyrkt plast, bórþráðastyrkt plast og fleira. Koltrefjastyrkt fjölliðasamsett efni (CFRP) eru létt og sterk efni sem notuð eru til að framleiða margar vörur sem við notum í daglegu lífi. Þetta er hugtak sem notað er til að lýsa trefjastyrktum samsettum efnum sem nota koltrefjar sem aðalbyggingarþátt.
Efnisyfirlit:
1. Kolefnistrefjastyrkt fjölliðubygging
2. Mótunaraðferð kolefnistrefjastyrktra plasts
3. Eiginleikar kolefnisþráðastyrktra fjölliða
4. Kostir CFRP
5. Ókostir CFRP
6. Notkun kolefnisstyrkts plasts
Kolefnistrefjastyrkt fjölliðubygging
Koltrefjastyrkt plast er efni sem myndast með því að raða koltrefjum í ákveðna átt og nota tengd fjölliðuefni. Þvermál koltrefjanna er afar þunnt, um 7 míkron, en styrkurinn er afar mikill.
Grunneining koltrefjastyrktra samsettra efna er koltrefjaþráður. Helsta hráefnið í koltrefjum er forfjölliða pólýakrýlnítríl (PAN), rayon eða jarðolíubiti. Koltrefjarnir eru síðan gerðir að koltrefjaefni með efna- og vélrænum aðferðum fyrir koltrefjahluta.
Bindingarpólýmerið er venjulega hitaherðandi plastefni eins og epoxy. Stundum eru notuð önnur hitaherðandi eða hitaplastpólýmer, eins og pólývínýlasetat eða nylon. Auk koltrefja geta samsett efni einnig innihaldið aramíð Q, pólýetýlen með mjög háum mólþunga, ál eða glertrefjar. Eiginleikar lokaafurðar koltrefja geta einnig verið undir áhrifum þeirrar tegundar aukefna sem bætt er við bindingarefnið.
Mótunaraðferð kolefnistrefjastyrktra plasts
Koltrefjavörur eru aðallega mismunandi vegna mismunandi ferla. Það eru margar aðferðir til að mynda koltrefjastyrkt fjölliðaefni.
1. Handupplagningaraðferð
Skiptist í þurra aðferð (forstillt verkstæði) og blauta aðferð (trefjaefni og plastefni límt til notkunar). Handupplagning er einnig notuð til að undirbúa forpregs til notkunar í annars stigs mótunarferlum eins og þjöppunarmótun. Þessi aðferð felst í því að blöð af koltrefjaefni eru lagskipt á mót til að mynda lokaafurðina. Styrkur og stífleiki efnisins sem myndast er hámarkaður með því að velja röðun og vefnað trefjaefnisins. Mótið er síðan fyllt með epoxy og hert með hita eða lofti. Þessi framleiðsluaðferð er oft notuð fyrir óspennandi hluti, svo sem vélarhlífar.
2. Lofttæmismyndunaraðferð
Fyrir lagskipt forpreg er nauðsynlegt að beita þrýstingi í gegnum ákveðið ferli til að ná til mótsins og herða og móta það við ákveðið hitastig og þrýsting. Í lofttæmispokaaðferðinni er notaður lofttæmisdæla til að tæma innra byrði mótunarpokans þannig að neikvæður þrýstingur milli pokans og mótsins myndar þrýsting sem gerir samsetta efnið nálægt mótinu.
Síðar var aðferðin við að mynda lofttæmispoka með sjálfstýringu þróuð út frá aðferðinni með lofttæmispoka. Sjálfstýringar veita hærri þrýsting og hitaherða hlutinn (í stað náttúrulegrar herðingar) en aðferðir sem eingöngu eru notaðar með lofttæmispoka. Slíkir hlutar eru þéttari í uppbyggingu, með betri yfirborðsgæði, geta á áhrifaríkan hátt útrýmt loftbólum (loftbólur hafa mikil áhrif á styrk hlutarins) og heildargæðin eru hærri. Reyndar er ferlið við að setja lofttæmispoka svipað og þegar farsímafilma festist. Að fjarlægja loftbólur er mikilvægt verkefni.
3. Þjöppunarmótunaraðferð
Þjöppunarmótuner mótunaraðferð sem hentar vel fyrir fjöldaframleiðslu og fjöldaframleiðslu. Mót eru venjulega gerð úr efri og neðri hlutum, sem við köllum karlmót og kvenmót. Mótunarferlið felst í því að setja mottu úr forpregs í málmmótið og undir áhrifum ákveðins hitastigs og þrýstings er mottan hituð og mýkt í mótholinu, flæðir undir þrýstingi og fyllir mótholið og síðan mótast og herðist til að fá vörurnar. Hins vegar hefur þessi aðferð hærri upphafskostnað en fyrri aðferðir, þar sem mótið krefst mjög nákvæmrar CNC vinnslu.
4. Vinda mótun
Fyrir hluti með flóknum lögun eða í laginu eins og snúningshlutur er hægt að nota þráðvinduvél til að búa til hlutinn með því að vefja þræðinum á dorn eða kjarna. Eftir að vindingin er alveg hert er dorninn fjarlægður. Til dæmis er hægt að búa til rörlaga liðarma sem notaðir eru í fjöðrunarkerfum með þessari aðferð.
5. Mótun plastefnisflutnings
Flytjun með plastefni (RTM) er tiltölulega vinsæl mótunaraðferð. Helstu skrefin eru:
1. Setjið tilbúið, slæmt kolefnisþráðarefni í mótið og lokið því.
2. Sprautið fljótandi hitaherðandi plastefni inn í það, gegndreypið styrkingarefnið og herðið.
Eiginleikar kolefnisþráða styrktar fjölliða
(1) Mikill styrkur og góð teygjanleiki.
Eðlisstyrkur (þ.e. hlutfall togstyrks og þéttleika) kolefnisþráða er 6 sinnum meiri en stáls og 17 sinnum meiri en áls. Eðlisstuðullinn (þ.e. hlutfall Youngs stuðulls og þéttleika, sem er merki um teygjanleika hlutar) er meira en 3 sinnum meiri en stál eða áls.
Með miklum sértækum styrk þolir það mikið vinnuálag. Hámarksvinnuþrýstingur þess getur náð 350 kg/cm2. Þar að auki er það þjappanlegra og seigra en hreint F-4 og flétta þess.
(2) Góð þreytuþol og slitþol.
Þreytuþol þess er mun hærra en epoxy plastefnis og hærra en málmefna. Grafíttrefjar eru sjálfsmurandi og hafa lítinn núningstuðul. Slitþolið er 5-10 sinnum minna en hjá almennum asbestvörum eða F-4 fléttum.
(3) Góð varmaleiðni og hitaþol.
Kolefnisstyrkt plast hefur góða varmaleiðni og hitinn sem myndast við núning dreifist auðveldlega. Innra rýmið ofhitnar ekki auðveldlega og geymir ekki hita og er hægt að nota sem kraftmikið þéttiefni. Í loftinu getur það starfað stöðugt á hitastigsbilinu -120~350°C. Með minnkun á alkalímálmainnihaldi í kolefnistrefjum getur notkunarhitinn aukist enn frekar. Í óvirkum gasi getur aðlögunarhitastig þess náð um 2000°C og það þolir skarpar breytingar á kulda og hita.
(4) Góð titringsþol.
Það er ekki auðvelt að óma eða flökta og það er líka frábært efni til að draga úr titringi og hávaða.
Kostir CFRP
1. Létt þyngd
Hefðbundin glertrefjastyrkt plast notar samfellda glertrefjar og 70% glertrefjar (glerþyngd/heildarþyngd) og hefur venjulega eðlisþyngd upp á 0,065 pund á rúmtommu. CFRP samsett efni með sömu 70% trefjaþyngd hefur venjulega eðlisþyngd upp á 0,055 pund á rúmtommu.
2. Mikill styrkur
Þótt kolefnisþráðastyrktar fjölliður séu léttari, þá hafa CFRP samsett efni meiri styrk og meiri stífleika á þyngdareiningu en glerþráðasamsett efni. Þessi kostur er augljósari en málmefni.
Ókostir CFRP
1. Hár kostnaður
Framleiðslukostnaður á koltrefjastyrktum plasti er óbærilegur. Verð á koltrefjum getur verið mjög breytilegt eftir markaðsaðstæðum (framboði og eftirspurn), gerð koltrefja (flug- og geimferðatækni á móti atvinnugreinum) og stærð trefjaknippisins. Á pund-fyrir-pund grunni geta nýir koltrefjar verið 5 til 25 sinnum dýrari en glertrefjar. Þessi munur er enn meiri þegar stál er borið saman við CFRP.
2. Leiðni
Þetta eru kostir og gallar kolefnisþráðasamsettra efna. Það fer eftir notkun. Kolefnisþræðir eru mjög leiðandi og glerþræðir eru einangrandi. Margar vörur nota trefjaplast í stað kolefnisþráða eða málms vegna þess að þær krefjast mikillar einangrunar. Í framleiðslu á veitum krefjast margar vörur notkunar á glerþráðum.
Notkun kolefnistrefjastyrkts plasts
Notkunarsvið kolefnisstyrktra fjölliða er fjölbreytt, allt frá vélrænum hlutum til hernaðarefna.
(1)sem þéttiefni
Kolefnisstyrkt PTFE efni er hægt að búa til tæringarþolna, slitþolna og hitaþolna þéttihringi eða pakkningu. Þegar það er notað til kyrrstöðuþéttingar er endingartími þess lengri, meira en 10 sinnum lengri en almennar olíuþöktar asbestpakkningar. Það getur viðhaldið þéttieiginleikum við breytingar á álagi og hraðri kælingu og hraðri upphitun. Og þar sem efnið inniheldur ekki ætandi efni mun engin holutæring eiga sér stað á málminum.
(2)sem slípihlutar
Með því að nýta sjálfsmurandi eiginleika sína er hægt að nota það sem legur, gír og stimpilhringi í sérstökum tilgangi. Svo sem olíulausar smurðar legur fyrir flugtæki og segulbandstæki, olíulausar smurðar gírar fyrir rafknúna dísilvélar (til að koma í veg fyrir slys af völdum olíuleka), olíulausar smurðar stimpilhringi á þjöppum o.s.frv. Að auki er einnig hægt að nota það sem rennilegur eða þéttingar í matvæla- og lyfjaiðnaði þar sem það nýtir sér eiturefnalausa eiginleika þess.
(3) Sem byggingarefni fyrir geimferðir, flug og eldflaugar. Það var fyrst notað í flugvélaframleiðslu til að draga úr þyngd flugvélanna og bæta flugvirkni. Það er einnig notað í efnaiðnaði, jarðolíu, raforku, vélaiðnaði og öðrum atvinnugreinum sem snúnings- eða gagnkvæm hreyfiþéttiefni eða ýmis kyrrstæð þéttiefni.
Zhengxi er fagmaðurVökvapressuverksmiðja í Kína, sem veitir hágæðasamsett vökvapressatil að mynda CFRP vörur.
Birtingartími: 25. maí 2023
